圖1：正向機(jī)殼零件圖

鑄件結(jié)構(gòu)分析

圖1和圖2分別為單法蘭式軸流風(fēng)機(jī)正、反向鋁合金（YL102）機(jī)殼零件圖。可以看出是由內(nèi)緣端蓋和外緣帶法蘭筒型件兩部分組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，內(nèi)外緣之間由3條Ф5mm的圓截面筋聯(lián)成一體。兩種機(jī)殼的區(qū)別在于正向機(jī)殼的外緣法蘭與內(nèi)緣端蓋處于機(jī)殼的兩端，而反向機(jī)殼的外緣法蘭與內(nèi)緣端蓋同處一側(cè)。它們的特點(diǎn)是整體強(qiáng)度低、外緣筒壁薄而長且對(duì)型芯的包緊力大。在壓鑄模設(shè)計(jì)時(shí)，若都采用傳統(tǒng)的全推桿推出機(jī)構(gòu)，則會(huì)產(chǎn)生截然不同的結(jié)果。

圖2：反向機(jī)殼零件圖

正向機(jī)殼壓鑄模結(jié)構(gòu)分析

正向機(jī)殼壓鑄模總裝圖見圖3。按傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)將型腔設(shè)置在定模，型芯設(shè)置在動(dòng)模。加入冷壓室的熔融鋁料被壓射沖頭高速壓入澆口套直澆道，在分流錐的導(dǎo)引下垂直向上經(jīng)定模鑲件15的橫澆道、內(nèi)澆口注入型腔，增壓并冷卻后開模；壓鑄機(jī)頂出缸推動(dòng)推板3，再推動(dòng)全部推桿頂出機(jī)殼鑄件。圖4是動(dòng)模鑲件，由于8根Φ4 mm外緣推桿11的頂出位置巧妙地放置在緊貼Φ102 mm內(nèi)孔的Φ108 mm直徑上，因而Φ4 mm推桿端面的一半與機(jī)殼鑄件的外緣筒壁相重合，使機(jī)殼鑄件在經(jīng)受強(qiáng)大的頂出力時(shí)不會(huì)發(fā)生任何變形更不會(huì)發(fā)生斷裂。由此正向機(jī)殼順利成型并頂出。

圖3：正向機(jī)殼壓鑄模總裝圖

1.底板2.動(dòng)模緊固螺釘3.推板4.推桿固定板 5.推板導(dǎo)套6推板導(dǎo)柱7.復(fù)位桿8.筋推桿 9.動(dòng)模板 10.外緣筒型芯11.外緣推桿12.定模板 13.定模導(dǎo)套 14動(dòng)模導(dǎo)柱15.定模鑲件16.安裝孔型芯 17.定模型芯18.內(nèi)緣推桿19. 軸承室孔型芯20.內(nèi)型芯21.筋推桿 22.澆口套 23.直澆道推桿24.動(dòng)模鑲件 25.分流錐26.動(dòng)模蓋板27.墊塊 28. 圓柱頭內(nèi)六角螺釘

圖：4動(dòng)模鑲

反向機(jī)殼的結(jié)構(gòu)工藝分析

反向機(jī)殼壁厚僅1mm，而安裝法蘭厚度為4 mm，其背部交匯處強(qiáng)度相差懸殊，存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中。當(dāng)該處受推桿頂出時(shí)極易發(fā)生碎裂（見圖5）。這是因?yàn)榉聪驒C(jī)殼的結(jié)構(gòu)決定了只能將外緣筒形件型腔放置在動(dòng)模，而外側(cè)的頂出力點(diǎn)只能放置在最邊緣的法蘭凸耳根部（Ф4.5 mm安裝孔旁邊），這樣的結(jié)果在頂出時(shí)會(huì)使筒壁的凸耳斷裂。采用擺桿式二級(jí)推出機(jī)構(gòu)使處于型腔內(nèi)的機(jī)殼鑄件在擺脫筒壁與型芯的大包緊力之后再從型腔將鑄件推出。

