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成型电机端盖滞留定模问题的对策

时间:2020-11-10   来源:《模具工业》   作者:雷书星,安潇璇,刘亚洲   浏览次数:299

雷书星,安潇璇,刘亚洲

(精诚工科汽车系统有限公司模具分公司)

摘要:介绍了电机端盖的结构特点及压铸生产过程中铸件滞留定模的问题,并研究了包紧力的计算方法,指出常规包紧力计算方法核算复杂产品的不足,利用改进后的方法核算了定模侧的包紧力,还阐述了采用定模组合型推出机构解决了铸件滞留定模的问题。

关键词:电机端盖;压铸;包紧力;推出机构

 

0 引言

随着绿色出行产业的迅速发展,各大车企都进军新能源领域。电机作为新能源汽车的核心零部件,其市场需求量持续攀升,铝合金电机端盖是电机的重要组成部分,其稳定的生产质量能保证电机整机的供应和整车市场的产销量。压铸模作为生产电机端盖的重要设备,其成型的零件能否顺利脱模是影响压铸生产的重要因素,也是压铸模设计与开发过程中必须考虑的问题。以下介绍铝合金电机端盖的压铸成型,压铸试模时成型的零件容易卡在定模,现对其原因进行分析。

1 零件成型分析

铝合金电机端盖是电机的重要结构件,起封闭电机主体的两端、固定电机转子在电机中的位置并支撑转子运动的作用,此外还起保护电机的电气原件和线路的作用,如图1所示。零件外形尺寸:405.0mm×326.7mm×155.3mm,材料为铝合金ADC12,质量为4.16kg,嵌件为轴承套。

图1 电机端盖

电机端盖有深腔、深筋和侧向凹槽和凸台等结构,形状较复杂,图1(a)所示有复杂加强筋(深浅不一)、电器部件及线束的安装槽、附件安装位、电机定位半圆弧等特征,整体结构不规则,设计在定模侧成型;图1(b)所示中心有嵌件轴承套及全周加强筋、部分电机转子空间、安装孔位等,整体结构呈深腔形且结构略规则,设计在动模侧成型。

图2 断裂位置

成型该电机端盖的模具在试生产过程中,生产30多件时,成型的铸件留在定模,2个部位断裂,如图2所示,压铸生产无法继续进行,对模具进行维修。成型的电机端盖断裂部位分别为侧向滑块成型部位(断裂位置1)和抽芯成型部位(断裂位置2)。

通过对成型的铸件留在定模的问题进行分析和研究,找到成型电机端盖断裂失效的主要原因。模具开模时,侧向滑块和抽芯组件在抽芯过程中,由于定模包紧力大、嵌件轴承套卡滞和成型的铸件在热状态下强度低,导致侧向滑块和抽芯组件在抽芯过程中无法将成型铸件带出,出现成型铸件断裂、留在定模的问题。另外定模推出机构推出力小、推出不平衡导致轴承套和定位镶件卡滞。

2 包紧力计算

图3 传统包紧力原理

包紧力是压铸时金属液充填型腔后在冷却收缩过程中,包紧型芯或凸模成型部分产生的力,如图3所示。包紧力计算公式:

F=Fcosα-Fsinα=Alp(μcosα-sinα)

式中:F——抽芯力,N;F——抽芯阻力,N;F——铸件冷凝收缩后对型芯产生的包紧力,N;A——被铸件包紧的型芯成型部分断面周长,mm;l——被铸件包紧的型芯成型部分长度,mm;p——挤压应力(单位面积的包紧力),铝合金一般取10~12MPa;μ——压铸合金对型芯的摩擦因数,铝合金一般取0.2~0.25;α——型芯成型部分的脱模斜度。

一般情况下包紧力只计算型芯或凸模部分的包紧力,而忽略型腔或凹模部分的包紧力,造成实际计算的包紧力失真。但在实际压铸成型过程中,都经历高压和补缩阶段,增加压力能避免由于铝液凝固导致铸件体积收缩的趋势。增加压力阶段,铝液凝固的压力为60~90MPa,该压力会让成型的铸件所有面(见图4(a))较好地与模具零件接触(凹面的亲和力较强),设计动、定模时,需要考虑所有带拔模角的面。开模时,外表面(定模侧)也存在包紧力(见图4(b)),虽然不如凹面(动模侧)处强,但也会影响成型铸件的脱模。

