基于Creo 的薄壁壓鑄模設(shè)計(jì)

肖 鋒 吉 寧 李瑩瑩 張佳君 張茂翔 于天成 張 琦

（遼寧科技學(xué)院，遼寧 本溪117004）

壓鑄模具有形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)零件多等特點(diǎn)，如果采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其設(shè)計(jì)工作量大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。

而借助三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)設(shè)計(jì)壓鑄模不僅可以縮短模具設(shè)計(jì)周期，而且還能提高模具結(jié)構(gòu)的合理性及準(zhǔn)確性[1]。而CAD/CAM技術(shù)則被認(rèn)為是現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)的核心和重要的發(fā)展方向[2]。Creo軟件由美國(guó)推出，是一款三維CAD/CAM參數(shù)化軟件，該軟件功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)內(nèi)容廣泛，能夠滿足產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)的需求。

1 壓鑄件工藝分析

該壓鑄件是一個(gè)接近方形、一面開口的薄壁殼體類零件，為鋁合金材質(zhì)，該鑄件的外形尺寸為98mm×86mm，壁厚約3mm，鑄件表面質(zhì)量要求較高，鑄后表面不得包含氣孔、冷隔、凹陷等表面缺陷。考慮生產(chǎn)工藝，該鑄件底面的3 個(gè)通孔可直接鑄出，節(jié)省了后續(xù)的機(jī)加工工序；另外底部還有8 處M4-4H 的螺紋孔，這幾個(gè)螺紋孔可先鑄出底孔，再由后續(xù)的機(jī)械加工完成攻螺紋操作。該盒體的四個(gè)側(cè)面結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，每個(gè)側(cè)面都需要采用斜銷抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)成型，考慮到成本，四個(gè)側(cè)壁上的孔先不鑄出，為了保證孔的尺寸精度和粗糙度的要求，后續(xù)要采用機(jī)加工的方法。

2 盒體散熱器三維造型

此方形盒體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，采用三維建模軟件Creo 中的拉深、打孔、圓角、陣列等特征完成其三維造型[3]。方形盒體的具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3 壓鑄機(jī)的選擇[2]

3.1 確定壓鑄機(jī)的鎖模力

P鎖≥K*（P反+P法）/1000（噸），式中P反是壓鑄時(shí)的反壓力（公斤）；P法是作用于滑塊楔緊面上的法向反壓力（公斤）；K 是安全系數(shù)（一般取K=1～1.3）。由于件比較復(fù)雜，且采用的是極高的壓射速度，比壓和壓射溫度，模具分型面上受到極大的沖擊力，因此取K=1.2。

3.2 確定模具分型面上鑄件的總投影面積

鑄件的總投影面積ΣF 按下式計(jì)算：

式中F鑄是鑄件在分型面上的投影面積。F澆代表澆道的內(nèi)澆口投影到分型面上的面積。F余代表余料投影到分型面上的面積。F溢代表溢流槽投影到分型面上的面積。

3.3 計(jì)算抽芯機(jī)構(gòu)上的法向反力

斜銷抽芯機(jī)構(gòu)法向反壓力P法的計(jì)算：

P法=PΣF澆tgα(公斤)

式中P 是壓射比壓（公斤/厘米2），取600 公斤/厘米2，ΣF法是活動(dòng)型芯成型端面的投影面積總和（厘米2），α 是楔緊塊的楔緊角（度），取15°。所以P法= [2*3*84*5tg20°+(46*22+2*3.14*32+24.52+86*40)tg15°]*600=14.3208 噸。

P鎖≥K（P反+P法）/1000

=1.2*（66073.8+14320.8）/1000 =96.47 噸

所以選P鎖=125 噸。根據(jù)以上壓鑄機(jī)的最大鎖模力的計(jì)算，選用壓鑄機(jī)型號(hào)為J1113B 型臥式壓鑄機(jī)。

4 分型面的設(shè)計(jì)

