水表活塞模具設計與應用研究

滕旭

（大連市自來水集團水表有限公司，遼寧 大連 116011）

在自來水計量工作中，旋轉活塞式水表應用范圍廣泛，為了提高活塞式水表計量的精確性與可靠性，合理設計水表活塞模具特別重要。因為旋轉活塞內部結構比較復雜，如果活塞出現故障，會影響水表計量結果的準確性，因此，本文重點探討活塞模具設計要點和應用要點，具體內容如下。

1 旋轉活塞式水表的特點分析

（1）計量的量程比較寬，能夠達到R250，同時，在較低的流量點下，仍然能夠進行精確計量。

（2）靈敏度較高，一般來講，旋轉活塞式水表的初始流量能夠達到2L/h。

（3）具備較好的自轉功能，關水動作比較快。

（4）受到周圍水流的波動影響比較小，在安裝下游與下游管道的過程中，管道安裝對旋轉活塞式水表影響較小。

（5）與傳統水表相比來講，旋轉活塞式水表具有良好的耐磨耗性。

2 活塞介紹

活塞是旋轉活塞式水表內部的旋轉件，能夠和蓋板、外殼與隔板配合，形成一個整體，實現靈活的轉動，進而快速而準確地計量出流入或者流出腔體內部的水流體積，在實際設計過程中，設計人員要了解具體的設計要求，并根據活塞結構特點，不斷完善設計方案。

結合旋轉活塞式水表內部活塞特點可以得知，因為產品的內部與外部直徑要求比較嚴格，而且內腔的深度比較大，線性公差較小，使得活塞模具設計難度不斷增加，故設計人員要結合活塞的中心軸線位置，并以此作為基準點，合理控制活塞軸度，通常來講，活塞和中線軸線之間的軸度控制不宜超過φ0.02。

此外，在旋轉活塞式水表中，存在棗核形狀缺口，開口位置存在一定公差，在0.00～0.06mm。由此得知，旋轉活塞式水表的零件線性與公差特別小，為了確保活塞能夠穩定運行，要提高計量結果的精確性，同時，設計人員要合理控制零件的線性和公差。

3 活塞模具設計和應用要點

3.1 設計要點

3.1.1 選材

結合旋轉活塞式水表的活塞零件特點可以得知，活塞形狀較為規則，對線性和形位誤差要求比較高，屬于精密型零件，故設計人員要嚴格控制活塞模具質量，并提前進行熱處理，不斷優化活塞模具的結構，提高其制造精度。活塞模具可以采用40Cr調質進行有效處理，其硬度不宜小于HRC24，不宜超過HRC28，在交變負荷條件下，模具變形量較小，能夠有效延長其使用壽命。

此外，在選擇模芯材料的過程中，最好選擇模具鋼H13，在加工模芯的過程中，容易出現余量，故需要加強粹火處理，讓模芯具備良好的金相組織，提高其硬度與韌性。在加工模具的過程中，其加熱溫度不宜小于1050℃，不宜超過1080℃，然后，進入油冷狀態，回火溫度不宜低于530℃，不宜超過560℃，確保其硬度在HRC52～HRC54，粹火之后方可進行精加工處理。通過合理選擇水表活塞模具材料，并采取熱處理方法，能夠顯著提高模具的穩定性與安全性，延長活塞模具使用壽命。

3.1.2 活塞結構設計

在旋轉活塞式水表中，活塞零件上部包括一個軸，而且采取塑料包裹成型，在其側面存在 腰形 孔，因此，該活塞模具需要采取三板式點澆口方式，但是，澆口位置高度嚴禁高出平面，確保活塞零件能夠正常使用。