动模成型部分设计的主要目的是在压铸机推出系统的协同作用下,让成型的铸件停留在动模侧。一般成型铸件的复杂结构设计在动模侧成型,如加强筋、凸台(尤其是较高的凸台)、凹面等。生产时,模具定模包紧成型铸件是主要问题,设计者必须计算型腔与型芯的拔模力与推出力,一般拔模角为1°~3°,外侧拔模角为1°,内侧拔模角为2°~3°。铸件结构最复杂、粘合面最多的部位在动模侧成型,设计者应分析并考虑成型铸件的哪一侧适合于在动模成型。

图5 产生包紧力面积

成型铸件的收缩导致所有铸销、加强筋、拔模角的表面以及凸台对其形成包紧力,如图5所示,浅色的表面会形成合力,使铸件滞留在模具中。

图5(a)所示结构有凹面也有凸面,需要分析其结构复杂度并测量接触面积,图5(b)仅有一个凸台与大圆周,且拔模角较大,其他都是面积较小的面。

根据包紧力计算公式:F=Fcosα-Fsinα=Alp(μcosα-sinα),得出定模侧包紧力为238.7~368.8kN,动模侧包紧力为145.3~224.6kN。因为238.7~368.8kN>145.3~224.6kN,成型的铸件滞留在定模的概率较大。

3 推出机构及其应用

压铸模设计过程中,一般会将容易粘模的部分设计在动模成型,因为动模有推出机构,但有时容易粘模的部分会出现在定模方向,需要在定模设计推出结构,用于抵消铸件的包紧力。

3.1 独立推出机构

图6 独立推出机构

独立推出机构可以设计在定模的某个位置,反推杆设计在成型铸件的边缘,其一部分和成型铸件接触,用于推出成型铸件,反推杆另一部分和动模分型面接触,用于反推杆的复位,如图6所示。

模具合模过程中,动模将推杆强制压入定模,碟簧压缩;固定座固定在定模框内,并固定碟簧套的位置;模具开模,碟簧复位,推动复位杆运动,推出成型铸件。

该推出机构推出力大,推出行程小,但推出位置为单点推出,考虑推出平衡需要根据成型铸件结构具体分析。独立推出机构适用于成型铸件局部包紧力大的模具,另外也可以采取多个独立推出机构组合使用的方式,用于结构紧凑型、无空间布置推板的模具。

3.2 定模推出机构

图7 定模与推出机构

若成型铸件在定模局部包紧力大或定模整体包紧力大,可采用定模推出机构(组合型)。该推出机构的复位和推出使用复位杆和碟簧实现,如图7所示。

推杆设计在成型铸件的推出位置,用于推出成型铸件;复位杆设计在成型铸件外,用于定模推出机构(组合型)的复位,推板和推杆固定板安装有导套,限位柱控制推板和推杆固定板向上运动的距离,当推板和推杆固定板运动到位后,限位柱和压铸机座板接触;碟簧安装柱将碟簧组件固定在推杆固定板上,碟簧是定模推出机构(组合型)推出铸件的动力来源。

成型电机端盖的模具采用上述定模推出机构(组合型),设计4根复位杆和8根推杆,采用4组碟簧和4组导柱导套;推板和推杆固定板上设计安装水管的避让孔。

模具合模时,复位杆将推出机构整体向上推动,此时碟簧压缩受力;开模时,碟簧失去复位杆的力后,逐渐处于复位状态,碟簧带动推板和推杆固定板向下运动,推杆随推板同时向下运动推出成型的铸件。

4 结束语

上述推出机构的推出力来源于碟簧,与传统使用弹簧的推出机构相比,具有推出力大、推出行程小的优势,定模推出机构(组合型)采用4组导向定位组件,使推出成型的铸件更平稳、安全、可靠。成型该电机端盖的模具采用上述方案后,增加定模推出机构(组合型),压铸生产过程运行稳定,铸造生产18600件未发生成型铸件包模问题,解决了定模包紧力大、嵌件轴承套卡滞和成型铸件在热状态强度低造成的包模问题。

参考文献:

[1]侯丽彬,董梅.压铸抽芯力的计算[J].机械工人(热加工),1999(9):3-5.

[2]张玉玺.变矩箱前壳体压铸模设计[J].模具工业,2009,35(8):54-58.

[3]朱锡坤,李名辉.带定模推出机构的模具设计[J].模具工业,2002,28(8):40-42.

 
 
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