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重卡變速箱箱體消失模模具設計工藝-倪迪

 重卡變速箱箱體消失模模具設計工藝

倪迪

(陜西法士特鑄造分公司,陜西寶雞722409

摘要:通過總結實際生產中模具設計與現場使用經驗,介紹了重卡變速箱箱體消失模模具設計所采用的模具結構和工藝,使模具成型出的泡沫模樣形狀尺寸穩定,不易變形;使泡沫模樣脫模順暢,使用強度足夠;提高了變速箱箱體的出模效率,降低了工人的勞動強度,保證了變速箱箱體的鑄造精度和表面光潔度。

關鍵詞:消失模鑄造;變速箱箱體;模具設計

重卡變速箱箱體的產品在市場上主要有四個方面的要求:

第一:生產批量量大。

第二:外觀質量好。

第三:鑄造精度高。

第四:重量穩定性好。

消失模鑄造工藝能滿足以上重卡變速箱箱體的市場要求。一般來說,箱體結構越復雜,消失模鑄造工藝越能發揮優勢,但是產品的復雜結構及現場使用出現的問題,使得重卡變速箱箱體發泡模具的設計與制造存在諸多難點,F以9檔重卡變速箱箱體模具的設計為例,介紹相關的工藝。

1 箱體介紹及設計難點

9檔變速箱箱體為較大的箱體鑄件,材質為HT200,重量90Kg。箱體尺寸繁多,內部結構復雜見圖1所示。在模具設計方面存在以下六個難點:(1)壁厚8mm,泡沫模樣不易成型;(2)中間有隔板,隔板中間有孔,需要做側抽芯活塊;(3)兩面開口,泡沫模樣易變形;(4)產品內腔空間大,泡沫模樣不易脫模;(5)四面封閉,產品需要分兩片粘接組合成型;(6)分兩片的產品局部產生倒拔模,模具需要做出側抽芯活塊。

1 箱體三維簡圖

2 模具的基本要求

1)模具尺寸精度必須使制出的鑄件在圖紙要求的精度范圍內;

2)模具型腔及?驘o鑄造缺陷,模具工作表面粗糙度Ra0.8mm;

3)為了使模樣加熱冷卻均勻快速,模具材料導熱性應好,模具型腔一般做成薄殼隨形結構;

4)模具中的射料槍設置應保證進料順暢,使預發珠粒能夠順利充滿模樣所有部位;

5)正確設置排氣閥位置和確定排氣面積的大小,使模樣緊實、加熱和冷卻均勻;

6)模具應有足夠的強度和剛度,對水、蒸汽等介質有良好的耐蝕性,壽命長;

7)模具應與成型機聯結可靠,安裝定位準確;

8)模具制造和操作使用方便。

3 模具的工藝要求

根據以上產品結構、模具要求及現場使用問題,從消失模鑄造白區制模與黑區澆注兩個角度,與洛陽劉氏模具共同確定了以下主要的設計與制造方案:

3.1 模具工藝設計

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圖2 模樣分型方案
1模樣分型  根據鑄件結構特點,沿三軸孔心連線將模樣分成A、B兩片(見圖2),模片采用圓臺定位,模片分型定位凸臺統一設置在B片模片上,這種分型方便模樣成型出模,同樣適合目前車間內模樣手工粘接及自動粘接機自動粘接;

2鑄件結構與尺寸  為了防止模樣變形,采用在模樣的上蓋口面增加兩根防變形拉筋(見圖1),增加產品過渡圓角等措施來保證泡沫模樣的穩定性;

3加工余量  除局部特殊要求外,加工余量統一設置為4mm;

4收縮量  此類變速箱箱體縮量統一采用1.5%;

5拔模斜度  最大設置為1°,對局部取模時易造成變形及隔板處厚大活塊可增加拔模斜度。

6射料位置  在模具長度方向的兩端各設置一個加料口,要求料口尺寸配合車間內部的自動料槍。在成型過程中可以采用二次入料的方式,使珠?梢愿映浞值奶顫M型腔,另外該位置有相對開闊的頂部型腔和沒有任何阻礙物的側壁,珠?芍苯訉虺涮钅┒,而后依次有序的填充。

3.2 模具本體設計

1)模具材料的選擇  選用牌號ZL104的鑄鋁合金來制造模具?蚣澳P,要求?蚣澳P菊w鑄造成型,鑄造毛坯在機加工之前必須進行熱處理;選用牌號LY12R的軋制鋁板來制造模具模版及底板,軋制鋁板必須進行T6處理;選用錫青銅來制造模具上的頂桿及導套;選用不銹鋼來制造模具內部所使用的連接及緊固件(螺栓、螺母、平墊、彈墊等)。

