文：中航工业航宇救生装备有限公司 文根保  湖北航宇精工科技有限公司 熊利军        

摘要：通过对轿车凸轮箱形体可行性的分析，找出了凸轮箱形体上倒角形式的凸台障碍体、垂直开闭模方向型孔与螺杆要素及平行开闭模方向型孔、型槽与镶嵌件要素。根据这些形体要素，对0.5㎜×45°倒角凸台障体要素，采用了分型面的措施，使得包含倒角凸台障体的形体滞留在中模部分，而其他部位形体设置在动模部分。垂直开闭模方向型孔要素，采取了斜导柱滑块抽芯机构；垂直开闭模方向的螺杆要素，采用了以分型面将成型螺孔分成上下两半的办法；平行开闭模方向的型孔、型槽与镶嵌件要素，采用了中、动模镶嵌件的措施；浇注系统采用了点浇口2次分型三模板的压铸模结构。由于凸轮箱形体可行性分析正确，压铸模结构方案可行性分析合理，模具结构设计和制作可靠，凸轮箱成型加工才能做到合格。

关键词：形体分析；障碍体；型孔；型槽；压铸模

引言

轿车凸轮箱压铸模属于型腔模，型腔模结构设计特点一般先要进行成型件的形体可行性分析，之后要根据分析得到要素制订出成型模结构可行性方案，再后就是成型模结构的造型和设计。因为，模具结构形式是受到了成型件的形体因素来决定的，不同的形体因素，其模具结构的形式便不同。形体分析的错误将会导致制订的模具结构方案错误，形体分析的缺失将导致制订的模具结构方案缺失。

1、凸轮箱形体分析

轿车凸轮箱二维图，如图1a所示，凸轮箱三维造型，如图1b所示。凸轮箱材料为；锌铜合金，收缩率为：1.005%。凸轮箱形体可行性分析如下：

1）凸轮箱凸台障碍体要素：如图1a所示，在凸轮箱底面存在着0.5㎜×45°倒角形式的凸台障碍体要素，它的存在会影响凸轮箱成型后的脱模。

2）垂直开闭模方向的型孔要素：如图1a仰视图所示，凸轮箱存在着￠24.2㎜×3㎜和￠21.9㎜×￠20.4㎜×3×127°型孔要素。

3）垂直开闭模方向的螺杆要素：如图1a主视图所示，凸轮箱存在着M30㎜×2㎜-6g外螺纹要素。

4）平行开闭模方向的型孔、型槽与镶嵌件要素：如图1a所示，凸轮箱存在着58.1㎜×26.2㎜台阶斜型槽要素；2×21.1㎜×2.5㎜型槽要素；2×8.7㎜×2.1㎜×R型槽要素；3×13.1㎜×15.1㎜×8㎜六方形型孔要素；10×￠7㎜×8㎜×M5×0.5㎜-6H镶嵌件要素；还存在着4处3号、2处4号和4处5号型槽要素。

凸轮箱形体可行性分析，仅是将凸轮箱形体上影响压铸模结构的因素提取出来了，这只是压铸模结构设计的初步分析。在凸轮箱形体可行性分析时，必须做到提取影响压铸模结构的凸轮箱形体因素正确和不能出现遗漏。因为，提取的形体因素错误会导致制定的模具结构措施错误，提取形体因素的遗漏会导致制定的模具结构措施缺失。

2、凸轮箱压铸模结构方案可行性分析

对凸轮箱进行了形体分析之后，接着就是要根据对凸轮箱形体分析出来的要素制订出应该采取相应的压铸模结构的措施，即制订出压铸模结构的可行性方案。

1）压铸模解决凸轮箱倒角形式凸台障碍体要素的措施：由于凸轮箱底面存在着0.5㎜×45°倒角形式的凸台障碍体要素，它的存在会影响凸轮箱成型后的脱模。需要在到角处设置分型面Ⅰ-Ⅰ，用以避开倒角形式凸台障碍体对凸轮箱的脱模阻碍作用。

