驱动轴箱体压铸模设计

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摘要：介绍典型的大型压铸模具的设计方案，模具采用方导柱导向，周边堤坝式封闭结构精定位，采用冷却水和加热油加热器同时控制模具温度、真空压铸，提高铸件质量，保证压铸生产的连续性和稳定性；同时采用复合液压缸抽芯，提高了生产效率。

图一是为某发动机公司开发的驱动轴箱体压铸件，铸件外形尺寸500×444×230，铸件材料为铝合金360，重量6.25Kg，壁厚3mm。铸件要求如下：

(1)密封性能要求在0.1Mpa压力下不能泄漏;
(2)由于装配总成均为密封件，所以加工表面不允许有大于0.3mm的气孔;
/ O: x9 g0 D% p(3)铸件后序要做电泳处理，因此需要高水平的表面质量。

1 压铸模具的设计准备

1.1 对模具结构的初步分析
; b/ r0 w' ^, V3 K$ ], e, R9 L
根据铸件的要求，对铸件进行工艺分析，确定主分型面，模具结构为三面侧抽滑块，在无滑块的一侧布置浇道，浇道对面一侧设置溢流槽及抽真空流道。为保证铸件有较高的内外质量，模具内必须设置一套合理的冷却、加热通道，保证在压铸过程中处于合理的热平衡状态。另外，模具要加设抽真空阀，采用真空压铸。

1.2 压铸机的选择
4 T3 }, i* @% X9 O, x
: T9 B/ A6 |  R- \(1)计算主胀型力 F主=A×p/10

0 q! G: \+ [  N2 D2 X5 f/ Y9 pA为铸件带浇注系统总的投影面积，为1638cm2(其中铸件1260 cm2，另加30%浇注系统的面积)，
( D9 \! w# w, k: j, v$ f
p为压实压力，耐压薄壁件取90Mpa，
( P6 j# P& m. l
F主=A×p=1638×90/10=14742 KN
% r' B( {: O3 W2 z
(2)计算分胀型力
* H9 B+ v% O7 M& v1 J) K$ h
由于此模具两侧形状完全由两面侧抽滑块成型，侧面分力很大，因此分胀型力不能忽略。

F分=A芯×p×tgα / 10

A为铸件侧抽滑块成型处总的投影面积，为636cm2，
8 I) t% d' P' |( c1 @: M
α为楔紧角，取6°，
2 B) O7 I1 v0 W4 c  ]6 x
F分=A芯×p×tgα / 10=636×90×tg6°/10=602 KN
( g: q7 N0 [1 F, ]
" H8 n( m" B6 f# c. x3 l(3)压铸机所需锁模力
+ C/ \2 ^' @8 L" k% y0 E7 G6 R
F锁≥ 1.25(F主+ F分)=1.25×(14742+602)=1918 KN

0 p: [8 X% F+ T) H% r2 g; f, c因此，选用设备为意大利OL2000T，机床锁模力为2000 KN。

2 压铸模具设计
. G7 o; X: t  K* B0 s
2.1 浇注系统和溢流、排气系统的设计

! H- D& l0 a# U9 }" |  T. g/ }% p(1)内浇口截面积 Ag=G /(ρvt)

G为通过内浇口的金属液质量6250g，

1 h" j$ U0 {4 z: ~; w* tρ为液态铝合金密度，取2.4g/cm3，v为填充速度取30m/s，t填充时间取0.1s，

9 z# n/ Y" h; u/ U# H1 BAg=G /(ρvt)=6250/(2.4×30×0.1)=868mm2
8 O* ^& o- Z* P! ?  z+ F. v
驱动轴箱体零件结构非常不利于填充，整体零件可以分为由壁厚3mm的三部分筒形组成，如图二所示，分别为左部外腔(A区域)、中心部分内腔(B区域)及右部外腔(C区域)，根据零件结构的特殊性，将浇口布置也分为三部分，从左到右，内浇口的宽度×厚度为95×4.0、45×3.0、90×4.0，分别对应A、B、C三个区域进行填充。由于型腔中部B区域无处设置溢流槽、排气道，所以将中部浇口旋转一定的角度，沿着铸件中筋的方向进行填充，同时将中心浇口的厚度变薄，有利于快速填充，减小金属液在薄壁处的能量损失。

