变速箱前罩压铸模设计

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摘要:通过分析变速箱前罩的压铸成型工艺，确定了模具结构设计方案。为了便于安装和固定嵌件，使用型腔倾斜结构；为了便于模具的制造与检验，将模具镶块基准做成同等倾斜使镶块尺寸与产品尺寸基准一致；为使定模顶出机构安装便捷、占空间小、顶出力大，使用了碟形片组合弹簧顶出新型结构。模具结构设计改善效果显著，生产实践证明模具设计是成功的。

关键词: 铝合金.变速箱前罩.压铸模具.

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Die casting die for the front casting of torque-converter housing

ZHANG Yu-xi

(Ningbo Dahongying UniversityNingbo, Zhejiang 315175, China)

Abstract：The structural design scheme of a die casting die was determined based on analysis on the die casting process of the front casting of a torque-converter housing. In the design cavities were arranged slantways for the easy installation and fixing of inserts; the insert’s reference was made the same angle with cavities so that the reference of insert dimensions are in accordance with the product dimensions; an integrated bellevillespring stripping mechanism was applied for its easy installation in fixed half and for less space requirement. The technique proves to be effective.

Key words: aluminum alloy; front casing of torque-converter housing; die casting die

1引 言

变速箱前罩是汽车零件中受力较大的压铸零件，是关键件。由于变速箱前罩使用环境的特殊性和变速箱前罩零件结构的特殊性，决定其强度要求高，压铸工艺相对较复杂，所以压铸件质量直接影响汽车变矩器的整体性能和使用寿命。变速箱前罩在压铸生产中有一定难度，关键问题：1、钢套嵌件在压铸生产过程中需安装便捷定位可靠，2、定模需加装顶出机构，3、定模顶出机构在合模前不易受力，并且开模瞬间需具有超强的跟出力，4、模具结构需具有良好的加工检测工艺性。经过多次研究、论证及实践证明，在模具结构设计时，采用如下方案能完美解决上述四项问题：一是将型腔水平布局调整成略向一边倾斜的布局，这样能使嵌件在重力的作用下，自然地固定在抽芯上；二是让模具镶块基准作同等倾斜，可使型腔尺寸基准保持不变，在解决嵌件安装、定位问题的同时，确保模具制造的良好工艺性与检测便利；三是使用碟形弹簧片顶出机构，顶出结构紧揍、顶出力强大、组装方便。

2压铸件特点及工艺条件分析

   变速箱前罩压铸件如图1-图3所示，压铸件投影面积大小为220mmX190mm，压铸件重量为2.12kg，平均壁厚为5mm，在压铸件的内腔里置有一个外径Φ70mm的嵌件，压铸件内腔嵌件安装处的抽芯型腔部长达190mm，且其旁边有形成铸件内腔减轻窝的大抽芯镶件。另外，在图1左上方有一处倒扣，需要配置抽芯。为避开抽芯机构，将来浇口位置有必要布局到此抽芯的反侧。零件基体为旋转体，分型面与旋转轴线重合（如图2）。考虑到压铸生产时方便安放钢套嵌件，有必要把大抽芯设置在操作者侧，所以图1可视部分需要在定模成型。由于定模侧有四个型芯孔和多处减轻窝，所以定模侧的包紧力相对比动模侧大，定模侧需要设置顶出机构，在定模侧设置八处顶出迹。顺理成章图3可视部分要在动模成型，动模侧设置六处顶出迹。从壁厚来看该压铸件成型不成问题，但是因为需要装嵌件，而且嵌件在超长型芯上， 同时安放嵌件的位置被抽芯上的突起镶件遮挡，所以压铸生产难度很大，一旦嵌件在压铸成型前有松动还直接影响压铸件的合格率，更影响单位时间内的压铸产量。另外，尽管由于动模侧有抽芯机构，压铸件不会留定模，但是定模侧包紧力有可能把压铸件拉裂，也有可能把抽芯机构拉变形，所以定模侧必须设置顶出机构，在定模设置顶出机构难免会加大定模厚度尺寸，一旦加大定模厚度就等于加大压射行程，压射行程加长同样会影响浇注时间并影响压铸件质量。

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图1                         图2                            图3