2）压铸模解决垂直开闭模方向的型孔要素的措施：由于凸轮箱存在着￠24.2㎜×3㎜和￠21.9㎜×￠20.4㎜×3×127°同轴型孔要素。对于这2处形体同轴型孔要素，只能采用斜导柱滑块抽芯机构，将成型这2处型孔和花键孔的型芯进行抽芯，才能通过脱模机构的脱模动作实现凸轮箱的脱模。

3）压铸模解决垂直开闭模方向的螺杆要素的措施：由于凸轮箱存在着M30㎜×2㎜-6g外螺纹要素。压铸模可以通过在外螺纹分型面之间加工出来的螺纹孔来成型外螺纹。当分型面打开时，通过脱模机构的顶杆可以将凸轮箱顶离动模型腔。

4）压铸模解决平行开闭模方向的螺杆要素的措施：凸轮箱存在着58.1㎜×26.2㎜台阶斜型槽要素；2×21.2㎜×2.5㎜型槽要素；2×8.7㎜×2.1㎜×R型槽要素；3×13.1㎜×15.1㎜×8㎜六方形型孔要素；10×￠7㎜×8㎜×M5×0.5㎜-6H相嵌件要素；还存在着4处3号、2处4号和4处5号型槽要素。由于这些形体要素都平行开闭模方向，可以分别在中、动模板上安装镶嵌件，利用中、动模的形体来成型这些形体要素，其中成型4处5号型槽的型芯为镶嵌件，可以利用定、动模开启和脱模机构的顶杆实现凸轮箱的脱模。

对于凸轮箱形体要素的分析，压铸模结构可行性方案采用了相对应的解决措施，再按照制订的压铸模结构可行性方案进行模具的造型和设计，才可确保压铸模结构设计的正确性。

3、凸轮箱压铸模冷却系统的设计

凸轮箱在压铸成型过程中锌铜合金熔体注入压铸模型腔中，将热量传递给压铸模的工作件。随着压铸加工的不断进行，压铸模的温度会不断地升高。当模具温度达到锌铜合金过热温度时，锌铜合金组织变脆，强度降低。为了确保锌铜合金的性能，对压铸模的动、中模板中需要设置冷却系统。

1）中模板冷却系统设计：如图1a所示，在中模板1和中模镶嵌件2中加工出冷却水通道。为了防止冷却水的泄漏，在冷却水通道末端加工出管螺纹孔并安装螺塞5。冷却水通道通过中模板1和中模镶嵌件2接合面时，需要加工出能安装“O”形密封圈4的槽。中模板1的管螺纹孔中需要安装有冷却水接头3.这样冷却水进入一处的冷却水接头3，经冷却水通道又从另一处冷却水接头3流出。冷却水便可以将模具的热度带走，起到降低模具温度的作用。

2）动模板冷却系统设计：如图1b 所示，同理，冷却水进入一处的冷却水接头4，经冷却水通道又从另一处冷却水接头4流出。冷却水可以将模具的热度带走，起到降低模具温度的作用。  

4、凸轮箱压铸模抽芯与脱模机构的设计

由于凸轮箱具有垂直开闭模方向的￠24.2㎜×3㎜和￠21.9㎜×￠20.4㎜×3×127°同轴型孔，压铸模必须采用斜导柱滑块抽芯机构进行抽芯后，凸轮箱才能进行正常的脱模。该压铸模采用分型面Ⅰ-Ⅰ用以脱浇注系统冷凝料，分型面Ⅱ-Ⅱ用以脱凸轮箱。

