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戰略合作單位:

 

成型電機端蓋滯留定模問題的對策

時間:2020-11-10   來源:《模具工業》   作者:雷書星,安瀟璇,劉亞洲   瀏覽次數:293

雷書星,安瀟璇,劉亞洲

(精誠工科汽車系統有限公司模具分公司)

摘要:介紹了電機端蓋的結構特點及壓鑄生產過程中鑄件滯留定模的問題,并研究了包緊力的計算方法,指出常規包緊力計算方法核算復雜產品的不足,利用改進后的方法核算了定模側的包緊力,還闡述了采用定模組合型推出機構解決了鑄件滯留定模的問題。

關鍵詞:電機端蓋;壓鑄;包緊力;推出機構

 

0 引言

隨著綠色出行產業的迅速發展,各大車企都進軍新能源領域。電機作為新能源汽車的核心零部件,其市場需求量持續攀升,鋁合金電機端蓋是電機的重要組成部分,其穩定的生產質量能保證電機整機的供應和整車市場的產銷量。壓鑄模作為生產電機端蓋的重要設備,其成型的零件能否順利脫模是影響壓鑄生產的重要因素,也是壓鑄模設計與開發過程中必須考慮的問題。以下介紹鋁合金電機端蓋的壓鑄成型,壓鑄試模時成型的零件容易卡在定模,現對其原因進行分析。

1 零件成型分析

鋁合金電機端蓋是電機的重要結構件,起封閉電機主體的兩端、固定電機轉子在電機中的位置并支撐轉子運動的作用,此外還起保護電機的電氣原件和線路的作用,如圖1所示。零件外形尺寸:405.0mm×326.7mm×155.3mm,材料為鋁合金ADC12,質量為4.16kg,嵌件為軸承套。

圖1 電機端蓋

電機端蓋有深腔、深筋和側向凹槽和凸臺等結構,形狀較復雜,圖1(a)所示有復雜加強筋(深淺不一)、電器部件及線束的安裝槽、附件安裝位、電機定位半圓弧等特征,整體結構不規則,設計在定模側成型;圖1(b)所示中心有嵌件軸承套及全周加強筋、部分電機轉子空間、安裝孔位等,整體結構呈深腔形且結構略規則,設計在動模側成型。

圖2 斷裂位置

成型該電機端蓋的模具在試生產過程中,生產30多件時,成型的鑄件留在定模,2個部位斷裂,如圖2所示,壓鑄生產無法繼續進行,對模具進行維修。成型的電機端蓋斷裂部位分別為側向滑塊成型部位(斷裂位置1)和抽芯成型部位(斷裂位置2)。

通過對成型的鑄件留在定模的問題進行分析和研究,找到成型電機端蓋斷裂失效的主要原因。模具開模時,側向滑塊和抽芯組件在抽芯過程中,由于定模包緊力大、嵌件軸承套卡滯和成型的鑄件在熱狀態下強度低,導致側向滑塊和抽芯組件在抽芯過程中無法將成型鑄件帶出,出現成型鑄件斷裂、留在定模的問題。另外定模推出機構推出力小、推出不平衡導致軸承套和定位鑲件卡滯。

2 包緊力計算

圖3 傳統包緊力原理

包緊力是壓鑄時金屬液充填型腔后在冷卻收縮過程中,包緊型芯或凸模成型部分產生的力,如圖3所示。包緊力計算公式:

F=Fcosα-Fsinα=Alp(μcosα-sinα)

式中:F——抽芯力,N;F——抽芯阻力,N;F——鑄件冷凝收縮后對型芯產生的包緊力,N;A——被鑄件包緊的型芯成型部分斷面周長,mm;l——被鑄件包緊的型芯成型部分長度,mm;p——擠壓應力(單位面積的包緊力),鋁合金一般取10~12MPa;μ——壓鑄合金對型芯的摩擦因數,鋁合金一般取0.2~0.25;α——型芯成型部分的脫模斜度。

一般情況下包緊力只計算型芯或凸模部分的包緊力,而忽略型腔或凹模部分的包緊力,造成實際計算的包緊力失真。但在實際壓鑄成型過程中,都經歷高壓和補縮階段,增加壓力能避免由于鋁液凝固導致鑄件體積收縮的趨勢。增加壓力階段,鋁液凝固的壓力為60~90MPa,該壓力會讓成型的鑄件所有面(見圖4(a))較好地與模具零件接觸(凹面的親和力較強),設計動、定模時,需要考慮所有帶拔模角的面。開模時,外表面(定模側)也存在包緊力(見圖4(b)),雖然不如凹面(動模側)處強,但也會影響成型鑄件的脫模。

