中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司航宇救生裝備有限公司 （湖北襄陽(yáng) 441002） 文根保 文 莉

澳大利亞悉尼大學(xué) 史 文

托板在壓鑄模中有幾種擺放的形式，就有相應(yīng)幾種壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案。這些不同的方案中有根本行不通的方案；有可行但壓鑄模結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的方案；當(dāng)然，還有簡(jiǎn)單易行的方案，也就是最佳優(yōu)化方案。最佳優(yōu)化方案要通過(guò)對(duì)各種方案的比較分析之后才能夠找出，也就是說(shuō)要通過(guò)對(duì)各種方案的論證才能找到。復(fù)雜模具設(shè)計(jì)時(shí)的模具結(jié)構(gòu)方案論證是千萬(wàn)不可缺失的內(nèi)容。否則，不僅是費(fèi)時(shí)費(fèi)力又費(fèi)錢(qián)不說(shuō)，還會(huì)帶來(lái)許多不必要的麻煩，甚至?xí)斐赡＞叩膱?bào)廢。為了確保模具設(shè)計(jì)、制造和試模的一步到位，模具結(jié)構(gòu)方案的論證是確保其成功的一種最可靠和唯一的保證手段。

一、壓鑄件的形體分析

圖1 托板

托板如圖1所示。托板的形體特征為“冖”形，其兩端帶有門(mén)字形凹槽的支腳是具有多個(gè)同心圓的弧形面。托板的上面為直角梯形的長(zhǎng)筋，下面是一個(gè)R7mm的半圓形長(zhǎng)槽和一個(gè)7mm×3mm×4mm長(zhǎng)方形凸臺(tái)。從俯視方向看，托板為四段相聯(lián)且寬度不同的長(zhǎng)方體。托板的形體特點(diǎn)是一個(gè)薄、窄、長(zhǎng)條形的鋁硅合金（L104）的壓鑄件，其長(zhǎng)度為160mm，最薄處沿長(zhǎng)度范圍內(nèi)僅1.55mm，而寬度最窄處為10.5mm，可見(jiàn)托板是一典型的細(xì)薄長(zhǎng)條形的壓鑄件。兩端的門(mén)字形支腳為：一端是長(zhǎng)42mm、寬19mm、厚3mm的長(zhǎng)支腳，另一端是長(zhǎng)23mm、寬12.5mm、厚3.2mm的短支腳。

二、壓鑄模最佳優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案的論證

壓鑄模結(jié)構(gòu)的論證內(nèi)容：包括壓鑄模最佳優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案的論證、模具各種機(jī)構(gòu)的論證、壓鑄件上可能產(chǎn)生缺陷所進(jìn)行的分析與論證以及壓鑄模強(qiáng)度與剛性的校核四個(gè)方面。只要是這四個(gè)方面論證的結(jié)論是可行，壓鑄模的具體設(shè)計(jì)工作才能夠進(jìn)行。如此才能避免因壓鑄模結(jié)構(gòu)的盲目性設(shè)計(jì)，造成不必要的損失。托板在壓鑄模中有三種擺放形式，便相應(yīng)有三種托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案。這樣就需要繪制出這三種方案的托板壓鑄模結(jié)構(gòu)方案草圖和與托板壓鑄模結(jié)構(gòu)有關(guān)的構(gòu)件動(dòng)作圖來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的分析和論證。

1.托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之一

托板是在壓鑄模中以平置臥式擺放，如圖2所示。其分型面I－I的設(shè)置，如圖2所示，它是以距直角梯形長(zhǎng)筋的上平面為5.2＋0.075＋0mm與1°的斜面包含的直角梯形面所組成的空間型面為分型面。右側(cè)支腳外圓弧面的分型面設(shè)置在定模上，而左側(cè)支腳外圓弧面的分型面設(shè)置在動(dòng)模上，只有如此才能有效地避開(kāi)壓鑄件兩側(cè)支腳的圓弧面在脫模時(shí)，所產(chǎn)生“障礙體”的阻礙作用。

