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技术交流

渐开 线在复杂抽芯模具中的应用

Addtime:2009-9-27  From:吕 超    Count:6148
    前言 :在精铸产品的模具设计的中,侧边 带有抽芯的产品并不少见, 如侧边2个或4个抽 芯的模具。针对射蜡机的压力相对不是很大,温度不高,部份模具不走冷却水等的特点,我们对于少于四面的抽芯一般采用手动方式或者用半自动的方式,对于芯子的形状比较规则的(一般都是直线性的)应用比较广泛,主要在 小批量的模具设计与生产过程中是比较常用和常见的,但也有限制或要求:
当单 个芯子的重量或长度比较重或长时,靠生产人员用手抽出芯子比较费力(因为一般抽芯都是先抽出的,而此时成型的腔体内是处于静真空状态),即使能够抽出,但劳动强度大,模具的芯子也易于损坏,进而形成模具整体寿命不 长,关于寿命问题可以在结构和模具材料上下点功夫来促使其能达到大批量生产的要求。
    但是 ,如果侧边孔数目达到20几个 以上时,  形状 又比较复杂,基本占满整个产品的壁且精度要求又高,该用 何种方法呢? 例如 以下这款产品。

图(1)图(2)



如图 可见,客户对孔要求比较高且是需要铸造保证尺寸。
侧边 孔多且形状复杂都给模具带来一定的难度。

以传 统的抽芯方式开此产品的模具有以下几个缺点:

 

 

 


1.须 抽零孔位的形状和过多的抽芯数量都提高了模具设计的难度;
2.生 产人员在模具生产时存在时间长和劳动强度大,直接 导致生产效率低下.
3.抽 芯无法一次取出,而且邻近于抽芯肉厚太小,需几次抽各个芯子,增加 产品质量的不稳定性;

4.抽 芯抽离模具本体, 尖角 易碰坏,降低 了模具寿命.
5.手 工操作的方式无法保证模具精度,也会 产生披缝,增加 修模工作量.

    方案 分析:
    这款 (水分流系统)产品的形状为圆筒例产品,其周 圈分布有22个等 角并等距的环形腰圆孔,孔与 孔之间的间隔3.8mm.壁厚约4mm.内腔 中有少许肋骨位,本文不对其进行分析。
    由于 每个芯的的平面是以角度发散的,所以抽芯数量是改变不了的,就是说它肯定在一个圆周上均匀分布不22个直 行位,为了要保证产品的质量,达到客户所要求的 ±0.05的要 求,所有的抽芯必须一次性抽出,使用带位移的弧线(渐开线)可以解决此种问题。
    一次 性抽芯的好处在于:
1,使 得生产人员只需克服材料摩擦就可以打开模具
利用 渐开线本身的线条(类似于我们设计A面类 产品表面度时G3连续 )连续性,使开模后的抽芯部分的操作更趋于简单化,这是以渐开线作为抽芯基础设计的。
2,模 具的加工会更加的简便                                        
基本 上除各个单独的抽芯要求具有很高的互换性外,模具的抽芯板和渐开线板在拥有线切割和普通铣床的情况下就能完成这部分工作。
3,生产 效率得到提高
模具 的生产人员只需一个操作就能抽出模具中的22个芯子,取模 效率高.产品 的质量可以得到很好的保证。因为所有的抽芯是一次全部抽出的原故,产品出现抽心处质量问题而导致产品被归类于不全格品的情况会大大降低。
4,模具 寿命提高
抽芯 是在固定轨道移动,不用 抽离模具,避免 了尖角碰坏,提高 了模具寿命.在设 计阶段将每个芯子做成一致,抽芯 回位精度好,可以 减少毛边产生,减少 修模工作量,也可 以保证铸件精度.

    用这 种方法的要求就是侧边的孔或槽在设计时必须是等角和等距的,形状也要基本一致(因为只有一致才能很好的有利于抽芯的设计和加工)。如果侧边的孔或槽在设计时不是等角和等距的,那就不能用这种方式。因为渐开线只要不 是基于同一个基圆时,它的渐开线状态就是逐步扩大的,极大的可能就是相互干涉。在设计抽芯块时,是以基圆的圆心为夹角的起点,抽芯的形状会呈现内小外大的外观情况,所以如果须抽芯的孔或槽形状不一会极大的造成抽芯 零件的设计难度,并且也不利于生产加工。
    由以 上信息可以看出这款产品非常适合用渐开线抽芯的方式来开模,它正好排除了在开篇中讲的用这种方法的限制。那么细节设计首先要做的是单个抽芯形状的设计了。

