轎車象鼻形盒座與盒蓋的壓鑄模結構設計

文根保，熊利軍

1.中國航空工業(yè)航宇救生裝備有限公司 湖北襄陽 441002

2.湖北航宇精工科技有限公司 湖北襄陽 441022

1 序言

轎車的象鼻形盒座與盒蓋的材料為鋁硅銅合金，為特大批量生產(chǎn)模具，適合壓鑄加工[1]。在制訂壓鑄模結構可行性方案時，先要對盒座與盒蓋進行形體分析，再針對每項形體分析要素，制訂出相應的解決措施[2]。在壓鑄模結構可行性方案論證后，才能進行壓鑄模結構設計。

2 盒座與盒蓋形體的要素分析

象鼻形盒座與盒蓋是一種外形如同象鼻的盒狀壓鑄件，通過盒座的7處凸臺與盒蓋的7處型槽相扣進行連接。盒座與盒蓋材料均為鋁硅銅合金，收縮率為0.7%[3]。盒座的二維圖樣如圖1所示，三維造型如圖2所示。盒蓋的二維圖樣如圖3所示，三維造型如圖4所示。表示型孔要素，表示型槽要素，表示凸臺障礙體要素，表示弓形高障礙體要素，表示圓柱體要素，表示型面的外觀要求。

圖2 盒座三維造型

圖4 盒蓋三維造型

2.1 盒座的形體要素分析

如圖1 所示，盒座的形體上存在著平行開閉模方向2×6 m m×4.9 m m×φ6 m m×6 0°平行花鍵孔，φ1 6.9 m m、φ1 9.3 m m 半圓形型孔和φ25.1m m、2×φ1.9m m型孔及2×φ8.5m m和2×φ4.5m m圓柱體要素；存在著垂直與傾斜開閉模方向的φ2.3m m×1.2m m×0.5m m×90°、φ1.9m m×5.7m m、φ19.8m m×39°×28°、φ16.3mm×51°×24°型孔及2.3mm×5mm型槽要素；存在著φ4m m×5.2m m×1m m的弓形高要素，其影響著盒座的脫模。在盒座形體周邊存在著長短不一的5×0.85mm×1.1mm型槽要素，存在著7處垂直開閉模方向的凸臺障礙體要素，即4m m×1.2m m×1m m×3m m×42°×5m m、0.4m m×1.2m m×1m m×3m m×39°×5m m、0.4mm×1.2mm×1.3mm×3mm×52°×5mm、0.4mm×1.2mm×1.3mm×3mm×36°×5mm、0.4mm×1.2mm×1.5mm×3mm×39°×5mm、0.4mm×1.2mm×1.3mm×3mm×52°×5mm、0.4mm×1.1mm×1mm×3mm×39°×5mm，這些凸臺障礙體要素影響著盒座的脫模。盒座是轎車的零部件，由于屬于特大批量生產(chǎn)，所以盒座外觀不允許存在模具結構痕跡和缺陷痕跡[4]。

圖1 盒座二維圖樣

2.2 盒蓋的形體要素分析

盒蓋形狀結構大部分與盒座相同，只有部分內(nèi)形與盒座不同，盒蓋的形體分析時只需分析與盒座不同的部分。如圖3所示，盒蓋形體上不存在2×6mm×4.9mm×φ6mm×60°和2×φ1.9mm平行開閉模方向的花鍵孔及型孔要素，不存在垂直與傾斜開閉模方向2.3mm×5mm形槽要素，不存在2×φ8.5m m和2×φ4.5m m平行開閉模方向的圓柱體要素。存在平行開閉模方向的凸臺要素、長短不一的凸臺要素以及垂直開閉模方向的型槽要素。

圖3 盒蓋二維圖樣

3 盒座和盒蓋壓鑄模結構方案可行性分析

在確定壓鑄模結構方案之前，需要根據(jù)上述盒座與盒蓋形體分析中的型孔、型槽、凸臺、圓柱體、弓形高障礙體、批量和外觀7種要素，尋找對應的模具結構解決措施。

3.1 盒座壓鑄模結構方案可行性分析

對于在盒座形體上存在的平行開閉模方向花鍵孔、半圓形型孔和型孔，可采取鑲嵌型芯和在動模嵌件上加工出整體型芯的措施來成型這些要素；對于垂直與傾斜開閉模方向的型孔和型槽要素，可采用斜導柱滑塊外抽芯機構；對于平行開閉模方向的圓柱體要素，可以在中、動模嵌件上加工相應的型孔；對于弓形高障礙體要素，可采用斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構；對于盒座形體周邊上存在的型槽要素，可以在中模嵌件上加工相應的型芯。凸臺障礙體要素影響著盒座的脫模，可以采用斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構。對于批量和外觀要素，采用一模二腔的壓鑄模能夠自動進行成型加工，通過新型模具鋼和熱處理來提高模具工作件的壽命。為了使盒座的外表面不存在模具結構的痕跡，對定模型腔采用加工中心加工后，進行電鍍，電鍍完成后進行研磨。盒座壓鑄模結構方案共有5處斜導柱滑塊外抽芯機構和8處斜推桿內(nèi)抽芯機構。

