鋁合金鑄件模具設(shè)計案例探析
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摘要：模具是現(xiàn)代工業(yè)的核心,是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一[1]。模具設(shè)計合理與否，直接關(guān)系到鑄件的質(zhì)量與加工成本。同時為了達(dá)到一些客戶的特殊要求，例如生產(chǎn)進(jìn)度要求等，設(shè)計者不能夠拘泥或局限于模具設(shè)計的基本模式,而應(yīng)不斷發(fā)展和創(chuàng)新。針對幾種有特點的鋁合金鑄件的模具設(shè)計方案做了認(rèn)真的分析，從模具設(shè)計上解決了交貨期短的壓力，同時降低模具制造成本，為公司獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：模具設(shè)計；交貨期短；模具制造成本；經(jīng)濟(jì)效益
21世紀(jì)模具制造行業(yè)追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率,縮短設(shè)計及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力[2]，如何保證產(chǎn)品質(zhì)量、控制成本、縮短模具制造周期、提高生產(chǎn)效率是值得同行認(rèn)真思考的問題。本文以幾種鋁合金鑄件的模具設(shè)計思路舉例分析，與模具設(shè)計者和制造同行共同交流探討關(guān)于模具設(shè)計及模具加工的心得。
1案例一（周期短、量少的模具與工藝設(shè)計）
1.1產(chǎn)品及背景簡介
該組導(dǎo)體鑄件是某高壓電氣產(chǎn)品的重要組成部件，三種鑄件中間部位相同，只有兩側(cè)導(dǎo)電接觸端面角度不同，鑄件的外觀尺寸為：ø120mm×761mm，單重為20.75kg，材質(zhì)AL-Si7Mg，如圖1所示。
1.2模具設(shè)計
模具交貨期較急，且每種鑄件僅有6件需求，按客戶的交貨工期，很難在規(guī)定日期內(nèi)完成三套模具。金屬型模具與砂型模具對比分析：（1）金屬型模具制造周期是砂型模具制造周期的兩倍；（2）金屬型模具材料費、加工費比較昂貴；（3）金屬型適用于批量生產(chǎn)。筆者決定采用砂型模具生產(chǎn)。由于鑄件兩端導(dǎo)電接觸面為鍍銀面，質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，不允許有縮松、針孔等缺陷，故需要通過放置冷鐵，對加工面進(jìn)行激冷，消除鑄件局部熱節(jié)處的縮孔和縮松，來保證加工面的組織致密度。考慮到此三種鑄件結(jié)構(gòu)的特殊性，筆者決定三種導(dǎo)體共用一套模具，通過變換不同冷鐵來調(diào)整兩端加工面的角度。這樣一套模具通過更換冷鐵的方式，就可以生產(chǎn)出三種不同鑄件，如圖2所示。
1.3生產(chǎn)驗證
通過變換不同冷鐵來調(diào)整鑄件兩端加工面角度的方式，生產(chǎn)出三種不同的鑄件，不僅縮短了模具的制造周期，也降低了制造成本，保質(zhì)保量按期交付了生產(chǎn)任務(wù)。為相關(guān)模具設(shè)計和制造提供了可借鑒的經(jīng)驗。
2案例二（局部加工困難的模具與工藝設(shè)計）
2.1產(chǎn)品簡介
以某異形罐體為例，該罐體最大外觀尺寸為610mm×600mm×429mm，鑄件壁厚為12mm，鑄件單重65kg，材質(zhì)：AC4CH-T6，如圖3所示。
2.2模具工藝設(shè)計及模具加工
根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點，筆者考慮采用低壓鑄造鐵模砂芯生產(chǎn)，但由于上下法蘭均有密封槽寬11mm、深6.6mm，若做兩開型模具，密封槽處的加工量較大，有出現(xiàn)針孔的風(fēng)險。故增加了上模和底模，將密封槽部分由上模和底模鑄出，保證了法蘭端面與密封槽處均有3mm的加工量，保證了密封槽的質(zhì)量。由于鑄件在斜下45°有一處70mm×70mm方棋子，如圖3所示。正常左右兩開模有干涉，通常我們用加活塊的方式來解決，但棋子端面距底模比較近，加活塊后模具的壁厚會很薄，壁薄的模具經(jīng)過高溫很容易變形，如果將模具采用曲面分型（如圖4所示），凸臺的一部分由底模帶出，一部分由半模帶出，這樣避免了模具生產(chǎn)時的變形問題，同時也提高了鑄件的外表面質(zhì)量，縮短了模具加工周期。由于法蘭比較特殊，半模整體加工比較麻煩，將半模分為兩部分來加工，從法蘭端面分型，法蘭外圓及后背由左右模鑄出，法蘭端面由鑲塊鑄出。半模用數(shù)控鏜床加工型腔、鑲塊用普通銑床加工，這樣就解決了法蘭深處無法加工的難題，也縮短了模具加工的生產(chǎn)周期。模具設(shè)計結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
2.3計算機數(shù)值模擬
采用鑄造凝固過程計算機數(shù)值模擬技術(shù)對此工藝方案進(jìn)行模擬，如圖6所示，證明了此工藝方案的可行性。
2.4生產(chǎn)驗證
利用此模具我們已經(jīng)進(jìn)行了批量投產(chǎn)，生產(chǎn)的鑄件沒有任何鑄造缺陷。
3結(jié)語
通過以上案例說明，對于我們模具設(shè)計者來說不能局限于設(shè)計模具的基本模式，應(yīng)結(jié)合實際情況綜合考慮，不斷探索、不斷創(chuàng)新，復(fù)雜模具簡單化設(shè)計，降低模具成本，縮短模具生產(chǎn)周期，為企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]李雪.淺談我國模具的發(fā)展及其重要性[J].金屬學(xué)及金屬工藝，2015(34):150+162.
[2]王曉梅，程曉宇.基于現(xiàn)代IT技術(shù)下的模具設(shè)計制造系統(tǒng)[J]．機械研究與應(yīng)用，2006（4）:14-15.
[3]姜麗，程俊明，李勝君，等.鋁合金鑄件油分殼金屬型模具設(shè)計[J].中國鑄造裝備與技術(shù)，2022，51（02）：92-94.
作者:姜麗 程俊明 李勝君 盧德寶 孫曉莉 梁迪 趙娜娜 劉寧 單位:新程（營口）精密設(shè)備有限公司