中國航空工業(yè)集團公司航宇救生裝備有限公司 （湖北襄陽 441002） 文根保 文 莉

澳大利亞悉尼大學 史 文

托板在壓鑄模中有幾種擺放的形式，就有相應幾種壓鑄模的結構方案。這些不同的方案中有根本行不通的方案；有可行但壓鑄模結構十分復雜的方案；當然，還有簡單易行的方案，也就是最佳優(yōu)化方案。最佳優(yōu)化方案要通過對各種方案的比較分析之后才能夠找出，也就是說要通過對各種方案的論證才能找到。復雜模具設計時的模具結構方案論證是千萬不可缺失的內容。否則，不僅是費時費力又費錢不說，還會帶來許多不必要的麻煩，甚至會造成模具的報廢。為了確保模具設計、制造和試模的一步到位，模具結構方案的論證是確保其成功的一種最可靠和唯一的保證手段。

一、壓鑄件的形體分析

圖1 托板

托板如圖1所示。托板的形體特征為“冖”形，其兩端帶有門字形凹槽的支腳是具有多個同心圓的弧形面。托板的上面為直角梯形的長筋，下面是一個R7mm的半圓形長槽和一個7mm×3mm×4mm長方形凸臺。從俯視方向看，托板為四段相聯(lián)且寬度不同的長方體。托板的形體特點是一個薄、窄、長條形的鋁硅合金（L104）的壓鑄件，其長度為160mm，最薄處沿長度范圍內僅1.55mm，而寬度最窄處為10.5mm，可見托板是一典型的細薄長條形的壓鑄件。兩端的門字形支腳為：一端是長42mm、寬19mm、厚3mm的長支腳，另一端是長23mm、寬12.5mm、厚3.2mm的短支腳。

二、壓鑄模最佳優(yōu)化結構方案的論證

壓鑄模結構的論證內容：包括壓鑄模最佳優(yōu)化結構方案的論證、模具各種機構的論證、壓鑄件上可能產生缺陷所進行的分析與論證以及壓鑄模強度與剛性的校核四個方面。只要是這四個方面論證的結論是可行，壓鑄模的具體設計工作才能夠進行。如此才能避免因壓鑄模結構的盲目性設計，造成不必要的損失。托板在壓鑄模中有三種擺放形式，便相應有三種托板壓鑄模的結構方案。這樣就需要繪制出這三種方案的托板壓鑄模結構方案草圖和與托板壓鑄模結構有關的構件動作圖來進行結構方案的分析和論證。

1.托板壓鑄模的結構方案之一

托板是在壓鑄模中以平置臥式擺放，如圖2所示。其分型面I－I的設置，如圖2所示，它是以距直角梯形長筋的上平面為5.2＋0.075＋0mm與1°的斜面包含的直角梯形面所組成的空間型面為分型面。右側支腳外圓弧面的分型面設置在定模上，而左側支腳外圓弧面的分型面設置在動模上，只有如此才能有效地避開壓鑄件兩側支腳的圓弧面在脫模時，所產生“障礙體”的阻礙作用。

圖2 托板壓鑄模的結構方案之一

該方案托板的R7mm半圓形腰字槽是處在上、下的方向，這樣即可以利用脫模機構的頂出動作將托板從動模型腔中沿著開模方向頂出。兩側支腳門字形槽的結構也在上、下方向，故成形左側門字形槽的左鑲件凸臺，可以分別設置在動模型腔與動模型芯之上。右側門字形槽的右鑲件凸臺，也可以分別設置在定模型腔與動模型芯之上。因此，這三處托板的形體是不需要設置抽芯機構即可實現(xiàn)成形與抽芯。

