合理运用拼块结构，有效减小薄壁铸件变形量

合理运用拼块结构，有效减小薄壁铸件变形量
武汉中精金属制品有限公司  盛碧荣

摘 要：针对薄壁精铸件产品存在的变形问题，对模具结构进行改善，采用拼块的结构形式，减少起模过程中蜡件变形量，进而提高铸件质量。
Abstract：Aiming at the transformative problems of laminal accurate foundries, to improve the structure of mould ,by using knockdown structure,so can reduce the transformation of taking out products,and improve products’ quality.
关 键 词  薄壁精铸件  拼块结构   减少变形量
Key words: laminal accurate foundry   knockdown structure    reduce transformation

  薄壁精铸件在铸造过程中，由于铸件的设计工艺性，铸造工艺，铸造用原材料的质量，工艺操作等各方面原因，容易产生变形,特别在取模工序变形较难控制，使尺寸精度或形位公差达不到设计要求，进而影响了产品的性能。本文主要通过对模具结构进行改善分析，进而减少起模过程中的蜡模变形，从而提高产品铸造工艺性，实现高质量，低变形量的铸件生产。

一. 铸件结构分析
铸件结构：图1是我公司为德国某精铸厂设计并制作的模具产品，该产品为钛合金铸件，用于航空领域。此类管状铸件,沿周壁厚仅2mm，内腔结构复杂，尺寸精度与表面光洁度要求较高。

 

 

二.模具方案分析及结构设计
   铸件的尺寸精度取决于模具的结构以及模具制造的质量。对于类似薄壁零件最重要的是要避免取模过程中的蜡模变形。结合铸件的特点，经分析探讨认为：整体式模具结构，加工比较困难，也不便于型腔排气，由于蜡收缩，整体芯块抽取受力较大，同时蜡件受力也较大，容易变形，不能很好的满足产品的尺寸及精度要求。结合产品的自身特点，我们调整了设计思路，采用组合式拼块结构：将整体抽芯设计成组合的多块抽芯，使结构简单化。同时，分散的抽芯抽取时受力也会相应的减小，蜡件变形量也会小。针对外框而言:拼块结构把不易加工的内型面变成可方便加工的外观面，解决了内表面加工的困难，便于型腔排气，提高了铸件表面的质量。

拼合模具结构设计分析
1.结构特点
拼块式结构是内芯、外模均由多个镶拼件组合而成的成形型腔。
1．1拼合式结构形式。
如图2所示，将模具分拆成：内芯部分1，外模部分2，锁紧墙板3，上下盖板4。分别将内芯、外模各拼块加工后，装入锁模框中组合成型腔，上下盖板对模芯夹紧的同时，也对墙板进行了锁紧，保证了成形件的精度。将组合零件分成若干个独立的镶块，简化了加工工艺；拼合面有一定的排气作用，各组合件配合面之间有一定的间隙,压型时型腔内的空气可以由这些间隙排出，保证型腔排气。
 

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1.2拼合式定位方式
此模具的定位方式改变了常用结构中定位销联接方式,主要采用用凹槽凸台连接，直边定位斜边锁紧,使各拼块相互加固、制约，形成可靠的固定和定位方式。
1.2.1型芯的位置：为了提高各拼块相对位置的稳定性，保证其位置的唯一性，避免合模时出现方向反装、错装等现象，可在定位凸台其中一个角上做一定处理，并且每个拼块型芯需做标识（用数字或字母做有顺序的标识，即拼块取出的先后顺序为标准），芯块的运动方向用箭头标识。如：向左移动     先下再右移动      如图3所示。
1.2.2型芯之间的配合：采用5º左右的斜面接触，(如图4所示)避免因直面插入产生移动磨擦面相互磨损。沿起模方向制作的斜度，使抽取时作用力较小，同时蜡模受力也会小，减少了蜡模的变形，便于脱模。也可增强各拼块间相互拼接的强度和刚度。当然这样也会增加一定的加工难度。
 

1.3开合模方式：
依据攘块编号及运动的箭头标识，分别有序的取出拼块。先取4a上模盖板,再逐步取出内芯部分1，（同步操作如图5B：将4a平放在工作台面上，分别装了内芯部分1）取锁紧墙板3，外模部分2,最后蜡模平放在底板4b上，此时蜡模是在完全没有受力的情况下取出,有效控制了变形量 (如图5C) 。

开合模方式的特点：采用是的边卸边装的形式，即一边拆除芯块脱模，同步在边上组装合模，取模完成后，同时模具也组合成整体, 直接可进行下次射蜡操作，这样也可避免芯块组装错误,也提高了效率。
 

2．加工制作
模具拼合零件的质量决定了铸件产品的质量和精度。
2．1工艺基准的选择：数控加工多采用工序集中原则进行加工，因此在选择工艺基准时，应尽可能选择合适的基准要素，减少装夹次数，提高加工效率和加工精度;同时，选择定位基准时，需参照图纸的要求，使工艺基准与设计基准重合，减少因基准不重合带来的误差。
2．2由于各拼块间均有相互配合、制约的作用，因此必需采用一次性装夹,完成多面加工，避免因多次装夹产生积累误差。在实际加工的过程中，根据芯块的形状可分别选择3轴、4轴和5轴加工中心来完成，以保证型腔面及配合面均在一次装夹状态下完成，相对位置准确。目前对于复杂的型芯，我公司采用从德国进口的MF180五轴联动加工中心,可一次装夹对工件上多个空间表面进行多面多工序加工，并且自带测量头，对已加工完成的零件检查合格后再取下，提高了部件精确度，减少最终组装合模时出现的误差。加工完成后，不需要钳工修配，可直接装配完工，产品也不会出现披缝，蜡模取出后不需要修模，直接可以组焊，也避免了因为修模过程中的蜡模变形。
2．3装配前按图纸要求复查所有零部件，特别是配合尺寸，合格后方能进行装配；装配时需要对零件主要配合尺寸和外观进一步核查；组合后型腔部分采用整体的形式进行抛光处理，也可以减少了因手工抛光造成产品产生披缝。

三．结语

拼合式结构分拆后加工工艺简单、装卸方便，并能保证尺寸精度和光洁度。大大降低了模具的加工难度，减少了铸件的变形量。在组装后，也没有明显的拼接痕迹，且修理和更换也比较方便。经实际生产证明，对壁薄及内外形状较复杂、精度要求高的铸件生产具有积极的指导意义。