大型压铸三板模实用开模机构设计

勾建勇

江苏嵘泰工业股份有限公司 江苏扬州 225200

1 序言

针对回转体类铸件或有特殊填充要求的铸件，采用中心进浇是一种常见而有效的金属填充模式，由于浇注系统的设计差异，需要用三板模设计来实现压铸件的中心浇注、成形及脱模。一些大型压铸件模具本身重量达几十吨，大的流道截面积对流道断开需要的力更大，这对三板模开模机构的承载能力及运行可靠性提出了非常高的要求。本文结合某载货汽车传动箱壳体压铸件三板模设计应用的案例，对一种简单实用的开模机构设计方案进行具体介绍。

2 典型压铸三板模结构介绍

图1所示为典型压铸三板模模具结构，主要由A板、B板、C板三个模板组成[1]。A板又称流道板，用于连接压室并被固定在压铸机定模板上，横浇道及料饼设计在A板上；B板相当于普通两板压铸模的定模，铸件定模型腔及浇道的锥柄设计在B板上；C板相当于两板模的动模，铸件的动模型腔及分流锥设计在C板上，且C板通过模脚与压铸机连接。

图1 典型三板模示意

三板模的开模过程分为两段：第一段是A板与B/C板脱开，实现图1中横浇道、料饼7与锥柄6脱开，此时B板与C板处在锁模状态；第二段B板移动被限制，在压铸机开模力作用下，C板与B板开模，并在开模到位后通过压铸机顶出系统将铸件从C板（动模）顶出。

三板模的开模过程需要解决以下几个问题。

1）横浇道与锥柄的断开，以及横浇道、料饼从模具A板脱落动作的稳定可靠。

2）在A板开模过程中，保证B板与C板处于锁模状态开。

3）第二段C板与B板开模后，B板处于悬空状态，B板不能下垂，保证合模时B板与C板同心。

3 传动箱壳体产品及模具基本信息

图2所示为某款载货汽车传动箱壳体铸件，重量24.8kg，侧面需要用4个滑块成形，产品结构呈H形回转体结构，中间A位置有一个φ135mm的圆孔。根据产品的结构特点，采用从中间圆孔的中心进浇压铸方案，三板模结构，压铸机锁模力3200t（约32MN），浇注重量46kg，模具总重约56000kg，B板重量约22000kg，铸件及浇排系统设计如图3所示。

图2 载货汽车传动箱壳体铸件及截面3D轮廓

图3 铸件浇排系统设计

4 三板模实用开模机构设计

4.1 内扣式横浇道断开及落料机构设计

通常三板模横浇道断开采用液压切刀机构[2]，借助压铸机抽芯信号接口及液压系统实现：在B板的分型面设计带切刀的液压抽芯机构，开模时横浇道随B板从A板脱出，抽芯机构驱动切刀将横浇道切除，液压切刀动作可靠。但对于这种大型三板模，横浇道与锥柄的连接面积大，需要的剪切力非常大，切刀寿命较短，驱动液压缸直径大，模具结构复杂，因此需要压铸机配置特殊三板模切刀程序来实现。

图4所示为针对传动箱模具设计的一种内扣式横浇道断开机械机构方案，即在A板设计了一个扣模块4，扣模块通过锁紧螺栓固定在A板中，凹入的扣块型腔扣住横浇道头部，使横浇道不能按水平方向脱模，在B板与A板开模时拉断横浇道与锥柄的连接部分，横浇道留在A板上，扣模块旋转脱模面设计成圆弧面，以实现后续横浇道从A板脱模。

图4 内扣式横浇道断开机构

（1）扣模块的设计要点

1）横浇道扣入部分的截面积要大于锥柄与横浇道连接部分截面积的1.5倍，以确保横浇道扣入部分的强度大于与锥柄连接部分的强度。

2) 扣模块需要有足够的刚度与耐疲劳强度，推荐采用H13热作模具钢，高频感应淬火后进行3次回火去应力，热处理硬度45～46HRC。

3) 扣模块圆弧面8部位的形状，需要模拟横浇道，以扣模块压紧面为中心旋转运动时没有阻碍为目标。

图5所示为传动箱壳体模具扣模块2D设计结构；图6所示为模具A板与扣模块实物。

图5 扣模块2D结构

图6 模具A板与扣模块实物

（2）横浇道、料饼落料动作分解 图7a所示为A/B板开模状态，模具打开后，由于扣模块的作用，横浇道无法脱模，因此与锥柄连接部拉断后，横浇道留在A板上；图7b所示为压射冲头执行顶出动作，推动横浇道与料饼向左移动，同时整个横浇道以扣模块压紧面为中心作旋转运动，实现横浇道从扣模块中脱出；图7c所示为冲头执行退回动作，横浇道上部因受A板阻挡而从冲头脱落。

