鋁合金鑄件模具設(shè)計(jì)案例分析

姜 麗，程俊明，李勝君，盧德寶，孫曉莉，梁祎迪，趙娜娜，劉 寧

（新程（營口）精密設(shè)備有限公司，遼寧營口 115009）

21 世紀(jì)模具制造行業(yè)追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率,縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力[2]，如何保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制成本、縮短模具制造周期、提高生產(chǎn)效率是值得同行認(rèn)真思考的問題。本文以幾種鋁合金鑄件的模具設(shè)計(jì)思路舉例分析，與模具設(shè)計(jì)者和制造同行共同交流探討關(guān)于模具設(shè)計(jì)及模具加工的心得。

1 案例一（周期短、量少的模具與工藝設(shè)計(jì)）

1.1 產(chǎn)品及背景簡介

該組導(dǎo)體鑄件是某高壓電氣產(chǎn)品的重要組成部件，三種鑄件中間部位相同，只有兩側(cè)導(dǎo)電接觸端面角度不同，鑄件的外觀尺寸為：?120mm×761mm，單重為20.75kg，材質(zhì)AL-Si7Mg，如圖1所示。

圖1 鑄件結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 模具設(shè)計(jì)

模具交貨期較急，且每種鑄件僅有6 件需求，按客戶的交貨工期，很難在規(guī)定日期內(nèi)完成三套模具。金屬型模具與砂型模具對比分析：（1）金屬型模具制造周期是砂型模具制造周期的兩倍；（2）金屬型模具材料費(fèi)、加工費(fèi)比較昂貴；（3）金屬型適用于批量生產(chǎn)。筆者決定采用砂型模具生產(chǎn)。

由于鑄件兩端導(dǎo)電接觸面為鍍銀面，質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，不允許有縮松、針孔等缺陷，故需要通過放置冷鐵，對加工面進(jìn)行激冷，消除鑄件局部熱節(jié)處的縮孔和縮松，來保證加工面的組織致密度。考慮到此三種鑄件結(jié)構(gòu)的特殊性，筆者決定三種導(dǎo)體共用一套模具，通過變換不同冷鐵來調(diào)整兩端加工面的角度。這樣一套模具通過更換冷鐵的方式，就可以生產(chǎn)出三種不同鑄件，如圖2 所示。

圖2 冷鐵和加冷鐵結(jié)構(gòu)簡圖

1.3 生產(chǎn)驗(yàn)證

通過變換不同冷鐵來調(diào)整鑄件兩端加工面角度的方式，生產(chǎn)出三種不同的鑄件，不僅縮短了模具的制造周期，也降低了制造成本，保質(zhì)保量按期交付了生產(chǎn)任務(wù)。為相關(guān)模具設(shè)計(jì)和制造提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

2 案例二（局部加工困難的模具與工藝設(shè)計(jì)）

2.1 產(chǎn)品簡介

以某異形罐體為例，該罐體最大外觀尺寸為610mm×600mm×429mm，鑄件壁厚為 12mm，鑄件單重65kg，材質(zhì)：AC4CH-T6，如圖3 所示。

圖3 鑄件簡圖

2.2 模具工藝設(shè)計(jì)及模具加工

根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，筆者考慮采用低壓鑄造鐵模砂芯生產(chǎn)，但由于上下法蘭均有密封槽寬11mm、深6.6mm，若做兩開型模具，密封槽處的加工量較大，有出現(xiàn)針孔的風(fēng)險(xiǎn)。故增加了上模和底模，將密封槽部分由上模和底模鑄出，保證了法蘭端面與密封槽處均有3mm 的加工量，保證了密封槽的質(zhì)量。由于鑄件在斜下45°有一處70mm×70mm 方棋子，如圖3 所示。正常左右兩開模有干涉，通常我們用加活塊的方式來解決，但棋子端面距底模比較近，加活塊后模具的壁厚會(huì)很薄，壁薄的模具經(jīng)過高溫很容易變形，如果將模具采用曲面分型（如圖4 所示），凸臺的一部分由底模帶出，一部分由半模帶出，這樣避免了模具生產(chǎn)時(shí)的變形問題，同時(shí)也提高了鑄件的外表面質(zhì)量，縮短了模具加工周期。

圖4 模具底模曲面分型簡圖

由于法蘭比較特殊，半模整體加工比較麻煩，將半模分為兩部分來加工，從法蘭端面分型，法蘭外圓及后背由左右模鑄出，法蘭端面由鑲塊鑄出。半模用數(shù)控鏜床加工型腔、鑲塊用普通銑床加工，這樣就解決了法蘭深處無法加工的難題，也縮短了模具加工的生產(chǎn)周期。模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

2.3 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬

采用鑄造凝固過程計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)對此工藝方案進(jìn)行模擬，如圖6 所示，證明了此工藝方案的可行性。

圖6 凝固過程模擬

2.4 生產(chǎn)驗(yàn)證

利用此模具我們已經(jīng)進(jìn)行了批量投產(chǎn)，生產(chǎn)的鑄件沒有任何鑄造缺陷。

3 結(jié)語

通過以上案例說明，對于我們模具設(shè)計(jì)者來說不能局限于設(shè)計(jì)模具的基本模式，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮，不斷探索、不斷創(chuàng)新，復(fù)雜模具簡單化設(shè)計(jì)，降低模具成本，縮短模具生產(chǎn)周期，為企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。