带斜销抽芯机构压铸模力学分析及工艺参数设计

彼岸花开

文章对带斜销抽芯机构压铸模的受力情况进行了系统分析，明确了压铸 模结构参数优化设计的基本原则，能够对模具设计人员进行理论指导。
0 g* |3 C/ Z$ j6 I# D' o* v关键词：压铸模 力学分析 工艺参数设计
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引言
( _( `8 h7 S( Q% m. J
: K6 g' M9 _9 s& [3 _8 i3 C" B! \. }" S压力铸造以金属铸造为基础，将熔融合金在高压、高速条件下成型，从根本上解决了金属流动性问 题。要充分发挥压力铸造制备组织致密、具有良好力学性能铸件的特点，除了正确实施压铸合金冶炼工 艺、选择合适的压铸机外，更重要的在于设计、制造满足工艺要求的压铸模。压铸模是保证正确实施压铸 工艺必不可少的装备，其设计质量的好坏直接关系到制件质量的优劣和生产效率的高低。

带斜销抽芯机构的压铸模是一种常见的压铸成型模具，该类模具利用开闭模动力抽芯复位，结构简单。 但其结构参数的设计对模具的工作状况和工作质量影响很大，如何在对该类模具进行可靠力学分析的基础 上，优化其结构参数的设计，具有十分重要的应用价值。
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1 带斜销抽芯机构压铸模工作原理
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图一为带斜销抽芯机构压铸模结构简图。合模状态时斜销2与分型面成一定角度固定在定模座板 3内并穿过定模套板4进入滑块6，滑块由楔紧块5锁紧。开模时滑块由斜销带动在导滑槽内运动，抽出型芯。抽芯结束后 滑块由限位块7挡住，不离开导滑槽。闭模后斜销滑块复位。

* M4 K3 x' N: y2 t* P: _图一 带斜销抽芯机构压铸模结构简图
' m" I' @7 C/ m* y1 Z: j' ^4 [1-定模镶块 2-斜销 3-定模座板 4-定模套板 5-楔紧块
6-滑块 7-限位块 8-动模套板 9-动模座板

2 带斜销抽芯机构压铸模力学分析
# [% y% t( H) i4 v: `
& ^7 a8 Z2 I! y; e5 R& p2.1 滑块力学分析

: e. f2 L, i8 Q5 S# n! k模具中斜销抽芯机构滑块能否正常工作与其受力情况有 关，而滑块受力情况与其设计参数直接关联，所以分析滑块 受力情况和自锁条件是合理设计斜销抽芯机构的基础。
9 x5 v+ X9 I  l0 Z
% ~' v& e% @; q, I+ M图二为滑块受力情况。a、b、c、h、s为滑块结构尺寸， F为抽芯力，N1为斜销对滑块的正压力，f1为斜销对滑块的 摩擦力，N2、N3、N4分别指楔紧块、定模套板、动模套板对滑块的正压力，f2、f3、f4分别表示N2、N3、N4所对应 的摩擦力。

+ `5 i% \0 j5 G. V! m  {图二 滑块受力分析

考虑到滑块不受弯矩作用，则开模瞬间滑块的静力平衡方程表示为:
, Y4 J3 t) @4 K$ G5 R1 F2 l
6 M  ]# s% G+ |2 U- uF+f3+f4+f2·sinβ+f1·sinα＝N1·cosα+N2·cosβ (1)

9 [. s7 h: \/ `6 H1 p; _% C: DN3+N1·sinα+f1·cosα=N2·sinβ+N4 (2)
$ ?( H% D; V' k* m1 [
8 R) ^6 S( s7 {! \6 _(N1·cosα－f1·sinα)b+(N1·sinα+f1·cosα)·(s+btgα)+f2(S－h)·sinβ+N4(a/2-s)=Fc+f3·

4 t9 M& \( O% R6 Yb+N2sinβ(s-h/2)+N2cosβ(b-sinβh/2)+N3(a/2-s) (3)

