摘要：根據(jù)某款汽車變速器殼體外形及孔位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對鑄件澆注系統(tǒng)、多滑塊內(nèi)嵌式的抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，認(rèn)為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及澆注系統(tǒng)決定模具結(jié)構(gòu)。合理的模具結(jié)構(gòu)不僅能夠提高成品率及生產(chǎn)效率，還可簡化壓鑄模具加工工藝流程，從而降低模具制造成本。

近幾年由于國內(nèi)汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，對大型壓鑄模具的需求越來越大。雖然國內(nèi)的大型壓鑄模具有了很大進(jìn)步，但是與國外先進(jìn)技術(shù)還存在較大的差距，如用以制造汽車發(fā)動機(jī)缸體以及復(fù)雜變速箱殼體等的壓鑄模具。更重要的是，由于這類產(chǎn)品的質(zhì)量將直接影響汽車發(fā)動機(jī)、變速箱的性能，且后序加工制造費(fèi)用高，因此對于此類模具的成品率、生產(chǎn)效率、制造成本以及模具的可靠性要求更高。本課題將根據(jù)某款汽車變速器殼體外形及孔位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從鑄件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)出發(fā)，介紹了多滑塊嵌套式的抽芯機(jī)構(gòu)以及模具冷卻系統(tǒng)，最終得到了合格的產(chǎn)品。

1、變速器殼體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

圖1為某款汽車變速器的殼體壓鑄件，材質(zhì)為ADCl2鋁合金，輪廓尺寸為550 mm×444 mm×301 mm，總質(zhì)量約為27.3 kg，屬于大型壓鑄件。該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多加強(qiáng)筋和孔位，主體壁厚為7 mm，壁厚不均勻，從圖1可以看出，產(chǎn)品外側(cè)四周多孔，模具4個(gè)方向需設(shè)計(jì)滑塊結(jié)構(gòu)；從圖1a可看出，產(chǎn)品孔系較多，局部區(qū)域壁厚較厚，且對軸承孔及氣缸孔部位氣密性要求高；從圖1b可以看出，產(chǎn)品內(nèi)部存在深腔結(jié)構(gòu)，且兩側(cè)大的軸承孔中心部位采用壓鑄工藝無法鑄出，需完全填充，與底部連接，后續(xù)通過機(jī)加工實(shí)現(xiàn)，此處連接后，由于深腔及壁厚問題，產(chǎn)生內(nèi)部缺陷風(fēng)險(xiǎn)較大,此為難點(diǎn)1；另外，側(cè)面孔系較多且密集，模具布置冷卻系統(tǒng)時(shí)，難度大，復(fù)雜程度高，同時(shí)，存在與方向不同的8個(gè)螺紋孔,兩者之間存在較大夾角，無法進(jìn)行同向抽芯，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu),保證內(nèi)部質(zhì)量,此為難點(diǎn)2，見圖1b和圖1c。

圖1：變速器殼體產(chǎn)品三維模型

2、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及澆注系統(tǒng)對模具結(jié)構(gòu)起決定性作用，合理的澆注系統(tǒng)，不僅能夠保證鑄件質(zhì)量，還可簡化模具。為解決難點(diǎn)1，保證兩側(cè)大軸承孔內(nèi)部質(zhì)量，對產(chǎn)品（圖2）進(jìn)行小改進(jìn)，在軸承孔表面增加些許密集小網(wǎng)格，以緩解鑄件表面缺陷，特別是氣孔和增加表面積，從而增加散熱面，提高散熱效率。

在靠近兩側(cè)大軸承孔端面（機(jī)加工面）設(shè)計(jì)澆排系統(tǒng)（見圖2），專門設(shè)計(jì)1條支路填充遠(yuǎn)處大軸承孔，確保軸承孔內(nèi)部質(zhì)量;在鑄件遠(yuǎn)處或匯集部位設(shè)置集渣包，保證遠(yuǎn)端冷料及氣體、夾渣能夠最大限度的流入，以消除鑄件缺陷。另外，此澆注系統(tǒng)可使用機(jī)械電鋸或后續(xù)采用切邊模去除，其余殘留澆冒口通過機(jī)加工就可去除，鑄件外觀質(zhì)量好。

采用此種澆注系統(tǒng)后，模具分型面只能選擇靠近兩側(cè)大軸承孔端面上，正面淺腔設(shè)計(jì)在定模上，背面深腔設(shè)計(jì)在動模上，4個(gè)側(cè)面設(shè)計(jì)為上下左右共4（？）個(gè)滑塊，圖1b所示的復(fù)雜側(cè)面位于模具底部。

3、模具設(shè)計(jì)

3.1 滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，除動定模之外，在鑄件四周加強(qiáng)筋部位進(jìn)行分模（圖3），由于8個(gè)螺紋孔（模具設(shè)計(jì)為型銷）與底部出模方向角度不一致,設(shè)計(jì)兩個(gè)側(cè)滑塊5、6，采用多滑塊嵌套式的抽芯機(jī)構(gòu)（又叫二級聯(lián)動抽芯機(jī)構(gòu)）進(jìn)行抽出。采用各自的傳動元件，在模具開模時(shí)，先抽出側(cè)滑塊5、6，再抽出滑塊1，完成開模動作,模具合模時(shí)，大滑塊1復(fù)位后，小滑塊再復(fù)位。

