汽车变壳铝合金压铸模设计

变壳（壳体厚度变化）类压铸件是集高性能于一体的零件，其结构复杂、壁厚相差大，并要求通过高压力下的渗漏试验，因此在铸造中导致渗漏的冷隔、气缩孔等缺陷，需要避免或转移在许可的位置。

（a）输入输出轴有黑皮

（b）脱模时拉变形

（c）换挡轴孔内有黑皮

（d）螺纹孔内冷隔

（e）小角处裂纹

（f）加强筋小角处冷隔

图1 压铸件常见缺陷

图1所示为压铸件常见的缺陷，其中图1（a）、（c）属于加工余量问题，增加铸件局部加工余量即可解决；图1（b）在定模侧增加顶出结构就可解决缺陷问题；现主要分析图1（d）、（e）、（f）的铸造缺陷以及压铸模的改进措施。

原模具结构分析

图2（a）所示为变壳类压铸件在原模具中的布局，熔料从待成型零件的一侧浇注。从图2（a）可以看出熔料需要经过175mm高的凸出状型芯才能填充到型腔对面，型腔对面几何形状比较复杂，压铸孤岛多、死角多。熔料经过距离长、落差大的凸出状型芯区域时，铸造压力受到损耗，再到复杂型腔区域很难保证成型零件内部的致密性。

（a）原模具中压铸件布局

（b）未充满

（c）致密性差

图2 原模具中压铸件布局及成型零件的缺陷

观察图2（b）中的①区域和图2（c）中的②区域，发现存在未充满且致密性差的问题，为解决这一问题，必须在待成型铸件对面的下方区域增加进料通道，以弥补正面熔料的压力损耗。如果仅在原模具方案上进行修改，增加的浇道太长，压力损耗同样过大，并且废料过多。因此经过研究重新设计新的模具，彻底解决上述缺陷问题。

优化的浇注方案设计

优化的浇注方案如图3（a）所示，在原零件成型缺陷区域增加了1条浇道，同时在零件左右两侧的浇道对称布置，使熔体的流程最短，待成型零件处于压力机中心，符合理想压铸设计理念。

（a）优化的浇注方案

（b）铸造模拟填充20% 

（c）铸造模拟填充80%

图3 优化的浇注方案及CAE铸造模拟

从图3（b）、（c）的CAE（ANYCASTING6.0)模拟中发现，熔体在待成型零件两侧的流动速度基本一样，同步到达最高峰处，然后平行向外推出，将换挡拔插部位充填前端的空气及废料一起推出，未形成末端困气。

此浇注方案可以解决原模具的铸造缺陷，达到理想状态，优化的模具铸造参数如表1所示。

优化的模具结构设计

动模设计

1

动模结构如图4所示。

图4 动模结构

1.定位块 2.方导柱摩擦块 3.顶板限位行程开关 4.型芯快换压板 5.滑块导柱

01

方导柱摩擦块

大型压铸模（模框外形1500~2000mm）受热膨胀影响较大，模框温度在100℃时，轴向膨胀0.12mm，受结构形状及其他因素影响，实际数据大约在0.2mm。同时圆导柱的孔状结构也会导致热量堆积无法排出，最终导致导柱、导套局部过盈配合，无法开模。采用方导柱结构可有效避免上述问题。

02

分流道拉料槽

分流道口部设计5mm×5mm的垂直凹槽，利用无斜度的直边产生的摩擦力，对料柄及直浇道凝料产生回拉的作用，避免开模时料柄及直浇道凝料留在定模侧的风险，保证了开模时铸件平稳拉出。

03

型芯快换压板

型芯连接杆的背面设计了一块整体压板，固定在滑块连接座上。压铸生产过程中需要更换型芯时，压铸机上拆开压板即可更换所有型芯，避免了拆卸滑块，减少停机时间。

04

滑块导柱

模具上滑块抽拔行程200mm，使用导柱结构使滑块抽拔时运动更加平稳，同时减轻了模具质量，减少了能耗。

05

定位块

模具没有右滑块，为抵消左滑块的单边受力，在模框右侧设计了粗定位结构，模具的动定模定位主要依靠型芯上的精定位结构，避免重复定位。

06

顶板限位行程开关

为保护滑块下方的推杆，在已有复位杆的情况下，又增加了一个顶板限位开关，增设一个触发点确保安全。

定模结构 

2

图5 定模结构

定模结构如图5所示，为了克服因成型复杂形状零件额外产生的定模包紧力，设计了定模侧的推出机构，包括定模推板、导柱、导套、复位杆等结构。

加工及在线测量系统

NO.1

模具核心部件采用小量快进的高速加工技术。优点为：进给速度相应提高，可提高加工效率；切削力随之下降，尤其是径向切削力明显减小；95%以上切削热量被带走，工件加工时保持冷态，降低工件加工应力，延长刀具使用寿命。精加工变壳压铸件型芯定位面及成型压铸件等曲面加工时，使用ϕ12R6mm的硬质合金刀具。加工精度控制在0~0.02mm，转速13000r/min(490m/min)，进给10000mm/min，每齿进给0.38mm。曲面的表面粗糙度为Ra0.4μm，满足工艺要求。

NO.2

加工其他零件大面时，使用了整体钨钢抗震刀杆。抗震刀杆所具备的减震及高加工精度特性，适合高速精加工运用。

NO.3

经过长期研究和探索，目前的高速加工刀具系统配置方案为：ϕ12~ϕ4mm刀具夹持范围内采用动平衡G2.5的高精度后拉刀柄，刀具跳动0.005~0.008mm，可满足18000转内的普通深度高精度加工；特别深腔加工采用热缩刀柄方案，可满足18000转的小径深腔加工；ϕ16~ϕ32mm的整体钨钢抗震刀杆采用高精度的高速强力刀柄夹持，满足6000转以下的精加工；此方案是目前在满足高精度要求下的最经济配刀方案，体现了性价比的优势，有较高的推广价值。

NO.4

在线测量技术的运用。型芯在高速精加工完成后，程序自动调用刀库内的测头系统，按照程序公差对加工好的工件实施自动检测。符合公差后才可从加工机床上下机，进入下道工序。保证了“下机即良品”的品质，避免了重复的返工装夹，节约了检测时间。

▍内容来源：《模具工业》2019年第3期

▍原文作者：崔龙1，冯勇刚2

▍作者单位：1.宁波君灵模具技术有限公司；2.桂林电器科学研究院有限公司