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        自動(dòng)化條件下的壓鑄模具設(shè)計(jì)改進(jìn)

        2015-04-23 05:14:48崔愛軍
        金屬加工(熱加工) 2015年23期
        關(guān)鍵詞:壓鑄模芯子頂桿

        ■ 崔愛軍

        由于我國(guó)的壓鑄業(yè)起步晚、起點(diǎn)低,壓鑄生產(chǎn)基本處于完全的手工操作,經(jīng)過這些年的發(fā)展,隨著我國(guó)人口紅利的逐步消失,勞動(dòng)力短缺已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)主要問題,加之壓鑄勞動(dòng)強(qiáng)度大、高溫、高噪聲、高污染等不利因素,如何解決人的問題,成了困擾各個(gè)企業(yè)的頭等大事。目前,壓鑄產(chǎn)品利潤(rùn)進(jìn)入微利時(shí)代,企業(yè)為了生存發(fā)展,必須在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本,以及保質(zhì)保量地保障主機(jī)廠的供貨上下功夫。伴隨著這些不同層面的需求,壓鑄生產(chǎn)的自動(dòng)化成了各個(gè)壓鑄企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

        伴隨著壓鑄自動(dòng)化的進(jìn)程,隨之而來的就是壓鑄模具如何適應(yīng)壓鑄自動(dòng)化生產(chǎn)的問題,原有的壓鑄模具能否適應(yīng)壓鑄自動(dòng)化的生產(chǎn)就成了影響壓鑄自動(dòng)化順利進(jìn)行的一個(gè)主要因素。為適應(yīng)壓鑄生產(chǎn)的自動(dòng)化,壓鑄模具需要做出下列幾個(gè)方面的改進(jìn)提高。

        1. 壓鑄模具的適應(yīng)性改進(jìn)

        生產(chǎn)中預(yù)防模具故障是一項(xiàng)長(zhǎng)期而又困難的工作,那些看似很小的問題,在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中會(huì)帶來意外的風(fēng)險(xiǎn),造成產(chǎn)品的批量廢品,為企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失,因此必須從設(shè)計(jì)階段開始就引起足夠的重視。

        (1)液壓缸取代斜導(dǎo)柱 壓鑄生產(chǎn)的自動(dòng)化包含著脫模劑噴涂的自動(dòng)化,目前常用的噴霧機(jī)多為兩軸伺服系統(tǒng)噴霧機(jī)和老式銅管噴頭式噴霧機(jī)(當(dāng)然,也有少數(shù)采用機(jī)器人噴涂),這兩種噴涂系統(tǒng)的噴頭基本上都是由模具分型后的頂部垂直進(jìn)入,根據(jù)控制系統(tǒng)指令,以一定的速度上下移動(dòng)噴頭,對(duì)模具的動(dòng)模、定模表面進(jìn)行一定時(shí)間的脫模劑噴涂和吹氣動(dòng)作。由于噴頭要從模具頂面進(jìn)入,因此原來設(shè)計(jì)在模具上方的斜導(dǎo)柱抽芯則必須更改為液壓缸抽芯裝置(見圖1),否則會(huì)影響到噴霧機(jī)噴頭的動(dòng)作,甚至損壞噴霧機(jī)。

        由于自動(dòng)噴霧是按事先設(shè)定的程序進(jìn)行噴涂的,其噴涂過程遠(yuǎn)沒有達(dá)到人工噴涂的靈活程度,對(duì)于局部需要適量多噴的部位往往不能實(shí)現(xiàn)“特殊的照顧”,特別是對(duì)于大型的滑塊來說,開模之后滑塊的背面仍然被自身所遮擋,無法實(shí)現(xiàn)有效的噴涂(見圖2),為此就需要在模具滑塊部位適當(dāng)增加模具“內(nèi)噴涂”系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)滑塊背面的補(bǔ)充噴涂。

