鋁合金鑄件模具設計案例探析
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摘要：模具是現(xiàn)代工業(yè)的核心,是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一[1]。模具設計合理與否，直接關系到鑄件的質量與加工成本。同時為了達到一些客戶的特殊要求，例如生產進度要求等，設計者不能夠拘泥或局限于模具設計的基本模式,而應不斷發(fā)展和創(chuàng)新。針對幾種有特點的鋁合金鑄件的模具設計方案做了認真的分析，從模具設計上解決了交貨期短的壓力，同時降低模具制造成本，為公司獲得更高的經濟效益。
關鍵詞：模具設計；交貨期短；模具制造成本；經濟效益
21世紀模具制造行業(yè)追求的目標是提高產品質量及生產效率,縮短設計及制造周期，降低生產成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力[2]，如何保證產品質量、控制成本、縮短模具制造周期、提高生產效率是值得同行認真思考的問題。本文以幾種鋁合金鑄件的模具設計思路舉例分析，與模具設計者和制造同行共同交流探討關于模具設計及模具加工的心得。
1案例一（周期短、量少的模具與工藝設計）
1.1產品及背景簡介
該組導體鑄件是某高壓電氣產品的重要組成部件，三種鑄件中間部位相同，只有兩側導電接觸端面角度不同，鑄件的外觀尺寸為：ø120mm×761mm，單重為20.75kg，材質AL-Si7Mg，如圖1所示。
1.2模具設計
模具交貨期較急，且每種鑄件僅有6件需求，按客戶的交貨工期，很難在規(guī)定日期內完成三套模具。金屬型模具與砂型模具對比分析：（1）金屬型模具制造周期是砂型模具制造周期的兩倍；（2）金屬型模具材料費、加工費比較昂貴；（3）金屬型適用于批量生產。筆者決定采用砂型模具生產。由于鑄件兩端導電接觸面為鍍銀面，質量要求非常嚴格，不允許有縮松、針孔等缺陷，故需要通過放置冷鐵，對加工面進行激冷，消除鑄件局部熱節(jié)處的縮孔和縮松，來保證加工面的組織致密度?？紤]到此三種鑄件結構的特殊性，筆者決定三種導體共用一套模具，通過變換不同冷鐵來調整兩端加工面的角度。這樣一套模具通過更換冷鐵的方式，就可以生產出三種不同鑄件，如圖2所示。
1.3生產驗證
通過變換不同冷鐵來調整鑄件兩端加工面角度的方式，生產出三種不同的鑄件，不僅縮短了模具的制造周期，也降低了制造成本，保質保量按期交付了生產任務。為相關模具設計和制造提供了可借鑒的經驗。
2案例二（局部加工困難的模具與工藝設計）
2.1產品簡介
以某異形罐體為例，該罐體最大外觀尺寸為610mm×600mm×429mm，鑄件壁厚為12mm，鑄件單重65kg，材質：AC4CH-T6，如圖3所示。
2.2模具工藝設計及模具加工
根據(jù)鑄件的結構特點，筆者考慮采用低壓鑄造鐵模砂芯生產，但由于上下法蘭均有密封槽寬11mm、深6.6mm，若做兩開型模具，密封槽處的加工量較大，有出現(xiàn)針孔的風險。故增加了上模和底模，將密封槽部分由上模和底模鑄出，保證了法蘭端面與密封槽處均有3mm的加工量，保證了密封槽的質量。由于鑄件在斜下45°有一處70mm×70mm方棋子，如圖3所示。正常左右兩開模有干涉，通常我們用加活塊的方式來解決，但棋子端面距底模比較近，加活塊后模具的壁厚會很薄，壁薄的模具經過高溫很容易變形，如果將模具采用曲面分型（如圖4所示），凸臺的一部分由底模帶出，一部分由半模帶出，這樣避免了模具生產時的變形問題，同時也提高了鑄件的外表面質量，縮短了模具加工周期。由于法蘭比較特殊，半模整體加工比較麻煩，將半模分為兩部分來加工，從法蘭端面分型，法蘭外圓及后背由左右模鑄出，法蘭端面由鑲塊鑄出。半模用數(shù)控鏜床加工型腔、鑲塊用普通銑床加工，這樣就解決了法蘭深處無法加工的難題，也縮短了模具加工的生產周期。模具設計結構圖如圖5所示。
2.3計算機數(shù)值模擬
采用鑄造凝固過程計算機數(shù)值模擬技術對此工藝方案進行模擬，如圖6所示，證明了此工藝方案的可行性。
2.4生產驗證
利用此模具我們已經進行了批量投產，生產的鑄件沒有任何鑄造缺陷。
3結語
通過以上案例說明，對于我們模具設計者來說不能局限于設計模具的基本模式，應結合實際情況綜合考慮，不斷探索、不斷創(chuàng)新，復雜模具簡單化設計，降低模具成本，縮短模具生產周期，為企業(yè)獲得更大的經濟效益。
參考文獻：
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[2]王曉梅，程曉宇.基于現(xiàn)代IT技術下的模具設計制造系統(tǒng)[J]．機械研究與應用，2006（4）:14-15.
[3]姜麗，程俊明，李勝君，等.鋁合金鑄件油分殼金屬型模具設計[J].中國鑄造裝備與技術，2022，51（02）：92-94.
作者:姜麗 程俊明 李勝君 盧德寶 孫曉莉 梁迪 趙娜娜 劉寧 單位:新程（營口）精密設備有限公司