(2)溢流排气系统的设计

) M- a: ]; C+ h- z/ m6 |& S" s由于此铸件结构不利于填充，因此在填充末端设置大体积的溢流槽，约60×40×30共5处。为有效地减少铸件内部气孔，改善内部组织的致密性，在模具型腔金属液填充末端加设两处真空阀，进行真空压铸。
! _3 z' s8 n6 i* e4 h& A" w, U- i) C% x+ }
& n; {/ n# e8 l1 ^- o8 B6 p2 S, d真空压铸的原理：
$ R* L0 H! L/ Q0 Z/ I% w
; C. l( k# E6 b- da.合模后压铸，压射冲头在慢压射越过压室进料口后，打开抽气节流阀，接通大流量真空源，使压室及型腔内的真空度达到90-96Kpa，充型、增压，填充完了关闭真空源。

( H' y. A# [! D! Zb.真空阀排气道是由波形转折的薄片通道连接真空源，薄片通道多次转折并有外冷却，金属液充填型腔进入薄片通道内逐渐失去流动能力，有效阻止金属液进入真空管路内，同时保证整个填充过程均在抽真空状态下进行。
* k) B4 W* Z" x- S. ~& u. j3 U: s
& H7 h* R2 Z3 e! X" R' R3 模具结构设计
' o6 z" u$ k: |. c9 ]; x+ e: ]
2 ?/ r2 r+ p0 J; L: ]9 r) z& i模具结构设计如图三所示，模板采用方导柱导向，周边呈堤坝式封闭结构精定位，实现合模时动静模的精确定位和锁紧，消除热膨胀对模具使用精度的影响。三面侧抽滑块采用封闭式滑道结构，液压抽芯。

4侧抽液压缸的设计
* M( v$ I$ M+ i  y( e. ]6 V
根据侧抽滑块抽芯力的计算，确定左侧滑块抽芯液压缸直径为Φ250，行程520(包括20mm的安全量)，右侧滑块抽芯液压缸直径为Φ230，行程350。由于液压缸直径大、行程长，抽芯动作速度缓慢，严重影响生产节拍。我们采用图四结构的复合液压缸，初始抽芯时直径为Φ250的缸工作抽出22mm，保证侧抽滑块型腔与铸件脱离后，直径为Φ160的缸开始工作，带动侧抽滑块完成剩下的抽芯行程。这样Φ250缸满足抽芯力的要求，Φ160缸满足抽芯行程的要求，组合完成抽芯动作，节省抽芯动作的时间，提高了生产效率。

图 四 复合液压缸

5 模具加热、冷却系统的设计

0 G( x/ X$ l  F$ `0 w  m" Q在压铸过程中，模具温度偏离设定值的波动对压铸模具的热平衡有很大的影响，模具温度是影响模具热量散发的重要因素，间接地影响铸件充型和凝固过程。为保证铸件的质量，需要在模具中保持均匀的温度分布和合适的温度水平。

3 r5 @/ h$ [& ^/ c% n/ b众所周知，在薄壁铸件和复杂模具的情况下，熔融金属可能在压射过程中就凝固了。在铝合金的压铸过程中，这种情况将产生流痕、冷隔等缺陷，更严重的是可能压射不足。驱动轴箱体压铸模就属于这种情况。为保证模具在合理的温度范围内压铸，我们在模具的动、静模镶块上开设大量的加热油通道，压铸机上设有加热器(能调节和控制油温)，在压铸过程中当模具温度下降时能加热模具，模具温度升高时带走热量冷却模具，控制模具温度在180±30℃范围内。

模具侧抽滑块长芯四周被铸件包围，温度升高很快，因此在侧抽滑块长芯处开设冷却水道，外接冷却水，可以迅速地带走热量，避免温度过高产生粘模和铸件变形。

( L. a# ?9 P! `# M8 _) l& J# V图五

6 模具材料及热处理

模具镶块及侧抽滑块等成型零件采用优质模具钢 W302，淬火硬度HRC42-44;型芯、推杆采用优质模具钢SKD61，淬火硬度HRC42-44;导柱导套采用GCr15，淬火硬度HRC50-55;模板采用50钢，调质HB240-270;推板、推杆固定板采用45钢。

7 小结
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( ~& q9 f% D7 J4 q8 ~模具按设计要求制作完成后，经试模和生产验证，模具工作稳定，铸件成型良好，并有效的提高生产率，并能满足批量生产的要求。

参考文献
[1]潘宪曾.《压铸模设计手册》.北京：机械工业出版社，2006.
+ x2 f+ F: V! ~: R* w[2]卢晨，赵诚.《压铸模具的温度控制》.武汉：特种铸造及有色合金杂志社，2005.(end)