3.2 盒蓋壓鑄模結構方案可行性分析

盒蓋與盒座形體要素相同部分，可以采用與盒座相同的壓鑄模結構方案。對于在盒蓋形體周邊上長短不一的平行開閉模方向的凸臺要素，可在中模嵌件上加工出凹槽來成型；對于在盒蓋形體上垂直與傾斜開閉模方向的型孔要素，采用4處斜導柱滑塊外抽芯機構；對于周邊上垂直開閉模方向的1處弓形高要素和7處型槽要素，可采用斜推桿內(nèi)抽芯機構。盒蓋壓鑄模結構方案共有4處斜導柱滑塊外抽芯機構和8處斜推桿內(nèi)抽芯機構。

壓鑄模的結構可行性方案應采用一模二腔，還需采用9處斜導柱滑塊外抽芯機構和16處斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構。由于抽芯機構繁多，故需考慮其空間位置干涉問題。

4 盒座和盒蓋的壓鑄模結構設計

盒蓋與盒座的壓鑄模由模架，澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，動、定型腔與型芯，定、中、動模部分，斜導柱滑塊外抽芯機構，斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構，脫模機構，脫冷凝料機構，回程機構和導向構件等組成。上述中任何一個部分出現(xiàn)了問題，都會對產(chǎn)品的壓鑄加工帶來負面影響。

4.1 盒蓋與盒座壓鑄模分型面的設計

如圖5所示，分型面Ⅰ—Ⅰ將壓鑄模分成了定模部分和中模部分；分型面Ⅱ—Ⅱ將壓鑄模分成了動模部分和中模部分。中模部分和定模部分的開啟可以實現(xiàn)主流道、分流道中的冷凝料脫模，中模部分與動模部分的開啟可以實現(xiàn)盒蓋與盒座的脫模，定、中動模的閉合可以成型盒蓋與盒座。

圖5 盒座和盒蓋壓鑄模結構二維設計

4.2 盒座和盒蓋壓鑄模中、動模型芯的設計

壓鑄模為一模二腔結構，中、動模嵌件的外形尺寸應與中、動模板型腔的尺寸以H6/n7進行配合。成型盒座和盒蓋壓鑄模上所有與脫模方向平行的型面均需要設計拔模斜度為1°30′。由于鋁硅銅合金具有熱脹冷縮的特性，因此模具工作件成型面的尺寸必須為圖樣尺寸×（1＋收縮率0.7%）。

4.3 盒座和盒蓋脫模、脫澆注系統(tǒng)冷凝料和回程機構的設計

（1）脫盒座和盒蓋機構 分型面Ⅱ—Ⅱ開啟后，在壓鑄機頂桿及安裝板18，推件板19，頂桿79、84和斜推桿23、59、60、65、68、69、72、83、85的共同作用下，盒座和盒蓋被頂離動模嵌件2的型面。

（2）脫澆注系統(tǒng)冷凝料機構 分型面Ⅰ—Ⅰ開啟后，先由拉料桿17將澆口套13主流道的和中模嵌件3中的澆注系統(tǒng)冷凝料拉出，再在頂桿79、84的作用下頂出脫模。

（3）中模開模構件 4個臺階螺釘77可將定模板11和中模板6連接在一起，使中模板6安裝在定模板11上的導柱45上，中間有足夠空間可以讓澆注系統(tǒng)冷凝料掉落。

（4）回程機構 脫盒座和盒蓋及脫澆注系統(tǒng)冷凝料機構在完成了脫盒座和盒蓋及澆注系統(tǒng)冷凝料后，必須恢復至脫模前的位置。在壓鑄機頂桿退回后，安裝在回程桿56上的彈簧55恢復彈力，在彈簧的作用下，脫模機構可恢復到其初始位置。須防止彈簧55的失效，使回程桿56可推著安裝板18及脫模機構精確復位，實現(xiàn)循環(huán)自動脫模與復位功能。

