自動化條件下的壓鑄模具設計改進

■ 崔愛軍

由于我國的壓鑄業(yè)起步晚、起點低，壓鑄生產(chǎn)基本處于完全的手工操作，經(jīng)過這些年的發(fā)展，隨著我國人口紅利的逐步消失，勞動力短缺已經(jīng)成為制約經(jīng)濟發(fā)展的一個主要問題，加之壓鑄勞動強度大、高溫、高噪聲、高污染等不利因素，如何解決人的問題，成了困擾各個企業(yè)的頭等大事。目前，壓鑄產(chǎn)品利潤進入微利時代，企業(yè)為了生存發(fā)展，必須在提高產(chǎn)品質量、降低生產(chǎn)成本，以及保質保量地保障主機廠的供貨上下功夫。伴隨著這些不同層面的需求，壓鑄生產(chǎn)的自動化成了各個壓鑄企業(yè)的當務之急。

伴隨著壓鑄自動化的進程，隨之而來的就是壓鑄模具如何適應壓鑄自動化生產(chǎn)的問題，原有的壓鑄模具能否適應壓鑄自動化的生產(chǎn)就成了影響壓鑄自動化順利進行的一個主要因素。為適應壓鑄生產(chǎn)的自動化，壓鑄模具需要做出下列幾個方面的改進提高。

1. 壓鑄模具的適應性改進

生產(chǎn)中預防模具故障是一項長期而又困難的工作，那些看似很小的問題，在自動化生產(chǎn)過程中會帶來意外的風險，造成產(chǎn)品的批量廢品，為企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟損失，因此必須從設計階段開始就引起足夠的重視。

（1）液壓缸取代斜導柱 壓鑄生產(chǎn)的自動化包含著脫模劑噴涂的自動化，目前常用的噴霧機多為兩軸伺服系統(tǒng)噴霧機和老式銅管噴頭式噴霧機（當然，也有少數(shù)采用機器人噴涂），這兩種噴涂系統(tǒng)的噴頭基本上都是由模具分型后的頂部垂直進入，根據(jù)控制系統(tǒng)指令，以一定的速度上下移動噴頭，對模具的動模、定模表面進行一定時間的脫模劑噴涂和吹氣動作。由于噴頭要從模具頂面進入，因此原來設計在模具上方的斜導柱抽芯則必須更改為液壓缸抽芯裝置（見圖1），否則會影響到噴霧機噴頭的動作，甚至損壞噴霧機。

由于自動噴霧是按事先設定的程序進行噴涂的，其噴涂過程遠沒有達到人工噴涂的靈活程度，對于局部需要適量多噴的部位往往不能實現(xiàn)“特殊的照顧”，特別是對于大型的滑塊來說，開模之后滑塊的背面仍然被自身所遮擋，無法實現(xiàn)有效的噴涂（見圖2），為此就需要在模具滑塊部位適當增加模具“內噴涂”系統(tǒng)，實現(xiàn)對滑塊背面的補充噴涂。

（2）冷卻系統(tǒng) 模具溫度在壓鑄工藝參數(shù)當中是一個非常重要的參數(shù)，它會影響到鑄件外觀質量、填充時間、填充速度、壓力傳遞等一系列因素，可以說正確、恒定的模具溫度是確保可靠生產(chǎn)優(yōu)質鑄件、提高生產(chǎn)率、降低廢品率和延長模具壽命的基本前提。自動化生產(chǎn)帶來生產(chǎn)節(jié)拍的提高，必然帶來模具溫度上升，加之自動噴涂時間較人工噴涂縮短，更加劇模具溫度的上升幅度。因此，自動化生產(chǎn)時對壓鑄模具冷卻系統(tǒng)的設計要求將更加嚴格，冷卻水道的布置、點冷卻的設置必須做到科學合理，過去那種簡單的直通式冷卻水道或不設冷卻水道的做法是不能適應新形勢下的壓鑄生產(chǎn)的。模具溫度必須處于一種合理、均勻、可控的范圍內，才能保證鑄件質量的穩(wěn)定、可靠。

圖1 模具上方存在斜導柱

在冷卻系統(tǒng)設計時必須對壓鑄生產(chǎn)的工藝參數(shù)做一個詳細的了解和預估，在整個鑄造程序中，注入模具中的金屬液成了唯一的熱量來源，必須考慮到壓鑄模能否起到“散熱器”的作用，對金屬液釋放的熱量以及模具冷卻系統(tǒng)所能帶走的熱量有一個詳細的計算，當通過壓鑄模的散失熱量和用冷卻流體循環(huán)帶走的熱量，與不斷澆注的金屬液增加的熱量趨于一致時，壓鑄模就達到了熱平衡。壓鑄模溫度在獲得這些理想的條件后， 必須把它保持住，方能實現(xiàn)正常、穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。

為使冷卻系統(tǒng)的設計達到最優(yōu)化，可采用壓鑄CAE軟件進行模擬計算，然后對原有冷卻系統(tǒng)的設計進行優(yōu)化處理、改進，確保模具溫度的均衡、一致。

