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        水表活塞模具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

        2017-10-17 01:24:11應(yīng)任鋒
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年20期

        應(yīng)任鋒

        摘 要:通過對活塞式水表中的活塞零件結(jié)構(gòu)分析,從而對活塞模具材料、熱處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等相關(guān)方面做一個(gè)綜合性的介紹。

        關(guān)鍵詞:活塞;模具材料;熱處理;定位;模具結(jié)構(gòu)

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.007

        0 引言

        旋轉(zhuǎn)活塞式水表以良好的計(jì)量性能被廣泛應(yīng)用于自來水的計(jì)量,受到水資源缺乏的國家和地區(qū)所青睞。該類型的水表對零件尺寸線性公差、形位公差提出了近似苛刻的要求,而該類零件的模具結(jié)構(gòu)決定了產(chǎn)品的質(zhì)量及穩(wěn)定性,本文從活塞式水表的靈魂零件——活塞,做一個(gè)模具整體設(shè)計(jì)的綜合性分析和應(yīng)用。

        1 活塞零件要求簡介

        活塞作為活塞表內(nèi)的一個(gè)旋轉(zhuǎn)件,依靠其與蓋板、外殼、隔板等零件形成一個(gè)良好的配合體,能較好地靈活轉(zhuǎn)動(dòng),才能精確計(jì)量流經(jīng)其腔體的流體體積,使產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)對其提出了較高的技術(shù)要求,其要求見下圖2:

        圖1中產(chǎn)品規(guī)定內(nèi)外直徑、內(nèi)腔深度、總高等尺寸都只有一個(gè)較小的線性公差,各道尺寸除符合這些公差外,內(nèi)外徑D2、D3以外徑D1中心軸線為基準(zhǔn)的同軸度需控制在?0.02內(nèi)。圖2顯示產(chǎn)品有一個(gè)棗核形的缺口A,且開口處槽寬有一個(gè)0~+0.06的公差要求。可見,此零件線性及形位公差極小。而開口A的存在使產(chǎn)品在注塑后易發(fā)生結(jié)構(gòu)性變形導(dǎo)致槽寬變窄、內(nèi)外形圓度變差,使得整個(gè)零件線性及形位公差更加難以控制。其變形趨勢見圖3虛線所示。

        圖中所示W(wǎng)為零件開口處往中心變形的變形量,變形量為開口處最大,上下兩頭最小,向中心縮攏的一個(gè)漸變趨勢。

        2 模具分析

        從以上零件分析可以看出,此零件為形狀基本規(guī)則、線性及形位誤差要求較高的精密耐磨零件,對模具的選材、熱處理、模具結(jié)構(gòu)、模具制造精度等方面提出了較高要求。

        2.1 模具選材

        ??蛞诉x用40Cr調(diào)質(zhì)處理,硬度在HRC24~28之間,使模具在120kg/㎝2 以上的鎖模力、空負(fù)荷的交變負(fù)荷的情況下,達(dá)到模板較小的變形量,提升模具整體壽命。

        模芯材質(zhì)宜選用模具鋼H13,模芯在粗加工時(shí)放一定的精加工余量后淬火處理,使模芯具有較穩(wěn)定的金相組織,和比較高的硬度及較好的韌性。要求有熱硬性的模具淬火工藝:加熱溫度1050~1080℃,油冷,回火溫度在530~560℃,使其最終硬度在HRC52~54。淬火后精加工。

        以上模具選材及熱處理方式可讓模具在長期反復(fù)工作狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性,從而保證模具壽命及產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

        2.2 模具結(jié)構(gòu)

        此零件上中心位置有1軸,且為注塑包塑成型,側(cè)面有4個(gè)“腰形”孔,故此模具宜采用三板式點(diǎn)澆口、斜導(dǎo)柱抽芯、頂桿頂出結(jié)構(gòu),但殘留澆口點(diǎn)不得高出其所在平面以免影響零件使用。

        2.2.1 圖4為常規(guī)的三板式模具結(jié)構(gòu)

