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。
- M5 [( E' V& ^" r% H关键词：压铸模 力学分析 工艺参数设计
( d/ [* o& Y, u  \/ L7 g
& R4 i: w  D* U9 ~! e引言

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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" I$ A. w- l0 D$ U" l! f" X& |7 O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。

- B2 _+ C5 t& x6 e图一 带斜销抽芯机构压铸模结构简图
* |/ Y, w) d" Q: g6 z1-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

3 c( M4 `$ B9 `2.1 滑块力学分析

* \5 d+ |$ \$ I, A" B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。

$ y/ n# a9 [2 L) C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。

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:

F+f3+f4+f2·sinβ+f1·sinα＝N1·cosα+N2·cosβ (1)
9 E8 G6 n( t0 R
N3+N1·sinα+f1·cosα=N2·sinβ+N4 (2)
. K  N% E3 O, \" I/ f
1 i; G; P, D6 @* Z) q# p1 _% i- M(N1·cosα－f1·sinα)b+(N1·sinα+f1·cosα)·(s+btgα)+f2(S－h)·sinβ+N4(a/2-s)=Fc+f3·
) }0 G/ a$ l1 C
b+N2sinβ(s-h/2)+N2cosβ(b-sinβh/2)+N3(a/2-s) (3)

, _7 W& f7 H; r. X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:

$ z( _5 U; V' Q- ]N1·cosα=F+f3=F+μN3 (4)

. }0 Q! l: U) d( O0 i7 SN1·sinα=N3 (5)

* @& x6 X% r" \: ]: [联立(4)、(5)式解得

N1=F/(cosα-μsinα)
' v& C, Z# ?$ v! M1 A: O
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。
; v, @8 p5 l' p% a7 z. ?
2.2 斜销力学分析

0 |0 d1 _: X5 a0 g/ R8 Y& N从滑块受力分析，斜销受力情况如图三所示。

1 q/ P7 p! E7 H4 W  A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:

/ G" w. s" }+ d% p3 tM=N1·h1

＝[F/(cosα-μsinα)]·h/cosα

3 y( u+ u. G- N* B6 a0 ]9 W7 G=Fh/[cosα(cosα-μsinα)]

而抽芯力的计算由图四可知:

图四 抽芯力计算参考

F=F阻·cosθ－F包·sinθ

F=clp(μcosθ－sinθ)
9 E' x4 b' n; M) g
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。

8 P9 ?; |9 s/ b( P2 j6 Q2.3 锁模力计算
& V2 X5 F9 I, t. A  e
( S/ Z, r1 E4 d锁模力必须大于胀型力在合模方向上的合力。
* H" x% T8 p1 H3 l
! R+ ~; \+ ]/ |' Z% E5 z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。

; Z' F6 U" _; F& B$ p& |& X图五 锁模力计算

F1=PA

; Y! m% \- Q" v2 IF2=F法＝F反·tanβ=PA 1·tanβ
1 N6 {# G+ _9 z2 k: @! z
  k, O- E. i" r: f即:F锁≥K(PA+PA1·tanβ)
) l7 v6 V; j: C7 o
2 |1 i! N7 [; p% x; \) S3 f- A! e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。
, R- u' D" G2 u9 G# n4 U
- W! j% Q5 V4 h+ k3 模具参数设计
* {. j" G2 |) G, _: a
3.1 斜销长度计算
0 S- ~- O  `, ?) T
! m# g0 S' w0 P9 M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
  h  h1 {1 D6 Z" Y4 U
L=D/2·tanα+H/cosα+d/2·tanα+s/sinα
9 N2 K" ^. s/ k  B  ~
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

: N: b# `, g9 D+ Y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


; t. Y! h8 W- [/ N% O4 L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。