成型電機(jī)端蓋滯留定模問題的對策

雷書星，安瀟璇，劉亞洲

（精誠工科汽車系統(tǒng)有限公司 模具分公司，河北 保定 071000）

0 引言

隨著綠色出行產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各大車企都進(jìn)軍新能源領(lǐng)域。電機(jī)作為新能源汽車的核心零部件，其市場需求量持續(xù)攀升，鋁合金電機(jī)端蓋是電機(jī)的重要組成部分，其穩(wěn)定的生產(chǎn)質(zhì)量能保證電機(jī)整機(jī)的供應(yīng)和整車市場的產(chǎn)銷量。壓鑄模作為生產(chǎn)電機(jī)端蓋的重要設(shè)備，其成型的零件能否順利脫模是影響壓鑄生產(chǎn)的重要因素，也是壓鑄模設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中必須考慮的問題。以下介紹鋁合金電機(jī)端蓋的壓鑄成型，壓鑄試模時(shí)成型的零件容易卡在定模，現(xiàn)對其原因進(jìn)行分析。

1 零件成型分析

鋁合金電機(jī)端蓋是電機(jī)的重要結(jié)構(gòu)件，起封閉電機(jī)主體的兩端、固定電機(jī)轉(zhuǎn)子在電機(jī)中的位置并支撐轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的作用，此外還起保護(hù)電機(jī)的電氣原件和線路的作用，如圖1所示。零件外形尺寸：405.0 mm×326.7 mm×155.3 mm，材料為鋁合金ADC12，質(zhì)量為4.16 kg，嵌件為軸承套。

電機(jī)端蓋有深腔、深筋和側(cè)向凹槽和凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)，形狀較復(fù)雜，圖1（a）所示有復(fù)雜加強(qiáng)筋（深淺不一）、電器部件及線束的安裝槽、附件安裝位、電機(jī)定位半圓弧等特征，整體結(jié)構(gòu)不規(guī)則，設(shè)計(jì)在定模側(cè)成型；圖1（b）所示中心有嵌件軸承套及全周加強(qiáng)筋、部分電機(jī)轉(zhuǎn)子空間、安裝孔位等，整體結(jié)構(gòu)呈深腔形且結(jié)構(gòu)略規(guī)則，設(shè)計(jì)在動(dòng)模側(cè)成型。

成型該電機(jī)端蓋的模具在試生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)30多件時(shí)，成型的鑄件留在定模，2個(gè)部位斷裂，如圖2所示，壓鑄生產(chǎn)無法繼續(xù)進(jìn)行，對模具進(jìn)行維修。成型的電機(jī)端蓋斷裂部位分別為側(cè)向滑塊成型部位（斷裂位置1）和抽芯成型部位（斷裂位置2）。

通過對成型的鑄件留在定模的問題進(jìn)行分析和研究，找到成型電機(jī)端蓋斷裂失效的主要原因。模具開模時(shí)，側(cè)向滑塊和抽芯組件在抽芯過程中，由于定模包緊力大、嵌件軸承套卡滯和成型的鑄件在熱狀態(tài)下強(qiáng)度低，導(dǎo)致側(cè)向滑塊和抽芯組件在抽芯過程中無法將成型鑄件帶出，出現(xiàn)成型鑄件斷裂、留在定模的問題。另外定模推出機(jī)構(gòu)推出力小、推出不平衡導(dǎo)致軸承套和定位鑲件卡滯。

圖1 電機(jī)端蓋

圖2 斷裂位置

2 包緊力計(jì)算

包緊力是壓鑄時(shí)金屬液充填型腔后在冷卻收縮過程中，包緊型芯或凸模成型部分產(chǎn)生的力，如圖3所示。包緊力計(jì)算公式：

圖3 傳統(tǒng)包緊力原理

F=F阻cosα-F包sinα=Alp(μcosα-sinα)

式中：F——抽芯力，N；F阻——抽芯阻力，N；F包——鑄件冷凝收縮后對型芯產(chǎn)生的包緊力，N；A——被鑄件包緊的型芯成型部分?jǐn)嗝嬷荛L，mm；l——被鑄件包緊的型芯成型部分長度，mm；p——擠壓應(yīng)力（單位面積的包緊力），鋁合金一般取10～12 MPa；μ——壓鑄合金對型芯的摩擦因數(shù)，鋁合金一般取0.2～0.25；α——型芯成型部分的脫模斜度。

一般情況下包緊力只計(jì)算型芯或凸模部分的包緊力，而忽略型腔或凹模部分的包緊力，造成實(shí)際計(jì)算的包緊力失真。但在實(shí)際壓鑄成型過程中，都經(jīng)歷高壓和補(bǔ)縮階段，增加壓力能避免由于鋁液凝固導(dǎo)致鑄件體積收縮的趨勢。增加壓力階段，鋁液凝固的壓力為60～90 MPa，該壓力會(huì)讓成型的鑄件所有面（見圖4（a））較好地與模具零件接觸（凹面的親和力較強(qiáng)），設(shè)計(jì)動(dòng)、定模時(shí)，需要考慮所有帶拔模角的面。開模時(shí)，外表面（定模側(cè)）也存在包緊力（見圖4（b）），雖然不如凹面（動(dòng)模側(cè)）處強(qiáng)，但也會(huì)影響成型鑄件的脫模。