2)模具壁厚  為了使模具快速升溫及快速冷卻,減少蒸汽用量,提高制模效率,減輕模具重量及制造加工成本,模具采用薄壁隨形結構,壁厚均勻控制在1315mm,避免因加熱時溫度不均勻造成的模型局部過燒或局部料生現象。為了保證模具發泡時有足夠的強度和剛度,要求?蚝穸炔恍∮20mm,并在模腔外部設置加強筋固定。

3)模具氣室  成型時要求模具通過氣室具有均勻的導入高溫蒸汽的能力,氣室設計的高度應不小于30mm,以便于高溫蒸汽在氣室內進行緩沖后能通過氣塞均勻的到達模腔中。模具的上下模均有氣室,每一個氣室有一個進氣孔和排氣孔。進氣孔直通模腔氣室內,主要用于引入蒸汽和冷卻水;排氣孔應盡可能的安裝在氣室底部或靠近氣室底部,以便于模型成型后及時排出冷卻水,避免下一模成型時未排盡的冷卻水由于蒸汽降溫而影響成型質量。

4)氣塞分布  模具上應合理設置氣塞,氣塞的位置應從兩個角度來考慮,一是與射料槍配合,保證模腔內珠粒均勻良好填充;二是保證模片整體同步受熱發泡融合成型。根據變速箱結構特點,我們采用直徑810mm的點式氣塞,要求氣塞必須與模具本體在一個面上,不允許有凸起,保證模型光滑平整。氣塞排布的間距不大于25mm,于局部厚大部位要求氣塞排布更密集些,對于面對面的型壁要求氣塞的排布應彼此錯開,以利于蒸汽在模腔中均勻分布。

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圖3 模具上模開模結構圖
5)抽芯及活塊機構  對于局部不易取;蚺c模具開模方向不一致的部位可設計活塊和抽芯機構,使泡沫模樣在一副模具中整體做出,既保證了泡沫模樣的強度,又能省去后序模樣的粘合工序。變速箱體結構復雜,對于箱體上的隔板孔、倒檔孔、過油孔采用手工抽芯活塊設計,為了防止活塊頻繁裝卸導致活塊磨損變形,要求活塊材質采用鍛鋁;對于箱體兩側存在倒拔模的部位,采用氣動抽芯機構,要求抽芯活塊必須銅制燕尾槽定位,通過活塊上自帶的燕尾槽和模具上自帶的燕尾配合使用。要求側抽芯活塊的下底面設置有定位板,對側抽芯活塊實施定位保護作用,使側抽芯活塊在封閉的內腔運動。要求側抽芯活塊為空心結構,與其相鄰的上模氣室側面留有熱蒸汽和冷卻水通孔,側抽芯活塊的成型面通過其上鑲嵌的氣塞和上模氣室的預留孔,與上模氣室內腔相通(見圖3)。

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圖4 模具下模開模結構圖
6)冷卻機構  模具的冷卻對模樣的成型至關重要,可以防止模具過熱引起的模樣過熱,防止模樣脫模后變形。根據模具結構,采用在上模氣室內設置冷卻紫銅管,在銅管上鉆Φ0.50.8mm的噴水小孔來實現模具上模的冷卻,考慮到上模氣室內冷卻水有一個上升過程,待水接觸到模具型腔和泡沫模樣時,水溫已升高不利于泡沫模樣的冷卻,因此要求下模氣室內采用噴嘴冷卻的方式,冷卻效果明顯優于管道小孔,使泡沫模樣均勻冷卻。

7)模樣頂出機構  由于泡沫模樣強度不高,使用模樣頂出機構容易造成模樣起模時變形,但車間內變速箱殼體模具生產任務重,必須保證高效率,要求模具上采用整塊托板式自動頂出機構,整個機構包括頂板、頂桿與頂出氣缸(見圖4)。頂板位于下模氣室的分型面處,在四個頂出氣缸的帶動下做往復運動;頂桿則根據泡沫模樣的受力,排布有48件固定在頂板上,和頂板一起完成泡沫模樣的脫模過程,頂桿頻繁摩擦容易磨損,所以頂桿必須加滑套,滑套材質為錫青銅;頂出氣缸通過不銹鋼螺絲固定在下模氣室四角,通過調整頂出氣缸的活塞運動方向,完成頂板和銅頂桿的開合動作,模具下模氣缸必須加擋板護住,防止拆裝模具時造成的氣缸接頭損壞。