圖2 托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之一

該方案托板的R7mm半圓形腰字槽是處在上、下的方向，這樣即可以利用脫模機(jī)構(gòu)的頂出動(dòng)作將托板從動(dòng)模型腔中沿著開(kāi)模方向頂出。兩側(cè)支腳門(mén)字形槽的結(jié)構(gòu)也在上、下方向，故成形左側(cè)門(mén)字形槽的左鑲件凸臺(tái)，可以分別設(shè)置在動(dòng)模型腔與動(dòng)模型芯之上。右側(cè)門(mén)字形槽的右鑲件凸臺(tái)，也可以分別設(shè)置在定模型腔與動(dòng)模型芯之上。因此，這三處托板的形體是不需要設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)成形與抽芯。

圖3 托板脫模動(dòng)作圖

壓鑄件在受外力的作用時(shí)是很容易產(chǎn)生變形的，更何況是細(xì)薄長(zhǎng)條形的壓鑄件。為了最大限度地減小托板脫模時(shí)的變形，必須采用二次脫模機(jī)構(gòu)，如圖3 b及圖3c所示。托板第一次脫模，如圖3b所示。模具脫模機(jī)構(gòu)先將托板以底面80.5%的面積，由型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4將托板從動(dòng)模型腔中頂出。最大限度地確保了托板在第一次脫模時(shí)，不會(huì)因受到動(dòng)模型腔拔模力的作用而產(chǎn)生變形。因?yàn)樾托?和型芯5是固定不動(dòng)的，成形托板的7mm×3mm×4mm長(zhǎng)方形凸臺(tái)的動(dòng)模型芯3和成形右側(cè)支腳的型芯5，不會(huì)隨同第一次脫模的其他型芯一起頂出。托板第二脫模，如圖3c所示。由于托板只存在一個(gè)可移動(dòng)的頂桿2和一個(gè)固定不動(dòng)的型芯5的支撐，故在頂桿2的作用下，托板只能產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)，從而避開(kāi)了左端長(zhǎng)支腳上“障礙體”的阻礙作用。此時(shí)動(dòng)模型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4便脫離了托板，它們不會(huì)影響到托板的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。若將動(dòng)模型芯兼頂桿1做成一個(gè)整體，頂桿2可從型芯兼頂桿1中間通過(guò)，型芯3可與動(dòng)模型腔制成一體，這樣有利于型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4在頂出時(shí)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向與裝配作用。固定的型芯5是為了讓出足夠的空間，在托板作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，有利于減小右端短支腳距翻轉(zhuǎn)圓心之間產(chǎn)生的變形，使得托板變形量為最小。

2.托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之二

托板在壓鑄模中為平放側(cè)立式擺放，如圖4a所示。該套模具結(jié)構(gòu)方案是按托板為側(cè)立式放置的空間位置進(jìn)行壓鑄模設(shè)計(jì)的。

其分型面如圖4a所示，是由距直角梯形長(zhǎng)筋上5.2 mm平面與1°斜面的空間型面所組成。這樣放置的好處：托板的脫模位置是在最不容易產(chǎn)生變形的寬度方向進(jìn)行的，而不是在托板最容易變形的厚度方向進(jìn)行的，因?yàn)楹穸确较虻淖钚〕叽鐬?.55mm，而寬度方向的最小尺寸為10.5mm，其脫模方向的尺寸為方案一的近7倍。這樣頂出托板寬度的方向，就不容易產(chǎn)生變形，也就無(wú)須采用二次脫模機(jī)構(gòu)?？墒菫榱耸雇邪迥軌虮豁敵鰟?dòng)模型腔，托板需要采用多次復(fù)雜的抽芯。托板處于第一次抽芯狀態(tài)及左型芯2處于第二次抽芯狀態(tài)，如圖4b所示。成形托板的兩側(cè)支腳的門(mén)字形槽的型芯會(huì)影響到托板的脫模，需要有左端型芯1和右端型芯6的左、右兩側(cè)的抽芯，成形托板下面的7mm×3mm×4mm長(zhǎng)方形凸臺(tái)的型芯也會(huì)影響到托板的脫模，需要有中型芯3向后抽芯45mm。另外左側(cè)支腳的內(nèi)側(cè)弧面和半圓形腰字槽是一種“障礙體”也會(huì)影響到托板的脫模，在中型芯3向后方向抽芯45mm之后，左型芯2應(yīng)先向右抽芯3 mm。左型芯2處于第二次抽芯狀態(tài)，如圖4c所示。然后，左型芯2還要再向后抽芯5mm。在完成了這些抽芯之后，托板才能脫模。這種先向右方向再向后方向的變向抽芯，可疊加成為向右后方向的斜向抽芯。并且是要先完成前述的三處抽芯后，才能進(jìn)行后續(xù)的抽芯，否則后續(xù)的抽芯會(huì)與成形7mm×3mm×4mm長(zhǎng)方形凸臺(tái)的型芯在向后方向的抽芯發(fā)生“運(yùn)動(dòng)干涉”現(xiàn)象。如此看來(lái)，該壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案不但有四處抽芯機(jī)構(gòu)，更是要有復(fù)合運(yùn)動(dòng)的抽芯機(jī)構(gòu)，并且在運(yùn)動(dòng)的時(shí)間上還需要延時(shí)。抽芯機(jī)構(gòu)多且運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，故方案二較之方案一更為復(fù)雜。再者側(cè)立式放置會(huì)使托板的寬度方向朝著開(kāi)、閉模方向，這就需要制有拔模斜角而影響到托板厚度方向的尺寸，這也是圖樣上不允許的。

