轎車點火開關鎖殼和鎖芯壓鑄模設計

許赟和，文根保

（中國航空工業航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441002）

0 引言

點火開關即汽車點火系統的開關（通常要使用鑰匙），其是可自由開啟或關閉點火線圈的主要電路。點火開關包括鎖芯、鎖殼和電器等，鎖芯安裝在鎖殼內，鎖殼安裝在轎車前儀表盤上。

1 鎖殼和鎖芯形體分析與抽芯機構設計

轎車點火開關鎖殼如圖1（a）所示，鎖芯如圖1（b）所示，其三維結構如圖1（c）、（d）所示。材料為鋅合金，收縮率為0.6%。

1.1 鎖殼形體分析與抽芯機構分析

鎖殼存在左右和上下4個方向的型孔和型槽要素，左、右方向的型孔和型槽需采用斜導柱抽芯，而上、下方向的型孔和型槽因平行于開合模方向，只需在動模板或定模板上安裝型芯，利用開合模運動即可實現上下方向型孔和型槽的抽芯和復位動作。

圖1 鎖殼和鎖芯

（1）C向型孔①、型槽①要素與抽芯機構分析。C向存在2×3.2 mm×7.0 mm、2×3.2 mm×3.0 mm型孔，還存在2.2 mm×18.6 mm×11°、φ21.3 mm×φ20.5 mm×12.6 mm、φ25.1 mm×φ20.5 mm×13.7 mm、φ24.0 mm×22.9 mm、2×22.8 mm×0.8 mm×（5.2mm-2mm）/2×（7.8mm-2mm）/2、φ25.1 mm×18.6 mm型槽。這些型孔和型槽均在鎖殼的左側面并垂直于鎖殼軸線，成型這些型孔和型槽的型芯可安裝在左滑塊上，利用壓鑄模的左斜導柱在開合模時的運動推動左滑塊帶動左型芯作抽芯和復位運動。

（2）D向型孔②、型槽②要素與抽芯機構分析。D向存在R11.8 mm×19.9 mm、φ20.5 mm×8.4 mm、φ21.3 mm×11.5 mm和φ21.3 mm×12.6 mm型孔及2×22.8 mm×0.8 mm×（5.2 mm-2 mm）/2×（7.8 mm-2 mm）/2、φ25.1 mm×18.6 mm型槽。這些型孔和型槽均在鎖殼右側面并垂直于鎖殼軸線，成型這些型孔和型槽的型芯可安裝在右滑塊上，利用壓鑄模的右斜導柱在開合模時的運動推動右滑塊帶動右型芯作抽芯和復位運動。

（3）上方型孔③要素與抽芯機構設計。上方存在φ15.2 mm×（26.4 mm-2.0 mm）型孔，該孔的軸線平行于壓鑄模開合模方向，故成型該孔的型芯可安裝在定模板上，利用模具的開合模運動實現該孔的成型和抽芯。

（4）下方型孔④、型槽④要素與抽芯機構設計。下方存在2×φ19.4 mm×φ15.2 mm×68°型槽，該型槽的軸線平行于壓鑄模開合模方向，故成型該型槽的型芯可安裝在動模板上，利用模具的開合模運動實現該型槽的成型和抽芯。

由于φ15.2 mm×（26.4 mm-2.0 mm）的型孔與2×φ19.4 mm×φ15.2 mm×68°型槽存在重疊，成型φ15.2 mm型孔的型芯應避開成型下方型槽的型芯。鎖殼分型面Ⅰ-Ⅰ在1.0 mm×1.0 mm凸臺下方處，如圖1（a）的E向視圖和B-B剖視圖所示。由于凸臺障礙體的存在，凸臺下方φ18.0 mm×4.5 mm型槽需采用抽芯機構進行抽芯和成型。

