分析了车灯灯罩这种形状复杂、壁薄而腔深的零件的结构特点,针对压铸中易形成裂纹、浇不足等缺陷的工艺特性,重点考虑了分型面的位置选择和压铸工艺即浇注系统设计,并在此基础上,运用Pro/E软件的三维参数化设计等功能模块,生成模具型腔和模具镶块以及浇注系统、推出机构等,并在三维空间上完成了模具总体装配结构的设计。
1 压铸件工艺特性
图1为铝合金灯罩压铸件。图2为用Pro/E绘制的铝合金灯罩压铸件图。灯罩材质为ZL102。最大外形尺寸为 66 mm× 24 mm,压铸件厚度为1. 52 mm。
该压铸件壁薄、腔深、形状复杂。由于高速填充,型腔中气体来不及排出,致使压铸件纵深部位常有压不足即浇不足缺陷,并伴有气孔及氧化夹杂物存在,从而降低了压铸件的质量。当热量分配不均匀时,铸件也会出现裂纹缺陷等。
图2 铝合金灯罩压铸件图(Pro/E绘制
2 压铸机的选择
由于该压铸件无需抽芯机构,
式中,F胀为胀型力,N; A为铸件在分型面上的投影面积,mm2;p比压为压射比压, p比压为3. 0× 107 Pa。
按一型两件设计,通过近似计算得出
A= 2(A铸+ A浇+ A溢+ A余)≈ 6.08× 103(mm2)
F胀= A p比压= 1.82× 105(N)
根据以上计算,选用J113型卧式冷室压铸机。
3 分型面的选择与设计
3.1 分型面的选择
通过分析,分型面选在B-B处(见图3),型腔大部分在定模内,操作方便,无须设置抽芯结构。如果采用扁而宽的内浇道,铸件成形有保证,且溢流、排气条件好,去除浇道方便,推出机构简单。但值得注意的是,分型面在B-B处时产生的拔模阻力大,零件的表面容易划伤。
3.2 用Pro/E进行分型面设计的关键问题
3.2.1 设计分型面的基本方法
在应用Pro/E软件设计分型时,一般先用复制方式构建1个内分型面(基本曲面),再用曲面操控命令修改内分型面或单独构建1个外分型面(靠破面),最后将内、外分型面合并,组合成完整的分型面(复合式分型面)。分型面中的靠破孔:当制品上有孔特征时,在内分型面曲面上,这些特征常常以独立边界曲线(破孔)形式压力铸造特种铸造及有色合金存在。这些破孔必须填补起来方能拆模。完成填补的破孔即称为靠破孔。破孔实质上是小型芯(成形杆)与主型芯或型腔的直接接触面。填补破孔的基本思路是:寻找分割破孔的基准曲线,构成填补破孔的基本曲面。再与内分型面组合形成分割小型芯(成形杆)、主型芯或型腔等零件的成形面。
3.2.2 填补破孔的主要方法
本课题主要采用构建曲面片的方式来填补破孔。其构建曲面片的方法是:利用Modify(修改)、Add(增加)、Extrude(拉伸)、Done(完成),选择零件前表面
为绘图平面,选择Main Papting PLN为参考平面,进入二维草绘界面;用实体边的方式选取破孔的边界。选择Up to surface(至曲面)为深度方向。补破孔的方法是:利用Modify(修改)、Merge(合并)、Done(完成)。在曲面合并对话中,选择绘制的曲面片Additional Quit Side(附加面组)。选AdditionalQuit Side(附加面组)为Sid2(侧2)。可得到填补了所有破孔的内分型面(见图4)。
4 浇注系统设计
用Pro/E软件设计包括直浇道、横浇道和内浇道在内的浇注系统时(见图5),要采用软件菜单管理器下:特征(Feature)、型腔组件(Cavity Assem)以及实体(Solid)菜单中的命令。在菜单管理器中依次可点选特征(Feature)、型腔组件(Cavity Assem),这时就可以看到流道(Runner,即浇道)命令,点选流道(Runner)出现