        此種結(jié)構(gòu),動(dòng)模與定模之間的定位由動(dòng)定模的導(dǎo)柱導(dǎo)套配合來完成。導(dǎo)柱導(dǎo)套、導(dǎo)柱孔的加工精度,導(dǎo)柱導(dǎo)套與導(dǎo)柱孔的配合精度,往往決定了此類模具結(jié)構(gòu)所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品由于定位引起一定的同軸度誤差。根據(jù)檢測,此類配合的造成動(dòng)定模的模芯同軸度在?0.01左右,大于零件?0.02的三分之一?0.0067的設(shè)計(jì)要求。型腔套與下型芯之間小于0.005之間的間隙配合,減小了兩者定位精度引起的產(chǎn)品外徑與軸端內(nèi)孔的同軸度誤差,基本符合設(shè)計(jì)要求。

        澆口位于產(chǎn)品的隔層面上,位置置于棗核形缺口的對面,且澆口點(diǎn)低于隔層平面大約0.5~0.8之間。根據(jù)注射成型熔料流向,產(chǎn)品的最終熔接痕位于棗核形缺口處,很好地避免了熔接痕的表面缺陷,提高了產(chǎn)品的強(qiáng)度。但澆口位置的偏心選擇,由于產(chǎn)品內(nèi)部致密度的不均勻,加劇了產(chǎn)品內(nèi)部應(yīng)力的變形,導(dǎo)致以此引起的同軸度誤差加劇,圖3的W數(shù)值加大,通常W為0.02左右。

        此類結(jié)構(gòu)的模具,在保證一定的注塑工藝,排除外部不必要的因素,最終外徑D1與內(nèi)孔D2的同軸度在?0.03左右,D1與D3的同軸度在?0.04~?0.06之間,大大超出了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。在實(shí)際設(shè)計(jì)制造中,此類結(jié)構(gòu)已不再采用。

        2.2.2 圖5為改進(jìn)型的三板式錐面精定位配合模具結(jié)構(gòu)

        此種結(jié)構(gòu)基本與圖4結(jié)構(gòu)類似,不同之處是動(dòng)模與定模之間的定位不但有動(dòng)定模的導(dǎo)柱導(dǎo)套,還有上模芯與型腔套之間用錐面配合精定位設(shè)計(jì)。這樣設(shè)計(jì),只要錐面A配合貼面(見圖6),在一定程度上消除了圖4結(jié)構(gòu)而引起的定位誤差。據(jù)實(shí)測,此類配合的結(jié)構(gòu),動(dòng)定模的模芯同軸度在?0.003左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于零件?0.02的三分之一?0.0067,完全符合設(shè)計(jì)要求,且可消除模具在長期生產(chǎn)而導(dǎo)致的導(dǎo)柱導(dǎo)套磨損而引起的定位誤差。此結(jié)構(gòu)還有一優(yōu)點(diǎn),可減少分型面的接觸面積,還可在高壓鎖模的情況下,鎖模力不但在作用于軸向,還在垂直于斜面有一個(gè)徑向鎖模力(見圖6),提高了模具分型面的平面度。

        澆口位置選擇位于產(chǎn)品中心圓柱端面,澆口點(diǎn)低于端面大約0.5~0.8之間。此種澆口位置的選擇,很好地解決了產(chǎn)品致密度不均的問題,也不存在熔接痕的缺陷,且提高了產(chǎn)品的整體強(qiáng)度。這樣一來,大大減小了由于澆口位置選擇問題而引起的產(chǎn)品變形量造成的較大同軸度誤差。W數(shù)值通常在0.005~0.01之間。澆口處有一澆口脫料裝置,模具開模后使流道凝料始終位于上型芯一側(cè),便于生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,提高生產(chǎn)效率。

        根據(jù)實(shí)際生產(chǎn),此類結(jié)構(gòu)的模具,在保證一定的注塑工藝,排除外部不必要的因素,最終外徑D1與內(nèi)孔D2的同軸度在?0.01~?0.015左右,D1與D3的同軸度在?0.01~?0.02之間,基本符合產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。另,在模芯精加工磨削,可根據(jù)產(chǎn)品變形趨勢,做一定尺寸的修正,使最終成型產(chǎn)品更加符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

        3 結(jié)論

        通過對活塞模具的綜合印證,對此類尺寸公差及同軸度要求較高的水表零件模具,需選用適當(dāng)?shù)哪>卟牧稀⒑侠淼臒崽幚砉に?、錐面精定位模具結(jié)構(gòu)及一定的加工工藝,才能使模具長期穩(wěn)定的生產(chǎn)出此類合格產(chǎn)品。

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