水表活塞模具設(shè)計與應(yīng)用

應(yīng)任鋒

摘 要：通過對活塞式水表中的活塞零件結(jié)構(gòu)分析，從而對活塞模具材料、熱處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計等相關(guān)方面做一個綜合性的介紹。

關(guān)鍵詞：活塞；模具材料；熱處理；定位；模具結(jié)構(gòu)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.007

0 引言

旋轉(zhuǎn)活塞式水表以良好的計量性能被廣泛應(yīng)用于自來水的計量，受到水資源缺乏的國家和地區(qū)所青睞。該類型的水表對零件尺寸線性公差、形位公差提出了近似苛刻的要求，而該類零件的模具結(jié)構(gòu)決定了產(chǎn)品的質(zhì)量及穩(wěn)定性，本文從活塞式水表的靈魂零件——活塞，做一個模具整體設(shè)計的綜合性分析和應(yīng)用。

1 活塞零件要求簡介

活塞作為活塞表內(nèi)的一個旋轉(zhuǎn)件，依靠其與蓋板、外殼、隔板等零件形成一個良好的配合體，能較好地靈活轉(zhuǎn)動，才能精確計量流經(jīng)其腔體的流體體積，使產(chǎn)品設(shè)計時對其提出了較高的技術(shù)要求，其要求見下圖2：

圖1中產(chǎn)品規(guī)定內(nèi)外直徑、內(nèi)腔深度、總高等尺寸都只有一個較小的線性公差，各道尺寸除符合這些公差外，內(nèi)外徑D2、D3以外徑D1中心軸線為基準的同軸度需控制在?0.02內(nèi)。圖2顯示產(chǎn)品有一個棗核形的缺口A，且開口處槽寬有一個0～+0.06的公差要求。可見，此零件線性及形位公差極小。而開口A的存在使產(chǎn)品在注塑后易發(fā)生結(jié)構(gòu)性變形導(dǎo)致槽寬變窄、內(nèi)外形圓度變差，使得整個零件線性及形位公差更加難以控制。其變形趨勢見圖3虛線所示。

圖中所示W(wǎng)為零件開口處往中心變形的變形量，變形量為開口處最大，上下兩頭最小，向中心縮攏的一個漸變趨勢。

2 模具分析

從以上零件分析可以看出，此零件為形狀基本規(guī)則、線性及形位誤差要求較高的精密耐磨零件，對模具的選材、熱處理、模具結(jié)構(gòu)、模具制造精度等方面提出了較高要求。

2.1 模具選材

模框宜選用40Cr調(diào)質(zhì)處理，硬度在HRC24～28之間，使模具在120kg/㎝2 以上的鎖模力、空負荷的交變負荷的情況下，達到模板較小的變形量，提升模具整體壽命。

模芯材質(zhì)宜選用模具鋼H13，模芯在粗加工時放一定的精加工余量后淬火處理，使模芯具有較穩(wěn)定的金相組織，和比較高的硬度及較好的韌性。要求有熱硬性的模具淬火工藝：加熱溫度1050～1080℃，油冷，回火溫度在530～560℃，使其最終硬度在HRC52～54。淬火后精加工。

以上模具選材及熱處理方式可讓模具在長期反復(fù)工作狀態(tài)下具有良好的穩(wěn)定性，從而保證模具壽命及產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

2.2 模具結(jié)構(gòu)

此零件上中心位置有1軸，且為注塑包塑成型，側(cè)面有4個“腰形”孔，故此模具宜采用三板式點澆口、斜導(dǎo)柱抽芯、頂桿頂出結(jié)構(gòu)，但殘留澆口點不得高出其所在平面以免影響零件使用。

2.2.1 圖4為常規(guī)的三板式模具結(jié)構(gòu)