1.2 鎖芯形體分析與抽芯機構分析

點火開關鎖芯安裝在鎖殼的孔中，如圖1（b）的D向視圖所示，鎖芯分型面Ⅱ-Ⅱ設置在2.0 mm×φ18.0 mm與φ19.1 mm接合面處。

（1）C向型孔①、型槽①要素與抽芯機構分析。C向存在3×1.3 mm×8.0 mm、3×1.3 mm×8 mm×2.2 mm×φ1.9 mm、4.5 mm×8.5 mm型孔[1]及1.2 mm×φ5 mm/2、4.0 mm×（φ19.1 mm-φ15.3 mm）/2型槽。由于上述型孔和型槽在鎖芯側面，且均垂直于鎖芯的軸線，成型這些型孔和型槽的型芯可采用斜導柱滑塊抽芯機構，利用壓鑄模的開啟和閉合以斜導柱推動滑塊實現型芯的抽芯。

（2）D向型孔②、型槽②要素與抽芯機構分析。D向存在3×1.3 mm×8.0 mm、3×1.3 mm×8 mm×2.2 mm×φ1.9 mm型孔，3.0 mm×（φ19.1 mm-φ15.3 mm）/2和1.2 mm×φ5 mm/2型槽。上述型孔和型槽在鎖芯另一側面，且均垂直于鎖芯的軸線，成型這些型孔和型槽的型芯可采用斜導柱滑塊抽芯機構，利用壓鑄模的開啟和閉合以斜導柱推動滑塊實現型芯的抽芯。

（3）E向型孔③、型槽③要素與抽芯機構分析。E向存在12.1 mm×20°×7.0 mm×9.4 mm×2.5 mm×3.0 mm×57°和8.1 mm×3.3 mm×18.0 mm型孔。這些型孔處在鎖芯的上方，并平行于開合模方向，其型芯可設置在定模板上，可利用定動模的開合進行鎖芯的抽芯和成型。

根據鎖殼和鎖芯的形體與抽芯結構的分析，成型鎖殼和鎖芯的模具分別設置左、右2個方向的抽芯，抽芯運動時不能產生干涉現象。

2 澆注系統與推桿的設計

澆注系統與推桿的設計如圖2所示，澆注系統由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。熔融鋅合金料流從定模板上的澆口套中注入，經分流錐4的分流，熔體從分流道經澆口進入成型鎖殼2和鎖芯6的型腔及冷料穴中。

當型腔中成型鎖殼2和鎖芯6及冷料穴中的熔體冷卻后，可在推桿5的作用下將成型的鎖殼2、鎖芯6和主流道、分流道、冷料穴中的凝料推出。由于鎖殼2、鎖芯6形狀不同，其質量存在差異，為了防止成型的鎖殼2、鎖芯6出現缺料和疏松現象［2］，模具制造時成型鎖殼、鎖芯的澆口深度應相同，試模時若某型腔出現缺料和疏松現象，可將缺料型腔的澆口深度加深。

3 冷卻系統設計

圖2 澆注系統與推桿的設計

熔融的鋅合金通過澆注系統將熱量傳遞給模具，隨著模具連續工作，熱量不斷增加，高模溫會導致模具零件力學性能降低和成型的鎖殼與鎖芯出現過熱現象。模具出現高熱量的主要零部件有澆口套、分流錐、定模鑲件和動模鑲件，需設計冷卻水路降低模具零件的溫度。

（1）澆口套冷卻水路的設計如圖3D-D所示，在定模板5和澆口套14中開設冷卻水通道。定模板5的兩端安裝冷卻水兩通接頭18、21，澆口套14中安裝螺塞19，定模板5與澆口套14通道之間安裝O形密封圈20，以防止冷卻水外泄。冷卻水從冷卻水兩通接頭21進入，再分兩路流經澆口套14通道匯合后從冷卻水兩通接頭18流出，冷卻水將熱量帶走從而降低澆口套14的溫度。

（2）分流錐冷卻水路的設計如圖3E-E所示，冷卻水從動模板6的冷卻水兩通接頭8進入，流經分流錐15中用分流片10分隔成的流道，再從冷卻水兩通接頭16流出。為了防止冷卻水從動模板6與分流錐15之間縫隙外泄造成模具零件銹蝕，動模板6與分流錐15之間的接合面應安裝O形密封圈7、17。

