中国压铸杂志
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汽车变壳铝合金压铸模设计

作者:admin 来源:原创 发表时间:2019-12-11
 
文:宁波君灵模具技术有限公司 崔 龙
 
           桂林电器科学研究院有限公司 冯勇刚
 
    摘要:通过对典型的汽车变速器壳体压铸模进行开发,阐述了该压铸模从前期研究到结构设计以及最新的加工工艺综合运用,总结了重要的工艺参数数据,解决了成型此类零件的压铸模在设计开发中遇到的难点,对汽车动力总成压铸模的开发有一定的参考作用。
   关键词:压铸模;铸造缺陷;动模;高速加工;在线检测
 
0 引 言
    变壳(壳体厚度变化)类压铸件是集高性能于一体的零件,其结构复杂、壁厚相差大,并要求通过高压力下的渗漏试验,因此在铸造中导致渗漏的冷隔、气缩孔等缺陷,需要避免或转移在许可的位置。图 1 所示为压铸件常见的缺陷,其中图 1(a)、(c)属于加工余量问题,增加铸件局部加工余量即可解决;图1
(b)在定模侧增加顶出结构就可解决缺陷问题;现主要分析图 1(d)、(e)、(f)的铸造缺陷以及压铸模的改进措施。


 
1 、原模具结构分析
   图 2(a)所示为变壳类压铸件在原模具中的布局,熔料从待成型零件的一侧浇注。从图2(a)可以看出熔料需要经过 175 mm 高的凸出状型芯才能填充到型腔对面,型腔对面几何形状比较复杂,压铸孤岛多、死角多。熔料经过距离长、落差大的凸出状型芯区域时,铸造压力受到损耗,再到复杂型腔区域很难保证成型零件内部的致密性。观察图 2(b)中的①区域和图 2(c)中的②区域,发现存在未充满且致密性差的问题,为解决这一问题,必须在待成型铸件对面的下方区域增加进料通道,以弥补正面熔料的压力损耗。如果仅在原模具方案上进行修改,增加的浇道太长,压力损耗同样过大,并且废料过多。因此经过研究重新设计新的模具,彻底解决上述缺陷问题。
 

 
2、 优化的浇注方案设计
    优化的浇注方案如图3(a)所示,在原零件成型缺陷区域增加了 1 条浇道,同时在零件左右两侧的浇道对称布置,使熔体的流程最短,待成型零件处于压力机中心,符合理想压铸设计理念。从图 3(b)、(c)的 CAE模拟中发现,熔体在待成型零件两侧的流动速度基本一样,同步到达最高峰处,然后平行向外推出,将换挡拔插部位充填前端的空气及废料一起推出,未形成末端困气。此浇注方案可以解决原模具的铸造缺陷,达到理想状态,优化的模具铸造参数如表1所示。
 

 

 
3 、优化的模具结构设计
3.1 动模设计
 

 
    动模结构如图4所示。
(1)方导柱摩擦块。大型压铸模(模框外形1 500-2 000 mm)受热膨胀影响较大,模框温度在100 ℃时,轴向膨胀 0.12 mm,受结构形状及其他因素影响,实际数据大约在0.2 mm。同时圆导柱的孔状结构也会导致热量堆积无法排出,最终导致导柱、导套局部过盈配合,无法开模。采用方导柱结构可有效避免上述问题。
(2)分流道拉料槽。分流道口部设计 5 mm×5mm的垂直凹槽,利用无斜度的直边产生的摩擦力,对料柄及直浇道凝料产生回拉的作用,避免开模时料柄及直浇道凝料留在定模侧的风险,保证了开模时铸件平稳拉出。
(3)型芯快换压板。型芯连接杆的背面设计了一块整体压板,固定在滑块连接座上。压铸生产过程中需要更换型芯时,压铸机上拆开压板即可更换所有型芯,避免了拆卸滑块,减少停机时间。
(4)滑块导柱。模具上滑块抽拔行程 200 mm,使用导柱结构使滑块抽拔时运动更加平稳,同时减轻了模具质量,减少了能耗。
(5)定位块。模具没有右滑块,为抵消左滑块的单边受力,在模框右侧设计了粗定位结构,模具的动定模定位主要依靠型芯上的精定位结构,避免重复定位。
(6)顶板限位行程开关。为保护滑块下方的推杆,在已有复位杆的情况下,又增加了一个顶板限位开关,增设一个触发点确保安全。
 
3.2 定模结构
    定模结构如图 5 所示,为了克服因成型复杂形状零件额外产生的定模包紧力,设计了定模侧的推出机构,包括定模推板、导柱、导套、复位杆等结构。
 

 
4、 加工及在线测量系统
(1)模具核心部件采用小量快进的高速加工技术。优点为:进给速度相应提高,可提高加工效率;切削力随之下降,尤其是径向切削力明显减小;95%以上切削热量被带走,工件加工时保持冷态,降低工件加工应力,延长刀具使用寿命。精加工变壳压铸件型芯定位面及成型压铸件等曲面加工时,使用ϕ12R6 mm 的硬质合金刀具。加工精度控制在 0-0.02 mm,转速 13 000 r/min(490 m/min),进给 10 000mm/min,每齿进给 0.38 mm。曲面的表面粗糙度为Ra0.4 μm,满足工艺要求。
(2)加工其他零件大面时,使用了整体钨钢抗震刀杆。抗震刀杆所具备的减震及高加工精度特性,适合高速精加工运用。
(3)经过长期研究和探索,目前的高速加工刀具系统配置方案为:ϕ12-ϕ4 mm刀具夹持范围内采用动平衡G2.5的高精度后拉刀柄,刀具跳动0.005-0.008 mm,可满足 18 000 转内的普通深度高精度加工;特别深腔加工采用热缩刀柄方案,可满足18 000转的小径深腔加工;ϕ16-ϕ32 mm 的整体钨钢抗震刀杆采用高精度的高速强力刀柄夹持,满足 6 000转以下的精加工;此方案是目前在满足高精度要求下的最经济配刀方案,体现了性价比的优势,有较高的推广价值。
(4)在线测量技术的运用。型芯在高速精加工完成后,程序自动调用刀库内的测头系统,按照程序公差对加工好的工件实施自动检测。符合公差后才可从加工机床上下机,进入下道工序。保证了“下机即良品”的品质,避免了重复的返工装夹,节约了检测时间。
 
5 、结束语
    优化的模具凭借前期调研、结构方案开发、加工技术、测量技术及过程控制等的研究与实施,取得了一次性试模便通过客户验收的目的,该模具对汽车动力总成压铸模的开发起到了一定的参考作用。
 
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