（1）压铸模抽芯与脱模机构的组成：抽芯与脱模机构具有不同的功能，但两种动作要做到协同的关系。

1）抽芯机构的组成：如图3a所示，由斜导柱3、螺塞4、弹簧5、限位销6、楔紧块7、 滑块8、型芯9和压块10组成。螺塞4、弹簧5、限位销6起到对滑块8和型芯9限位的作用；斜导柱3、滑块8、型芯9与内六角螺钉起到对滑块8和型芯9抽芯与复位作用。

2）脱模机构的组成：如图3a所示，由拉料杆15、拉料钉18和顶杆26、安装板27、推件板28组成。拉料杆15和拉料钉18起到脱浇注系统冷凝料作用，顶杆26、安装板27、推件板28起到脱凸轮箱的作用。

（2）压铸模闭合与成型状态  如图3a所示，压铸模闭合时使得中模镶嵌件20与动模镶嵌件2闭合。而斜导柱3插入滑块8的斜孔中，可拨动滑块8和型芯9复位，楔紧块7可楔紧滑块8和型芯9后形成一个封闭的模腔，注入锌铜合金熔体便可以成型凸轮箱。拉料杆15可将中模板11和中模镶嵌件20型腔中的凸轮箱22顶出模腔和型芯。

（3）压铸模分型面Ⅰ-Ⅰ开启状态  如图3b 所示，限位杆31一端用圆柱螺母30固定在定模板12和定模垫板13上，另一端台阶圆柱体与中模板11相连接。当分型面Ⅰ-Ⅰ开启时，拉料杆15可将中模板11和中模镶嵌件20中的直分浇道中的浇注系统冷凝料17拔出，拉料钉18可将浇口套16中主浇道中的浇注系统冷凝料17拉出，从而完成浇注系统冷凝料17的脱模。

（4）压铸模分型面Ⅱ-Ⅱ开启状态  如图3c 所示，分型面Ⅱ-Ⅱ的开启，限位杆31拉动中模板11和中模镶嵌件20开启，成型的凸轮箱22上部被敞开后，有利于凸轮箱22脱模。此时，斜导柱3的开启可拨动滑块8和型芯9产生抽芯运动，这样消除了凸轮箱22脱模的所有障碍。为了防止滑块8和型芯9在抽芯力的作用下滑出模外，限位销6在弹簧5的作用下进入滑块8底面的半圆形坑后可锁住滑块8和型芯9。

（5）压铸模凸轮箱脱模状态  如图3d所示，安装板27、推件板28和顶杆26在压铸机顶杆的作用下产生脱模运动，顶杆26可将凸轮箱22从动模镶嵌件2的型腔和动模型芯24、动模长型芯25中顶脱模。

如此，凸轮箱22通过分型面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ的闭合，实现中模和动模的闭合及滑块8和型芯9复位，就可以成型凸轮箱22。通过分型面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ的开启，实现中模和动模的开启及滑块8和型芯9抽芯运动，可完成浇注系统冷凝料17和凸轮箱22的脱模。