4.4 盒座和盒蓋壓鑄模導向構件的設計

如圖5的E—E剖視圖所示，由于定、中模部分與動模部分需要準確定位，定、中模部分與動模部分之間的開、閉模運動需要精準導向，且定、中模開啟后中模部分需要有導柱45的支撐，故導柱45只能安裝在定模部分。定、中模之間的定位主要依靠4組導套43、44和導柱45。盒座和盒蓋壓鑄模定、中模和動模的三維造型如圖6、圖7所示。

圖6 盒座和盒蓋壓鑄模定、中模三維造型

圖7 盒座和盒蓋壓鑄模動模三維造型

壓鑄模只有在妥善解決了壓鑄模分型面的設置、抽芯機構、脫模、回程機構、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和導向構件的設計后，才能加工出合格的壓鑄件。

4.5 盒座和盒蓋壓鑄模斜導柱滑塊外抽芯機構的設計

根據(jù)盒座和盒蓋的模具結構方案可行性分析，對盒座模具需要采用5處斜導柱滑塊抽芯機構和8處斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構，對盒蓋模具需要采用4處斜導柱滑塊抽芯機構和8處斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構。

（1）成型盒座和盒蓋傾斜孔型芯的壓鑄模斜導柱滑塊外抽芯機構的設計 具體如下所述。

1）成型盒座與盒蓋的φ16.3mm×51°×24°傾斜孔型芯的壓鑄模斜導柱滑塊外抽芯機構的設計需要采用2處斜導柱滑塊外抽芯機構。

壓鑄模閉模狀態(tài)如圖8a所示。當壓鑄模閉合時，斜導柱9插入滑塊8的斜孔內(nèi)，滑塊8在斜導柱9的撥動下，其底面半圓形坑作用于限位銷16并壓縮彈簧18，使得限位銷16進入其安裝孔內(nèi)，實現(xiàn)滑塊8的復位運動。同時，在回程桿及其上彈簧的共同作用下，推件板21、安裝板20、斜推桿、拉料桿13和頂桿可精準復位至盒座與盒蓋脫模前的位置，實現(xiàn)盒座與盒蓋的循環(huán)自動加工。用沉頭螺釘5固定楔緊塊6，墊片4的斜面可楔緊滑塊8的斜面，防止滑塊8在壓鑄力和保壓力的作用下出現(xiàn)移動，導致盒座和盒蓋的型孔尺寸不符合圖樣要求。

壓鑄模分型面Ⅰ—Ⅰ開啟與抽芯狀態(tài)如圖8b所示。分型面Ⅰ—Ⅰ的開啟使得斜導柱9撥動滑塊8，實現(xiàn)φ16.3mm×51°×24°型孔的型芯抽芯運動。當滑塊8底面的半球形坑移至限位銷16的位置時，限位銷16在彈簧18的作用下進入半球形坑鎖住滑塊8，防止滑塊8在抽芯運動的慣性作用下沖出中模板15，打開了成型盒座和盒蓋上部的模具結構，有利于盒座與盒蓋的脫模。

盒座與盒蓋的脫模狀態(tài)如圖8c所示。當分型面Ⅱ—Ⅱ開啟時，中模板15通過臺階螺釘24掛在導柱23上，在拉料桿13的拉動下澆注系統(tǒng)冷凝料脫模。當壓鑄機頂桿推動推件板21、安裝板20、頂桿和斜推桿作脫模運動時，在其共同作用下可將盒座和盒蓋推離動模嵌件2的型面。

圖8 成型盒座與盒蓋傾斜孔型芯的壓鑄模斜導柱滑塊外抽芯機構

由于盒座與盒蓋的2處φ19.8mm×39°×28°傾斜孔的壓鑄模斜導柱滑塊外抽芯機構的設計與φ16.3mm×51°×24°孔的壓鑄模斜導柱滑塊外抽芯機構的設計相同，本文不作贅述。

2）設計成型盒座2.3 m m×5 m m 型槽和φ2.3mm×1.2mm×0.5mm×90°型孔型芯外抽芯機構（見圖9）時，因為盒座2.3mm×5mm型槽與開閉模方向斜交，φ2.3mm×1.2mm×0.5mm×90°型孔與開閉模方向垂直，所以需要采用斜導柱滑塊外抽芯機構。

圖9 盒座2.3mm×5mm型槽和φ2.3mm×1.2mm×0.5mm×90°型孔外抽芯機構設計

壓鑄模閉模狀態(tài)如圖9a所示，當壓鑄模閉合時，斜導柱7、18插入滑塊8、19的斜孔內(nèi)，滑塊8、19在斜導柱7、18的撥動作用下，其底面半圓形凹坑作用于限位銷20并壓縮彈簧21，使得限位銷20進入其安裝孔內(nèi)，實現(xiàn)滑塊8、19的復位運動。同時，在回程桿及其上彈簧的共同作用下，推件板1、安裝板2、斜推桿和頂桿可精準復位至盒座脫模前的位置，以便實現(xiàn)盒座的循環(huán)自動加工。

