.jpg) 原标题：离合器壳体压铸模推出机构的优化设计 随着国内工业生产的迅速发展，我国模具行业发展迅速，目前压铸模具总产量仅次于美国，成为名副其实的压铸大国。压铸件广泛应用于汽车、摩托车、机械装备及电子产品。汽车发动机缸体、缸盖罩、链条盖、变速箱壳体和离合器壳体等较大型零件均采用铝合金高压铸造。为满足大批量生产的要求，对压铸模具的质量、寿命及使用的可靠性提出了更高的要求。本研究以一款手动挡汽车离合器壳体为例，分析该壳体的结构特点及分型面选择，结合生产过程中存在的产品不良、维修维护情况，对离合器壳体压铸模的推出机构进行结构优化设计，为类似压铸件的开发提供参考。 图文结果 汽车离合器是安装在发动机与变速器之间的总成部件，是发动机和传动系统之间传递动力的部件。离合器壳体起到连接、支撑和保护离合器内部零部件的作用，提高离合器工作的稳定性。图1为某型手动挡汽车离合器壳体，其外轮廓尺寸为477 mm×358 mm×130 mm，平均壁厚为3.5 mm。从铸件结构来看，壳体铸件在两侧不同方向有两个腔体组成，一侧与发动机飞轮组连接侧有ϕ276.5 mm×122 mm的腔体，另一侧与变速器壳体连接侧有最大直径为ϕ189 mm台阶状的腔体，铸件两侧平面及侧向有多处螺栓安装凸台形成的厚壁区域。铸件材质为AlSi9Cu3（Fe），质量为6.1 kg。铸件加工后需要进行密封测试，在0.1 MPa压力下，泄漏量小于20 mL。 压铸模具主要由动模和定模两部分组成，动模和定模的接触表面即为分型面。分型面一般选择在铸件外轮廓尺寸最大的断面，以保证铸件在开模后顺利从模具型腔中分离；同时要满足压铸件在开模后留在动模一侧，利用压铸机的推出机构可以顺利、平稳地将铸件推出，从而简化模具结构。结合离合器壳体的外形特点，分型面选择在两侧腔体的最大端面处，以侧向斜面过渡，形成折线分型面。起模斜度一致的型腔面（或型芯面）在一侧型腔中成形。要实现压铸件在开模后留在动模一侧，则需将包紧力大的一侧设为动模。包紧力的大小主要与铸件包裹的成形部分的表面积、壁厚、起模斜度等因素相关，因此将离合器壳体与发动机结合侧较大的装配腔室设置在动模，确定了铸件的主分型面。根据铸件局部形状的变化，对主分型面局部进行细化，确定离合器壳体分型面。图2为离合器壳体的分型面。
图1 离合器壳体3D形貌
图2 离合器壳体分型面 离合器壳体在批量生产时，存在变形及微裂纹缺陷，见图3。铸件毛坯变形约占报废件的60%以上，变形位置发生在离合器壳体与变速器壳体的结合面，下部翘起1~2 mm，批量生产时依靠增大毛坯底面和侧向孔的加工余量来抵消变形带来的缺陷，造成很大的浪费；微裂纹发生的位置固定在下部的螺栓凸台，无明显痕迹，不良率小，发生阶段为生产中后期。经分析，铸件两种缺陷均是因为铸件的结构导致的包紧力受力位置及方向各异而产生的。模具在开模瞬间受力状况见图4，动模包紧力和定模包紧力呈上下分布，方向相反，开模瞬间动模包紧力强制将壳体脱离定模，尽管定模下方有冲头推出力的作用，但由于内浇口处强度较低，在开模的瞬间冲头跟出力将横浇道与铸件在内浇口处断开，无法协助定模推出。模具使用初期，由于定模局部包紧力的作用致使铸件发生变形。到模龄中后期随着模具型腔表面出现龟裂，模具表面粗糙，定模局部包紧力加大，致使个别铸件出现微裂纹。
图3 离合器壳体缺陷位置
图4 离合器壳体开模时受力图 压铸模具的定模推出机构常用碟簧推出和液压推出。液压缸推出常用于推出面积小、推出力集中场合，而离合器壳体定模推出的推杆分散布置在壳体腔体的下半部，在腔体圆周螺栓凸台处共设置6个推杆，推出范围较大，因此采用碟簧推出。定模推出机构的三维示意图见图5，结构组成见图6。工作过程如下：合模时动模镶块平面与该机构的复位杆接触，在合模力的作用下压缩碟簧，复位杆带动推杆固定板和推杆复位，合模结束，复位杆运动至与分型面平齐，此时安装在推板上的限位柱与压铸机定模板平齐。开模时处于压缩状态的碟簧释放松开，在碟簧的推力作用下，带动推板、推杆固定板运动，将推杆及复位杆推出高于分型面，从而实现在开模的同时将铸件从定模推出。定模推出距离设计为3～5 mm，由于推出距离小，不需要单独设置推出导向机构，复位杆设计在推板的4个角，同时起到推出导向的作用。
