文：苏法翔
摘要：设计1副单腔两板压铸模生产排气管端盖，模具设有3种脱模机构，分别为定模推出机构、滑块侧抽芯机构及动模推出机构，浇注系统设置了2条流道、11处溢流槽、3个单体排气槽及3个尾端散气块，冷却系统设置了平行式冷却管道、点式运水机构等保证成型件获得相同的冷却速度。为确保控制模具温度的可靠性，动、定模都设置温度监控热电偶，模具结构合理、简单实用，对类似零件的模具设计具有较好的参考意义。
关键词：压铸模；发动机；AlSi9Cu3；脱模；排气管端盖
引言
挖掘机、铲机等重型工业设备发动机中，使用压铸件替代钢铁铸造件能降低零部件的生产能耗，减少环境污染，降低制造工艺的复杂性。发动机零部件生产对铝合金压铸件的需求逐年上升，其占有色金属部件生产总量的75%以上。铝合金具有可塑性、耐蚀性及抗氧化性，同时在实际生产中也存在塑性低、容易粘模等问题。压铸成型时提高铝合金压铸件力学性能的方式有2 种：①改善压铸工艺；②改进铝合金的成分设计。成分改进设计需要进行材料试验研究，压铸工艺改进侧重压铸模结构改进及压铸机参数优化，而模具结构设计又是压铸机参数调整的基础，故合理的压铸模结构设计是提高铝合金压铸件力学性能的首选。现利用350型铲机发动机排气管端盖的技术要求，采用AlSi9Cu3进行压铸成型，并阐述了结构优化后的压铸模设计。
1、排气管端盖
铲机发动机排气管端盖是加工要求较高的整体性零件，如图1所示。零件直通孔的直径都相同，为ϕ10mm。中央孔直径为ϕ78mm。上端设有多个圆环槽，槽深为6~11mm。下端也有多个圆槽，深度为7~28mm。零件右侧有1个ϕ17mm的侧孔，深度为22mm。零件最厚处为40mm，最薄处为5mm，中央孔周边设置有较多兼具结构增强和散热作用的加强筋。零件材料采用AlSi9Cu3，是高加工硬化的压铸铝合金，具有优良的综合性能，广泛应用于汽车工业的零部件生产，如轿车车身及轿车、载重汽车的零部件。
2 、成型方案
零件压铸成型的难点如下：①零件外形复杂，熔料在型腔内的流动路径复杂，容易产生铸造冷隔；②模具成型零件形状也较复杂，加工较困难；③零件上、下端面都有深槽，从型腔和型芯内脱模都比较困难，需要设置脱模机构脱模；④设置侧抽芯机构以实现侧孔成型和脱模；⑤零件结构复杂，难以均匀冷却，易造成内部组织产生差异，导致力学性能差，故模具成型零件的冷却布置比较困难。为解决上述问题，拟采用以下成型方案进行压铸成型，如图2所示。
（1）选择零件上端面最大外轮廓的边沿线作为分型线，分型面模具如图2所示。
（2）为降低制造成本及加工难度，成型零件采用镶件镶拼的形式，型腔板和型芯使用大镶件，对于局部难加工区域使用小镶件，如中央镶件与ϕ10mm孔的小圆柱镶件。
（3）进料时，熔料应先流到待成型铸件中央部位，然后凝固成半固体的前锋冷料流入溢流槽内，反之，如果熔料先流入待成型铸件周边，待成型铸件中央部位的空气难以排除，容易产生充填缺陷，甚至造成成型零件中心中空，若出现充填不良需设置补助进料口或增加周边排气槽等加以解决。浇注系统设计中使用A1、A2 两条流道对型腔进行浇注。针对成型零件壁厚较厚的部位或孤立部位，需设置较大的排气沟或使成型这些部位的熔料先到达。溢流槽及排气沟是熔料最后到达的部位，前锋冷料会与模面的酸化物混合，残留在成型零件内变成硬点，表面还会产生水纹。因此开设C1－C11共11个溢流槽以加强流动末端冷料的排出，并将C1、C2、C7溢流槽的排气设置成独立形式，将C3－C6、C8和C9、C10和C11各集成到一个散气块上，以加深溢流槽排气。
3、 模具结构设计
模具结构如图3所示，动、定模都设置了测温电偶保证模具温度。浇注系统主要由带肩圆柱压块1和圆台型分流锥3构成，压块1 被冷却套2包围，冷却套2内设有环形水路。点冷却器4的外水道用于冷却分流锥3，其内水道为圆水管5，通过密封螺纹套压紧安装在分流锥3的底部。压块1和分流锥3材料选用合金钢8407，热处理硬度为46~48 HRC。
（1）成型零件。型腔板镶件18 和24、型芯镶件17 都采用合金杆8407 制造，热处理硬度为46~48HRC。为保证型芯中央部位的冷却，中央镶件8 内部设置了独立冷却芯件9，其外壁开设螺旋式水道，并通过独立冷却水路对其提供冷却水冷却。
（2）排气及散热机构。针对型腔排气，设置了2种排气方式，其中3 个散气块兼具散热功能，散气块15、16 分别通过螺钉安装于动、定模板上，两者配合面设置成风琴式波纹槽配合的方式，在排气的同时增大散热面积。
（3）定模推出机构。为保证成型零件先从型腔板镶件18 中脱出，定模侧设置了推出机构，由件19～件23 和件38～件41 组成，其原理为：推杆7 的下端一半压住型芯镶件17，另一半压住零件边缘，构成型腔的局部成型零件，模具沿P1 分型面打开时，弹簧22 推动推板39 和推杆固定板38 使推杆19、40运动，保证成型零件先从型腔板镶件18 中脱出。
（4）滑块侧抽芯机构。模具打开时，由斜导柱37 驱动滑块36 进行侧抽芯，并由滑块弹簧34 对其滑出位置进行定位。
（5）型芯镶件。针对多个ϕ10 mm直孔所设置的圆柱镶件采用点式冷却水路进行冷却，如图4 所示。
（6）脱模机构。推杆7、11、拉料杆13 安装在推板12 上，由压铸机的顶杆推动推板12 向上运动，实现成型零件及溢流槽、流道、排气槽等处废料的脱模。
4 、模具工作原理
（1）模具闭合。熔料在分流锥3 的作用下沿流道注入型腔，通过散气块15、16 构成的风琴式排气通道将型腔内的气体排出，既保证了气体的顺畅排出，也防止了熔料溢出而产生飞边。
（2）待型腔注满后，冷却水开始循环，对型腔板进行均匀冷却。
（3）定模脱模。待型腔内熔料冷却成型后，模具沿P1 分型面打开，推板39 在弹簧22 的推动下将成型零件从型腔板镶件18 中推出，留在型芯镶件17上。
（4）推出。压铸机顶杆推动推板12 及其上的推杆将成型零件从型芯镶件17 上推出，实现完全脱模。
（5）复位。模具复位过程与开模过程相反。
5 、结束语
铸件结构复杂，设计了1副单腔两板压铸模进行成型。结合型腔均衡浇注的需要，模具设置了2条流道、11处溢流槽、3个单体排气槽及3个尾端散气块保证型腔的可靠充填。针对型腔均衡冷却的需要，使用管式水路和点式冷却器2种冷却方式进行均衡冷却。针对铸件侧孔的成型和脱模，使用了斜导柱滑块机构进行成型和侧抽芯脱模。实践证明，模具结构布置合理，工作过程稳定可靠，机构简单实用，成型的铸件质量优良，具有较好的参考作用。