此種結(jié)構(gòu)，動模與定模之間的定位由動定模的導(dǎo)柱導(dǎo)套配合來完成。導(dǎo)柱導(dǎo)套、導(dǎo)柱孔的加工精度，導(dǎo)柱導(dǎo)套與導(dǎo)柱孔的配合精度，往往決定了此類模具結(jié)構(gòu)所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品由于定位引起一定的同軸度誤差。根據(jù)檢測，此類配合的造成動定模的模芯同軸度在?0.01左右，大于零件?0.02的三分之一?0.0067的設(shè)計要求。型腔套與下型芯之間小于0.005之間的間隙配合，減小了兩者定位精度引起的產(chǎn)品外徑與軸端內(nèi)孔的同軸度誤差，基本符合設(shè)計要求。

澆口位于產(chǎn)品的隔層面上，位置置于棗核形缺口的對面，且澆口點低于隔層平面大約0.5～0.8之間。根據(jù)注射成型熔料流向，產(chǎn)品的最終熔接痕位于棗核形缺口處，很好地避免了熔接痕的表面缺陷，提高了產(chǎn)品的強度。但澆口位置的偏心選擇，由于產(chǎn)品內(nèi)部致密度的不均勻，加劇了產(chǎn)品內(nèi)部應(yīng)力的變形，導(dǎo)致以此引起的同軸度誤差加劇，圖3的W數(shù)值加大，通常W為0.02左右。

此類結(jié)構(gòu)的模具，在保證一定的注塑工藝，排除外部不必要的因素，最終外徑D1與內(nèi)孔D2的同軸度在?0.03左右，D1與D3的同軸度在?0.04～?0.06之間，大大超出了產(chǎn)品的設(shè)計要求。在實際設(shè)計制造中，此類結(jié)構(gòu)已不再采用。

2.2.2 圖5為改進型的三板式錐面精定位配合模具結(jié)構(gòu)

此種結(jié)構(gòu)基本與圖4結(jié)構(gòu)類似，不同之處是動模與定模之間的定位不但有動定模的導(dǎo)柱導(dǎo)套，還有上模芯與型腔套之間用錐面配合精定位設(shè)計。這樣設(shè)計，只要錐面A配合貼面（見圖6），在一定程度上消除了圖4結(jié)構(gòu)而引起的定位誤差。據(jù)實測，此類配合的結(jié)構(gòu)，動定模的模芯同軸度在?0.003左右，遠遠小于零件?0.02的三分之一?0.0067，完全符合設(shè)計要求，且可消除模具在長期生產(chǎn)而導(dǎo)致的導(dǎo)柱導(dǎo)套磨損而引起的定位誤差。此結(jié)構(gòu)還有一優(yōu)點，可減少分型面的接觸面積，還可在高壓鎖模的情況下，鎖模力不但在作用于軸向，還在垂直于斜面有一個徑向鎖模力（見圖6），提高了模具分型面的平面度。

澆口位置選擇位于產(chǎn)品中心圓柱端面，澆口點低于端面大約0.5～0.8之間。此種澆口位置的選擇，很好地解決了產(chǎn)品致密度不均的問題，也不存在熔接痕的缺陷，且提高了產(chǎn)品的整體強度。這樣一來，大大減小了由于澆口位置選擇問題而引起的產(chǎn)品變形量造成的較大同軸度誤差。W數(shù)值通常在0.005～0.01之間。澆口處有一澆口脫料裝置，模具開模后使流道凝料始終位于上型芯一側(cè)，便于生產(chǎn)實現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)實際生產(chǎn)，此類結(jié)構(gòu)的模具，在保證一定的注塑工藝，排除外部不必要的因素，最終外徑D1與內(nèi)孔D2的同軸度在?0.01～?0.015左右，D1與D3的同軸度在?0.01～?0.02之間，基本符合產(chǎn)品的設(shè)計要求。另，在模芯精加工磨削，可根據(jù)產(chǎn)品變形趨勢，做一定尺寸的修正，使最終成型產(chǎn)品更加符合產(chǎn)品設(shè)計要求。

3 結(jié)論

通過對活塞模具的綜合印證，對此類尺寸公差及同軸度要求較高的水表零件模具，需選用適當?shù)哪＞卟牧稀⒑侠淼臒崽幚砉に嚒㈠F面精定位模具結(jié)構(gòu)及一定的加工工藝，才能使模具長期穩(wěn)定的生產(chǎn)出此類合格產(chǎn)品。

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