中心进料结构在压铸模中的应用.pdf

模具工业 2023年第49卷第8期中心进料结构在压铸模中的应用雷大俊（陕西法士特汽车传动集团有限责任公司，陕西 宝鸡 722409）摘要：在离合器壳体压铸模设计方案中，普通二板模结构无法开设全周浇口，不能满足铸件重要位置的内部质量要求。三板模结构由于中间模板的辅助作用，压射位置和浇口存在偏心，可以通过中心进料的方式实现铝液沿型腔全周顺序填充，但模具整体结构复杂，制造成本高。现采用在两板模的结构上设计中心进料全周浇口，实现了三板模全周浇口的功能，并对模具设计过程和实际应用进行了总结。关键词：压铸模；中心进料；活动式浇口；离合器壳体中图分类号：TG76；TG241.1 文献标识码：B 文章编号：1001-2168（2023）08-0060-05 DOI：10.16787/ki.1001-2168.dmi.2023.08.011Application of feeding at center structure in die casting dieLEI Dajun(Shannxi Fast Auto Drive Group Co.,Ltd.,Baoji,Shaanxi 722409,China)Abstract:In the die casting die design scheme of clutch shell,the ordinary two-plate die structure couldt set full-circle gate to meet internal quality of the local important position of the molded part.Due to the auxiliary role of the middle die plate,the injection position and gate of the three-plate die were eccentric,and the method of gating center could be used to realize the sequential filling of aluminum liquid along the die cavity.But the overall structure of the die was complicated and the manufacturing cost was high.A central feeding full-circle gate was designed on the two-plate die to achieved the function of the full-circle gate on the three-plate die.Finally,the die design process and practical application were summarized.Key words:die casting die;feeding at center;movable gate;clutch shell0引 言离合器壳体作为重型卡车变速箱的关键零件，要求有较高的强度和气密性1，同时由于轻量化、节能环保及功能集成的高要求，离合器壳体结构越来越复杂，质量要求越来越高2，目前一般采用压铸方式进行生产。压铸生产由于其高速高压的特点，可以提高铸件强度和生产效率3，同时不可避免地会在铸件成型时产生气孔等缺陷。由于离合器壳体一般为深腔圆盘形，为满足铸件内部质量，压铸模浇注方案一般有以下3种。（1）两板模法兰面进料4：这是目前国内外压铸模较常见的设计方式，如图1（a）所示，该进料方案的模具结构相对简单，但铝液填充易包卷，中心轴孔易出现气缩孔，铸件出品率较低，为65%左右。（2）两板模中心进料5：如图1（b）所示，为避免铝液提前进入型腔，浇口开设在上方一半区域，该方案相比法兰面进料，可以获得较好的铸件内部质量和经济效益，但铝液填充时下方区域属于最后填充区域，铸件易出现冷隔、缩松缺陷。（3）三板模中心进料：如图1（c）所示，铝液能够实现圆周方向顺序填充，铸件内部质量好，但模具结构复杂，模具制造成本高，生产周期长，维护困难，此方案通常应用在较复杂离合器壳体模具上。现通过对离合器壳体两板模浇注方案进行优化，以提高铸件内部质量和成品率，同时降低铸件的模具设计难度和制造成本。1原模具浇注结构问题分析图1（b）所示为离合器壳体原模具进料方案，铸件外形尺寸为590 mm543 mm178 mm，毛坯质量为14.3 kg。离合器壳体壁厚不均匀，平均壁厚为7 收稿日期：2023-04-15。作者简介：雷大俊（1988-），男（汉族），陕西汉中人，工程师，主要从事压铸模设计工作。60模具工业 2023年第49卷第8期mm，最大壁厚为25 mm，最小壁厚为6 mm，铸件中心有一较大通孔，直径为115 mm，采用2500T冷室压铸机进行生产。铸件生产时中心圆部分存在较大的缩松缩孔和冷隔缺陷，利用MAGMA软件对铸件填充效果进行模拟，实际生产时采用X-Ray设备对铸件进行探伤，确认内部质量。