        (2)冷卻系統(tǒng) 模具溫度在壓鑄工藝參數(shù)當(dāng)中是一個(gè)非常重要的參數(shù),它會(huì)影響到鑄件外觀質(zhì)量、填充時(shí)間、填充速度、壓力傳遞等一系列因素,可以說正確、恒定的模具溫度是確保可靠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件、提高生產(chǎn)率、降低廢品率和延長(zhǎng)模具壽命的基本前提。自動(dòng)化生產(chǎn)帶來生產(chǎn)節(jié)拍的提高,必然帶來模具溫度上升,加之自動(dòng)噴涂時(shí)間較人工噴涂縮短,更加劇模具溫度的上升幅度。因此,自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)對(duì)壓鑄模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求將更加嚴(yán)格,冷卻水道的布置、點(diǎn)冷卻的設(shè)置必須做到科學(xué)合理,過去那種簡(jiǎn)單的直通式冷卻水道或不設(shè)冷卻水道的做法是不能適應(yīng)新形勢(shì)下的壓鑄生產(chǎn)的。模具溫度必須處于一種合理、均勻、可控的范圍內(nèi),才能保證鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定、可靠。

        圖1 模具上方存在斜導(dǎo)柱

        在冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)壓鑄生產(chǎn)的工藝參數(shù)做一個(gè)詳細(xì)的了解和預(yù)估,在整個(gè)鑄造程序中,注入模具中的金屬液成了唯一的熱量來源,必須考慮到壓鑄模能否起到“散熱器”的作用,對(duì)金屬液釋放的熱量以及模具冷卻系統(tǒng)所能帶走的熱量有一個(gè)詳細(xì)的計(jì)算,當(dāng)通過壓鑄模的散失熱量和用冷卻流體循環(huán)帶走的熱量,與不斷澆注的金屬液增加的熱量趨于一致時(shí),壓鑄模就達(dá)到了熱平衡。壓鑄模溫度在獲得這些理想的條件后, 必須把它保持住,方能實(shí)現(xiàn)正常、穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。

        為使冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化,可采用壓鑄CAE軟件進(jìn)行模擬計(jì)算,然后對(duì)原有冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化處理、改進(jìn),確保模具溫度的均衡、一致。

        (3)模具型芯的可靠性 主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:其一是彎曲斷裂,其二是芯子后退。

        針對(duì)型芯的彎曲斷裂,我們可采用的措施有:①嚴(yán)格控制小型芯的長(zhǎng)徑比,減小芯子彎曲的可能性。②模具內(nèi)澆口避免直接沖擊模具小型芯。③盡量減少芯子孔口部倒角,避免使用臺(tái)階芯子,消除型芯局部的應(yīng)力集中,如圖3所示。④采用優(yōu)質(zhì)鋼材、合適的熱處理工藝,提高小型芯的制作質(zhì)量。⑤對(duì)小型芯進(jìn)行表面處理,減小型芯的抱緊力。

        型芯使用過程中的后退,主要出現(xiàn)在那類快速更換的芯子上面;一般情況下快換芯子的尾部都有一個(gè)內(nèi)六角錐端緊定螺釘固定,在使用過程中,會(huì)出現(xiàn)螺釘松動(dòng),或者在更換芯子后未能將螺釘擰緊,造成壓鑄生產(chǎn)時(shí)型芯的后退。一般常用的解決方式是將內(nèi)六角錐端緊定螺釘增加為兩個(gè),同時(shí)加強(qiáng)模具維修后的檢查驗(yàn)收工作,基本上可以確保型芯不后退。

        (4)頂出系統(tǒng)的穩(wěn)定性 模具頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及的計(jì)算內(nèi)容比較多,多數(shù)情況下模具廠會(huì)憑經(jīng)驗(yàn)來設(shè)置頂桿的數(shù)量、直徑以及頂出板的厚度。對(duì)于頂出桿的穩(wěn)定性、頂出板的變形量幾乎不做校核,在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)頂桿彎曲、斷裂造成的模具損毀,頂出板變形造成的鑄件表面頂桿痕跡深度超過了機(jī)械加工余量導(dǎo)致的鑄件報(bào)廢等情況。因此,為適應(yīng)壓鑄的自動(dòng)化生產(chǎn),有必要對(duì)頂出桿的穩(wěn)定性、受推面積進(jìn)行必要的核算,做到防患于未然。