圖5：斷裂位置圖

模具結(jié)構(gòu)的確定

澆注系統(tǒng)分析

反向機(jī)殼澆注系統(tǒng)采用了側(cè)澆口，由外緣法蘭處進(jìn)料通過三條聯(lián)接筋向內(nèi)側(cè)填充，這樣3條聯(lián)接筋便充當(dāng)了內(nèi)緣實(shí)體的內(nèi)澆口。選擇側(cè)澆口最大的優(yōu)點(diǎn)是去澆口便捷，由圖2可知，只有正對(duì)橫澆道的一條筋是最流暢的通道，而其余兩條筋是靠撞擊后的回流進(jìn)行填充，因壓力損失很大，當(dāng)增設(shè)3片輔助澆口便可順利完成充型，機(jī)殼表面質(zhì)量合格。

二級(jí)推出機(jī)構(gòu)

圖6為機(jī)殼壓鑄模總裝圖。在推出機(jī)構(gòu)增加了一組推板（見件24、27），前后兩組推板的運(yùn)動(dòng)速度差依托擺桿31（對(duì)稱的二件）實(shí)現(xiàn)。其基本原理是：①壓鑄機(jī)的頂出油缸活塞桿推動(dòng)后推板27，此時(shí)件22、23、24和27及安裝其上的所有推桿同時(shí)向前推進(jìn)，使推件板15（由推桿16推動(dòng)）和其余推桿同時(shí)推動(dòng)鑄件脫離型芯，完成第一次脫模；②壓鑄機(jī)頂出油缸活塞桿繼續(xù)向前推動(dòng)，后推板已接觸安裝在擺桿31上的滾輪30，由于擺桿135°夾角的作用，使安裝有推桿5、6、20、36、37的前推板組向前運(yùn)動(dòng)的距離超越推桿16（推件板由它推動(dòng)）向前運(yùn)動(dòng)的距離S0，因而鑄件與安裝在推件板內(nèi)的型腔(即動(dòng)模鑲件9)產(chǎn)生相對(duì)位移，鑄件順利脫模。

圖6：機(jī)殼壓鑄模總裝圖（再推出結(jié)構(gòu)）
1.澆口套 2、外緣筒型芯 3.內(nèi)型芯 4.軸承室孔型芯 5.內(nèi)緣推桿6筋推桿7.安裝孔型芯 8.定模型芯 9.動(dòng)模鑲件 10.定模導(dǎo)套 11.定模板12.動(dòng)模導(dǎo)柱 13.動(dòng)模導(dǎo)套 14.復(fù)位桿 15推件板16.推件板推桿17.動(dòng)模板18.緊固螺釘19.動(dòng)模蓋板 20.法蘭外緣推桿 21.推板導(dǎo)柱 22.前推桿固定板 23.前推板 24.后推桿固定板 25.前推板導(dǎo)套 26.后推板導(dǎo)套 27.后推板 28.底板 29、34.、35.圓柱頭內(nèi)六角螺釘 30.滾輪 31.擺桿 32.轉(zhuǎn)軸 33.連桿 36.筋推桿 37.直澆道推桿

在頂出的第一階段推件板推桿和內(nèi)外緣推桿的頂出距離相同，說明在這一過程中推件板帶動(dòng)型腔的推出與內(nèi)外緣推桿的推出是同步的，其目的是可將機(jī)殼鑄件先順利脫出動(dòng)模型芯；在頂出的第二階段擺桿已被觸動(dòng)，當(dāng)擺桿繞連桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí)內(nèi)外緣推桿即將開始超前狀態(tài)；在頂出的第三階段擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)至極限，此時(shí)內(nèi)外緣推桿超前推件板推桿的頂出距離So，具體計(jì)算過程如下：
S臨界=L1Sin45°-L1Sin(45°-arcSin5/L2)=3 mm
推件板推桿的頂出距離S=5+L1Sin45°=29.8 mm
內(nèi)外緣推桿的頂出距離Sz=（L1+L2）Sin45°=54.8 mm
內(nèi)外緣推桿超前推件板推桿的頂出距離So=Sz-S=25 mm

