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【分享】汽车变壳铝合金压铸模设计

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发表于 2019-4-7 22:27:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

变壳(壳体厚度变化)类压铸件是集高性能于一体的零件,其结构复杂、壁厚相差大,并要求通过高压力下的渗漏试验,因此在铸造中导致渗漏的冷隔、气缩孔等缺陷,需要避免或转移在许可的位置。

(a)输入输出轴有黑皮

(b)脱模时拉变形

(c)换挡轴孔内有黑皮

(d)螺纹孔内冷隔

(e)小角处裂纹

(f)加强筋小角处冷隔

图1 压铸件常见缺陷

图1所示为压铸件常见的缺陷,其中图1(a)、(c)属于加工余量问题,增加铸件局部加工余量即可解决;图1(b)在定模侧增加顶出结构就可解决缺陷问题;现主要分析图1(d)、(e)、(f)的铸造缺陷以及压铸模的改进措施。


原模具结构分析

图2(a)所示为变壳类压铸件在原模具中的布局,熔料从待成型零件的一侧浇注。从图2(a)可以看出熔料需要经过175mm高的凸出状型芯才能填充到型腔对面,型腔对面几何形状比较复杂,压铸孤岛多、死角多。熔料经过距离长、落差大的凸出状型芯区域时,铸造压力受到损耗,再到复杂型腔区域很难保证成型零件内部的致密性。


(a)原模具中压铸件布局

(b)未充满

(c)致密性差

图2 原模具中压铸件布局及成型零件的缺陷

观察图2(b)中的①区域和图2(c)中的②区域,发现存在未充满且致密性差的问题,为解决这一问题,必须在待成型铸件对面的下方区域增加进料通道,以弥补正面熔料的压力损耗。如果仅在原模具方案上进行修改,增加的浇道太长,压力损耗同样过大,并且废料过多。因此经过研究重新设计新的模具,彻底解决上述缺陷问题。


优化的浇注方案设计

优化的浇注方案如图3(a)所示,在原零件成型缺陷区域增加了1条浇道,同时在零件左右两侧的浇道对称布置,使熔体的流程最短,待成型零件处于压力机中心,符合理想压铸设计理念。


(a)优化的浇注方案

(b)铸造模拟填充20%

(c)铸造模拟填充80%

图3 优化的浇注方案及CAE铸造模拟

从图3(b)、(c)的CAE(ANYCASTING6.0)模拟中发现,熔体在待成型零件两侧的流动速度基本一样,同步到达最高峰处,然后平行向外推出,将换挡拔插部位充填前端的空气及废料一起推出,未形成末端困气。

此浇注方案可以解决原模具的铸造缺陷,达到理想状态,优化的模具铸造参数如表1所示。


优化的模具结构设计

动模设计1

动模结构如图4所示。

图4 动模结构

1.定位块 2.方导柱摩擦块 3.顶板限位行程开关 4.型芯快换压板 5.滑块导柱


01

方导柱摩擦块


大型压铸模(模框外形1500~2000mm)受热膨胀影响较大,模框温度在100℃时,轴向膨胀0.12mm,受结构形状及其他因素影响,实际数据大约在0.2mm。同时圆导柱的孔状结构也会导致热量堆积无法排出,最终导致导柱、导套局部过盈配合,无法开模。采用方导柱结构可有效避免上述问题。


02

分流道拉料槽


分流道口部设计5mm×5mm的垂直凹槽,利用无斜度的直边产生的摩擦力,对料柄及直浇道凝料产生回拉的作用,避免开模时料柄及直浇道凝料留在定模侧的风险,保证了开模时铸件平稳拉出。


03

型芯快换压板


型芯连接杆的背面设计了一块整体压板,固定在滑块连接座上。压铸生产过程中需要更换型芯时,压铸机上拆开压板即可更换所有型芯,避免了拆卸滑块,减少停机时间。


04

滑块导柱


模具上滑块抽拔行程200mm,使用导柱结构使滑块抽拔时运动更加平稳,同时减轻了模具质量,减少了能耗。


05

定位块


模具没有右滑块,为抵消左滑块的单边受力,在模框右侧设计了粗定位结构,模具的动定模定位主要依靠型芯上的精定位结构,避免重复定位。


06

顶板限位行程开关


为保护滑块下方的推杆,在已有复位杆的情况下,又增加了一个顶板限位开关,增设一个触发点确保安全。


定模结构 2


图5 定模结构

定模结构如图5所示,为了克服因成型复杂形状零件额外产生的定模包紧力,设计了定模侧的推出机构,包括定模推板、导柱、导套、复位杆等结构。


加工及在线测量系统

NO.1


模具核心部件采用小量快进的高速加工技术。优点为:进给速度相应提高,可提高加工效率;切削力随之下降,尤其是径向切削力明显减小;95%以上切削热量被带走,工件加工时保持冷态,降低工件加工应力,延长刀具使用寿命。精加工变壳压铸件型芯定位面及成型压铸件等曲面加工时,使用ϕ12R6mm的硬质合金刀具。加工精度控制在0~0.02mm,转速13000r/min(490m/min),进给10000mm/min,每齿进给0.38mm。曲面的表面粗糙度为Ra0.4μm,满足工艺要求。


NO.2


加工其他零件大面时,使用了整体钨钢抗震刀杆。抗震刀杆所具备的减震及高加工精度特性,适合高速精加工运用。


NO.3


经过长期研究和探索,目前的高速加工刀具系统配置方案为:ϕ12~ϕ4mm刀具夹持范围内采用动平衡G2.5的高精度后拉刀柄,刀具跳动0.005~0.008mm,可满足18000转内的普通深度高精度加工;特别深腔加工采用热缩刀柄方案,可满足18000转的小径深腔加工;ϕ16~ϕ32mm的整体钨钢抗震刀杆采用高精度的高速强力刀柄夹持,满足6000转以下的精加工;此方案是目前在满足高精度要求下的最经济配刀方案,体现了性价比的优势,有较高的推广价值。


NO.4


在线测量技术的运用。型芯在高速精加工完成后,程序自动调用刀库内的测头系统,按照程序公差对加工好的工件实施自动检测。符合公差后才可从加工机床上下机,进入下道工序。保证了“下机即良品”的品质,避免了重复的返工装夹,节约了检测时间。


▍内容来源:《模具工业》2019年第3期

▍原文作者:崔龙1,冯勇刚2

▍作者单位:1.宁波君灵模具技术有限公司;2.桂林电器科学研究院有限公司


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