3模具方案设计分析

   变速箱前罩压铸模设计的关键：一是如何在不增加定模厚度尺寸的前提下设置定模顶出机构，二是如何实现嵌件安放便捷和定位牢靠，三是如何确保良好的制造工艺性和利于检测，四是如何确保压铸件在开模的瞬间有超强力辅助跟出。从压铸件的特点分析中不难看出，安放及固定嵌件有各种办法，如镶嵌磁体吸附等。但是从耐久性可靠度方面无法实现理想化。同样，定模侧加装顶出机构也有多种方法，如加装小型油缸，加装硬质橡胶块顶出等。但是均无法同时确保即具有超强力又不增加模具厚度尺寸。经过总结经验，最终对型腔做倾斜布局并让模具镶块基准作同等倾斜；定模使用碟形弹簧片顶出机构。应用上述二项技术较经济地解决了该模具设计的四个关键问题，同时又间接地使取件和喷涂实现自动化。

4变速箱前罩压铸模设计过程

   变速箱前罩压铸模设计经历两次失败之后，第三次设计制造达到理想状态

4.1第一次模具设计方案

如图4所示，在初次模具设计时，采用常规的设计方案，严格按包紧力分布来进行分模。由于是三面抽芯，所以只能采用横平竖直的布局，即大抽芯水平摆放，并置于反操作者侧，初次模具设计的优点：省去定模顶出机构。缺点：因大抽芯在反操作者侧，所以放置嵌件不便；因定模没有顶出机构，所以铸件偶有拉裂现象；因大抽芯镶件在动模侧，所以大抽芯与大抽芯镶件之间的盲区难以喷涂。

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图4第一次模动模侧

4.2第二次模具设计方案

动定模反转并且旋转型腔。本次设计是对第一次模具使用过程中存在的问题逐条进行分析之后，得出的解决方案。方案状态为：大抽芯在操作者侧并且向下倾斜10º，定模加装油缸顶出机构。本方案优点：放置嵌件问题得到解决，铸件拉裂问题得到控制，大抽芯与大抽芯镶件之间的喷涂盲区消除。新暴露出的不足点：定模尺寸过厚，增加了充填难度。

4.3第三次模具设计方案

定模改装碟形片顶出机构。第三次模具设计是对第二次设计方案新暴露出的问题进行分析之后，得出的设计方案，通过压铸生产验证，所有问题得到解决，达到预期效果。

5最新设计方案亮点剖析

5.1型腔倾斜布局的确定

   如图5所示，将型腔布局由正态逆时针旋转10º，这样，安装嵌件的大抽芯也相应自然向左下倾斜10º，并指向操作者侧。所以，嵌件在重力的作用下会被自然地固定在抽芯上，确保安放嵌件便捷、可靠、经济；另外值得一提的是：在模具右上方设置两个大量排气板，由于两个大量排气板独立设置，避免铝液回流，可以充分地对浇排系统进行微量调整，使压铸件品质更加稳定。

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图5第三次模动模侧

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5.2碟形弹簧片顶出机构

5.2.1碟形片尺寸及形状的确定

如图6所示，所谓碟形弹簧片：顾名思义，就是由弹簧钢做成的等厚无底空心碟子形垫圈。当其受平面压力时，碟形会有被压平的趋势，考虑到碟形弹簧片的受压变形原理是碟形材料的缩性变形，因此即使要获得很小的变形量，也需要较大的压力。碟形弹簧片顶出机构正是利用了这个原理，通过大胆尝试，取得到了预期的效果。每个碟形弹簧组合由四个碟形片单体组合而成，碟形片材料为SUP10耐热弹簧钢，耐热温度在200℃以上，碟形片规格：A50/Ф50xФ26xt3.0xh1.1，即：外径Ф50mm，内径Ф26mm，碟形片厚度3.0mm，单片压缩量1.1mm，对一套碟形弹簧片进行不同的排列组合，可以获得不同的总压缩量，使用四个碟形片可以组合四种压缩量，如下图，总压缩量分别为4h，3h，2h，1h，本模具选择压缩量为4h的组合形式。碟形片组合后，自由长度为3x4+4x1.1=16.4mm，通过对单套碟形弹簧组合进行测试得知：压缩量为0.3mm时，所需压力为143kg，压缩量为3mm时，所需压力为1442kg，经过反复测试：弹性、压力、耐久性等均符合要求。