（3）模具型芯的可靠性 主要表現(xiàn)在兩個方面：其一是彎曲斷裂，其二是芯子后退。

針對型芯的彎曲斷裂，我們可采用的措施有：①嚴格控制小型芯的長徑比，減小芯子彎曲的可能性。②模具內澆口避免直接沖擊模具小型芯。③盡量減少芯子孔口部倒角，避免使用臺階芯子，消除型芯局部的應力集中，如圖3所示。④采用優(yōu)質鋼材、合適的熱處理工藝，提高小型芯的制作質量。⑤對小型芯進行表面處理，減小型芯的抱緊力。

型芯使用過程中的后退，主要出現(xiàn)在那類快速更換的芯子上面；一般情況下快換芯子的尾部都有一個內六角錐端緊定螺釘固定，在使用過程中，會出現(xiàn)螺釘松動，或者在更換芯子后未能將螺釘擰緊，造成壓鑄生產(chǎn)時型芯的后退。一般常用的解決方式是將內六角錐端緊定螺釘增加為兩個，同時加強模具維修后的檢查驗收工作，基本上可以確保型芯不后退。

（4）頂出系統(tǒng)的穩(wěn)定性 模具頂出系統(tǒng)的設計涉及的計算內容比較多，多數(shù)情況下模具廠會憑經(jīng)驗來設置頂桿的數(shù)量、直徑以及頂出板的厚度。對于頂出桿的穩(wěn)定性、頂出板的變形量幾乎不做校核，在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)頂桿彎曲、斷裂造成的模具損毀，頂出板變形造成的鑄件表面頂桿痕跡深度超過了機械加工余量導致的鑄件報廢等情況。因此，為適應壓鑄的自動化生產(chǎn)，有必要對頂出桿的穩(wěn)定性、受推面積進行必要的核算，做到防患于未然。

頂出系統(tǒng)的穩(wěn)定性還包含頂出板回程限位塊的設置，目前多數(shù)回程限位塊采用的是圓形限位,如圖4所示。限位塊與頂出板的接觸面積較小，經(jīng)過長期的使用后，限位塊發(fā)生變形，造成頂出板限位不可靠，頂桿痕跡高出鑄件表面，有時會影響到后續(xù)機械加工定位的可靠性，嚴重時會造成鑄件報廢。

頂桿的設置應盡可能避免鑄件的某些部分粘在鑄模上，必要時應設置自動向頂出桿注油的輔助裝置，以避免頂桿經(jīng)常發(fā)生卡殼， 確保鑄件順利頂出。

2. 模具保護措施

壓鑄全自動化生產(chǎn)存在以下風險：

（1） 出模品有殘缺時，無法及時發(fā)覺。

（2）產(chǎn)品或渣包粘定模，或沒有完全掉落會帶來壓壞模具的損失。

（3）更嚴重的是產(chǎn)品或渣包如果沒有掉落，在下一次合模生產(chǎn)時，由于模具沒有完全合上，會導致模具飛料傷人的安全事故。

圖2 需要增加內噴涂的抽芯

圖3 小型芯的改進

圖4 頂出板后退限位塊

因此，在確保模具穩(wěn)定性的同時，還有必要采用一些必要的模具保護措施，全部帶有檢測器的壓鑄模具也并非必要，市面上已經(jīng)有商品化的多功能模具監(jiān)視保護系統(tǒng)，該壓鑄模具監(jiān)視保護系統(tǒng)安裝在壓鑄機上，壓鑄成形前，檢測模具表面是否有殘留異物或滑塊錯位，在異常發(fā)生時會自動防止閉模并報警。

壓鑄成形后，檢測產(chǎn)品是否粘定模，是否同預期成形符合，快速判定產(chǎn)品是否合格，有效地解決在溫度較高的自動工作狀態(tài)下，人工很難觀察到出模的問題和模腔的狀況。該模具監(jiān)視系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)時，能及時停機報警，避免發(fā)生質量問題后的再次合模所帶來的二次損失。

3. 結語

模具設計、使用過程中雖然采取了這些必要的措施，但是這些措施并非一勞永逸，特別是模具的使用過程中會發(fā)生各種各樣的變化，壓鑄企業(yè)還必須做好日常壓鑄模具的維護保養(yǎng)工作，全壽命記錄壓鑄模具的使用、維護情況；總結分析壓鑄模具使用過程中的失效規(guī)律，并根據(jù)這些使用規(guī)律，定期更換那些易損的小型芯、頂桿等配件，做好壓鑄模具的預防性維護工作，為壓鑄自動化生產(chǎn)打下良好的基礎。

[1] 潘憲曾. 壓鑄模設計手冊[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2] 楊裕國. 壓鑄工藝與模具設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1997.

[3] 趙浩峰. 現(xiàn)代壓力鑄造技術[M]. 北京：中國標準出版社，2003.

[4] 潘憲曾. 壓鑄工藝與模具[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.