摘 要：文章對帶斜銷抽芯機構壓鑄模的受力情況進行了系統分析，明確了壓鑄模結構參數優化設計的基本原則，能夠對模具設計人員進行理論指導。
關鍵詞：壓模 力學分析 工藝參數設計

引言

壓力鑄造以金屬鑄造為基礎，將熔融合金在高壓、高速條件下成型，從根本上解決了金屬流動性問 題。要充分發揮壓力鑄造制備組織致密、具有良好力學性能鑄件的特點，除了正確實施壓鑄合金冶煉工 藝、選擇合適的壓鑄機外，更重要的在于設計、制造滿足工藝要求的壓鑄模壓鑄模是保證正確實施壓鑄工藝必不可少的裝備，其設計質量的好壞直接關系到制件質量的優劣和生產效率的高低。

帶斜銷抽芯機構的壓鑄模是一種常見的壓鑄成型模具，該類模具利用開閉模動力抽芯復位，結構簡單。 但其結構參數的設計對模具的工作狀況和工作質量影響很大，如何在對該類模具進行可靠力學分析的基礎 上，優化其結構參數的設計，具有十分重要的應用價值。

1 帶斜銷抽芯機構壓鑄模工作原理

圖一為帶斜銷抽芯機構壓鑄模結構簡圖。合模狀態時斜銷2與分型面成一定角度固定在定模座板 3內并穿過定模套板4進入滑塊6，滑塊由楔緊塊5鎖緊。開模時滑塊由斜銷帶動在導滑槽內運動，抽出型芯。抽芯結束后 滑塊由限位塊7擋住，不離開導滑槽。閉模后斜銷滑塊復位。

圖一 帶斜銷抽芯機構模結構簡圖
1-定模鑲塊 2-斜銷 3-定模座板 4-定模套板 5-楔緊塊
6-滑塊 7-限位塊 8-動模套板 9-動模座板

2 帶斜銷抽芯機構壓鑄模力學分析

2.1 滑塊力學分析

模具中斜銷抽芯機構滑塊能否正常工作與其受力情況有 關，而滑塊受力情況與其設計參數直接關聯，所以分析滑塊 受力情況和自鎖條件是合理設計斜銷抽芯機構的基礎。

圖二為滑塊受力情況。a、b、c、h、s為滑塊結構尺寸， F為抽芯力，N1為斜銷對滑塊的正壓力，f1為斜銷對滑塊的 摩擦力，N2、N3、N4分別指楔緊塊、定模套板、動模套板對滑塊的正壓力，f2、f3、f4分別表示N2、N3、N4所對應 的摩擦力。

圖二 滑塊受力分析

考慮到滑塊不受彎矩作用，則開模瞬間滑塊的靜力平衡方程表示為:

F+f3+f4+f2·sinβ+f1·sinα＝N1·cosα+N2·cosβ (1)

N3+N1·sinα+f1·cosα=N2·sinβ+N4 (2)

(N1·cosα－f1·sinα)b+(N1·sinα+f1·cosα)·(s+btgα)+f2(S－h)·sinβ+N4(a/2-s)=Fc+f3·

b+N2sinβ(s-h/2)+N2cosβ(b-sinβh/2)+N3(a/2-s) (3)

因此，開模時滑塊的受力情況既與抽芯力有關，同時與滑塊及斜銷的結構尺寸相關。考慮到楔緊塊 和定模套板只在合模狀態及開模瞬間起作用。同時f1=μN1，f2=μN2，f3=μN3，f4=μN4，則抽芯 過程中滑塊靜力平衡方程簡化為:

N1·cosα=F+f3=F+μN3 (4)

N1·sinα=N3 (5)

聯立(4)、(5)式解得

N1=F/(cosα-μsinα)

若cosα－μsinα為零，則N1為無窮大，此時滑塊自鎖，即滑塊自鎖條件為μ=tanα。

為可靠保證滑塊工作時不自鎖，α取值不宜過大，但α值減少時將導致滑塊和斜銷長度必須相應增加才能 保證抽芯距，所以α取值一般以15°~25°為宜。

2.2 斜銷力學分析

從滑塊受力分析，斜銷受力情況如圖三所示。

圖三 斜銷受力分析

把斜銷看成支點為A的懸壁梁，設斜銷固定伸出端點，B為 抽芯力作用點，則彎矩為:

M=N1·h1

＝[F/(cosα-μsinα)]·h/cosα

=Fh/[cosα(cosα-μsinα)]

而抽芯力的計算由圖四可知:

圖四 抽芯力計算參考

F=F阻·cosθ－F包·sinθ

F=clp(μcosθ－sinθ)

式中c表示型芯斷面周長，l表示被鑄件包緊的型芯長度，p表示單位包緊力，θ表示型芯脫模斜度，μ摩擦系數。

2.3 鎖模力計算

鎖模力必須大于脹型力在合模方向上的合力。

由圖五知，脹型力在合模方向上的合力包括鑄件熔融合金沖滿型腔后對動、定模產生的沿鎖模方向的壓力 F1、型芯成型部分沿抽芯方向垂直方向壓力作用在楔緊塊上的分力F2之和。

圖五 鎖模力計算

F1=PA

F2=F法＝F反·tanβ=PA 1·tanβ

即:F鎖≥K(PA+PA1·tanβ)

式中K表示安全系數，P表示壓射比壓、A表示鑄件在合模方向垂直面上的投影面積，A1表示型芯在抽芯方 向垂直方向投影面積、β表示楔緊塊斜面與合模方向的夾角。

3 模具參數設計

3.1 斜銷長度計算

如圖六知，斜銷總度既與模具結構有關，也同抽芯距有關，即:

L=L1+L2+L3+L4+L5

L=D/2·tanα+H/cosα+d/2·tanα+s/sinα

式中s表示抽芯距，H表示斜銷固定部分套板厚度，d表示 斜銷直徑，D表示斜銷固定臺階直徑。考慮抽芯可靠，實際斜 銷長度比計算值大5～10mm。

圖六 斜銷長度計算圖


3.2 斜銷直徑設計

由斜銷受力分析知其所受彎矩為Fh/[cosα(cosα－μsin α)]，若材料許用抗彎強度為[σ]ω，則Fh/[cosα(cosα－μsin α)0.1d3]≤[σ]ω，由此可得:


4 結束語


在分析壓鑄模抽芯機構受力情況的基礎上論述了模具結構 優化措施，從理論上明確了工藝參數設計和選擇的原則，對模具設計具有一定的現實指導意義。

參考文獻
1.王書勛等.《實用模具設計與制造》.長沙.國防科技大學出版社,1994

2.金蘊林等.《最新實用壓鑄]技術》.北京.兵器工業出版社,1993