羅柏奎

肇慶高新區(qū)鴻勝模具制造有限公司（廣東肇慶 526238）

1 引言

在功能越來越集成化的要求下，壓鑄件越來越多存在一些與分型面不平行的斜孔或內(nèi)凹位，這些部位需要出斜抽芯才能出模。由于模具結(jié)構(gòu)的限制，這些斜抽芯無法設(shè)計(jì)楔緊塊。常用的兩種解決方法，一是另外增加一個(gè)液壓抽芯自鎖機(jī)構(gòu)達(dá)到鎖緊目的；二是采用彎銷與抽芯結(jié)合的抽芯機(jī)構(gòu)[1]。兩種結(jié)構(gòu)都不可避免的增加了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對(duì)加工和裝配的要求高。機(jī)構(gòu)越多越復(fù)雜，壓鑄生產(chǎn)過程越容易產(chǎn)生故障。本文介紹了一種利用油缸與液壓?jiǎn)蜗蜷y結(jié)合的抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，可達(dá)到同樣的楔緊目的。此種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，穩(wěn)定可靠，適用于不同角度的抽芯，適用于位于動(dòng)摸、定模、抽芯內(nèi)等位置的抽芯。

2 壓鑄件特點(diǎn)

某發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼如圖1所示，外形尺寸：350×487mm，高167mm，投影面積167,300mm，屬較大型壓鑄件，生產(chǎn)的機(jī)型為1,600t。圖1中I所指位置有斜孔和內(nèi)凹位，需出斜抽芯。斜抽芯抽出方向與分型面成一定夾角而且遠(yuǎn)離分型面，難以設(shè)計(jì)楔緊塊。斜抽芯的楔緊設(shè)計(jì)是本副模具的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一。液壓抽芯可抽出與分型面成任何角度的型芯，對(duì)壓鑄反力較小的活動(dòng)型芯，可直接用插芯力楔緊[2]。本項(xiàng)目的斜抽芯采用液壓油缸抽芯結(jié)構(gòu)。成型面積較大，抽芯壓鑄反力大，如選用的油缸規(guī)格過小，插芯力無法抵抗壓鑄反力。沒用楔緊裝置抽芯容易后退，造成壓鑄件尺寸發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致壓鑄件批量報(bào)廢[1]。

3 斜抽芯設(shè)計(jì)

生產(chǎn)過程抽芯受力分析如圖2所示。分型后的斜抽芯如圖3所示，深色為成型位。

圖1 某發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼a——壓鑄件定模側(cè) b——壓鑄件動(dòng)模側(cè)

圖2 抽芯受力分析1.抽芯 2.連接套 3.油缸軸 4.油缸體

圖3 抽芯

油缸體4內(nèi)的液壓油推動(dòng)油缸軸3，帶動(dòng)連接套2和抽芯作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。抽芯抽出時(shí)，油缸抽芯力F抽需大于抽芯力F1，壓鑄生產(chǎn)時(shí)，油缸插芯力F插需能抵抗抽芯的壓鑄反力F反。斜抽芯抽芯力按以下計(jì)算[3]：

式中 P——單位面積壓鑄件對(duì)型芯的擠壓應(yīng)力，對(duì)鋁合金選取10～12MPa

A——壓鑄件包緊型芯的表面積，此抽芯的成型位面積使用Pro/E軟件選擇圖3深色面測(cè)量為5,820mm2

f——壓鑄件對(duì)成型位的摩擦因數(shù)，一般取0.2～0.3

α——成型部位的脫模斜度，此處取成型部位的最小拔模斜度1°

由計(jì)算公式（1）計(jì)算出的抽芯力F1為19.76kN（P取12MPa，f取0.3）。

壓鑄反力按以下計(jì)算：

此壓鑄件生產(chǎn)時(shí)的壓鑄壓力最高不超過70MPa，通過Pro/E軟件測(cè)算圖3深色面，成型部位的投影面積為：1,735mm2，代入式（2）計(jì)算得出抽芯壓鑄反力為121.45kN。

由于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，壓鑄機(jī)的油壓會(huì)有波動(dòng)，導(dǎo)致油缸油壓力有波動(dòng)，需選擇較大的安全系數(shù)。在不增加楔緊的情況下，油缸壓力需大于抽芯壓鑄反力1/3[1]。因此取安全系數(shù)為1.33，即：

其中F插與油缸的直徑又存在如下關(guān)系：

F插=壓鑄機(jī)油路壓力×油缸密封圈面積

式中D為油缸直徑，聯(lián)合公式（2）（3）（4）可計(jì)得油缸最小直徑D=121.2mm，取整數(shù)，可選擇直徑為?125mm的油缸。

油缸的抽芯力按以下計(jì)算：

式中，壓鑄機(jī)油路壓力為14MPa，油缸密封直徑為125mm，油缸軸直徑為60mm，代入式（5）計(jì)算的F抽為132.15mm2。

由F抽＞F1可知，油缸抽芯力可滿足抽芯要求。

根據(jù)以上的計(jì)算設(shè)計(jì)，帶斜抽芯結(jié)構(gòu)的動(dòng)模結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 動(dòng)模部分的結(jié)構(gòu)

4 單向閥設(shè)計(jì)

生產(chǎn)時(shí)，油缸后腔的油壓是靠壓鑄機(jī)液壓系統(tǒng)不斷提供的，油壓力存在波動(dòng)，導(dǎo)致油缸插芯力不穩(wěn)定。只要油壓力某個(gè)時(shí)刻低于油缸前端受力，抽芯會(huì)馬上后退。如在壓鑄機(jī)的抽芯系統(tǒng)回路中增加一組雙向液壓鎖（液控單向閥），則可從根本上解決抽芯后退問題[1]。設(shè)計(jì)的液控單向閥如圖5所示，實(shí)際生產(chǎn)后的壓鑄件斜抽芯位置外觀如圖6所示，抽芯無后退。

圖5 單向閥的安裝

圖6 壓鑄件斜抽芯位置外觀

5 結(jié)束語

在較大成型投影面積的斜抽芯無法設(shè)計(jì)常用楔緊的情況下，采用了大規(guī)格油缸與單向閥鎖死油壓相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)能起到楔緊斜抽芯的作用。此種抽芯結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)，具有高效可靠的特點(diǎn)，對(duì)類似的結(jié)構(gòu)難點(diǎn)模具設(shè)計(jì)有參考意義。需要注意的是，對(duì)于成型投影面積比本項(xiàng)目更大的抽芯，一方面受油缸規(guī)格和模具空間限制，另一方面對(duì)壓鑄機(jī)油壓穩(wěn)定性，對(duì)模溫的要求更高，抽芯后退的風(fēng)險(xiǎn)增加。