動模成型部分設計的主要目的是在壓鑄機推出系統的協同作用下,讓成型的鑄件停留在動模側。一般成型鑄件的復雜結構設計在動模側成型,如加強筋、凸臺(尤其是較高的凸臺)、凹面等。生產時,模具定模包緊成型鑄件是主要問題,設計者必須計算型腔與型芯的拔模力與推出力,一般拔模角為1°~3°,外側拔模角為1°,內側拔模角為2°~3°。鑄件結構最復雜、粘合面最多的部位在動模側成型,設計者應分析并考慮成型鑄件的哪一側適合于在動模成型。

圖5 產生包緊力面積

成型鑄件的收縮導致所有鑄銷、加強筋、拔模角的表面以及凸臺對其形成包緊力,如圖5所示,淺色的表面會形成合力,使鑄件滯留在模具中。

圖5(a)所示結構有凹面也有凸面,需要分析其結構復雜度并測量接觸面積,圖5(b)僅有一個凸臺與大圓周,且拔模角較大,其他都是面積較小的面。

根據包緊力計算公式:F=Fcosα-Fsinα=Alp(μcosα-sinα),得出定模側包緊力為238.7~368.8kN,動模側包緊力為145.3~224.6kN。因為238.7~368.8kN>145.3~224.6kN,成型的鑄件滯留在定模的概率較大。

3 推出機構及其應用

壓鑄模設計過程中,一般會將容易粘模的部分設計在動模成型,因為動模有推出機構,但有時容易粘模的部分會出現在定模方向,需要在定模設計推出結構,用于抵消鑄件的包緊力。

3.1 獨立推出機構

圖6 獨立推出機構

獨立推出機構可以設計在定模的某個位置,反推桿設計在成型鑄件的邊緣,其一部分和成型鑄件接觸,用于推出成型鑄件,反推桿另一部分和動模分型面接觸,用于反推桿的復位,如圖6所示。

模具合模過程中,動模將推桿強制壓入定模,碟簧壓縮;固定座固定在定模框內,并固定碟簧套的位置;模具開模,碟簧復位,推動復位桿運動,推出成型鑄件。

該推出機構推出力大,推出行程小,但推出位置為單點推出,考慮推出平衡需要根據成型鑄件結構具體分析。獨立推出機構適用于成型鑄件局部包緊力大的模具,另外也可以采取多個獨立推出機構組合使用的方式,用于結構緊湊型、無空間布置推板的模具。

3.2 定模推出機構

圖7 定模與推出機構

若成型鑄件在定模局部包緊力大或定模整體包緊力大,可采用定模推出機構(組合型)。該推出機構的復位和推出使用復位桿和碟簧實現,如圖7所示。

推桿設計在成型鑄件的推出位置,用于推出成型鑄件;復位桿設計在成型鑄件外,用于定模推出機構(組合型)的復位,推板和推桿固定板安裝有導套,限位柱控制推板和推桿固定板向上運動的距離,當推板和推桿固定板運動到位后,限位柱和壓鑄機座板接觸;碟簧安裝柱將碟簧組件固定在推桿固定板上,碟簧是定模推出機構(組合型)推出鑄件的動力來源。

成型電機端蓋的模具采用上述定模推出機構(組合型),設計4根復位桿和8根推桿,采用4組碟簧和4組導柱導套;推板和推桿固定板上設計安裝水管的避讓孔。

模具合模時,復位桿將推出機構整體向上推動,此時碟簧壓縮受力;開模時,碟簧失去復位桿的力后,逐漸處于復位狀態,碟簧帶動推板和推桿固定板向下運動,推桿隨推板同時向下運動推出成型的鑄件。

4 結束語

上述推出機構的推出力來源于碟簧,與傳統使用彈簧的推出機構相比,具有推出力大、推出行程小的優勢,定模推出機構(組合型)采用4組導向定位組件,使推出成型的鑄件更平穩、安全、可靠。成型該電機端蓋的模具采用上述方案后,增加定模推出機構(組合型),壓鑄生產過程運行穩定,鑄造生產18600件未發生成型鑄件包模問題,解決了定模包緊力大、嵌件軸承套卡滯和成型鑄件在熱狀態強度低造成的包模問題。

參考文獻:

[1]侯麗彬,董梅.壓鑄抽芯力的計算[J].機械工人(熱加工),1999(9):3-5.

[2]張玉璽.變矩箱前殼體壓鑄模設計[J].模具工業,2009,35(8):54-58.

[3]朱錫坤,李名輝.帶定模推出機構的模具設計[J].模具工業,2002,28(8):40-42.

 
 
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