圖3 冷卻系統設計

（3）定模板鑲件冷卻水路的設計。定模板5上除了有成型鎖殼和鎖芯的型腔板，還有成型鎖殼和鎖芯各種型槽和型孔的型芯，這些成型零件直接接觸熔融的鋅合金流體，產生的熱量大，需要用冷卻水降溫，如圖3A-A所示。冷卻水從冷卻水兩通接頭27進入定模板5和定模鑲件的冷卻水通道，再從冷卻水兩通接頭26流出，將熱量帶走起到降溫的作用。為防止冷卻水外泄，在定模鑲件冷卻水通道終端和彎曲處需安裝螺塞24，在定模板5和定模鑲件對接處安裝O形密封圈25、28。

（4）動模板鑲件冷卻水路的設計。由于動模鑲件11中有需要抽芯的型芯，導致其實體窄小，冷卻系統的管道只能設置在動模鑲件11下方的動模板6中。動模板6上也安裝了成型鎖殼和鎖芯的型腔板以及各種型槽和型孔的型芯。如圖3B-B所示，冷卻水分別從2處冷卻水兩通接頭22進入動模板6的通道，再從冷卻水兩通接頭23流出，將熱量帶走。

4 抽芯機構設計

根據鎖殼和鎖芯結構的分析，鎖殼和鎖芯需分別采用左右2個方向抽芯。

4.1 鎖殼抽芯結構設計

（1）鎖殼左邊的抽芯機構如圖4所示，左前滑塊2安裝在由左中壓板32和左端壓板34組成的T形槽中，左前滑塊2中裝有左前型芯4、29和斜導柱，開合模使斜導柱推動左前滑塊2和左前型芯4、29作抽芯和復位運動。合模時左前楔緊塊1可楔緊左前滑塊2，以防止左前滑塊2和左前型芯4、29在壓力和保壓力的作用下使左前滑塊2后退，導致成型的型孔或型槽的尺寸不符合圖紙要求。

（2）鎖殼右邊的抽芯機構如圖4所示，右前滑塊7和右前型芯6、28在斜導柱的推動下可作抽芯和復位運動。合模時，右前楔緊塊8可楔緊右前滑塊7。

（3）鎖殼上方的抽芯機構如圖5所示，安裝在定模鑲件16中的前定模型芯17，在模具開啟時可從鎖殼孔中抽芯，合模時可實現前定模型芯17復位。

（4）鎖殼下方的抽芯和脫模機構如圖5所示，前動模型芯19以間隙配合形式安裝在動模鑲件21的孔中。脫模時推桿22將前動模型芯19和鎖殼18一起推出，脫模后由人工從鎖殼18中取出前動模型芯19，在模具合模前需人工將前動模型芯19放入動模鑲件21的孔中。

圖4 抽芯機構設計

4.2 鎖芯抽芯結構設計

鎖芯左右2個方向也需要抽芯，上方需設置型芯，利用開合模運動完成抽芯。

（1）鎖芯左邊的抽芯機構見圖4所示，左后滑塊10安裝在由左中壓板32和左端壓板34組成的T形槽中，左后滑塊10中裝有左窄槽型芯11、左長方槽型芯12和3個后左型芯31及斜導柱，模具開合使斜導柱推動左后滑塊10、左窄槽型芯11、左長方槽型芯12和3個后左型芯31作抽芯和復位運動。合模時左后楔緊塊9楔緊左后滑塊10，以防止左后滑塊10、左窄槽型芯11、左長方槽型芯12和3個后左型芯31在壓力和保壓力的作用下使左后滑塊10后退。

（2）鎖芯右邊的抽芯機構見圖4所示，同理，右后滑塊17和右長方槽型芯13、右窄槽型芯16和右后型芯26、右后滑塊17和右長方槽型芯13、右窄槽型芯16和右后型芯26在斜導柱推動下作抽芯和復位運動。合模時，右后楔緊塊18可楔緊右后滑塊17。