動(dòng)模成型部分設(shè)計(jì)的主要目的是在壓鑄機(jī)推出系統(tǒng)的協(xié)同作用下，讓成型的鑄件停留在動(dòng)模側(cè)。一般成型鑄件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在動(dòng)模側(cè)成型，如加強(qiáng)筋、凸臺(tái)(尤其是較高的凸臺(tái))、凹面等。生產(chǎn)時(shí)，模具定模包緊成型鑄件是主要問題，設(shè)計(jì)者必須計(jì)算型腔與型芯的拔模力與推出力，一般拔模角為 1°～3°，外側(cè)拔模角為 1°，內(nèi)側(cè)拔模角為 2°～3°。鑄件結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、粘合面最多的部位在動(dòng)模側(cè)成型，設(shè)計(jì)者應(yīng)分析并考慮成型鑄件的哪一側(cè)適合于在動(dòng)模成型。

成型鑄件的收縮導(dǎo)致所有鑄銷、加強(qiáng)筋、拔模角的表面以及凸臺(tái)對其形成包緊力，如圖5所示，淺色的表面會(huì)形成合力，使鑄件滯留在模具中。

圖4 鑄造壓力和包緊力

圖5 產(chǎn)生包緊力面積

圖5（a）所示結(jié)構(gòu)有凹面也有凸面，需要分析其結(jié)構(gòu)復(fù)雜度并測量接觸面積，圖5（b）僅有一個(gè)凸臺(tái)與大圓周，且拔模角較大，其他都是面積較小的面。

根據(jù)包緊力計(jì)算公式：F=F阻cosα-F包sinα=Alp(μcosα-sinα)，得出定模側(cè)包緊力為238.7～368.8 kN,動(dòng)模側(cè)包緊力為145.3～224.6 kN。因?yàn)?38.7～368.8 kN＞145.3～224.6 kN，成型的鑄件滯留在定模的概率較大。

3 推出機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用

壓鑄模設(shè)計(jì)過程中，一般會(huì)將容易粘模的部分設(shè)計(jì)在動(dòng)模成型，因?yàn)閯?dòng)模有推出機(jī)構(gòu)，但有時(shí)容易粘模的部分會(huì)出現(xiàn)在定模方向，需要在定模設(shè)計(jì)推出結(jié)構(gòu)，用于抵消鑄件的包緊力。

3.1 獨(dú)立推出機(jī)構(gòu)

獨(dú)立推出機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)在定模的某個(gè)位置，反推桿設(shè)計(jì)在成型鑄件的邊緣，其一部分和成型鑄件接觸，用于推出成型鑄件，反推桿另一部分和動(dòng)模分型面接觸，用于反推桿的復(fù)位，如圖6所示。

模具合模過程中，動(dòng)模將推桿強(qiáng)制壓入定模，碟簧壓縮；固定座固定在定模框內(nèi)，并固定碟簧套的位置；模具開模，碟簧復(fù)位，推動(dòng)復(fù)位桿運(yùn)動(dòng)，推出成型鑄件。

該推出機(jī)構(gòu)推出力大，推出行程小，但推出位置為單點(diǎn)推出，考慮推出平衡需要根據(jù)成型鑄件結(jié)構(gòu)具體分析。獨(dú)立推出機(jī)構(gòu)適用于成型鑄件局部包緊力大的模具，另外也可以采取多個(gè)獨(dú)立推出機(jī)構(gòu)組合使用的方式，用于結(jié)構(gòu)緊湊型、無空間布置推板的模具。

圖6 獨(dú)立推出機(jī)構(gòu)

3.2 定模推出機(jī)構(gòu)

若成型鑄件在定模局部包緊力大或定模整體包緊力大，可采用定模推出機(jī)構(gòu)（組合型）。該推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位和推出使用復(fù)位桿和碟簧實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。

圖7 定模與推出機(jī)構(gòu)

推桿設(shè)計(jì)在成型鑄件的推出位置，用于推出成型鑄件；復(fù)位桿設(shè)計(jì)在成型鑄件外，用于定模推出機(jī)構(gòu)（組合型）的復(fù)位，推板和推桿固定板安裝有導(dǎo)套，限位柱控制推板和推桿固定板向上運(yùn)動(dòng)的距離，當(dāng)推板和推桿固定板運(yùn)動(dòng)到位后，限位柱和壓鑄機(jī)座板接觸；碟簧安裝柱將碟簧組件固定在推桿固定板上，碟簧是定模推出機(jī)構(gòu)（組合型）推出鑄件的動(dòng)力來源。

成型電機(jī)端蓋的模具采用上述定模推出機(jī)構(gòu)（組合型），設(shè)計(jì)4根復(fù)位桿和8根推桿，采用4組碟簧和4組導(dǎo)柱導(dǎo)套；推板和推桿固定板上設(shè)計(jì)安裝水管的避讓孔。

模具合模時(shí)，復(fù)位桿將推出機(jī)構(gòu)整體向上推動(dòng)，此時(shí)碟簧壓縮受力；開模時(shí)，碟簧失去復(fù)位桿的力后，逐漸處于復(fù)位狀態(tài)，碟簧帶動(dòng)推板和推桿固定板向下運(yùn)動(dòng)，推桿隨推板同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)推出成型的鑄件。

4 結(jié)束語

上述推出機(jī)構(gòu)的推出力來源于碟簧，與傳統(tǒng)使用彈簧的推出機(jī)構(gòu)相比，具有推出力大、推出行程小的優(yōu)勢，定模推出機(jī)構(gòu)（組合型）采用4組導(dǎo)向定位組件，使推出成型的鑄件更平穩(wěn)、安全、可靠。成型該電機(jī)端蓋的模具采用上述方案后，增加定模推出機(jī)構(gòu)（組合型），壓鑄生產(chǎn)過程運(yùn)行穩(wěn)定，鑄造生產(chǎn)18 600件未發(fā)生成型鑄件包模問題，解決了定模包緊力大、嵌件軸承套卡滯和成型鑄件在熱狀態(tài)強(qiáng)度低造成的包模問題。