因此，开模时滑块的受力情况既与抽芯力有关，同时与滑块及斜销的结构尺寸相关。考虑到楔紧块 和定模套板只在合模状态及开模瞬间起作用。同时f1=μN1，f2=μN2，f3=μN3，f4=μN4，则抽芯 过程中滑块静力平衡方程简化为:
* R3 `& q3 Y) }% w
N1·cosα=F+f3=F+μN3 (4)
# h; a1 d! u% s% I& C9 K. S5 p
  f/ s. H, p- E4 i' x- zN1·sinα=N3 (5)
" W1 C+ l5 o  M3 X8 q3 x2 @
! I: E* N& d. _- l8 l联立(4)、(5)式解得
& ~9 ]( [0 c+ g4 ?* H
8 i; B2 O. }3 |+ ?2 x$ O, y2 zN1=F/(cosα-μsinα)

% P8 D5 u- O1 Q- J/ |# n若cosα－μsinα为零，则N1为无穷大，此时滑块自锁，即滑块自锁条件为μ=tanα。

为可靠保证滑块工作时不自锁，α取值不宜过大，但α值减少时将导致滑块和斜销长度必须相应增加才能 保证抽芯距，所以α取值一般以15°~25°为宜。

2.2 斜销力学分析
+ Q) k% F1 l8 X$ p- ^3 ^- L7 m
0 Q7 {, Y( G( u! L' J7 D, Z# d从滑块受力分析，斜销受力情况如图三所示。

1 @  Q) l! S% z" Z图三 斜销受力分析

把斜销看成支点为A的悬壁梁，设斜销固定伸出端点，B为 抽芯力作用点，则弯矩为:

9 S+ ?, Y, g! ]& a* O2 L4 a# cM=N1·h1
9 L  d/ b1 N3 [4 h+ Q0 u
＝[F/(cosα-μsinα)]·h/cosα

=Fh/[cosα(cosα-μsinα)]

而抽芯力的计算由图四可知:

4 u! d, G: g% x) R2 I; x& F图四 抽芯力计算参考

F=F阻·cosθ－F包·sinθ

" ~& p% x, ~2 o+ U; gF=clp(μcosθ－sinθ)

式中c表示型芯断面周长，l表示被铸件包紧的型芯长度，p表示单位包紧力，θ表示型芯脱模斜度，μ摩擦系数。
1 r$ x* Q$ u+ O* g7 i' t% c
2.3 锁模力计算

锁模力必须大于胀型力在合模方向上的合力。

由图五知，胀型力在合模方向上的合力包括铸件熔融合金冲满型腔后对动、定模产生的沿锁模方向的压力 F1、型芯成型部分沿抽芯方向垂直方向压力作用在楔紧块上的分力F2之和。

3 S- [) O. W: X; Q) Q- L- `9 h图五 锁模力计算

F1=PA

, i8 T5 C/ \' d- X: O& X! fF2=F法＝F反·tanβ=PA 1·tanβ

  g1 Y) }1 q* R9 ^5 w/ Z) Z3 w即:F锁≥K(PA+PA1·tanβ)
5 N+ Q. H: X7 N# y3 |! w
式中K表示安全系数，P表示压射比压、A表示铸件在合模方向垂直面上的投影面积，A1表示型芯在抽芯方 向垂直方向投影面积、β表示楔紧块斜面与合模方向的夹角。

$ F: |; ^# ~: _) a3 模具参数设计
& `6 G/ N6 d( T' A. T
0 Q$ W% O5 V/ [8 D. a: I3.1 斜销长度计算

如图六知，斜销总度既与模具结构有关，也同抽芯距有关，即:

L=L1+L2+L3+L4+L5
3 i  a# j2 i8 f- Z6 l
L=D/2·tanα+H/cosα+d/2·tanα+s/sinα
* r" d2 X7 N1 U/ V
式中s表示抽芯距，H表示斜销固定部分套板厚度，d表示 斜销直径，D表示斜销固定台阶直径。考虑抽芯可靠，实际斜 销长度比计算值大5～10mm。

图六 斜销长度计算图

3.2 斜销直径设计
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由斜销受力分析知其所受弯矩为Fh/[cosα(cosα－μsin α)]，若材料许用抗弯强度为[σ]ω，则Fh/[cosα(cosα－μsin α)0.1d3]≤[σ]ω，由此可得:

4 结束语
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$ p! S+ b3 K1 _
在分析压铸模抽芯机构受力情况的基础上论述了模具结构 优化措施，从理论上明确了工艺参数设计和选择的原则，对模具设计具有一定的现实指导意义。