大型壓鑄三板模實用開模機構設計

勾建勇

江蘇嶸泰工業股份有限公司 江蘇揚州 225200

1 序言

針對回轉體類鑄件或有特殊填充要求的鑄件，采用中心進澆是一種常見而有效的金屬填充模式，由于澆注系統的設計差異，需要用三板模設計來實現壓鑄件的中心澆注、成形及脫模。一些大型壓鑄件模具本身重量達幾十噸，大的流道截面積對流道斷開需要的力更大，這對三板模開模機構的承載能力及運行可靠性提出了非常高的要求。本文結合某載貨汽車傳動箱殼體壓鑄件三板模設計應用的案例，對一種簡單實用的開模機構設計方案進行具體介紹。

2 典型壓鑄三板模結構介紹

圖1所示為典型壓鑄三板模模具結構，主要由A板、B板、C板三個模板組成[1]。A板又稱流道板，用于連接壓室并被固定在壓鑄機定模板上，橫澆道及料餅設計在A板上；B板相當于普通兩板壓鑄模的定模，鑄件定模型腔及澆道的錐柄設計在B板上；C板相當于兩板模的動模，鑄件的動模型腔及分流錐設計在C板上，且C板通過模腳與壓鑄機連接。

圖1 典型三板模示意

三板模的開模過程分為兩段：第一段是A板與B/C板脫開，實現圖1中橫澆道、料餅7與錐柄6脫開，此時B板與C板處在鎖模狀態；第二段B板移動被限制，在壓鑄機開模力作用下，C板與B板開模，并在開模到位后通過壓鑄機頂出系統將鑄件從C板（動模）頂出。

三板模的開模過程需要解決以下幾個問題。

1）橫澆道與錐柄的斷開，以及橫澆道、料餅從模具A板脫落動作的穩定可靠。

2）在A板開模過程中，保證B板與C板處于鎖模狀態開。

3）第二段C板與B板開模后，B板處于懸空狀態，B板不能下垂，保證合模時B板與C板同心。

3 傳動箱殼體產品及模具基本信息

圖2所示為某款載貨汽車傳動箱殼體鑄件，重量24.8kg，側面需要用4個滑塊成形，產品結構呈H形回轉體結構，中間A位置有一個φ135mm的圓孔。根據產品的結構特點，采用從中間圓孔的中心進澆壓鑄方案，三板模結構，壓鑄機鎖模力3200t（約32MN），澆注重量46kg，模具總重約56000kg，B板重量約22000kg，鑄件及澆排系統設計如圖3所示。

圖2 載貨汽車傳動箱殼體鑄件及截面3D輪廓

圖3 鑄件澆排系統設計

4 三板模實用開模機構設計

4.1 內扣式橫澆道斷開及落料機構設計

通常三板模橫澆道斷開采用液壓切刀機構[2]，借助壓鑄機抽芯信號接口及液壓系統實現：在B板的分型面設計帶切刀的液壓抽芯機構，開模時橫澆道隨B板從A板脫出，抽芯機構驅動切刀將橫澆道切除，液壓切刀動作可靠。但對于這種大型三板模，橫澆道與錐柄的連接面積大，需要的剪切力非常大，切刀壽命較短，驅動液壓缸直徑大，模具結構復雜，因此需要壓鑄機配置特殊三板模切刀程序來實現。

圖4所示為針對傳動箱模具設計的一種內扣式橫澆道斷開機械機構方案，即在A板設計了一個扣模塊4，扣模塊通過鎖緊螺栓固定在A板中，凹入的扣塊型腔扣住橫澆道頭部，使橫澆道不能按水平方向脫模，在B板與A板開模時拉斷橫澆道與錐柄的連接部分，橫澆道留在A板上，扣模塊旋轉脫模面設計成圓弧面，以實現后續橫澆道從A板脫模。

圖4 內扣式橫澆道斷開機構

（1）扣模塊的設計要點

1）橫澆道扣入部分的截面積要大于錐柄與橫澆道連接部分截面積的1.5倍，以確保橫澆道扣入部分的強度大于與錐柄連接部分的強度。

2) 扣模塊需要有足夠的剛度與耐疲勞強度，推薦采用H13熱作模具鋼，高頻感應淬火后進行3次回火去應力，熱處理硬度45～46HRC。

3) 扣模塊圓弧面8部位的形狀，需要模擬橫澆道，以扣模塊壓緊面為中心旋轉運動時沒有阻礙為目標。

圖5所示為傳動箱殼體模具扣模塊2D設計結構；圖6所示為模具A板與扣模塊實物。

圖5 扣模塊2D結構

圖6 模具A板與扣模塊實物

（2）橫澆道、料餅落料動作分解 圖7a所示為A/B板開模狀態，模具打開后，由于扣模塊的作用，橫澆道無法脫模，因此與錐柄連接部拉斷后，橫澆道留在A板上；圖7b所示為壓射沖頭執行頂出動作，推動橫澆道與料餅向左移動，同時整個橫澆道以扣模塊壓緊面為中心作旋轉運動，實現橫澆道從扣模塊中脫出；圖7c所示為沖頭執行退回動作，橫澆道上部因受A板阻擋而從沖頭脫落。