壓鑄模定、中、動模開啟與抽芯狀態(tài)如圖9b所示，分型面Ⅰ—Ⅰ開啟，中模板11由4根臺階螺釘拉著掛在導柱24上。在拉料桿的作用下，可將澆注系統(tǒng)的冷凝料拉出脫模。分型面Ⅱ—Ⅱ的開啟使斜導柱7、18撥動滑塊8、19，實現(xiàn)成型2.3mm×5mm型槽和φ2.3mm×1.2mm×0.5mm×90°型孔的型芯抽芯運動。當滑塊8、19底面的半球形坑移至限位銷20的位置時，限位銷20在彈簧21的作用下進入半球形坑鎖住滑塊8、19，防止滑塊8、19在抽芯運動的慣性作用下沖出中模板11，同時打開盒座和盒蓋上部的模具結構，有利于盒座和盒蓋的脫模。

盒座和盒蓋脫模狀態(tài)如圖9c所示，當壓鑄機頂桿推動推件板1、安裝板2、頂桿和斜推桿作脫模運動時，在其共同作用下可將盒座和盒蓋推離動模嵌件4的型面。

盒 座 的φ1 . 9 m m × 5 . 7 型 孔 與 盒 蓋 的φ1.9mm×5.7、φ2.3mm×1.2mm×0.5mm×90°型孔的抽芯也可采用斜導柱滑塊外抽芯機構，結構和原理與上述內(nèi)容相同，本文不作贅述。

（2）盒座和盒蓋壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構的設計 盒座上存在1處弓形高和7處凸臺障礙體，需要8處推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構；盒蓋上存在1處弓形高障礙體和7處垂直開閉模方向的型槽，也需要8處推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構。

1）盒座和盒蓋壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構的設計一（見圖10）。由于盒座上存在1處φ4mm×5.2mm×1mm的弓形高要素和7處凸臺障礙體，盒蓋上存在1處φ4mm×5.2mm×1mm的弓形高要素和7處型槽要素，需要各采用4對斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構。

壓鑄模閉模狀態(tài)如圖10a所示，脫模機構回復到初始位置，2處型腔中的2處弓形高斜推桿8在動模嵌件6的斜槽作用下，一邊向下移動，一邊分別向左、向右移動。斜推桿的下端可推動T形槽滑塊4、14分別向左、向右滑動。4處斜推桿的成型面與動模嵌件6的成型面及中模嵌件11組合成模腔，當合金溶液進入模腔后，可以成型盒座和盒蓋。

圖10 盒座和盒蓋壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構的設計一

動、中、定模開啟與抽芯狀態(tài)如圖10b所示，分型面Ⅰ—Ⅰ開啟后，中模板7由臺階螺釘19固定在導柱18上。在拉料桿的作用下將澆注系統(tǒng)的冷凝料拉出脫模。分型面Ⅱ—Ⅱ的開啟打開了盒座和盒蓋上部的模具結構，有利于盒座和盒蓋的脫模。

盒座和盒蓋脫模狀態(tài)如圖10c所示，當壓鑄機頂桿推動推件板1、安裝板3、頂桿、弓形高斜推桿8和型槽斜推桿13時，可將盒座和盒蓋推離動模嵌件6。弓形高斜推桿8和型槽斜推桿13在動模嵌件6的斜槽作用下，一方面向上移動，另一方面分別向右、向左作抽芯與脫模運動，斜推桿的下端可推動T形槽滑塊4、14在槽中分別向右、向左滑動。16處斜推桿和頂桿聯(lián)合可將盒座和盒蓋頂離動模嵌件6的型面。

2）盒座和盒蓋壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構的設計二（見圖11）。由于盒座上存在著0.4mm×1.3mm×3mm×1.2mm×36°的凸臺障礙體，盒蓋上存在著2×1.9mm×0.6mm×5mm×45°型槽要素，需要采用3處推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構。

壓鑄模閉模狀態(tài)如圖11a所示。脫模機構回復到初始位置后，凸臺斜推桿9在動模嵌件6的斜槽作用下向下、向左移動。型孔斜推桿12、15在動模嵌件6的斜槽作用下，一邊向下移動，一邊分別向左、向右移動。斜推桿下端可推動T形槽滑塊16、19分別作向左、向右的滑動。3處斜推桿的成型面與動模嵌件6的成型面與中模嵌件13的型面組合成模腔，當合金溶液進入到模腔后，便可成型盒座和盒蓋。