8)模具定位  模具定位是指模具移動模和固定模之間的定位,模具的定位方式有很多種。根據模具結構和尺寸,采用銷套加止口定位(見圖3和圖4。要求在模具上均勻設置 3 套導柱導套機構,定位導柱設置在下模,導套定位槽設置在上模,導柱導套有效高度為3040mm,材質為錫青銅;要求模具上的止口高度為5mm,既能起到定位作用,也可以增加模具成型的抬模高度,提高成型過程中珠粒的填充及壓實度,保證模樣的表面質量。

9)模具密封  模具氣室內要通入蒸汽,并且保壓,這就對模具的密封情況要求較高。在上下模氣室成型機模板之間鑲嵌密封條,完成模具和成型機之間的密封;上下模具分型面處,在下模氣室分型面處鑲嵌密封條,完成上下模具之間的密封;抽芯氣缸和模具氣室外壁之間鑲嵌硅膠密封墊,完成抽芯氣缸組件和模具氣室之間的密封(見圖5、圖6和圖3)。為了更好的達到密封效果,要求模具上所有的密封槽均采用雙密封條密封。

  

圖5 模具外形結構圖                       圖6 模具下模背部結構圖

10)模具表面處理  由于變速器箱體結構復雜,考慮到脫模困難,模具表面可進行特氟龍處理。處理以后,可以顯著降低泡沫脫模力,而且方便模具表面的水漬清理,提高模樣質量。

4 模具的工作過程

1將重卡變速箱箱體模具吊裝在立式自動成型機的四根導柱間,通過壓板將上模氣室固定在成型機的上模板(即動模板)上,通過壓板將下模氣室固定在成型機的下模板(即定模板)上,接通自動料槍的通氣管和通料管,接通抽芯氣缸的通氣管,接通頂出氣缸的通氣管,接通上模具氣室、下模具氣室的熱蒸汽管和冷卻水管;

2)調試模具,將成型機開合行程調整到適合模具打開取出泡沫的行程內,再由成型機將模具壓緊,保證模具開合順利,無卡滯現象;調整充料時間、熱蒸汽壓力、冷卻時間。

3)充料階段,上下模完全結合,用自動料槍將預發泡的泡沫顆粒采用負壓的方法填充至模具型腔,填充結束后,通入熱蒸汽、保壓,直至泡沫原料完全膨脹、熟化、融合、成型,關掉蒸汽閥門,通入冷卻水,冷卻、定型,打開排水閥,排干冷卻水,抽芯氣缸通入氣壓,使氣缸形成收縮運動完成上模側抽芯活塊和泡沫模樣的分離,上下模打開至調模行程,頂出氣缸通入氣壓,使頂出氣缸的活塞向上直線運動,帶動頂出板和頂桿,頂出泡沫模樣和下模抽芯活塊,使其與下;顗K脫模,再從下模一起取出泡沫模樣和下模抽芯活塊,將下模抽芯活塊從泡沫模樣中取出,完成開模動作;合模時,先打開頂出氣缸的閥門,使頂出氣缸的活塞出現內縮運動,帶動頂出板和頂桿回位,再將下模抽芯活塊放入下模模腔內,上下模具再閉合,上模抽芯活塊在抽芯氣缸的帶動下,打開抽芯氣缸閥門,使抽芯氣缸出現伸出運動,通過抽芯氣缸的活塞帶動上模側抽芯活塊合模,上下模具再閉合,合模結束,再次充料,完成一次成型過程。

5 結論

綜合現場使用的情況來看,按照以上工藝設計的重卡變速箱箱體的消失模模具,采用上模倒拔模處氣缸自動抽芯的技術,能夠提高泡沫模樣成型的穩定性和強度,并且能夠大大提高泡沫模樣的成型效率,降低操作工人的勞動強度;變速箱箱體口面做雙道拉筋,防止泡沫模樣由于開口過大,強度過低,而引起泡沫模樣的變形,保證泡沫模樣口面成型的尺寸的穩定性;特別是泡沫模樣采用自動頂出的工藝,使泡沫模樣在脫模過程中受力均勻,保持同步,能夠很好的保證泡沫模樣的使用強度,且能進一步提高泡沫模樣的成型效率,降低工人的勞動強度,使變速箱箱體成型的一致性得到大幅度提升,進而保證鑄件尺寸精度和使用性能;采用自動料槍負壓充料,能夠保證泡沫模樣成型的均勻性,使壁厚8mm也極易充滿型腔;綜上所述,此套模具能夠很好的解決重型卡車變速箱箱體的泡沫模樣成型過程中的六個問題,從而使重型卡車變速箱箱體采用消失模工藝鑄造也成為可能,并且也越來越符合市場的發展和需求。

參考文獻

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[3] 肖曉峰,葉升平,吳志超.變速箱消失模發泡模具設計與制造[J].特種鑄造有色合金,2005,5):492-493

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