（3）鎖芯上方型孔③的抽芯和成型如圖5所示，后定模型芯29安裝在定模座板9上，模具開合可實現鎖芯30上方型孔③的抽芯和成型。

5 壓鑄模結構設計

鎖殼和鎖芯壓鑄模結構設計除了上述的澆注系統、冷卻系統和抽芯機構的設計外，還有模架、導向構件、脫模和復位機構的設計以及模具主要零部件材料的選擇和熱處理。只有全面處理好這些問題，才能合理設計模具結構。

5.1 模架和導向構件

壓鑄模結構如圖5所示，模架由動模座板1、墊塊2、推板3、推桿固定板4、復位桿5、動模板6、導柱7、導套8、定模座板9、定模鑲件16、動模鑲件21、分流錐44和澆口套45及推桿22、37、38、39、40、41組成，導向構件以4副導柱7和導套8組成，可確保動模板6與定模板9開合模時的定位和導向。

5.2 脫模和復位機構

鎖殼和鎖芯成型之后，模具的開啟實現了鎖殼和鎖芯所有型槽和型孔的抽芯，消除對鎖殼和鎖芯脫模的障礙。

（1）鎖殼和鎖芯的脫模：如圖5所示，脫模機構由推板3、推桿固定板4和推桿22、37、38、39、40、41組成。在壓鑄機推桿的推動下，推板3與推桿固定板4上的推桿22、37、38、39、40、41可將鎖殼18和鎖芯30推出動模鑲件21的型腔。

（2）脫模機構的復位如圖5所示，復位機構由推板3、推桿固定板4和復位桿5組成。脫模機構在脫模完成后必須立即回復到脫模前的位置，以便連續進行壓鑄加工。在定模座板9與動模板6合模時，定模座板9抵住復位桿5并推動復位桿5逐漸退回，直至定模座板9與動模板6合模時脫模機構完全復位。

5.3 主要零件材料的選擇和熱處理

壓鑄模主要成型零件表面在加工過程中要經受金屬液體的沖刷與內部溫度梯度所產生的內應力、膨脹量差異所產生的壓應力、冷卻時產生的拉應力。這種交變應力隨著壓鑄次數的增加而增大，當超過模具成型零件材料所能承受的疲勞極限時，表面層會產生塑性變形，在晶界處產生裂紋（即熱疲勞），表面會被氧化、氫化和氣體腐蝕，還會產生沖蝕磨損，金屬相粘附型壁或焊合現象。點火開關鎖芯脫模時要承受機械載荷作用，主要成型零件選用4Cr5MoSiV1材料，熱處理至 43～47 HRC或3Cr2W8V材料，熱處理至46～52 HRC[4]。為了避免鎖芯出現畸變、開裂、脫碳、氧化和腐蝕等，可在鹽浴爐或保護氣氛爐裝箱加熱或在真空爐中進行熱處理。淬火前應進行去應力退火處理，以消除加工時的殘留應力。淬火加熱宜采用2次預熱，然后加熱到規定溫度保溫，再油淬或氣淬。壓鑄模主要成型零件淬火后要進行2～3次回火，為防止粘模，可在淬火后進行碳氮共滲處理。壓鑄加工到一定次數時，應將主要成型零件拆下重新進行碳氮共滲處理[5]。

6 結束語

2個不同形狀的壓鑄件，若材質相同、質量相近，可在同1副模具的2個型腔中成型。但2個壓鑄件若采用相同的澆注系統，可能在成型質量大的零件型腔中出現填充不足或疏松的缺陷?？赏ㄟ^試模修改存在缺陷型腔澆口的深度，壓鑄模成型一定數量的零件后，模具零件成型面會因疲勞產生裂紋，此時應拆下與熔融料流接觸的零件進行碳氮共滲處理，以確保主要零部件不出現裂紋。

圖5 壓鑄模結構