產品是塑膠葉輪，我們看起來應該十分熟悉，由于這個產品是數控cnc五軸加工中心的典型零件。可是，假如我們要用模具來批量生產這個產品，模具的規劃就需要腦洞大開了，產品怎么脫模、怎么頂出都是難題，沒有幾把刷子是搞不定這套模具的！我們將給我們提供難得一見的干貨。

     cnc加工中心機床模具的脫模與頂出示意圖：

葉輪壓鑄工藝與模具規劃
1 引言
鑄件的質量與本錢, 取決生產工藝和模具結構。圖1 所示的葉輪鑄件, 因葉片結構雜亂脫模困難, 所以模具結構雜亂, 本錢高。模具型芯用砂芯結構, 選用低壓壓鑄工藝, 可解決鑄件的脫模難的問題, 而且使模具結構簡單, 本錢低。在規劃葉輪壓鑄模時, 必須充分考慮金屬液在充填型腔過程中, 應及時排除氣體、氣體夾雜物、殘留涂料及冷污金屬,否則將影響鑄件的內部質量, 因此, 澆注體系與排溢體系的合理規劃是確保鑄件質量的重要因素。

2 鑄件結構工藝剖析
2. 1 鑄件資料剖析
圖1 所示為葉輪鑄件的3D 模型, 資料YL108,硬度90HB, 抗壓強度?b= 240MPa, 密度ρ= 2. 65 g/cm3, 澆注溫度610~ 650 。

1. 小凸緣2. 大凸緣3. 葉片
2. 2 鑄件結構工藝剖析
從圖2 可看出, 鑄件總體尺度比較小, 結構上基本對稱, 壁厚比較均勻且最小厚度為3mm; 有公差要求的尺度比較少, 除需機械加工的表面外, 其他表面的粗糙度要求Ra= 12. 5 m。

葉輪鑄件由一個筒身內徑為!65mm 大凸緣、筒身內徑為φ23. 5mm小凸緣、豎立在大凸緣筒身內孔由4 塊葉片及均布在四周的6 塊葉片所組成, 四周的6 塊葉片部分形成了側向凹槽, 在與凸緣外徑為φ130mm底面銜接處選用R6 mm的圓弧過渡, 與內筋板之間形成內扣凹槽,形成側向型芯抽拔困難。



圖2 鑄件尺度

制作這種葉輪有2 個計劃:① 葉片部分的型芯做成砂芯, 選用低壓鑄造工藝; ② 通過對鑄件的結構進行改進, 設法去掉R 6mm的圓弧過渡所形成的內扣凹槽, 選用側向抽芯或鑲塊的方式成型葉片內部形狀, 選用高壓壓鑄工藝。兩計劃的比較如表1所示。

表1 計劃比較



從表1 可知: 從壓鑄方式方面考慮, 選用低壓鑄造具有液體金屬充型比較平穩; 鑄件成形性好,有利于成形輪廓清晰、表面光潔的鑄件; 勞動條件好; 設備簡略, 因而計劃① 優于計劃② 。從模具結構復雜程度、制作難度、制作本錢和制作周期方面考慮, 計劃①  也優于計劃 ② 從成型鑄件精度方面考慮, 計劃② 優于計劃① , 因為鑄件只有少數尺度有較高要求, 其他尺度精度要求不高, 計劃① 也滿意出產要求。

綜合上述剖析, 最終挑選計劃① , 雖然葉輪壓鑄件毛坯的后處理要增加砂芯清理工序, 但模具結構簡略, 在批量不大的情況下有利于下降鑄件本錢。

3 模具規劃計劃
3. 1 分型面確認
挑選分型面應綜合考慮鑄件在開模后留在動模、澆注體系和排溢體系的規劃、鑄件的順暢脫出、兩凸緣內孔的同軸度及鑄件美觀要求, 有利于金屬液填充和排氣, 便于模具的制作以及簡略去除鑄件飛邊等問題。鑄件分型面的挑選如圖3 所示的A- A分型面。