圖7 內扣式橫澆道斷開及落料動作分解

4.2 開模機構設計

根據上述三板模開模動作，第一段為A板開模，橫澆道斷開，這個過程B、C板處于鎖模狀態；第二段為B板與C板開模，對于一般的中小型三板模，因為產品在B板（定模）中的脫模力遠大于澆道部分在A板的脫模力，所以不采用特殊結構，也可以在保證橫澆道與錐柄斷開的狀態下，A、B板脫模時B、C板仍處于鎖緊狀態，但這個傳動箱殼體的大型三板模，錐柄與橫澆道連接部分的截面為φ55mm，截面積為2375mm2，參照ENAC 1706標準中AlSi9Cu3（Fe）的抗拉強度為240MPa[3]，需要的拉斷力為570kN，已經超出鑄件從B板（定模）的脫模力，因此必須設計一種可靠的開模機構來實現第一段的開模動作。

（1）掛鉤式開模機構設計 圖8所示為針對傳動箱殼體三板模設計的一種掛鉤式開模機構，包括固定在A板上的導向壓板4，固定在C板上的擋塊5，通過轉軸6固定在B板上的掛鉤板7，固定在B板上的預緊組合8。掛鉤板以轉軸6為中心轉動，預緊組合8采用彈簧銷支撐掛鉤板7，以防止其自由轉動。

圖8 掛鉤式開模機構

（2）掛鉤式開模機構動作原理 圖9a所示為鎖模狀態，掛鉤板2扣在擋塊1上，A、B、C板處于鎖緊狀態；圖9b所示為A、B板開模狀態，在壓鑄機開模力作用下，B板與A板脫開，初始開模行程中，導向壓板的a部位凸臺沿掛鉤板上表面平面移動，由于掛鉤與擋塊處于卡住狀態，B、C板被掛鉤板鎖在一起，當導向壓板a部位凸臺碰到掛鉤板c部位凸臺時，掛鉤板以轉軸4為中心順時針旋轉，掛鉤板與擋塊脫開，B板在開模行程控制裝置的阻礙下停止運動，在壓鑄機開模力作用下，C、B板開模；圖9c所示為A、B、C三板處于開模狀態，此時預緊塊撐住掛鉤板右側底部，防止掛鉤板順時針自由轉動。合模過程，C、B板合模后，推動B板右移，當掛鉤板d區域接觸到導向壓板b區域圓弧面時，掛鉤板以轉軸為中心逆時針旋轉，掛鉤板與擋塊卡住后將B/C板鎖死；圖9d所示為相關部位指示。

圖9 掛鉤式開模機構動作原理

（3）掛鉤式開模機構設計要點 根據掛鉤式開模機構特點及使用要求，這種結構設計要點如下。

1) 掛鉤板在開模過程承受拉力，需要足夠的強度與韌性，推薦采用40Cr鋼，調質硬度30～35HRC；擋塊采用H13，高頻感應淬火后進行3次回火，硬度45～46HRC。

2）為保證足夠的鎖緊力，對大型三板模配置這種掛鉤式開模機構4個，分布于模具4個角上，其中導向壓板與模具方導柱做成一體，以減小模具空間與部件成本。

3）預緊組合用彈簧銷預緊，選用矩形高強度彈簧。

4）在鎖模狀態下（見圖9a），導向壓板凸臺與掛鉤板凸臺之間的設計距離，要小于A/B板的開模行程。

掛鉤式開模機構模具實物如圖10所示。

圖10 掛鉤式開模機構模具實物

4.3 B板支撐機構設計

對于三板模B板（定模板）的支撐，采用最多的是圖11a所示的結構，用模具托架支撐的形式，模具托架需要關聯壓鑄機的開模信號，用液壓系統驅動液壓缸帶動模具托架隨開模動作一起運動[4]，這種結構復雜，模具托架成本高，對于傳動箱殼體這類底部有大抽芯的模具，模具托架容易與抽芯機構干涉。

為此，設計了圖11b所示的飛翼掛架形式，通過飛翼掛架將B板支撐在壓鑄機哥林柱上，飛翼掛架用螺栓聯接在B板上，掛架包含支架、調節塊、導滑套3個部件，如圖12所示。

圖11 B板支撐機構

圖12 飛翼掛架部件

（1）支架 采用QT500鑄造，精密加工。

（2）調節塊 采用45鋼調質，用于調整飛翼掛架與壓鑄機哥林柱的距離。

（3）導滑套 采用銅材質，與壓鑄機哥林柱接觸面加工有網狀潤滑油槽，側面加工注油孔，使用時定期注入潤滑脂進行潤滑。

飛翼掛架模具實物如圖13所示。

圖13 飛翼掛架模具實物

5 生產驗證

采用上述設計的三板模開模機構，包括扣模塊斷料機構、掛鉤式開模機構、飛翼掛架機構，在載貨汽車傳動箱模具上經過了批量生產驗證，實際生產鑄件及模具如圖14～圖16所示。該開模機構結構簡單，動作可靠，生產效率高，模具成本降低了8%，節省壓鑄機輔助配置投資30余萬元，已經在其他大型三板模具推廣使用。

圖14 產品帶流道錐柄實物（流道拉斷狀態）

圖15 模具整體實物

圖16 飛翼掛架在壓鑄機上安裝實物

6 結束語

實踐證明，對于批量生產的壓鑄模具，盡可能采用簡單可靠的機械設計結構，可以降低模具成本，減少生產過程故障停機頻次，提升生產效率，是一種行之有效的實用設計方案。