通过模拟分析及生产跟踪，原中心进料方案铸件合格率低，压铸缺陷主要为冷隔及缩孔，且采用该进料方案生产时工艺调试空间有限，冷隔无法有效解决。过早高速填充铝液会形成包卷，过晚高速填充铝液会形成冷隔，如图2所示，部分离合器壳体的年度综合合格率仅为74%左右，无法达到95%的合格率目标。为解决铸件合格率不达标的问题，后期新成型类似产品的模具已放弃中心浇口进料，改为底部进料（即法兰面进料），铸件合格率达到95%以上，但相应的铸件出品率从75%下降到65%左右，增加了铝液烧损，造成浪费。三板模在其它产品有较为成熟的应用，合格率可达95%，但由于模具结构复杂，生产故障较多，该产品未进行三板模实际生产。综上所述，普通二板模中心进料口为半圆形，铝液在浇口下方形成了较大面积的交汇，如图2（c）所示，冷料和气体无法有效排出，导致铸件成型不良，缩孔、冷隔严重，铸件合格率低。由于重力作用，铝液会过早进入型腔下方导致冷隔发生，且普通两板模结构无法开设全周浇口。2新型中心进料结构为了解决现有两板模进料存在的问题，使用具有中心进料全周浇口的压铸模，如图3所示，既结合了三板模中心进料方案以保证铸件质量，又避开了三板模的复杂结构，可解决离合器壳体类模具存在的问题，还能用于类似中心可开设浇口的产品模具结构设计。2.1设计思路内浇口方案如图 4所示，填充模拟效果如图 5所示，采用了全新的压铸模内浇口设计方案，结合两板模和三板模的优点，即压铸模内浇口（进料口）不是常规固定不动，而是在注射过程中随着模具内部机构的运动，分流锥按需进行前移和后退，实现进料口根据需要进行自动封闭与打开。在合模状态下，分流锥处于前移状态，在冲头慢速运动时，进料口封闭，如图6（a）所示，避免铝液过早进入型腔形成冷料；在冲头高速运动时，分流锥后退，进料口自动打开，如图6（b）所示。通过上述运动，可以实现铝液在压铸过程中沿型腔四周顺序填充，提升铸件成型质量。2.2实施过程模具工作过程如下。第1阶段：模具合模状态如图7（a）所示，由于碟簧伸展将分流锥顶出，分流锥向前移动一个内浇口厚度K，此时分流锥前端面与浇口套前端面紧密贴合，内浇口处于封闭状态（见图6（a），分流锥安装槽的深度为内浇口厚度K加上分流锥的高度，分流锥在限位螺钉上的移动距离为内浇口厚度K。第2阶段：注射开始，铝液缓慢运动时，内浇口依然处于封闭状态，当冲头的压力突破碟簧的弹力时，碟簧压缩，分流锥后退K距离，内浇口被打开（见图 6（b），铝液沿全周浇口进入型腔，如图 7（b）所示，实现顺序填充。（a）两板模法兰面进料（b）两板模中心进料（c）三板模中心进料图1浇注方案61模具工业 2023年第49卷第8期第 3阶段：开模阶段如图 7（c）所示，动定模分离，此时分流锥仍处于后退状态（见图6（b）。第4阶段：顶出阶段，分流锥推杆在推板的带动下向前移动，碟簧7由于自身压缩也向前移动，分流锥推杆和碟簧共同推动分流锥向前移动K距离，如（a）过晚高速（b）过早高速（c）铝液最终交汇处图2原进料方案模拟结果1.动模板 2.动模型芯 3.定模型芯 4.定模板 5.浇口套 6.分流锥 7.碟簧 8.推杆固定板 9.推板 10.分流锥推杆 11.动模座板图3模具结构图4内浇口方案图5模拟效果62模具工业 2023年第49卷第8期图7（d）所示，将浇道凝料顶出，取出铸件，合模进入下一个循环（见图7（a）。3实践验证通过 Cast-designer软件进行模拟分析，采用上述压铸模浇口方案可以使铝液顺序填充并汇集在外侧大平面，气体和冷料通过渣包排出铸件外，减少了铝液包卷，也减小了气孔及冷隔缺陷发生的概率，提升了铸件成型质量，更改后的模具结构如图8所示，采用优化后的浇注方案生产的铸件如图9所示。通过生产验证，模具优化后生产的铸件组织致密，内部无可见缩孔缺陷，如图10所示，铸件合格率得到显著提高。4结束语以理论为指导、结合生产实际，通过对离合器壳体两板模进料结构进行优化和实际应用，解决了（a）封 闭（b）打 开5.浇口套 6.分流锥图6进料口状态（a）合模状态（c）开模状态（b）铝液进入型腔（d）顶出状态图7模具状态63模具工业 2023年第49卷第8期成型铸件气孔及冷隔缺陷，提高了铸件的合格率；相比三板摸，降低了模具设计及制造成本；相对于原进料方案，显著提高了铸件成品率，可为同类产品压铸模设计及工艺开发提供参考。参考文献：1 李建宇,管胜敏,吴树森,等.大型复杂离合器壳体高致密化压铸J.铸造,2020,69(11):1198-1202.2 徐飞跃,余亮,汪学阳,等.压铸铝合金离合器壳体的泄漏缺陷分析与对策J.特种铸造及有色合金,2014,34(7):715-718.3 SEYEDEH M H,ZAFER U.Design optimization of clutch housing mold by fluid flow and solidification simulationJ.Journal of Mechanical Science and Technology,2016,30(6):2731-2742.4 崔龙,冯勇刚.汽车变壳铝合金压铸模设计J.模具工业,2019,45(3):50-53.5 马红兵.浅析离合器壳体压铸模具浇注系统设计J.汽车实用技术,2017(18):130-132.图8更改后模具实物图9铸件实物图10内部组织探伤64