圖4 托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之二

3.托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之三

托板在壓鑄模中是豎立式擺放，如圖5a所示。托板的抽芯過(guò)程，如圖5b、5c所示。由于托板是一個(gè)典型的細(xì)、薄、長(zhǎng)條形的壓鑄件，其長(zhǎng)度為160mm，脫模后要控制其變形量是件十分困難的事?！摆ⅰ毙蜗路降腞297mm弧形面、R7mm的半圓形槽和7mm×3mm×4mm的凸臺(tái)等形體需要抽芯，也是件十分困難的事。加上壓鑄模的閉合高度高，動(dòng)模型腔的高度大而拔模斜度長(zhǎng)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的尺寸超差。這樣，還需要機(jī)械加工進(jìn)行補(bǔ)充加工。因成形脫模后的托板還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，故這是一個(gè)注定要失敗的方案。

圖5 托板壓鑄模的結(jié)構(gòu)方案之三

4.托板壓鑄模結(jié)構(gòu)方案論證的結(jié)論

綜合上述三種方案，顯然方案三是個(gè)失敗的方案。方案二的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜也不應(yīng)選取，而方案一最為簡(jiǎn)單可靠。

方案一沒(méi)有復(fù)雜的抽芯機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，但為了解決窄、薄、長(zhǎng)條形的壓鑄件變形問(wèn)題，采用了二次脫模機(jī)構(gòu)是十分有效的。方案二雖然采用了避免脫模變形的最薄弱處的寬度方向進(jìn)行脫模，而無(wú)須采用二次脫模機(jī)構(gòu)，但就脫模機(jī)構(gòu)而言是比方案一簡(jiǎn)單。但是，其抽芯機(jī)構(gòu)有四處之多，更是有復(fù)合運(yùn)動(dòng)的抽芯機(jī)構(gòu)，并且在運(yùn)動(dòng)的時(shí)間上還需要延時(shí)，還需要避免抽芯機(jī)構(gòu)的“運(yùn)動(dòng)干涉”現(xiàn)象的發(fā)生，其復(fù)雜性遠(yuǎn)大于方案一的二次脫模機(jī)構(gòu)。因此，還是選用方案一為上策。由于托板的兩道后續(xù)工序的加工，可由機(jī)械加工的工序來(lái)完成，又相對(duì)地減少了壓鑄模結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。由于托板生產(chǎn)批量很大，模具采用了一模兩腔，加上模具抽芯和壓鑄件脫模的自動(dòng)化程度高，可以適應(yīng)壓鑄件的大批量生產(chǎn)。

三、壓鑄模機(jī)構(gòu)的論證

以托板在模具中平放臥式擺放的壓鑄模結(jié)構(gòu)方案為最佳優(yōu)化方案，為了確保方案一可實(shí)施，還應(yīng)該對(duì)方案一再進(jìn)行更加充分地論證。