圖3 分型面挑選

3. 2 澆注體系規劃
澆注體系對金屬液在模內流動的方向與狀況、排氣溢流條件、壓力傳遞等起到重要的操控作用, 規劃合理的澆注體系是模具規劃作業中的重要環節。葉輪鑄件是一個規則的旋轉體, 中心有通孔, 挑選中心澆口, 可以使鑄造時最大限度地削減模具分型面的投影面, 各金屬液的流程最短, 模具結構緊湊, 排氣作用比較好。澆注體系規劃成圖4 所示的中心澆口方式。



圖4 中心澆口與溢流槽方位

3. 3 排溢體系規劃
排溢體系與澆注體系在整個型腔充填進程中是一個不可分割的整體, 排溢體系由溢流槽和排氣槽兩部分組成。模具溢流槽共8 個, 截面選用較常用的半圓形截面形狀, 規劃的溢流槽總容積不少于鑄件體積的20% , 各尺度如圖5 所示。

模具排氣槽設置在金屬液最終填充的部位。定模型腔的排氣槽布置在溢流槽后端與溢流槽合作,以加強溢流和排氣作用, 動模型腔的排氣槽與分型面雖有一小段垂直距離, 但這段距離是砂芯與定模鑲塊接觸面, 并且也靠近分型面, 對排氣作用沒有形成太大的影響。為了削減排氣阻力, 排氣槽在分型面上投影形狀制成擴展的喇叭形狀, 如圖5 所示。



圖5 溢流槽與排氣槽的主要尺度

4 模具結構與作業進程
4. 1 模具結構
經過對鑄件質量、鎖模力、開模行程、模厚以及模具安裝尺度等核算與校核后, 并考慮到出產廠家的現有設備, 挑選J452B 懸臂立式低壓壓鑄機出產,出產時鑄件與余料分別從模具2 個分型面取出, 因而壓鑄模選用圖6 所示的結構。成型零部件由動模鑲塊18、定模鑲塊19、砂芯26、型芯鑲塊28 組成。動模鑲塊18 用軸肩固定在動模固定板上, 定模固定板20 與導柱固定板21 間為I - I分型面。定模鑲件不適宜選用軸肩固定式, 在此選用窩孔及螺釘25 固定在定模固定板上。因為模具有2 個分型面, 為了使導柱在I - I 、II- II面分型時, 對定、動模固定板的滑動起導向與定位作用, 導柱31 通過導柱固定板21 和定模座板22 固定。成形風葉部分的型芯選用砂芯計劃, 在推桿作用下, 鑄件帶砂芯連同推出模外, 因而模具結構簡略, 本錢低。
4. 2 模具作業進程
合模, 金屬液倒入壓室經壓射充填型腔, 冷卻、結晶、固化成形后, 動模后移, 首先在I - I 處置型, 拉斷余料, 再從II- II處置型, 使澆道凝料脫離定模鑲塊19, 附在動模上, 壓鑄機的頂出組織推進模具推板, 帶動推桿6、7, 推進壓鑄件連同砂芯脫離動模鑲塊18, 完結脫模動作。

1. 螺釘2. 螺釘3. 限位釘4. 復位桿5. 推板導柱6. 推桿7. 推桿8. 螺釘
9. 推桿固定板10. 推板11. 螺釘12.動模座板13. 墊塊14. 圓柱銷15. 圓
柱銷16. 支承板17. 動模固定板18. 動模鑲塊19. 定模鑲塊20. 定模固定板
21. 導柱固定板22. 定模座板23. 螺釘24. 螺釘25. 螺釘26. 砂芯27. 澆口套
28. 型芯鑲塊29. 圓柱銷30. 導套31.導柱32. 導套
5 結束語
葉輪葉片結構較復雜, 選用砂芯結構低壓鑄造工藝, 契合客戶對鑄件技術要求, 避免了側抽芯組織, 大大簡化了模具結構。經試模, 脫模設備動作可靠, 鑄件質量良好, 徹底滿意用戶的要求。