圖3 托板脫模動作圖

壓鑄件在受外力的作用時是很容易產生變形的，更何況是細薄長條形的壓鑄件。為了最大限度地減小托板脫模時的變形，必須采用二次脫模機構，如圖3 b及圖3c所示。托板第一次脫模，如圖3b所示。模具脫模機構先將托板以底面80.5%的面積，由型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4將托板從動模型腔中頂出。最大限度地確保了托板在第一次脫模時，不會因受到動模型腔拔模力的作用而產生變形。因為型芯3和型芯5是固定不動的，成形托板的7mm×3mm×4mm長方形凸臺的動模型芯3和成形右側支腳的型芯5，不會隨同第一次脫模的其他型芯一起頂出。托板第二脫模，如圖3c所示。由于托板只存在一個可移動的頂桿2和一個固定不動的型芯5的支撐，故在頂桿2的作用下，托板只能產生翻轉的運動，從而避開了左端長支腳上“障礙體”的阻礙作用。此時動模型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4便脫離了托板，它們不會影響到托板的翻轉運動。若將動模型芯兼頂桿1做成一個整體，頂桿2可從型芯兼頂桿1中間通過，型芯3可與動模型腔制成一體，這樣有利于型芯兼頂桿1和型芯兼頂桿4在頂出時的運動導向與裝配作用。固定的型芯5是為了讓出足夠的空間，在托板作翻轉運動時，有利于減小右端短支腳距翻轉圓心之間產生的變形，使得托板變形量為最小。

2.托板壓鑄模的結構方案之二

托板在壓鑄模中為平放側立式擺放，如圖4a所示。該套模具結構方案是按托板為側立式放置的空間位置進行壓鑄模設計的。

其分型面如圖4a所示，是由距直角梯形長筋上5.2 mm平面與1°斜面的空間型面所組成。這樣放置的好處：托板的脫模位置是在最不容易產生變形的寬度方向進行的，而不是在托板最容易變形的厚度方向進行的，因為厚度方向的最小尺寸為1.55mm，而寬度方向的最小尺寸為10.5mm，其脫模方向的尺寸為方案一的近7倍。這樣頂出托板寬度的方向，就不容易產生變形，也就無須采用二次脫模機構?？墒菫榱耸雇邪迥軌虮豁敵鰟幽Ｐ颓?，托板需要采用多次復雜的抽芯。托板處于第一次抽芯狀態(tài)及左型芯2處于第二次抽芯狀態(tài)，如圖4b所示。成形托板的兩側支腳的門字形槽的型芯會影響到托板的脫模，需要有左端型芯1和右端型芯6的左、右兩側的抽芯，成形托板下面的7mm×3mm×4mm長方形凸臺的型芯也會影響到托板的脫模，需要有中型芯3向后抽芯45mm。另外左側支腳的內側弧面和半圓形腰字槽是一種“障礙體”也會影響到托板的脫模，在中型芯3向后方向抽芯45mm之后，左型芯2應先向右抽芯3 mm。左型芯2處于第二次抽芯狀態(tài)，如圖4c所示。然后，左型芯2還要再向后抽芯5mm。在完成了這些抽芯之后，托板才能脫模。這種先向右方向再向后方向的變向抽芯，可疊加成為向右后方向的斜向抽芯。并且是要先完成前述的三處抽芯后，才能進行后續(xù)的抽芯，否則后續(xù)的抽芯會與成形7mm×3mm×4mm長方形凸臺的型芯在向后方向的抽芯發(fā)生“運動干涉”現(xiàn)象。如此看來，該壓鑄模的結構方案不但有四處抽芯機構，更是要有復合運動的抽芯機構，并且在運動的時間上還需要延時。抽芯機構多且運動復雜，故方案二較之方案一更為復雜。再者側立式放置會使托板的寬度方向朝著開、閉模方向，這就需要制有拔模斜角而影響到托板厚度方向的尺寸，這也是圖樣上不允許的。

圖4 托板壓鑄模的結構方案之二

3.托板壓鑄模的結構方案之三

托板在壓鑄模中是豎立式擺放，如圖5a所示。托板的抽芯過程，如圖5b、5c所示。由于托板是一個典型的細、薄、長條形的壓鑄件，其長度為160mm，脫模后要控制其變形量是件十分困難的事。“冖”形下方的R297mm弧形面、R7mm的半圓形槽和7mm×3mm×4mm的凸臺等形體需要抽芯，也是件十分困難的事。加上壓鑄模的閉合高度高，動模型腔的高度大而拔模斜度長，將會產生嚴重的尺寸超差。這樣，還需要機械加工進行補充加工。因成形脫模后的托板還會產生嚴重的變形，故這是一個注定要失敗的方案。