图7 内扣式横浇道断开及落料动作分解

4.2 开模机构设计

根据上述三板模开模动作，第一段为A板开模，横浇道断开，这个过程B、C板处于锁模状态；第二段为B板与C板开模，对于一般的中小型三板模，因为产品在B板（定模）中的脱模力远大于浇道部分在A板的脱模力，所以不采用特殊结构，也可以在保证横浇道与锥柄断开的状态下，A、B板脱模时B、C板仍处于锁紧状态，但这个传动箱壳体的大型三板模，锥柄与横浇道连接部分的截面为φ55mm，截面积为2375mm2，参照ENAC 1706标准中AlSi9Cu3（Fe）的抗拉强度为240MPa[3]，需要的拉断力为570kN，已经超出铸件从B板（定模）的脱模力，因此必须设计一种可靠的开模机构来实现第一段的开模动作。

（1）挂钩式开模机构设计 图8所示为针对传动箱壳体三板模设计的一种挂钩式开模机构，包括固定在A板上的导向压板4，固定在C板上的挡块5，通过转轴6固定在B板上的挂钩板7，固定在B板上的预紧组合8。挂钩板以转轴6为中心转动，预紧组合8采用弹簧销支撑挂钩板7，以防止其自由转动。

图8 挂钩式开模机构

（2）挂钩式开模机构动作原理 图9a所示为锁模状态，挂钩板2扣在挡块1上，A、B、C板处于锁紧状态；图9b所示为A、B板开模状态，在压铸机开模力作用下，B板与A板脱开，初始开模行程中，导向压板的a部位凸台沿挂钩板上表面平面移动，由于挂钩与挡块处于卡住状态，B、C板被挂钩板锁在一起，当导向压板a部位凸台碰到挂钩板c部位凸台时，挂钩板以转轴4为中心顺时针旋转，挂钩板与挡块脱开，B板在开模行程控制装置的阻碍下停止运动，在压铸机开模力作用下，C、B板开模；图9c所示为A、B、C三板处于开模状态，此时预紧块撑住挂钩板右侧底部，防止挂钩板顺时针自由转动。合模过程，C、B板合模后，推动B板右移，当挂钩板d区域接触到导向压板b区域圆弧面时，挂钩板以转轴为中心逆时针旋转，挂钩板与挡块卡住后将B/C板锁死；图9d所示为相关部位指示。

图9 挂钩式开模机构动作原理

（3）挂钩式开模机构设计要点 根据挂钩式开模机构特点及使用要求，这种结构设计要点如下。

1) 挂钩板在开模过程承受拉力，需要足够的强度与韧性，推荐采用40Cr钢，调质硬度30～35HRC；挡块采用H13，高频感应淬火后进行3次回火，硬度45～46HRC。

2）为保证足够的锁紧力，对大型三板模配置这种挂钩式开模机构4个，分布于模具4个角上，其中导向压板与模具方导柱做成一体，以减小模具空间与部件成本。

3）预紧组合用弹簧销预紧，选用矩形高强度弹簧。

4）在锁模状态下（见图9a），导向压板凸台与挂钩板凸台之间的设计距离，要小于A/B板的开模行程。

挂钩式开模机构模具实物如图10所示。

图10 挂钩式开模机构模具实物

4.3 B板支撑机构设计

对于三板模B板（定模板）的支撑，采用最多的是图11a所示的结构，用模具托架支撑的形式，模具托架需要关联压铸机的开模信号，用液压系统驱动液压缸带动模具托架随开模动作一起运动[4]，这种结构复杂，模具托架成本高，对于传动箱壳体这类底部有大抽芯的模具，模具托架容易与抽芯机构干涉。

为此，设计了图11b所示的飞翼挂架形式，通过飞翼挂架将B板支撑在压铸机哥林柱上，飞翼挂架用螺栓联接在B板上，挂架包含支架、调节块、导滑套3个部件，如图12所示。

图11 B板支撑机构

图12 飞翼挂架部件

（1）支架 采用QT500铸造，精密加工。

（2）调节块 采用45钢调质，用于调整飞翼挂架与压铸机哥林柱的距离。

（3）导滑套 采用铜材质，与压铸机哥林柱接触面加工有网状润滑油槽，侧面加工注油孔，使用时定期注入润滑脂进行润滑。

飞翼挂架模具实物如图13所示。

图13 飞翼挂架模具实物

5 生产验证

采用上述设计的三板模开模机构，包括扣模块断料机构、挂钩式开模机构、飞翼挂架机构，在载货汽车传动箱模具上经过了批量生产验证，实际生产铸件及模具如图14～图16所示。该开模机构结构简单，动作可靠，生产效率高，模具成本降低了8%，节省压铸机辅助配置投资30余万元，已经在其他大型三板模具推广使用。

图14 产品带流道锥柄实物（流道拉断状态）

图15 模具整体实物

图16 飞翼挂架在压铸机上安装实物

6 结束语

实践证明，对于批量生产的压铸模具，尽可能采用简单可靠的机械设计结构，可以降低模具成本，减少生产过程故障停机频次，提升生产效率，是一种行之有效的实用设计方案。