旋翼金屬型澆注模具的設(shè)計

王 丹 丁 林 陳存銀

(①吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林132021;②吉林市第二實(shí)驗(yàn)小學(xué)，吉林 吉林132001)

鑄件旋翼是航空引信上的重要零件，如圖1 所示。有12 個葉片，尺寸精度要求高、三維角度、分型面復(fù)雜，需要12 個側(cè)抽芯、1 個上抽芯、1 個下抽芯;整個旋翼零件被這些型芯所包圍。這套模具的設(shè)計理念是:結(jié)構(gòu)簡單獨(dú)特、成本低、效率高。

1 模具設(shè)計

1.1 各種模具設(shè)計方案的確定

(1)方案一:上方大型芯，側(cè)面12 個側(cè)型芯，小型芯;即上、下及四周12 個側(cè)型芯下都用液壓裝置自動開模;這種方案效率高，適合年產(chǎn)10 萬件以上的大批量生產(chǎn)。

(2)方案二:用車床卡盤的端面螺紋原理以及電動控制12 個側(cè)型芯脫模，上下大、小型芯用液壓脫模;效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具費(fèi)用高。

(3)方案三:手工操作開、合模結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是:實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡單、費(fèi)用低，適合年產(chǎn)量1 萬件以下的中、小批量生產(chǎn)。

根據(jù)生產(chǎn)批量的需要，經(jīng)過多方面考慮，對多種方案比較，最終采用圖2 所示的模具結(jié)構(gòu)。

1.2 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖2，在中模板7 下面與側(cè)型芯6 及底板33 上面為上分型面，各型芯之間結(jié)合面組成其他分型面。用12 個液壓缸各連接1 個側(cè)型芯6 抽芯脫模及合模，這12 個側(cè)型芯是由一件由φ430 mm ×60 mm圓板形件通過線切割分開而成的。圖1 旋翼的主視圖葉片與垂直方向有35°夾角，故側(cè)型芯的兩面都有35°斜角。12 個側(cè)型芯安裝在底板33 的T 形導(dǎo)向槽中。下型芯30 與下型芯液壓缸36 連接抽芯及合模。大型芯27 與液壓缸固定板18、支撐板11 及中模板7 連接固定，由大型芯壓板9 壓緊，支撐套8 和拉料桿10 連接壓板12 和上固定板16。壓板12 和上固定板16 壓緊和固定上連桿17 并連接上型芯液壓缸19 控制大型芯27 抽芯及合模。支撐板11、液壓缸固定板18、導(dǎo)向軸21、長螺釘26 構(gòu)成大型芯抽芯、合模及導(dǎo)向部件。底板33 與模具底座38 通過內(nèi)六方螺釘39 連接。

1.3 模具的工作原理

(1)澆注:在模具(如圖2)合模狀態(tài)下，先在大型芯上放好澆杯，然后將融化好的ZL104 液體按照一定的澆注速度通過澆杯的澆口和大型芯中心澆道澆注到模具型腔里，成形、凝固、冷卻形成鑄件。經(jīng)過45 s 的冷卻時間使鑄件達(dá)到脫模時開始脫模。

(2)順序開模:

首先由上型芯液壓缸19 帶動上連桿17、連接壓板12 和上固定板16、支撐套8 和拉料桿10、中模板7、大型芯壓板9，帶動控制大型芯27 上下移動而完成抽芯及合模動作。然后由側(cè)抽芯液壓缸1 通過連接螺套2、側(cè)型芯連桿3、側(cè)芯壓板5 分別連接及帶動12 個側(cè)型芯6 抽芯脫模。最后由下芯液壓缸36 帶動下型芯30 抽芯脫模。經(jīng)過上述3 步抽芯后，只剩下旋翼零件擺放在模具中間。用鐵夾子取出。

(3)順序合模:控制各液壓缸，先合下型芯，然后合側(cè)型芯，最后合大型芯。

1.4 模具型芯抽拔力的計算

考慮到包緊力和其他阻力，計算起始抽拔力的公式為:

式中:P抽為起始抽拔力，N;S為活動成型部分被包緊的斷面形狀的周線長，mm;L為活動成型部分被包緊的長度，mm;P為鋁合金的擠壓應(yīng)力，P=2. 0 ×105kN/mm2;K為摩擦系數(shù)，K=0.25;α1為活動成型部分脫模斜度，為2°;

大型芯的最大起始抽拔力:P1≈6.0 ×104kN，小型芯的抽拔力:P2≈8.1 ×103kN。

根據(jù)人體工程學(xué)計算，人體的向下壓力為340 kN，而用撬杠的力矩與力臂之比為1∶100，3 人用撬杠撬動開模的力量為10.2 ×104kN，二人用撬杠撬動開模的力量為6.8 ×104kN，大型芯和小型芯均可使用撬杠脫模。

側(cè)型芯的抽拔力:每一個側(cè)型芯的截面是梯形，兩面接觸鋁合金液體構(gòu)成型腔，沒有被鋁合金液體包圍及包緊，所以沒有包緊力，只有很小的摩擦力，可用拔銷器脫模。

綜上所述手工開、合模可以實(shí)現(xiàn)。但是生產(chǎn)效率較低，一個工作日只能生產(chǎn)幾十件。大批生產(chǎn)需采用液壓自動開、合模結(jié)構(gòu)。

1.5 模具排氣系統(tǒng)的分析及設(shè)計

(1)在大型芯27(如圖3)，上部車空、下部鉆若干個排氣孔，用排氣塞排氣;另外在其錐面上開0.5 mm深的三角形排氣道。

(2)12 個側(cè)型芯的型腔部分構(gòu)成了零件的側(cè)面，各側(cè)型芯間有0.30 mm 的間隙來排氣，排氣很流暢。

(3)在模具下面的小圓芯面上開有0.5 mm 深的三角形排氣道。

1.6 模具材料的選擇

由于本零件的年產(chǎn)量只有1 萬件，所以模具的所有材料均采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼45 號鋼，其中側(cè)型芯6、小型芯30、大型芯27 的材料要調(diào)質(zhì)處理使硬度達(dá)到28HRC，其余各件均不用熱處理。

2 結(jié)語

該模具于2010 年設(shè)計，并于當(dāng)年在某兵工廠試模生產(chǎn)，模具造價約人民幣3 萬元，已應(yīng)用超過了3 年的時間。生產(chǎn)實(shí)踐證明該模具結(jié)構(gòu)合理:具有簡單的結(jié)構(gòu)及開、合模動作，液壓自動開模。取鑄件到合模一般最多用120 s 的時間，如模具溫度過高，開模取件后可以晾一段時間再合模。這段時間可以對模具起到降溫散熱的作用，從而保證了模具的熱平衡。按2 min 生產(chǎn)一件計算、每班按實(shí)際7 h 計算，每班產(chǎn)量為210件，雙班每天生產(chǎn)420 件，按每月生產(chǎn)22 天計算，每月可生產(chǎn)9240 件。因此模具年產(chǎn)量能達(dá)到10 萬件的能力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及目前的使用情況預(yù)計模具壽命可達(dá)7 年。

［1］中國機(jī)械工業(yè)協(xié)會鑄造分會編［M］.特種鑄造手冊. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.