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        基于Creo 的薄壁壓鑄模設(shè)計(jì)

        2021-03-06 05:56:08李瑩瑩張佳君張茂翔于天成
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        肖 鋒 吉 寧 李瑩瑩 張佳君 張茂翔 于天成 張 琦

        (遼寧科技學(xué)院,遼寧 本溪117004)

        壓鑄模具有形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)零件多等特點(diǎn),如果采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,其設(shè)計(jì)工作量大,設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。

        而借助三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)設(shè)計(jì)壓鑄模不僅可以縮短模具設(shè)計(jì)周期,而且還能提高模具結(jié)構(gòu)的合理性及準(zhǔn)確性[1]。而CAD/CAM技術(shù)則被認(rèn)為是現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)的核心和重要的發(fā)展方向[2]。Creo軟件由美國(guó)推出,是一款三維CAD/CAM參數(shù)化軟件,該軟件功能強(qiáng)大,設(shè)計(jì)內(nèi)容廣泛,能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)的需求。

        1 壓鑄件工藝分析

        該壓鑄件是一個(gè)接近方形、一面開(kāi)口的薄壁殼體類(lèi)零件,為鋁合金材質(zhì),該鑄件的外形尺寸為98mm×86mm,壁厚約3mm,鑄件表面質(zhì)量要求較高,鑄后表面不得包含氣孔、冷隔、凹陷等表面缺陷??紤]生產(chǎn)工藝,該鑄件底面的3 個(gè)通孔可直接鑄出,節(jié)省了后續(xù)的機(jī)加工工序;另外底部還有8 處M4-4H 的螺紋孔,這幾個(gè)螺紋孔可先鑄出底孔,再由后續(xù)的機(jī)械加工完成攻螺紋操作。該盒體的四個(gè)側(cè)面結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,每個(gè)側(cè)面都需要采用斜銷(xiāo)抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)成型,考慮到成本,四個(gè)側(cè)壁上的孔先不鑄出,為了保證孔的尺寸精度和粗糙度的要求,后續(xù)要采用機(jī)加工的方法。

        2 盒體散熱器三維造型

        此方形盒體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,采用三維建模軟件Creo 中的拉深、打孔、圓角、陣列等特征完成其三維造型[3]。方形盒體的具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

        3 壓鑄機(jī)的選擇[2]

        3.1 確定壓鑄機(jī)的鎖模力

        P鎖≥K*(P反+P法)/1000(噸),式中P反是壓鑄時(shí)的反壓力(公斤);P法是作用于滑塊楔緊面上的法向反壓力(公斤);K 是安全系數(shù)(一般取K=1~1.3)。由于件比較復(fù)雜,且采用的是極高的壓射速度,比壓和壓射溫度,模具分型面上受到極大的沖擊力,因此取K=1.2。

        3.2 確定模具分型面上鑄件的總投影面積

        鑄件的總投影面積ΣF 按下式計(jì)算:

        式中F鑄是鑄件在分型面上的投影面積。F澆代表澆道的內(nèi)澆口投影到分型面上的面積。F余代表余料投影到分型面上的面積。F溢代表溢流槽投影到分型面上的面積。

        3.3 計(jì)算抽芯機(jī)構(gòu)上的法向反力

        斜銷(xiāo)抽芯機(jī)構(gòu)法向反壓力P法的計(jì)算:

        P法=PΣF澆tgα(公斤)

        式中P 是壓射比壓(公斤/厘米2),取600 公斤/厘米2,ΣF法是活動(dòng)型芯成型端面的投影面積總和(厘米2),α 是楔緊塊的楔緊角(度),取15°。所以P法= [2*3*84*5tg20°+(46*22+2*3.14*32+24.52+86*40)tg15°]*600=14.3208 噸。

        P鎖≥K(P反+P法)/1000

        =1.2*(66073.8+14320.8)/1000 =96.47 噸

        所以選P鎖=125 噸。根據(jù)以上壓鑄機(jī)的最大鎖模力的計(jì)算,選用壓鑄機(jī)型號(hào)為J1113B 型臥式壓鑄機(jī)。

        4 分型面的設(shè)計(jì)