普通模具只需要一個(gè)分型面，但是由于某些鑄件的結(jié)構(gòu)和形狀比較特殊，需要增設(shè)附加分型面。本鑄件是盒體結(jié)構(gòu)，且壁厚均勻，鑄件內(nèi)部比較復(fù)雜，模具型芯非常復(fù)雜，四個(gè)側(cè)面均需側(cè)抽芯，增加了模具的設(shè)計(jì)難度，所以本設(shè)計(jì)從分型面和澆注系統(tǒng)兩方面考慮而作了三種方案，從中選擇一種最優(yōu)的且適合本鑄件生產(chǎn)的方案。

如圖2 所示，將鑄件的型腔布置在定模鑲塊中，而型芯則固定在動(dòng)模鑲塊中。本鑄件需要二次分型。在壓鑄過(guò)程中，第一次分型設(shè)置在定模座板和定模套板之間，本次分型的目的是利用沖頭的回程力和慣性力將余料拉斷，接下來(lái)進(jìn)行第二次分型，第二次分型設(shè)置在動(dòng)模套板和定模套板之間，并且在第二次分型過(guò)程中，通過(guò)斜銷抽芯完成四個(gè)側(cè)面孔的成型。兩次分型之后，推桿將鑄件推出，順利完成壓鑄的生產(chǎn)過(guò)程。

圖2 分型面

5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮到鑄件的結(jié)構(gòu)為盒體結(jié)構(gòu)，薄壁件，且需四面?zhèn)瘸樾荆T件需要的抽芯力較大，必須使鑄件留在動(dòng)模中，可以利用在鑄件第一次使定模套板和定模鑲塊隨動(dòng)模一起移動(dòng)一段距離后，在限位導(dǎo)柱等止動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，使整體模具停止運(yùn)動(dòng)，然后，壓射沖頭在壓鑄機(jī)的作用下，使壓射沖頭產(chǎn)生一個(gè)回程力，促使余料被拉斷，并且掉落，然后在進(jìn)行二次分型，并進(jìn)行側(cè)向抽芯，最后推出鑄件，完成一次壓鑄生產(chǎn)過(guò)程，因此本設(shè)計(jì)采用頂澆口澆注系統(tǒng)。如圖3 所示。

圖3 澆注系統(tǒng)示意圖

6 壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及裝配圖

6.1 動(dòng)模鑲塊和定模鑲塊的設(shè)計(jì)

壓鑄模設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：型腔、型芯及鑲塊的設(shè)計(jì)。型芯和鑲塊是該模具的成型零部件。其中，成型零件有兩種結(jié)構(gòu)：整體式和鑲拼式。由于工藝上的原因，本次設(shè)計(jì)中成型零部件全部采用第二種結(jié)構(gòu)即鑲拼式結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中動(dòng)模采用通孔，定模也采用通孔的套板結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它們之間是臺(tái)階式鑲拼結(jié)構(gòu)，最后用支承板固定。動(dòng)定模鑲塊具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 動(dòng)、定模鑲塊

6.2 活塊及四面抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于該鑄件的結(jié)構(gòu)是一個(gè)盒型結(jié)構(gòu)，底面和四個(gè)側(cè)面均需要成型，本次設(shè)計(jì)中四個(gè)側(cè)面的成型采用的是側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行，由于四個(gè)側(cè)面的壁厚不完全相同，四個(gè)側(cè)面的形狀更不一樣，所以抽芯過(guò)程中抽芯深度不同。該設(shè)計(jì)采用斜銷抽芯，斜銷的結(jié)構(gòu)為T 型滑塊結(jié)構(gòu)。創(chuàng)建完成的四側(cè)面活塊如圖5 所示。圖6 為模具的結(jié)構(gòu)裝配圖。

圖5 側(cè)面活塊

圖6 模具結(jié)構(gòu)圖

結(jié)束語(yǔ)

本文以一個(gè)薄壁盒體類零件為例，借助Creo 軟件，對(duì)一個(gè)盒體結(jié)構(gòu)的壓鑄件進(jìn)行了設(shè)計(jì)成型。模具采用二次分型，并采用斜銷抽芯完成四個(gè)側(cè)面孔的成型。針對(duì)盒體這種特殊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了頂澆口的澆注系統(tǒng)。實(shí)踐證明，該盒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工作運(yùn)行穩(wěn)定，可以縮短模具設(shè)計(jì)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。