鋁合金鑄件模具設計案例分析

姜 麗，程俊明，李勝君，盧德寶，孫曉莉，梁祎迪，趙娜娜，劉 寧

（新程（營口）精密設備有限公司，遼寧營口 115009）

21 世紀模具制造行業(yè)追求的目標是提高產(chǎn)品質量及生產(chǎn)效率,縮短設計及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力[2]，如何保證產(chǎn)品質量、控制成本、縮短模具制造周期、提高生產(chǎn)效率是值得同行認真思考的問題。本文以幾種鋁合金鑄件的模具設計思路舉例分析，與模具設計者和制造同行共同交流探討關于模具設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計）

1.1 產(chǎn)品及背景簡介

該組導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，只有兩側導電接觸端面角度不同，鑄件的外觀尺寸為：?120mm×761mm，單重為20.75kg，材質AL-Si7Mg，如圖1所示。

圖1 鑄件結構簡圖

1.2 模具設計

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)。

由于鑄件兩端導電接觸面為鍍銀面，質量要求非常嚴格，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構的特殊性，筆者決定三種導體共用一套模具，通過變換不同冷鐵來調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。

圖2 冷鐵和加冷鐵結構簡圖

1.3 生產(chǎn)驗證

通過變換不同冷鐵來調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，保質保量按期交付了生產(chǎn)任務。為相關模具設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：AC4CH-T6，如圖3 所示。

圖3 鑄件簡圖

2.2 模具工藝設計及模具加工

根據(jù)鑄件的結構特點，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量，縮短了模具加工周期。

圖4 模具底模曲面分型簡圖

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。模具設計結構圖如圖5所示。

圖5 模具設計結構圖

2.3 計算機數(shù)值模擬

采用鑄造凝固過程計算機數(shù)值模擬技術對此工藝方案進行模擬，如圖6 所示，證明了此工藝方案的可行性。

圖6 凝固過程模擬

2.4 生產(chǎn)驗證

利用此模具我們已經(jīng)進行了批量投產(chǎn)，生產(chǎn)的鑄件沒有任何鑄造缺陷。

3 結語

通過以上案例說明，對于我們模具設計者來說不能局限于設計模具的基本模式，應結合實際情況綜合考慮，不斷探索、不斷創(chuàng)新，復雜模具簡單化設計，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)濟效益。