5、动、中模镶嵌件组合的设计

 由于锌铜合金热胀冷缩的原因，所有模具成型工作面的尺寸都应该放大锌铜合金收缩率1.005%，这样加工冷却后凸轮箱的尺寸才能符合图纸的要求。

1）中模镶嵌件组合的设计：由螺纹嵌件1、螺纹嵌件杆2、中模嵌件和中模镶嵌件组成，如图4a所示。

2）动模镶嵌件组合的设计：由动模镶嵌件1、动模嵌件2、动模型芯3、螺纹嵌件4和螺纹嵌件杆5组成。

所有与模具开闭模方向的尺寸都应该制有脱模斜度0.5～1.0°，螺纹嵌件螺孔内经应与螺纹嵌件杆的配合，要使螺纹嵌件不至于脱落。

6、凸轮箱压铸模结构的设计

   凸轮箱压铸模的结构的设计，包括有：模架、模腔、模芯、分型面、浇注系统、冷却系统、抽芯机构、回程结构和导向构件的设计。

1）模架：由动模板1、斜导柱3、楔紧块7、滑块8、型芯9、压块10、中模板11、定模板12、定模垫板13、安装圈14、浇口套15、拉料杆16、拉料钉18、顶杆26、安装板27、推件板28、定位钉29、圆柱螺母30、底板31、弹簧32、回程杆33、导套34、35、36、导柱37、沉头螺钉38、螺纹嵌件杆40、圆柱螺母43、限位杆44、螺塞45、冷却水接头46、“O”形密封圈47、滑块压板48、圆柱销49和若干内六角螺钉50组成，如图5a所示，压铸模的模架是压铸模所有的机构、构件和系统安装平台和基础。

2）回程机构的设计：由安装板27、推件板28、弹簧32、回程杆33组成，如图5a所示。凸轮箱脱模之后，由于压铸机顶杆的退回，作用在脱模脱模机构上的作用力消失。被压缩的弹簧32弹力得到恢复，脱模机构在弹力作用下开始复位。弹簧32使用时间久了会产生失效，为此回程杆33在压铸模合模时，可由中模板11推着回程杆33及安装板27、推件板28精确复位，以准备下一次成型加工的凸轮箱脱模。

3）浇注系统的设计：点浇口因浇口面积小，不影响外观，该压铸模浇注系统只能采用点浇口，如图5a所示。主流道设计在浇口套15中，水平分浇道加工在中模板11上，垂直分浇道和浇口分别设计中模板11和中模镶嵌件19中。压铸模分型面Ⅰ-Ⅰ的开启，利用拉料杆16和拉料钉18可以拉脱浇注系统冷凝料17.

4）导向构件的设计；如图5a所示，定、中和动模三模板之间的定位和导向，是依靠四组导套34、35、36和导柱37才能得到保证。导柱37必须安装在定模部分，模具开模后导柱37可以用于支撑中模。

7、压铸模主要零部件材料的选择和热处理

压铸模主要工作件在加工过程中，成型表面要经受金属液体的冲刷与内部温度梯度所产生的内应力、膨胀量差异所产生的压应力、冷却时产生的拉应力。这种交变应力随着压铸次数增加而增加，当超过模具材料所能承受的疲劳极限时，表面层即产生塑性变形，在晶界处产生裂纹即为热疲劳。成型表面还会被氧化、氢化和气体腐蚀，还会产生冲蚀磨损，金属相型壁粘附或焊合现象。凸轮箱脱模时，还要承受机械载荷作用。故可选用4Cr5MoSiV1，热处理43～47HRC或3Cr2W8V，46～52HRC。为了避免凸轮箱出现畸变、开裂、脱碳、氧化和腐蚀等疵病，可在盐浴炉或保护气氛炉装箱保护加热或在真空炉中进行热处理。淬火前应进行一次去除应力退火处理，以消除加工时残留的应力。淬火加热宜采用两次预热，然后加热到规定温度，保温一段时间，再油淬或气淬。压铸模主要工作件淬火后即要进行2～3次回火，为防止粘模，可在淬火后要进行软氮化处理。压铸加工到一定数量时，应该将主要拆下重新进行软氮化处理。

凸轮箱压铸模的结构设计，只有在妥善的解决了压铸模分型面的设置、抽芯机构、脱模回程机构、浇注系统、冷却系统、导向构件的设计和模具成型面的计算，才能加工出合格的凸轮箱。主要零部件材料的选择和热处理，又是确保模具长寿命必须的措施。

8、结束语

由于凸轮箱形体分析的正确性，制订的压铸模结构方案的合理性，凸轮箱压铸模的设计和制造的到位，凸轮箱的压铸成型加工才能符合产品图纸的各项要求。压铸模结构设计应遵守以下的原则：压铸件的形体要素的分析→针对压铸模各项要素所制订的措施→压铸模结构造型和设计→压铸模各种零部件的造型和设计→编制压铸模各种零部件的制造工艺。