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技術交流

漸開線在復雜抽芯模具中的應用

Addtime:2009-9-27  From:呂超    Count:7411
    前言:在精鑄產品的模具設計的中,側邊帶有抽芯的產品并不少見, 如側邊2個或4個抽芯的模具。針對射蠟機的壓力相對不是很大,溫度不高,部份模具不走冷卻水等的特點,我們對于少于四面的抽芯一般采用手動方式或者用半自動的方式,對于芯子的形狀比較規則的(一般都是直線性的)應用比較廣泛,主要在小批量的模具設計與生產過程中是比較常用和常見的,但也有限制或要求:
當單個芯子的重量或長度比較重或長時,靠生產人員用手抽出芯子比較費力(因為一般抽芯都是先抽出的,而此時成型的腔體內是處于靜真空狀態),即使能夠抽出,但勞動強度大,模具的芯子也易于損壞,進而形成模具整體壽命不長,關于壽命問題可以在結構和模具材料上下點功夫來促使其能達到大批量生產的要求。
    但是,如果側邊孔數目達到20幾個以上時,  形狀又比較復雜,基本占滿整個產品的壁且精度要求又高,該用何種方法呢? 例如以下這款產品。

圖(1)圖(2)



如圖可見,客戶對孔要求比較高且是需要鑄造保證尺寸。
側邊孔多且形狀復雜都給模具帶來一定的難度。

以傳統的抽芯方式開此產品的模具有以下幾個缺點:

 

 

 


1.須抽零孔位的形狀和過多的抽芯數量都提高了模具設計的難度;
2.生產人員在模具生產時存在時間長和勞動強度大,直接導致生產效率低下.
3.抽芯無法一次取出,而且鄰近于抽芯肉厚太小,需幾次抽各個芯子,增加產品質量的不穩定性;

4.抽芯抽離模具本體, 尖角易碰壞,降低了模具壽命.
5.手工操作的方式無法保證模具精度,也會產生披縫,增加修模工作量.

    方案分析:
    這款(水分流系統)產品的形狀為圓筒例產品,其周圈分布有22個等角并等距的環形腰圓孔,孔與孔之間的間隔3.8mm.壁厚約4mm.內腔中有少許肋骨位,本文不對其進行分析。
    由于每個芯的的平面是以角度發散的,所以抽芯數量是改變不了的,就是說它肯定在一個圓周上均勻分布不22個直行位,為了要保證產品的質量,達到客戶所要求的 ±0.05的要求,所有的抽芯必須一次性抽出,使用帶位移的弧線(漸開線)可以解決此種問題。
    一次性抽芯的好處在于:
1,使得生產人員只需克服材料摩擦就可以打開模具
利用漸開線本身的線條(類似于我們設計A面類產品表面度時G3連續)連續性,使開模后的抽芯部分的操作更趨于簡單化,這是以漸開線作為抽芯基礎設計的。
2,模具的加工會更加的簡便                                        
基本上除各個單獨的抽芯要求具有很高的互換性外,模具的抽芯板和漸開線板在擁有線切割和普通銑床的情況下就能完成這部分工作。
3,生產效率得到提高
模具的生產人員只需一個操作就能抽出模具中的22個芯子,取模效率高.產品的質量可以得到很好的保證。因為所有的抽芯是一次全部抽出的原故,產品出現抽心處質量問題而導致產品被歸類于不全格品的情況會大大降低。
4,模具壽命提高
抽芯是在固定軌道移動,不用抽離模具,避免了尖角碰壞,提高了模具壽命.在設計階段將每個芯子做成一致,抽芯回位精度好,可以減少毛邊產生,減少修模工作量,也可以保證鑄件精度.

    用這種方法的要求就是側邊的孔或槽在設計時必須是等角和等距的,形狀也要基本一致(因為只有一致才能很好的有利于抽芯的設計和加工)。如果側邊的孔或槽在設計時不是等角和等距的,那就不能用這種方式。因為漸開線只要不是基于同一個基圓時,它的漸開線狀態就是逐步擴大的,極大的可能就是相互干涉。在設計抽芯塊時,是以基圓的圓心為夾角的起點,抽芯的形狀會呈現內小外大的外觀情況,所以如果須抽芯的孔或槽形狀不一會極大的造成抽芯零件的設計難度,并且也不利于生產加工。
    由以上信息可以看出這款產品非常適合用漸開線抽芯的方式來開模,它正好排除了在開篇中講的用這種方法的限制。那么細節設計首先要做的是單個抽芯形狀的設計了。