壓鑄模特點(diǎn)分析

（1）結(jié)構(gòu)簡單可靠 針對(duì)看似平常的機(jī)殼鑄件，見圖2，但成型后的頂出難度較大。當(dāng)采用兩組推板實(shí)現(xiàn)二級(jí)推出（見圖6），即第一階段兩組推板同步推進(jìn)，推件板和推桿合力將機(jī)殼鑄件脫離動(dòng)模型芯，但此時(shí)機(jī)殼鑄件仍留在位于推件板的動(dòng)模鑲件9的型腔中，為了將機(jī)殼鑄件從動(dòng)模鑲件9的型腔中頂出，推桿就必須有一個(gè)相對(duì)推件板的超前運(yùn)動(dòng)，滾輪30、擺桿31、轉(zhuǎn)軸 32和連桿33組成的擺桿擺動(dòng)機(jī)構(gòu)（前后對(duì)稱，各一組）便可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

（2）連桿防松動(dòng)結(jié)構(gòu)  在擺桿機(jī)構(gòu)中，連桿33為懸臂梁結(jié)構(gòu)，受力后螺釘35易發(fā)生松動(dòng)，這不僅會(huì)使二級(jí)推出動(dòng)作失效，更有可能釀成事故，現(xiàn)在連桿零件的中間設(shè)置一12 mm寬10 mm高的凸榫，以便嵌入動(dòng)模蓋板19相應(yīng)凹槽內(nèi)，并加以左側(cè)螺釘鎖緊，這樣可使連桿33的剛性和抗變形能力顯著提升。

（3）減小摩擦提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性  擺桿零件并不是想象中的整體結(jié)構(gòu)，在與后推板27接觸處安裝了兩個(gè)滾輪30（與軸間隙配合），這樣可以最大限度減小工作中與后推板27的硬摩擦和沖擊，使擺桿繞連桿軸的轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)。

（4）采用了去澆口方便的側(cè)澆口進(jìn)料  該類結(jié)構(gòu)的機(jī)殼通常采用從內(nèi)緣端蓋進(jìn)料的中心澆口，因?yàn)橹行臐部诔涮盍鲿尘鶆颉⒂欣谌廴阡X料通過可作為二次內(nèi)澆口的3條聯(lián)接筋從內(nèi)緣端蓋向外緣帶法蘭筒型件均勻填充，但中心澆口最大的缺點(diǎn)是在拉斷內(nèi)澆口的瞬間造成內(nèi)緣端蓋端面的變形且必須借助專用夾具在車床上切除澆口余料。采用由外緣帶法蘭筒型件向內(nèi)緣端蓋填充的側(cè)澆口，其優(yōu)點(diǎn)是去澆口方便、定模可省去一塊脫澆口廢料中間板，但給成型造成的困擾是向Φ56.5 mm內(nèi)端蓋充型時(shí)只有一條Φ5 mm的聯(lián)接筋可充當(dāng)主流道，因而在外緣筒型芯2的端面增加了3條均布的寬10 mm深1 mm的輔助澆口，有效彌補(bǔ)了所需的填充流量，收到較好的效果。

結(jié)論

在考慮頂出方案時(shí)，應(yīng)較全面地評(píng)估壓鑄件的剛度和強(qiáng)度。有些壓鑄件看似簡單，但卻無法實(shí)現(xiàn)一次推出；應(yīng)該看到二級(jí)推出機(jī)構(gòu)畢竟相對(duì)復(fù)雜，故采用二級(jí)推出機(jī)構(gòu)是不得已而為舉，模具設(shè)計(jì)時(shí)全推桿一次推出機(jī)構(gòu)仍應(yīng)作為首選。

作者：肖洪波
蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院精密制造工程系

本文素材來自：《特種鑄造及有色合金》雜志社2019年第39卷第02期