1.分型面的設(shè)置論證

如圖2a所示，由于分型面的設(shè)置，當(dāng)定模開(kāi)模時(shí)，便可消除托板右外側(cè)小圓弧面“障礙體”的阻礙作用。而托板的第一次脫模又消除了托板左外側(cè)大圓弧面的“障礙體”的阻礙作用。所采用的分型面在動(dòng)、定模型面之間又是吻合的，不會(huì)因?yàn)榇嬖谥鴦?dòng)、定模分型面間的縫隙而產(chǎn)生溢料傷人的事故，結(jié)論是分型面的設(shè)置是正確的。

2.門(mén)字形槽抽芯形式的論證

由于門(mén)字形槽雖然是處在托板兩側(cè)的支腳上，但門(mén)字形槽下端是貫通的。由此可采用動(dòng)模的鑲嵌件來(lái)成形門(mén)字形槽，也方便了托板的脫模。

3.托板脫模機(jī)構(gòu)論證

主要是根據(jù)壓鑄件的“障礙體”和“變形量”要素來(lái)決定脫模的形式，托板的脫模是采用二次脫模運(yùn)動(dòng)的形式。最大限度地減少了因托板脫模時(shí)的拔模力和冷卻收縮時(shí)的翹曲變形。

壓鑄模的結(jié)構(gòu)，如圖6a所示；擺塊動(dòng)作，如圖6b所示。托板脫模時(shí)，機(jī)床的頂桿推動(dòng)著推板2和安裝板3，并借助擺塊18在楔板16T形槽中的運(yùn)動(dòng)，使得頂桿兼型芯11及頂桿兼型芯12能夠?qū)⑼邪鍙膭?dòng)模型芯15的型腔中頂出，完成托板的第一次頂出。此時(shí)托板仍未脫離頂桿兼型芯11和頂桿兼型芯12的上型面。當(dāng)機(jī)床頂桿繼續(xù)頂出時(shí)，由于楔板16的T形槽對(duì)擺塊18運(yùn)動(dòng)的引導(dǎo)作用，使得擺塊18產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)而脫開(kāi)安裝板3，此時(shí)安裝板3可以暫時(shí)停止移動(dòng)。從而使安裝板7和頂桿10可以繼續(xù)移動(dòng)10mm的距離，頂桿10即可推動(dòng)托板使其脫離頂桿兼型芯11及頂桿兼型芯12而產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)托板第二次頂出。

圖6 托板壓鑄模

4.壓鑄模結(jié)構(gòu)論證的結(jié)論

綜合上述，壓鑄模分型面的設(shè)置是可靠的，兩側(cè)支腳的門(mén)字形槽成形是沒(méi)有問(wèn)題的，托板的脫模也是十分可靠的，并且托板的上面為直角梯形長(zhǎng)筋上平面的平面度不能大于0.1mm的要求是能夠得到充分保證的。事實(shí)已證明，經(jīng)測(cè)量，被二次脫模頂出的托板直角梯形長(zhǎng)筋上平面的平直度僅為0.045mm。

5.壓鑄模的強(qiáng)度和剛性的校核

托板的壓鑄模型腔內(nèi)熔融鋁硅合金的液體是在160t壓力的作用下進(jìn)行填充，給予了模具腔壁很大的壓力，故對(duì)動(dòng)模型腔的壁厚和動(dòng)模墊板的厚度，需要做強(qiáng)度和剛性的校核，以防動(dòng)模型腔產(chǎn)生變形而影響到托板的脫模及平面度的超差，甚至產(chǎn)生溢料傷人的事故。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)三種壓鑄模結(jié)構(gòu)方案的比較后，可以分辨出方案一是簡(jiǎn)單可行的最佳優(yōu)化方案，方案二是復(fù)雜可行的方案，方案三是必定失敗的方案。

如果不進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的分析和論證，就存在著1/3失敗的幾率，1/3自找煩惱和1/3成功的幾率。方案數(shù)量越多，成功的幾率便越少。而要想有100%成功的把握，就必須要進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)最佳優(yōu)化方案的分析和論證；對(duì)壓鑄件產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行分析；最后是對(duì)壓鑄模的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)度和剛性的校核。