图5 定模推出机构三维示意图
图6 定模推出机构结构组成图 从图6b可以看出，定模镶块在中心成形区域为圆形台阶过渡形状，主要由6部分凸台组成，分别计算每部分的推出力，计算结果见表1。定模型芯总推出力∑F推=42 393 N。 碟簧具有体积小、负荷大、组合使用方便等特性，可以根据使用空间、负荷、行程等不同需求，通过单片对合组合、多片叠合组合等方式获取不同的载荷和行程。在本模具定模推出机构中使用碟簧，可以在保证足够的推出力的情况下有效地减小安装空间，保证定模套板的强度。 依据本模具的定模推出结构，共设计两处安装碟簧的位置，处于定模推出机构纵向水平横向中心对称位置，见图5，根据所需推出力，选用外径为ϕ50 mm，厚度为3 mm的碟簧两片并联使用。为满足推出距离，选用6组串联组合。选用的碟簧参数见表2。碟簧结构示意图见图7。 表1 定模型芯推出力
表2 碟簧参数表
图7 碟簧结构示意图 动模推出机构的组成主要由推出元件、复位元件、导向元件、限位元件及结构元件，通常动模推出机构的结构组成见图8。图8a中推出机构的动模座板为平板结构，限位钉固定在动模座板上；图8b中推出机构的动模座板为台阶式，与支板合为一体，同时内部台阶起到推出机构的限位作用。这两种结构存在一个共性问题，就是当需要更换推杆或动模冷却水等易损件时，必须拆卸动模座板。尤其是大型模具体积和质量大，并且连接螺栓尺寸大，拆卸动模座板的过程费时费力，严重影响生产效率。因此在复制模具时对动模推出机构进行优化。 离合器壳体动模推出机构的结构优化方案见图9，动模座板采用一体式结构，装配时首先将推板导柱安装在动模座板的内台阶面上，推板导柱共4件分布在动模套板内腔四角处；定位销安装在动模座板与动模套板的结合面上。然后将带有推板导柱和定位销的动模座板安装到动模套板上，用螺栓固定连接。之后将推杆、复位杆、推板导套按顺序安装在推板上，再用螺栓与推板固定为推出组件，将推出组件安装到动模座板中；最后固定4个压盖式限位块。维修维护更换易损件时，只需将4个小限位块拆下，即可将带推杆的推出组件取出，方便、安全、可靠。
图8 动模推出机构结构组成图
图9 离合器壳体推出机构结构组成图 离合器壳体在16 000 kN压铸机上生产，年产量30万件以上。推出机构的优化方案体现在复制模具上，经过十余副模具的生产验证，铸件产品品质明显提升，无因静模局部包紧力过大而产生的变形及裂纹，同时缩短了模具维修维护的时间，提高了生产效率。模具在定模采用碟簧推出机构，由于碟簧在使用过程中受交变应力和模具温度的影响，长时间使用会发生塑性变形，自由高度缩小弹性减弱。为避免碟簧失效的风险，模具在2万模次去应力保养拆解模具型腔的同时，将碟簧全部更换一次。一体式结构的动模座板，使用寿命达到50万以上，更换模具时可以通过维护和检测后循环使用，大幅降低了模具制造成本。 结论 （1）定模采用碟簧推出机构，克服了定模包紧力实现铸件定模推出。本设计使用的碟簧组合为2片并联6组串联，推出力为单片2倍，推出距离为单片6倍。该结构简单运行可靠，提升了产品品质。 （2）针对大型压铸模具，动模推出机构采用一体式动模座板，压盖式限位块结构，简化模具的装配及拆卸，减少了模具维修维护时间，提高了生产效率。 《离合器壳体压铸模推出机构的优化设计》
曲太旭 侯丽彬 董少峥 本文转载自《特种铸造及有色合金》 |
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