用豎向分模的方式確定分型面和澆口位置之后,就要對抽芯的形狀進行解析了,由圖(1)和圖(2)可見抽芯的成型面是被均勻剖切成一致,圖中所示的封膠面在單個抽芯上呈現為尖角,且有兩個方向,它必須與相鄰的芯子有很好的配合才能達到封膠的目的,那么普通的三軸加工中心就無法滿足此處抽芯的加工要求,我們所采用的是臥式四軸聯動的加工中心一次加工成形,以避免因零件的二次裝夾而引起的積累誤差,導致產品質量的下降。
    第二需要根據每個抽芯的方向以確定抽芯板。
   只要抽芯是按前面所講的原則設計,每個抽芯的形狀都是一致的且朝向都是直線方向(從圓芯發布)出來的,這樣就可以確定抽芯移動板的形狀了.
   抽芯板必須限制其X和Y方向的移動。抽芯板在繞著它的圓心旋轉時是將抽芯從產品中抽出,如果抽芯板在X,Y方向上有位移的話,那么抽芯處的產品質量就難以得到保證。抽芯板和與之在圓心處相互配合的公差應選用較精密級的,H7/js6。如圖(3):

圖(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

    第三確定旋轉(漸開線)板:
    經測量我們知道了產品直徑為68mm,抽芯處的壁厚約4mm,也就是說只要抽芯脫出產品4mm以上就可以拿出產品進入下一工序。
    相信大家對漸開線應該有所了解吧,那么在取漸開線前,必須根據已知的數據估算出一個合適的基圓大小,在這里基圓尺寸=mzcos(20)/2,小于100mm的直徑模數M可取0.7,齒數z取20-30之間都是可以的,因為基圓尺寸的大小不是我們一定要追求的,我們只要在漸開線上取的線段比較合理并且在一定的范圍之內能夠達到我們所要求的距離,那么我就認為這個基圓的大小或者說這個漸開線是可以滿足要求的。所以在這里漸開線應盡量繪制長一些,所以終止角我們取720度.

左圖以表格形式給出漸開經計算方程(僅供參考):
其中:T:系統的內部變量
      A:起始生成角,
      B:終止生成角.
      M:模數.
      R:基圓半徑.
      Z:齒數
(各種軟體輸入方式有所差別,請酌情使用)
我們只需要保證漸開線板中的各個漸開線分布不會自相干涉并同時滿足在這一段行程中抽芯會順利移動4mm以上。


 

 

 

 

 

 

 

 

    下面我們就要取漸開線段了,大家知道漸開線在基圓后的一段的彎曲角是非常大的,所以這一段是不能取的,而如果離得太遠呢,它的延伸角又會比較平直,這一段也是不能取的,這里我們取40-70之間的一個范圍內的漸開線,然后將其在三維軟體中利用運動分析解算其可行性,得出一個旋轉角度60度以內直線移動距離8mm的線段,并確定漸開線板大小,以確定在旋轉一定角度時抽芯是否能夠完全脫出產品,使產品能夠順利脫出模具型腔.其效果如圖(4):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

分別為:1,預定外環圓大小 2,初始漸開線,確定外環圓大小 3,調整漸開線并確定長度    4,確定漸開線角度,使每個抽芯不干涉 5,最終設計完成的漸開線板
這樣此模具的核心設計已基本完成,

以下的幾個細節在這里再重申一下,也是必要的條件。如:
1:抽芯形狀和位置的確定方法
抽芯必須做到里小外大,而且其相交點必須從產品中心軸點出發,因為只有這樣才能保證各個抽芯在外行時不至于相互干涉.
2:抽芯還有一個問題不得不提 : 必須限制其自身的旋轉

模具裝配完成后如圖:

   

 

[模具結構圖]

結語
    結合漸開線的設計理論和實際生產過程中適當調整的優化結構,用漸開線的方法來解決側邊抽芯較多的方法中的一個,這種方法可以有效的解決如渦輪葉片,水泵葉片等帶有側向或徑向抽芯的模具,為得到更高的產品質量,必須注意以下幾個方面:
1,為保證每個鑄件產品的質量,抽芯必須具有很高的配合精度,避免加工誤差
2,須很好的計算漸開線以保證在一定的旋轉角度內能夠達到抽芯所抽出的距離要求。
3,此方法可以很好的解決生產人員操作的復雜程度、加工上的制造成本以及模具的使用壽命
4,大大加速了產品的生產效率并增強了產品的質量保證。

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