用竖 向分模的方式确定分型面和浇口位置之后,就要对抽芯的形状进行解析了,由图(1)和图(2)可见 抽芯的成型面是被均匀剖切成一致,图中所示的封胶面在单个抽芯上呈现为尖角,且有两个方向,它必须与相邻的芯子有很好的配合才能达到封胶的目的,那么普通的三轴加工中心就无法满足此处抽芯的加工要求,我们所采用的 是卧式四轴联动的加工中心一次加工成形,以避免因零件的二次装夹而引起的积累误差,导致产品质量的下降。
    第二 需要根据每个抽芯的方向以确定抽芯板。
   只要 抽芯是按前面所讲的原则设计,每个抽芯的形状都是一致的且朝向都是直线方向(从圆 芯发布)出来的,这样 就可以确定抽芯移动板的形状了.
   抽芯 板必须限制其X和Y方向 的移动。抽芯板在绕着它的圆心旋转时是将抽芯从产品中抽出,如果抽芯板在X,Y方向 上有位移的话,那么抽芯处的产品质量就难以得到保证。抽芯板和与之在圆心处相互配合的公差应选用较精密级的,H7/js6。如图(3):

图(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

    第三 确定旋转(渐开线)板:
    经测 量我们知道了产品直径为68mm,抽芯 处的壁厚约4mm,也 就是说只要抽芯脱出产品4mm以上 就可以拿出产品进入下一工序。
    相信 大家对渐开线应该有所了解吧,那么在取渐开线前,必须根据已知的数据估算出一个合适的基圆大小,在这里基圆尺寸=mzcos(20)/2,小于100mm的直 径模数M可取0.7,齿数z取20-30之间 都是可以的,因为基圆尺寸的大小不是我们一定要追求的,我们只要在渐开线上取的线段比较合理并且在一定的范围之内能够达到我们所要求的距离,那么我就认为这个基圆的大小或者说这个渐开线是可以满足要求的。所以在这 里渐开线应尽量绘制长一些,所以终止角我们取720度.

左图 以表格形式给出渐开经计算方程(仅供参考):
其中:T:系 统的内部变量
      A:起 始生成角,
      B:终 止生成角.
      M:模数.
      R:基 圆半径.
      Z:齿数
(各种 软体输入方式有所差别,请酌情使用)
我们 只需要保证渐开线板中的各个渐开线分布不会自相干涉并同时满足在这一段行程中抽芯会顺利移动4mm以上。


 

 

 

 

 

 

 

 

    下面 我们就要取渐开线段了,大家 知道渐开线在基圆后的一段的弯曲角是非常大的,所以这一段是不能取的,而如果离得太远呢,它的延伸角又会比较平直,这一段也是不能取的,这里我们取40-70之间 的一个范围内的渐开线,然后将其在三维软体中利用运动分析解算其可行性,得出 一个旋转角度60度以 内直线移动距离8mm的线 段,并确定渐开线板大小,以确 定在旋转一定角度时抽芯是否能够完全脱出产品,使产 品能够顺利脱出模具型腔.其效 果如图(4):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

分别为:1,预 定外环圆大小 2,初 始渐开线,确定外环圆大小 3,调 整渐开线并确定长度    4,确 定渐开线角度,使每个抽芯不干涉 5,最 终设计完成的渐开线板
这样 此模具的核心设计已基本完成,

以下 的几个细节在这里再重申一下,也是必要的条件。如:
1:抽 芯形状和位置的确定方法
抽芯 必须做到里小外大,而且 其相交点必须从产品中心轴点出发,因为 只有这样才能保证各个抽芯在外行时不至于相互干涉.
2:抽 芯还有一个问题不得不提 : 必须 限制其自身的旋转

模具 装配完成后如图:

   

 

[模具 结构图]

结语
    结合 渐开线的设计理论和实际生产过程中适当调整的优化结构,用渐开线的方法来解决侧边抽芯较多的方法中的一个,这种方法可以有效的解决如涡轮叶片,水泵叶片等带 有侧向或径向抽芯 的模具,为得到更高的产品质量,必须注意以下几个方面:
1,为 保证每个铸件产品的质量,抽芯必须具有很高的配合精度,避免加工误差
2,须 很好的计算渐开线以保证在一定的旋转角度内能够达到抽芯所抽出的距离要求。
3,此 方法可以很好的解决生产人员操作的复杂程度、加工上的制造成本以及模具的使用寿命
4,大 大加速了产品的生产 效率并增强 了产品的质量保证。

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