        頂出系統(tǒng)的穩(wěn)定性還包含頂出板回程限位塊的設(shè)置,目前多數(shù)回程限位塊采用的是圓形限位,如圖4所示。限位塊與頂出板的接觸面積較小,經(jīng)過長(zhǎng)期的使用后,限位塊發(fā)生變形,造成頂出板限位不可靠,頂桿痕跡高出鑄件表面,有時(shí)會(huì)影響到后續(xù)機(jī)械加工定位的可靠性,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鑄件報(bào)廢。

        頂桿的設(shè)置應(yīng)盡可能避免鑄件的某些部分粘在鑄模上,必要時(shí)應(yīng)設(shè)置自動(dòng)向頂出桿注油的輔助裝置,以避免頂桿經(jīng)常發(fā)生卡殼, 確保鑄件順利頂出。

        2. 模具保護(hù)措施

        壓鑄全自動(dòng)化生產(chǎn)存在以下風(fēng)險(xiǎn):

        (1) 出模品有殘缺時(shí),無法及時(shí)發(fā)覺。

        (2)產(chǎn)品或渣包粘定模,或沒有完全掉落會(huì)帶來壓壞模具的損失。

        (3)更嚴(yán)重的是產(chǎn)品或渣包如果沒有掉落,在下一次合模生產(chǎn)時(shí),由于模具沒有完全合上,會(huì)導(dǎo)致模具飛料傷人的安全事故。

        圖2 需要增加內(nèi)噴涂的抽芯

        圖3 小型芯的改進(jìn)

        圖4 頂出板后退限位塊

        因此,在確保模具穩(wěn)定性的同時(shí),還有必要采用一些必要的模具保護(hù)措施,全部帶有檢測(cè)器的壓鑄模具也并非必要,市面上已經(jīng)有商品化的多功能模具監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng),該壓鑄模具監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)安裝在壓鑄機(jī)上,壓鑄成形前,檢測(cè)模具表面是否有殘留異物或滑塊錯(cuò)位,在異常發(fā)生時(shí)會(huì)自動(dòng)防止閉模并報(bào)警。

        壓鑄成形后,檢測(cè)產(chǎn)品是否粘定模,是否同預(yù)期成形符合,快速判定產(chǎn)品是否合格,有效地解決在溫度較高的自動(dòng)工作狀態(tài)下,人工很難觀察到出模的問題和模腔的狀況。該模具監(jiān)視系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí),能及時(shí)停機(jī)報(bào)警,避免發(fā)生質(zhì)量問題后的再次合模所帶來的二次損失。

        3. 結(jié)語

        模具設(shè)計(jì)、使用過程中雖然采取了這些必要的措施,但是這些措施并非一勞永逸,特別是模具的使用過程中會(huì)發(fā)生各種各樣的變化,壓鑄企業(yè)還必須做好日常壓鑄模具的維護(hù)保養(yǎng)工作,全壽命記錄壓鑄模具的使用、維護(hù)情況;總結(jié)分析壓鑄模具使用過程中的失效規(guī)律,并根據(jù)這些使用規(guī)律,定期更換那些易損的小型芯、頂桿等配件,做好壓鑄模具的預(yù)防性維護(hù)工作,為壓鑄自動(dòng)化生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。

        [1] 潘憲曾. 壓鑄模設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

        [2] 楊裕國(guó). 壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

        [3] 趙浩峰. 現(xiàn)代壓力鑄造技術(shù)[M]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

        [4] 潘憲曾. 壓鑄工藝與模具[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.

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