圖5 托板壓鑄模的結構方案之三

4.托板壓鑄模結構方案論證的結論

綜合上述三種方案，顯然方案三是個失敗的方案。方案二的結構過于復雜也不應選取，而方案一最為簡單可靠。

方案一沒有復雜的抽芯機構運動，但為了解決窄、薄、長條形的壓鑄件變形問題，采用了二次脫模機構是十分有效的。方案二雖然采用了避免脫模變形的最薄弱處的寬度方向進行脫模，而無須采用二次脫模機構，但就脫模機構而言是比方案一簡單。但是，其抽芯機構有四處之多，更是有復合運動的抽芯機構，并且在運動的時間上還需要延時，還需要避免抽芯機構的“運動干涉”現(xiàn)象的發(fā)生，其復雜性遠大于方案一的二次脫模機構。因此，還是選用方案一為上策。由于托板的兩道后續(xù)工序的加工，可由機械加工的工序來完成，又相對地減少了壓鑄模結構的復雜程度。由于托板生產批量很大，模具采用了一模兩腔，加上模具抽芯和壓鑄件脫模的自動化程度高，可以適應壓鑄件的大批量生產。

三、壓鑄模機構的論證

以托板在模具中平放臥式擺放的壓鑄模結構方案為最佳優(yōu)化方案，為了確保方案一可實施，還應該對方案一再進行更加充分地論證。

1.分型面的設置論證

如圖2a所示，由于分型面的設置，當定模開模時，便可消除托板右外側小圓弧面“障礙體”的阻礙作用。而托板的第一次脫模又消除了托板左外側大圓弧面的“障礙體”的阻礙作用。所采用的分型面在動、定模型面之間又是吻合的，不會因為存在著動、定模分型面間的縫隙而產生溢料傷人的事故，結論是分型面的設置是正確的。

2.門字形槽抽芯形式的論證

由于門字形槽雖然是處在托板兩側的支腳上，但門字形槽下端是貫通的。由此可采用動模的鑲嵌件來成形門字形槽，也方便了托板的脫模。

3.托板脫模機構論證

主要是根據(jù)壓鑄件的“障礙體”和“變形量”要素來決定脫模的形式，托板的脫模是采用二次脫模運動的形式。最大限度地減少了因托板脫模時的拔模力和冷卻收縮時的翹曲變形。

壓鑄模的結構，如圖6a所示；擺塊動作，如圖6b所示。托板脫模時，機床的頂桿推動著推板2和安裝板3，并借助擺塊18在楔板16T形槽中的運動，使得頂桿兼型芯11及頂桿兼型芯12能夠將托板從動模型芯15的型腔中頂出，完成托板的第一次頂出。此時托板仍未脫離頂桿兼型芯11和頂桿兼型芯12的上型面。當機床頂桿繼續(xù)頂出時，由于楔板16的T形槽對擺塊18運動的引導作用，使得擺塊18產生轉動而脫開安裝板3，此時安裝板3可以暫時停止移動。從而使安裝板7和頂桿10可以繼續(xù)移動10mm的距離，頂桿10即可推動托板使其脫離頂桿兼型芯11及頂桿兼型芯12而產生翻轉，并實現(xiàn)托板第二次頂出。

圖6 托板壓鑄模

4.壓鑄模結構論證的結論

綜合上述，壓鑄模分型面的設置是可靠的，兩側支腳的門字形槽成形是沒有問題的，托板的脫模也是十分可靠的，并且托板的上面為直角梯形長筋上平面的平面度不能大于0.1mm的要求是能夠得到充分保證的。事實已證明，經(jīng)測量，被二次脫模頂出的托板直角梯形長筋上平面的平直度僅為0.045mm。

5.壓鑄模的強度和剛性的校核

托板的壓鑄模型腔內熔融鋁硅合金的液體是在160t壓力的作用下進行填充，給予了模具腔壁很大的壓力，故對動模型腔的壁厚和動模墊板的厚度，需要做強度和剛性的校核，以防動模型腔產生變形而影響到托板的脫模及平面度的超差，甚至產生溢料傷人的事故。

四、結語

通過三種壓鑄模結構方案的比較后，可以分辨出方案一是簡單可行的最佳優(yōu)化方案，方案二是復雜可行的方案，方案三是必定失敗的方案。

如果不進行結構方案的分析和論證，就存在著1/3失敗的幾率，1/3自找煩惱和1/3成功的幾率。方案數(shù)量越多，成功的幾率便越少。而要想有100%成功的把握，就必須要進行模具結構最佳優(yōu)化方案的分析和論證；對壓鑄件產生的缺陷進行分析；最后是對壓鑄模的薄弱環(huán)節(jié)進行強度和剛性的校核。