        普通模具只需要一個(gè)分型面,但是由于某些鑄件的結(jié)構(gòu)和形狀比較特殊,需要增設(shè)附加分型面。本鑄件是盒體結(jié)構(gòu),且壁厚均勻,鑄件內(nèi)部比較復(fù)雜,模具型芯非常復(fù)雜,四個(gè)側(cè)面均需側(cè)抽芯,增加了模具的設(shè)計(jì)難度,所以本設(shè)計(jì)從分型面和澆注系統(tǒng)兩方面考慮而作了三種方案,從中選擇一種最優(yōu)的且適合本鑄件生產(chǎn)的方案。

        如圖2 所示,將鑄件的型腔布置在定模鑲塊中,而型芯則固定在動(dòng)模鑲塊中。本鑄件需要二次分型。在壓鑄過(guò)程中,第一次分型設(shè)置在定模座板和定模套板之間,本次分型的目的是利用沖頭的回程力和慣性力將余料拉斷,接下來(lái)進(jìn)行第二次分型,第二次分型設(shè)置在動(dòng)模套板和定模套板之間,并且在第二次分型過(guò)程中,通過(guò)斜銷(xiāo)抽芯完成四個(gè)側(cè)面孔的成型。兩次分型之后,推桿將鑄件推出,順利完成壓鑄的生產(chǎn)過(guò)程。

        圖2 分型面

        5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        考慮到鑄件的結(jié)構(gòu)為盒體結(jié)構(gòu),薄壁件,且需四面?zhèn)瘸樾?,鑄件需要的抽芯力較大,必須使鑄件留在動(dòng)模中,可以利用在鑄件第一次使定模套板和定模鑲塊隨動(dòng)模一起移動(dòng)一段距離后,在限位導(dǎo)柱等止動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下,使整體模具停止運(yùn)動(dòng),然后,壓射沖頭在壓鑄機(jī)的作用下,使壓射沖頭產(chǎn)生一個(gè)回程力,促使余料被拉斷,并且掉落,然后在進(jìn)行二次分型,并進(jìn)行側(cè)向抽芯,最后推出鑄件,完成一次壓鑄生產(chǎn)過(guò)程,因此本設(shè)計(jì)采用頂澆口澆注系統(tǒng)。如圖3 所示。

        圖3 澆注系統(tǒng)示意圖

        6 壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及裝配圖

        6.1 動(dòng)模鑲塊和定模鑲塊的設(shè)計(jì)

        壓鑄模設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是:型腔、型芯及鑲塊的設(shè)計(jì)。型芯和鑲塊是該模具的成型零部件。其中,成型零件有兩種結(jié)構(gòu):整體式和鑲拼式。由于工藝上的原因,本次設(shè)計(jì)中成型零部件全部采用第二種結(jié)構(gòu)即鑲拼式結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中動(dòng)模采用通孔,定模也采用通孔的套板結(jié)構(gòu)形式,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,它們之間是臺(tái)階式鑲拼結(jié)構(gòu),最后用支承板固定。動(dòng)定模鑲塊具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

        圖4 動(dòng)、定模鑲塊

        6.2 活塊及四面抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

        由于該鑄件的結(jié)構(gòu)是一個(gè)盒型結(jié)構(gòu),底面和四個(gè)側(cè)面均需要成型,本次設(shè)計(jì)中四個(gè)側(cè)面的成型采用的是側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行,由于四個(gè)側(cè)面的壁厚不完全相同,四個(gè)側(cè)面的形狀更不一樣,所以抽芯過(guò)程中抽芯深度不同。該設(shè)計(jì)采用斜銷(xiāo)抽芯,斜銷(xiāo)的結(jié)構(gòu)為T(mén) 型滑塊結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建完成的四側(cè)面活塊如圖5 所示。圖6 為模具的結(jié)構(gòu)裝配圖。

        圖5 側(cè)面活塊

        圖6 模具結(jié)構(gòu)圖

        結(jié)束語(yǔ)

        本文以一個(gè)薄壁盒體類(lèi)零件為例,借助Creo 軟件,對(duì)一個(gè)盒體結(jié)構(gòu)的壓鑄件進(jìn)行了設(shè)計(jì)成型。模具采用二次分型,并采用斜銷(xiāo)抽芯完成四個(gè)側(cè)面孔的成型。針對(duì)盒體這種特殊結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了頂澆口的澆注系統(tǒng)。實(shí)踐證明,該盒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,工作運(yùn)行穩(wěn)定,可以縮短模具設(shè)計(jì)周期,提高經(jīng)濟(jì)效益。

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