产品是塑胶叶轮，我们看起来应该十分熟悉，由于这个产品是数控cnc五轴加工中心的典型零件。可是，假如我们要用模具来批量生产这个产品，模具的规划就需要脑洞大开了，产品怎么脱模、怎么顶出都是难题，没有几把刷子是搞不定这套模具的！我们将给我们提供难得一见的干货。

     cnc加工中心机床模具的脱模与顶出示意图：

叶轮压铸工艺与模具规划
1 引言
铸件的质量与本钱, 取决生产工艺和模具结构。图1 所示的叶轮铸件, 因叶片结构杂乱脱模困难, 所以模具结构杂乱, 本钱高。模具型芯用砂芯结构, 选用低压压铸工艺, 可解决铸件的脱模难的问题, 而且使模具结构简单, 本钱低。在规划叶轮压铸模时, 必须充分考虑金属液在充填型腔过程中, 应及时排除气体、气体夹杂物、残留涂料及冷污金属,否则将影响铸件的内部质量, 因此, 浇注体系与排溢体系的合理规划是确保铸件质量的重要因素。

2 铸件结构工艺剖析
2. 1 铸件资料剖析
图1 所示为叶轮铸件的3D 模型, 资料YL108,硬度90HB, 抗压强度Ơb= 240MPa, 密度ρ= 2. 65 g/cm3, 浇注温度610~ 650 。

1. 小凸缘2. 大凸缘3. 叶片
2. 2 铸件结构工艺剖析
从图2 可看出, 铸件总体尺度比较小, 结构上基本对称, 壁厚比较均匀且最小厚度为3mm; 有公差要求的尺度比较少, 除需机械加工的表面外, 其他表面的粗糙度要求Ra= 12. 5 m。

叶轮铸件由一个筒身内径为!65mm 大凸缘、筒身内径为φ23. 5mm小凸缘、竖立在大凸缘筒身内孔由4 块叶片及均布在四周的6 块叶片所组成, 四周的6 块叶片部分形成了侧向凹槽, 在与凸缘外径为φ130mm底面衔接处选用R6 mm的圆弧过渡, 与内筋板之间形成内扣凹槽,形成侧向型芯抽拔困难。



图2 铸件尺度

制作这种叶轮有2 个计划:① 叶片部分的型芯做成砂芯, 选用低压铸造工艺; ② 通过对铸件的结构进行改进, 设法去掉R 6mm的圆弧过渡所形成的内扣凹槽, 选用侧向抽芯或镶块的方式成型叶片内部形状, 选用高压压铸工艺。两计划的比较如表1所示。

表1 计划比较



从表1 可知: 从压铸方式方面考虑, 选用低压铸造具有液体金属充型比较平稳; 铸件成形性好,有利于成形轮廓清晰、表面光洁的铸件; 劳动条件好; 设备简略, 因而计划① 优于计划② 。从模具结构复杂程度、制作难度、制作本钱和制作周期方面考虑, 计划①  也优于计划 ② 从成型铸件精度方面考虑, 计划② 优于计划① , 因为铸件只有少数尺度有较高要求, 其他尺度精度要求不高, 计划① 也满意出产要求。

综合上述剖析, 最终挑选计划① , 虽然叶轮压铸件毛坯的后处理要增加砂芯清理工序, 但模具结构简略, 在批量不大的情况下有利于下降铸件本钱。

3 模具规划计划
3. 1 分型面确认
挑选分型面应综合考虑铸件在开模后留在动模、浇注体系和排溢体系的规划、铸件的顺畅脱出、两凸缘内孔的同轴度及铸件美观要求, 有利于金属液填充和排气, 便于模具的制作以及简略去除铸件飞边等问题。铸件分型面的挑选如图3 所示的A- A分型面。



图3 分型面挑选

3. 2 浇注体系规划
浇注体系对金属液在模内流动的方向与状况、排气溢流条件、压力传递等起到重要的操控作用, 规划合理的浇注体系是模具规划作业中的重要环节。叶轮铸件是一个规则的旋转体, 中心有通孔, 挑选中心浇口, 可以使铸造时最大限度地削减模具分型面的投影面, 各金属液的流程最短, 模具结构紧凑, 排气作用比较好。浇注体系规划成图4 所示的中心浇口方式。



图4 中心浇口与溢流槽方位

3. 3 排溢体系规划
排溢体系与浇注体系在整个型腔充填进程中是一个不可分割的整体, 排溢体系由溢流槽和排气槽两部分组成。模具溢流槽共8 个, 截面选用较常用的半圆形截面形状, 规划的溢流槽总容积不少于铸件体积的20% , 各尺度如图5 所示。

模具排气槽设置在金属液最终填充的部位。定模型腔的排气槽布置在溢流槽后端与溢流槽合作,以加强溢流和排气作用, 动模型腔的排气槽与分型面虽有一小段垂直距离, 但这段距离是砂芯与定模镶块接触面, 并且也靠近分型面, 对排气作用没有形成太大的影响。为了削减排气阻力, 排气槽在分型面上投影形状制成扩展的喇叭形状, 如图5 所示。



图5 溢流槽与排气槽的主要尺度

4 模具结构与作业进程
4. 1 模具结构
经过对铸件质量、锁模力、开模行程、模厚以及模具安装尺度等核算与校核后, 并考虑到出产厂家的现有设备, 挑选J452B 悬臂立式低压压铸机出产,出产时铸件与余料分别从模具2 个分型面取出, 因而压铸模选用图6 所示的结构。成型零部件由动模镶块18、定模镶块19、砂芯26、型芯镶块28 组成。动模镶块18 用轴肩固定在动模固定板上, 定模固定板20 与导柱固定板21 间为I - I分型面。定模镶件不适宜选用轴肩固定式, 在此选用窝孔及螺钉25 固定在定模固定板上。因为模具有2 个分型面, 为了使导柱在I - I 、II- II面分型时, 对定、动模固定板的滑动起导向与定位作用, 导柱31 通过导柱固定板21 和定模座板22 固定。成形风叶部分的型芯选用砂芯计划, 在推杆作用下, 铸件带砂芯连同推出模外, 因而模具结构简略, 本钱低。
4. 2 模具作业进程
合模, 金属液倒入压室经压射充填型腔, 冷却、结晶、固化成形后, 动模后移, 首先在I - I 处置型, 拉断余料, 再从II- II处置型, 使浇道凝料脱离定模镶块19, 附在动模上, 压铸机的顶出组织推进模具推板, 带动推杆6、7, 推进压铸件连同砂芯脱离动模镶块18, 完结脱模动作。

1. 螺钉2. 螺钉3. 限位钉4. 复位杆5. 推板导柱6. 推杆7. 推杆8. 螺钉
9. 推杆固定板10. 推板11. 螺钉12.动模座板13. 垫块14. 圆柱销15. 圆
柱销16. 支承板17. 动模固定板18. 动模镶块19. 定模镶块20. 定模固定板
21. 导柱固定板22. 定模座板23. 螺钉24. 螺钉25. 螺钉26. 砂芯27. 浇口套
28. 型芯镶块29. 圆柱销30. 导套31.导柱32. 导套
5 结束语
叶轮叶片结构较复杂, 选用砂芯结构低压铸造工艺, 契合客户对铸件技术要求, 避免了侧抽芯组织, 大大简化了模具结构。经试模, 脱模设备动作可靠, 铸件质量良好, 彻底满意用户的要求。