摘要：根据某款汽车变速器壳体外形及孔位的结构特点,对铸件浇注系统、多滑块内嵌式的抽芯结构设计以及模具冷却系统的设计要点进行了分析，认为产品结构及浇注系统决定模具结构。合理的模具结构不仅能够提高成品率及生产效率，还可简化压铸模具加工工艺流程，从而降低模具制造成本。

近几年由于国内汽车行业的持续发展，对大型压铸模具的需求越来越大。虽然国内的大型压铸模具有了很大进步，但是与国外先进技术还存在较大的差距，如用以制造汽车发动机缸体以及复杂变速箱壳体等的压铸模具。更重要的是，由于这类产品的质量将直接影响汽车发动机、变速箱的性能，且后序加工制造费用高，因此对于此类模具的成品率、生产效率、制造成本以及模具的可靠性要求更高。本课题将根据某款汽车变速器壳体外形及孔位的结构特点，从铸件浇注系统设计出发，介绍了多滑块嵌套式的抽芯机构以及模具冷却系统，最终得到了合格的产品。

1、变速器壳体产品结构分析

图1为某款汽车变速器的壳体压铸件，材质为ADCl2铝合金，轮廓尺寸为550 mm×444 mm×301 mm，总质量约为27.3 kg，属于大型压铸件。该产品的结构复杂，多加强筋和孔位，主体壁厚为7 mm，壁厚不均匀，从图1可以看出，产品外侧四周多孔，模具4个方向需设计滑块结构；从图1a可看出，产品孔系较多，局部区域壁厚较厚，且对轴承孔及气缸孔部位气密性要求高；从图1b可以看出，产品内部存在深腔结构，且两侧大的轴承孔中心部位采用压铸工艺无法铸出，需完全填充，与底部连接，后续通过机加工实现，此处连接后，由于深腔及壁厚问题，产生内部缺陷风险较大,此为难点1；另外，侧面孔系较多且密集，模具布置冷却系统时，难度大，复杂程度高，同时，存在与方向不同的8个螺纹孔,两者之间存在较大夹角，无法进行同向抽芯，需要单独设计抽芯机构,保证内部质量,此为难点2，见图1b和图1c。

图1：变速器壳体产品三维模型

2、浇注系统的设计

产品结构及浇注系统对模具结构起决定性作用，合理的浇注系统，不仅能够保证铸件质量，还可简化模具。为解决难点1，保证两侧大轴承孔内部质量，对产品（图2）进行小改进，在轴承孔表面增加些许密集小网格，以缓解铸件表面缺陷，特别是气孔和增加表面积，从而增加散热面，提高散热效率。

在靠近两侧大轴承孔端面（机加工面）设计浇排系统（见图2），专门设计1条支路填充远处大轴承孔，确保轴承孔内部质量;在铸件远处或汇集部位设置集渣包，保证远端冷料及气体、夹渣能够最大限度的流入，以消除铸件缺陷。另外，此浇注系统可使用机械电锯或后续采用切边模去除，其余残留浇冒口通过机加工就可去除，铸件外观质量好。

采用此种浇注系统后，模具分型面只能选择靠近两侧大轴承孔端面上，正面浅腔设计在定模上，背面深腔设计在动模上，4个侧面设计为上下左右共4（？）个滑块，图1b所示的复杂侧面位于模具底部。

3、模具设计

3.1 滑块结构设计

根据铸件结构特点，除动定模之外，在铸件四周加强筋部位进行分模（图3），由于8个螺纹孔（模具设计为型销）与底部出模方向角度不一致,设计两个侧滑块5、6，采用多滑块嵌套式的抽芯机构（又叫二级联动抽芯机构）进行抽出。采用各自的传动元件，在模具开模时，先抽出侧滑块5、6，再抽出滑块1，完成开模动作,模具合模时，大滑块1复位后，小滑块再复位。

3.2 二次抽芯结构设计

图4为壳体下滑块结构，图5为二级抽芯动作过程。压铸件成形后开模，开模力使斜销和侧滑块5、6的斜孔做相对运动。由于侧滑块以间隙配合的形式安装在动模板的压条槽内，故驱动侧滑块向外移动。当移动到抽芯距离后，完成侧抽芯和开模的动作。这时在限位块的作用下，侧滑块准确停留在斜销抽出滑块时的终止位置上，以免在下次合模时斜销和斜孔错位，发生碰撞事故。

合模时，斜销准确地进入侧滑块的斜孔，并带出复位动作。但仅靠斜销的定位是很困难的，而且斜销的锁压作用在受压射压力的高压冲击时会引起侧滑块的后退。因此设计侧滑块的锁紧装置，即楔紧块，其内侧与小滑块尾部以斜面研合接触，确保侧型芯的精确定位，并锁紧侧滑块，防止因受侧向压射压力而产生位移或后退。

图5：二级抽芯动作过程

3.3 模具冷却系统设计

模具冷却系统对铸件质量、模具寿命以及生产稳定性起着关键性因素。为保证此铸件内部品质，在模具四周及上下位置分别设计各种类型水路，见图6。从图6a可以看出，在动定模上设计大的循环冷却，深腔部位均设计点冷却或高压冷却，尽可能消除局部过热而产生缩孔、裂纹及粘模问题；由于底部滑块嵌套式的抽芯机构设计，导致大循环冷却水布置时空间位置小，仅在周边设计1组循环冷却，其余在过热位置设计多个点冷却；其余两侧面，由于深腔位置及孔系少，结构简单，主要以多层循环冷却为主，以确保模具温度的稳定和平衡。从图6b可以看出，在2个二级抽芯上分别设计1组复杂的循环冷却，不仅能够冷却每个型销，而且能够冷却斜抽芯机构，使得抽芯机构的工作状态平稳，故障率低，生产效率高。

图6：冷却系统设计

4、生产验证

采用上述的设计方案制作完成了模具，并进行了生产。图7为压铸件合格产品照片，两侧轴承孔及产品底部8个螺纹孔机加工后，均未出现明显缺陷。通过实际生产的验证，此种结构模具能够解决同一侧面不同抽芯方向的问题，且抽芯平稳、顶出安全，铸件质量及尺寸均能满足产品的要求，现已实现批量生产。

图7：合格产品

5、结论

（1）ADC12铝合金变速箱壳体压铸模分型面选择靠近两侧大轴承孔端面上，正面浅腔设计在定模上，背面深腔设计在动模上，4个侧面设计为上下左右4个滑块，复杂侧面位于模具底部。

（2）由于产品底部8个螺纹孔与出模方向角度不一致，综合考虑模具空间结构，采用多滑块嵌套式抽芯机构，简化压铸模加工工艺流程，从而达到降低模具制造成本、提高生产效率的目的。

（3）采用循环冷却、点冷却及高压冷却来确保模具温度的稳定和平衡。同时，在侧抽芯机构中设计循环冷却，确保其工作状态的平稳性，提高生产效率。

作者：
万晓萌 张笑 王晔 贺尔康
陕西法士特汽车传动集团有限责任公司

本文来自：《特种铸造及有色合金》杂志2020年第40卷第08期