从菜单上可以看出流道的形状有5种可供选择,根据要求选一种流道截面形状,输入该截面的几何参数,选择适当的草绘平面进入草绘横浇道或内浇道路径,离开草绘环境,系统会自动弹出“相交的元件(IntersectedComps)"对话框,可以选择相交零件,也可单击自动增加,系统会自动选择相交零件,单击确定,完成浇注系统设计。可以看出,这种建立流道的方法只能建立截面形状不改变的流道。一般来说,直浇道的截面形状是变化的,因此,建立主流道时,一般采用实体(Solid)命令中切减材料的方法来进行。而Pro/E提供的这种建立流道的功能,一般适用于横浇道及内浇道的建立。
4.1 直浇道的设计
直浇道的直径D根据压射比压p比压来选定,当p比压= 30 MPa时,D= 30 mm;厚度一般取直径的1/2～ 1/3,与直浇道相连接的横浇道一般设置在浇口套的上方,防止金属液在压射前流入型腔。设计中采用整体式浇口套使金属液流动顺畅,同时采用压板固定,稳固可靠。
4.2 横浇道的设计
横浇道将金属液引入内浇道,当压铸件冷却收缩时,还要用来补缩与传递静压力。平均深度H取3. 6～4. 5 mm时,宽度b为4 mm,圆角半径r为1 mm,允许的横浇道长度L≤ 218 mm[1]。
4.3 内浇道的设计
该压铸件浇注、溢排系统示意图见图6,内浇道决定流入型腔金属液的形态和方向。内浇道的厚度可根据文献查得,对壁厚δ为1. 5～ 3. 0 mm的铝合金零件厚度取0. 8～ 1. 5 mm;内浇道的宽度b为铸件外径和内径的0. 25～ 0. 30倍,此时取0.25即b= 0. 25× 66=6. 5 mm,长度L= 2～ 3 mm;内浇道截面积的计算根据内浇道面积和压铸件质量之间的关系有[2]:
A内= 0. 18G
式中,A内为内浇道的面积,mm2;G为压铸件质量,g。
计算得A内≈ 3. 6 mm2。
4.4 溢流槽和排气槽的设计
设置溢流槽和排气槽可以消除局部紊流带来的缺陷;排除金属液流前部的气体,使铸件顺利充型,以避免由于气体和氧化物等杂质聚集而造成的“缩水”等铸特种铸造及有色合金。模具的溢流槽和排气槽开设位置见图6,排气槽开在溢流槽的后面,宽为10～ 15 mm,深为0.03mm
5 压铸模结构设计
基于Pro/E进行模具设计过程中,分型面设计完成后,以分型面为参考,将模具分割为数个体积块,即动模和定模以及其它成形零件。Pro/E提供了两种建立
模具体积块的方法:①利用分割法自动建立体积块;②利用聚合法和草绘手动法建立体积块。这两种方法不同之处在于自动分割法要求事先建立的改制件的分型面完全正确,而手动法可以不事先建立分型面。利用分割法创建模具体积块,前提条件是上一步创建的分型面必须完全正确,而且分型面与工件外表面相交的轨迹必须是封闭的曲线,且分型面中不能有破孔,若有破孔存在,则在分割时会出现分割不成功的情况。所以在分割之前必须把分型面中的破孔补起来,以便接下来进行模具体积块的分割。依次点击选择菜单项模具体积块(Mold Volume)下分割(Split),即弹出分割体积块(Split Volume)菜单,接下来按照菜单的提示就可以分割模具了(见图7),
并由此可生成模具镶块。压铸模的型腔由镶块和型芯构成,其成形零件主要是指型芯和镶块(本设计中不涉及型芯部分)。图8为动模镶块,图9为定模镶块[5]。
将其装入模具的套板内加以固定。这种结构的优点在于易于更换和维修;压铸件的局部结构改变时,不致使整套模具报废;拼接时的空隙有利于排出型腔的气体。图10为模具总装图及用Pro/E绘制的三维模具总装图。
图10为模具总装图
1.动模座板 2、15.螺钉 3.垫板 4.支承板 5.动模套板 6.导柱 7.定模套板 8.定模座板 9.定模镶块 10.浇口套 11.分流
锥 12.动模镶块 13.动模套板 14.推杆 16.限位钉 17.导杆18.推杆固定板 19.推板固定板 20.复位杆
Pro/E等三维软件在模具设计中的应用,能够使广大设计人员从繁杂的手工绘图与计算中解脱出来,使设计变得轻松而富有活力。
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