第一，三板式模具設計。此種類型的模具結構比較簡單，在動模和定模間定位，主要依靠動定模導柱相互配合來完成作業，因此，對導柱孔和導套加工精度提出嚴格要求，導柱的導套和導柱孔保持密切配合，如果模具結構出現錯位，容易出現同軸誤差，故需要嚴格控制。結合大量的檢測數據可以得知，通過合理控制動定模的同軸度，能夠確保模具更加完整。同時，要合理控制型腔套和下型芯之間的間隙，若兩者之間的間隙過大，會影響產品質量。通過科學控制產品外徑，包括軸端內孔與同軸度的誤差，能夠有效滿足設計要求。

第二，澆口處于產品上部的隔層位置，容易形成棗核形缺口，同時，澆口點比較低，較隔層平面低0.5～0.8mm。設計人員可以結合注射成型熔料的具體流量，將其最終的熔痕銜接到棗核形缺口位置，能夠防止熔接痕出現較大的表面缺陷，進一步提升產品加工強度。在選擇澆口位置的過程中，需要遵守偏心原則，因為產品內部的致密度比較小，使產品內部容易出現嚴重變形，最終引發同軸度誤差，故要適當增大W數值，一般不超過0.02。

為了更好地提升注塑質量，減小外部不利因素對活塞模具加工質量產生的影響，模具外徑和內孔同軸度不宜超過φ0.03，而D1與D3同軸度誤差不宜超過φ0.06。

3.1.3 錐面精確定位

若采取三板式錐面精確定位模具結構，在動模和定模之間，需要設置動定模導柱導套，包括上模芯和型腔套間，均需要采取錐面配合方式，進行精確的定位。采取此種設計方式，可以減少結構定位帶來的誤差。根據實際測量數據能夠得知，此種類型的結構，其動定模模芯同軸度不超過φ0.003，滿足設計規定要求。同時，采取此種模具結構設計方法，可以避免導柱的導套出現較大磨損，減小分型面的面積，即使在高壓的鎖模狀態下，鎖模力不僅能夠直接作用于軸向位置，而且能夠在斜面上產生徑向的鎖模例，進一步提升模具平面度。

此外，在模具的澆口部位，需要進行準確的定位，確保澆口部位處于產品中心圓柱的端面，通常而言，澆口點的位置不宜超過端面高程，最好低于端面0.5～0.8mm左右。在選擇澆口位置的過程中，要綜合考慮到產品的致密度，嚴禁出現熔接痕等缺陷，不斷提升產品強度。通過合理確定澆口位置，能夠避免模具出現較大變形，減小軸度誤差。在模具澆口部位，還要設置脫料裝置，模具開模后，要嚴格控制流道凝料，確保流道的凝料位于型模的上層，真正達到自動化生產目標，有效提升生產作業效率。如果外部水質環境比較差，特別容易出現機芯卡死現象，因此，在設計活塞模具的過程中，設計人員要全面考慮當地水質情況，根據水質條件，不斷優化活塞模具結構。

同時，在機芯設計過程中，設計人員還要加強創新設計，可以在既有活塞轉子的外側壁上部，設置齒形凹槽，在此設計基礎上，完善設計方案，能夠將流經水表的細小顆粒雜質快速攔截，避免活塞出現卡死現象，通過進行相關測試試驗，能夠減小不良水質對機芯產生的影響，顯著降低機芯出現卡死現象的概率。

3.2 應用要點

結合具體的生產需求得知，此種類型的水表活塞模具，要合理選擇注塑工藝，能夠進一步提升水表活塞質量，在加工生產過程中，需要采取磨削方式，同時，設計人員也可以結合產品的變形趨勢，進行合理修正，確保成型后的產品質量滿足后續使用需求。在具體應用過程中，操作人員要了解旋轉活塞式水表結構特點，并認真按照操作流程進行操作，合理控制尺寸公差，并結合同軸度的要求，不斷調整操作工藝，在保證旋轉活塞式水表穩定運行的基礎上，提高其應用效果。

4 結語

綜上所述，通過對水表活塞模具設計和應用要點進行全方位的分析，如加強選材、活塞結構設計、錐面精確定位、具體應用要點等，可以確保水表活塞模具得到高效運用，提高活塞的利用率，確保水表活塞能夠可靠運行。