動、中、定模開啟與抽芯狀態(tài)如圖11b所示。分型面Ⅰ—Ⅰ開啟后，中模板7由臺階螺釘22固定在導柱21上。在拉料桿的作用下可將澆注系統(tǒng)的冷凝料拉脫模。分型面Ⅱ—Ⅱ的開啟使得盒座和盒蓋上部的模具結構被打開，有利于盒座和盒蓋的脫模。

盒座和盒蓋脫模狀態(tài)如圖11c所示。當壓鑄機頂桿推動推件板1、安裝板3、頂桿11、凸臺斜推桿9和型孔斜推桿12、15，可將象鼻形盒座和盒蓋推離動模嵌件6。凸臺斜推桿9，型孔斜推桿12、15在動模嵌件6的斜槽作用下，一方面向上移動，另一方面分別向右、向左作抽芯與脫模運動。凸臺斜推桿9與型孔斜推桿12、15和頂桿11聯(lián)合可將盒座和盒蓋頂離動模嵌件6的型面。

圖11 盒座和盒蓋壓鑄模斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構的設計二

盒座上其他0.4mm×1.3mm×3mm×1.2mm×36°的凸臺障礙體，盒蓋上其他2×1.9mm×0.6mm×5mm×45°型槽要素，同樣可以采用上述的斜推桿內(nèi)抽芯兼脫模機構進行成型與脫模。

4.6 盒座和盒蓋的壓鑄模的澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的設計

壓鑄模澆注系統(tǒng)的設計采用潛伏式點澆口，模腔為一模二腔，為了能夠脫澆注系統(tǒng)的冷凝料，壓鑄模采用了2處分型面三模板的模架。

（1）壓鑄模冷卻系統(tǒng)的設計 壓鑄模冷卻系統(tǒng)的設計包括動模和中模冷卻系統(tǒng)的設計。壓鑄模在連續(xù)加工盒座和盒蓋的過程中，合金熔體將熱量傳遞給模具工作件，導致模溫不斷升高。當模溫超過合金材料過熱溫度后，會導致材料機械性能的降低。為了確保鋁硅銅合金的性能，模具需要設置冷卻系統(tǒng)來控制模溫。

1）動模冷卻系統(tǒng)的設計如圖12a所示，分別在動模嵌件4和動模板6中加工出冷卻水通道，在動模嵌件4的縱向端和橫向端均需加工出管螺紋孔，管螺紋孔中安裝有螺塞9，防止冷卻水的泄漏。在冷卻水通道盲孔中設置隔離片10，使得冷卻水能夠在隔離為兩半的孔中流動。動模嵌件4和動模板6垂直方向安裝有O形密封圈7，目的也是防止冷卻水的泄漏，動模板6的水平方向安裝有冷卻水接頭8。冷卻水能從一處的冷卻水接頭8流入，經(jīng)冷卻水通道，又從另一處的冷卻水接頭8流出，將動模中的熱量帶走，起到降低模具溫度的作用。

2）中模冷卻系統(tǒng)的設計如圖12b所示，同上所述，冷卻水從一處的冷卻水接頭12流入，經(jīng)冷卻水通道，從另一處的冷卻水接頭12流出，將模具中的熱量帶走，起到降低模具溫度的作用。

圖12 動、中模澆注系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的設計

（2）盒座和盒蓋壓鑄模澆注系統(tǒng)的設計 壓鑄模的澆注系統(tǒng)是合金熔體從澆口套14的主流道流入壓鑄模型腔的結構，澆注系統(tǒng)的設計會影響到盒座和盒蓋的成型質量。在動、中模上分別加工出一半的分流道2、15和點澆口1、16，動、中模合模后形成整體的澆注系統(tǒng)。合金熔體從定模澆口套14的主流道流入分流道2、15，再經(jīng)點澆口1、16流入盒座和盒蓋的型腔。冷卻成型后，動、中模開啟，由頂桿11將盒座和盒蓋頂出脫模，澆注系統(tǒng)冷凝料則由拉料桿3和頂桿11頂出脫模。

5 結束語

由于對盒座和盒蓋進行了細致正確的形體分析，使得壓鑄模結構可行性分析方案和壓鑄模結構設計正確無誤，從而使盒座和盒蓋壓鑄加工的形狀、尺寸及精度全部符合壓鑄件的圖樣要求，并能達到相應外觀要求。