3.2 二次抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4為殼體下滑塊結(jié)構(gòu)，圖5為二級抽芯動作過程。壓鑄件成形后開模，開模力使斜銷和側(cè)滑塊5、6的斜孔做相對運(yùn)動。由于側(cè)滑塊以間隙配合的形式安裝在動模板的壓條槽內(nèi)，故驅(qū)動側(cè)滑塊向外移動。當(dāng)移動到抽芯距離后，完成側(cè)抽芯和開模的動作。這時(shí)在限位塊的作用下，側(cè)滑塊準(zhǔn)確停留在斜銷抽出滑塊時(shí)的終止位置上，以免在下次合模時(shí)斜銷和斜孔錯(cuò)位，發(fā)生碰撞事故。

合模時(shí)，斜銷準(zhǔn)確地進(jìn)入側(cè)滑塊的斜孔，并帶出復(fù)位動作。但僅靠斜銷的定位是很困難的，而且斜銷的鎖壓作用在受壓射壓力的高壓沖擊時(shí)會引起側(cè)滑塊的后退。因此設(shè)計(jì)側(cè)滑塊的鎖緊裝置，即楔緊塊，其內(nèi)側(cè)與小滑塊尾部以斜面研合接觸，確保側(cè)型芯的精確定位，并鎖緊側(cè)滑塊，防止因受側(cè)向壓射壓力而產(chǎn)生位移或后退。

圖5：二級抽芯動作過程

3.3 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具冷卻系統(tǒng)對鑄件質(zhì)量、模具壽命以及生產(chǎn)穩(wěn)定性起著關(guān)鍵性因素。為保證此鑄件內(nèi)部品質(zhì)，在模具四周及上下位置分別設(shè)計(jì)各種類型水路，見圖6。從圖6a可以看出，在動定模上設(shè)計(jì)大的循環(huán)冷卻，深腔部位均設(shè)計(jì)點(diǎn)冷卻或高壓冷卻，盡可能消除局部過熱而產(chǎn)生縮孔、裂紋及粘模問題；由于底部滑塊嵌套式的抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致大循環(huán)冷卻水布置時(shí)空間位置小，僅在周邊設(shè)計(jì)1組循環(huán)冷卻，其余在過熱位置設(shè)計(jì)多個(gè)點(diǎn)冷卻；其余兩側(cè)面，由于深腔位置及孔系少，結(jié)構(gòu)簡單，主要以多層循環(huán)冷卻為主，以確保模具溫度的穩(wěn)定和平衡。從圖6b可以看出，在2個(gè)二級抽芯上分別設(shè)計(jì)1組復(fù)雜的循環(huán)冷卻，不僅能夠冷卻每個(gè)型銷，而且能夠冷卻斜抽芯機(jī)構(gòu)，使得抽芯機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)平穩(wěn)，故障率低，生產(chǎn)效率高。

圖6：冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4、生產(chǎn)驗(yàn)證

采用上述的設(shè)計(jì)方案制作完成了模具，并進(jìn)行了生產(chǎn)。圖7為壓鑄件合格產(chǎn)品照片，兩側(cè)軸承孔及產(chǎn)品底部8個(gè)螺紋孔機(jī)加工后，均未出現(xiàn)明顯缺陷。通過實(shí)際生產(chǎn)的驗(yàn)證，此種結(jié)構(gòu)模具能夠解決同一側(cè)面不同抽芯方向的問題，且抽芯平穩(wěn)、頂出安全，鑄件質(zhì)量及尺寸均能滿足產(chǎn)品的要求，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

圖7：合格產(chǎn)品

5、結(jié)論

（1）ADC12鋁合金變速箱殼體壓鑄模分型面選擇靠近兩側(cè)大軸承孔端面上，正面淺腔設(shè)計(jì)在定模上，背面深腔設(shè)計(jì)在動模上，4個(gè)側(cè)面設(shè)計(jì)為上下左右4個(gè)滑塊，復(fù)雜側(cè)面位于模具底部。

（2）由于產(chǎn)品底部8個(gè)螺紋孔與出模方向角度不一致，綜合考慮模具空間結(jié)構(gòu)，采用多滑塊嵌套式抽芯機(jī)構(gòu)，簡化壓鑄模加工工藝流程，從而達(dá)到降低模具制造成本、提高生產(chǎn)效率的目的。

（3）采用循環(huán)冷卻、點(diǎn)冷卻及高壓冷卻來確保模具溫度的穩(wěn)定和平衡。同時(shí)，在側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻，確保其工作狀態(tài)的平穩(wěn)性，提高生產(chǎn)效率。

作者：
萬曉萌 張笑 王曄 賀爾康
陜西法士特汽車傳動集團(tuán)有限責(zé)任公司

本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志2020年第40卷第08期