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图6碟形弹簧片各种组合

5.2.2碟形弹簧片顶出结构组件

如图7所示，在定模套板底面局部设置顶出机构空间，空间深度为68mm，在碟形弹簧片组件安装位置开设弹簧片基座定位孔，深度为75-68=7mm，在定模顶出推板底面设置深度为21.4mm的沉孔，顶出前、后板总厚度为50mm，为防止推板受力变形，在碟形片组件前方设置厚度为3mm的高硬度垫片，弹簧片基座也进行高硬度淬火处理，这样通过一个M24的外六角螺栓将顶出结构组件巧妙地组合在一起。弹簧片基座上Ф68-Ф57之间的台阶面起压缩限位作用，推板可动行程为3+16.4+5-21.4=3mm，在开模状态下，定模顶出机构的复位杆凸出分型面3mm，公差为0/-0.1mm，碟形弹簧片为自由状态，不受力。合模以后，定模复位杆被压回，碟形弹簧片被压缩3mm，碟形弹簧受5吨以上压力。压力驱动推杆，在压射完了开模的瞬间，顶着压铸件随动模移出3mm，顺利完成压铸件脱离定模。

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图7碟形弹簧片顶出结构组件

5.2.3碟形弹簧片顶出结构设计

    利用四套碟形弹簧片组合构成本模具的定模顶出力源，由于每套碟形弹簧片组合具有1442kg的瞬时顶出力，那么四套弹簧片组合便具有5768kg的瞬时顶出力。如图8所示，在定模侧设置：三根复位杆，八根推杆，四个型芯，一个镶件。尽管定模顶出机构受配合间隙的影响，顶出时存在一定的阻力，但是，在开模瞬间，作用在压铸件上的瞬时跟出力仍然可以达到5000kg以上，足以使压铸件从定模侧顺利脱开。

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图8定模碟形弹簧片顶出结构

1.型芯 2.超细点冷却器 3.推杆 4.定模镶件 5.定模 6.定模套板 7.推杆固定板

8.定模推板 9. 冷却器压板 10.垫圈 11.碟形弹簧片 12.弹簧片基座13.复位杆

5.3自动喷涂

    如图9所示，在大抽芯滑道上设置两个脱模剂喷嘴，以实现大抽芯背部的自动喷涂；另外，由于大抽芯镶件完全暴露在外面，所以通过调节自动喷涂机喷嘴角度，并应用折射原理，巧妙地对喷涂盲区进行有效喷涂，实现了全方位自动喷涂。这样，在提高铸件质量的同时，也改善了作业环境，为自动化生产创造了条件。

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图9自动喷涂示意图

1.动模套板 2.动模 3.内藏喷涂器 4.大抽芯 5.大抽芯镶件 6.钢套嵌件 7.喷涂器

5.4方便检测

    由于型腔整体旋转10º，所以型腔尺寸无需进行基准转换，从而确保了镶块尺寸与产品尺寸基准的一致性，尽管尺寸基准一致性对镶块加工来说不受影响，但是从检测来看，如此设计却很好地保留了镶块与产品之间的尺寸可比性，此设计方案为检测带来一定的方便。同时，由于模具型腔相关零件的相关尺寸可以通用，在一定程度上，也减少了设计制造各环节的出错率。

5.5自动取件

    由于型腔整体作10º旋转，所以反操作者侧的抽芯机构也相应上翘10º，这样间接地为自动取件让出了足够的空间，从而取件实现了自动化，为全自动化压铸生产奠定了基础。

6结束语

变速箱前罩压铸模设计制造从失败到成功，整个过程经历了PDCA两次循环往复，第一次模的压铸生产为手工操作，依靠与抽芯的配合间隙来固定嵌件。虽然最初嵌件安装比较方便，但在合模过程中经常会有嵌件移位现象发生；当模温升高时，嵌件安装间隙变小，导致嵌件安放困难；另外，压铸件存在7%拉裂现象。总体结果：品质不稳定，而且不好控制，废品率在31%以下，一个压铸周期时间约123s。在制作第二套模具时，进行了设计改善：基本按现在的方案，只是定模顶出使用的是油缸。虽然解决了嵌件安装问题，但是由于在定模顶出机构中使用了油缸，致使定模厚度比现在加大85mm，导致压射行程加长压室充填率低，虽然压铸件开裂缺陷得到控制，废品率有所降低，但是， 23%的废品率和92s的压铸周期时间还是差强人意。通过总结经验，对存在的问题在第三套模具结构设计方案中进行了全面改进，模具及压铸件的各项指标取得到预期的效果，压铸件成品率达到97%以上，一个压铸周期时间仅需66s。此次模具结构设计改善效果显著，符合模具结构设计定型标准要求。

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参考文献:

[1]潘宪曾等.压铸模设计手册(第三卷).机械工业出版社，2000

[2]李建军等.模具设计基础及模具[M].机械工业出版社，2006

纤纤

学习一下，有点看不懂

yajonce

高手 厉害 学习了

foxxyh

谢谢分享了