（南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川南充 637100）

績效技術(shù)指導(dǎo)注塑機定模板鑄件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

盧亭玉

（南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川南充 637100）

簡述了全液壓注塑機重要零部件—定模板鑄件的結(jié)構(gòu)及其工作狀態(tài)。分析了原定模板結(jié)構(gòu)存在的問題：壁厚設(shè)計不合理、預(yù)埋鋼管結(jié)構(gòu)及其位置不正確、加強筋結(jié)構(gòu)不合理、鑄造工藝孔大小及其位置不合適等諸多不足；闡述了運用績效技術(shù)等新理念設(shè)計出的定模板鑄件的結(jié)構(gòu)特征，及其預(yù)埋鋼管鑲鑄可靠、鑄件合格率高等優(yōu)點。其設(shè)計理念可推廣于其類似鑄件之結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中。

績效技術(shù)；液壓鑄件；定模板；預(yù)埋鋼管；鑄造工藝孔

隨著社會的發(fā)展，塑料制品已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于人們的日常生活及各行各業(yè)的生產(chǎn)中，并且將更大規(guī)模地替代金屬制品。而注塑機則是塑料制品最為主要的成型設(shè)備，本文研究的注塑缸定模板鑄件便是全液壓注塑機上的一個極為重要的基礎(chǔ)零件。

全液壓注塑機的定模板上通常裝配鎖緊油缸及其活塞桿、開合模油缸及其活塞桿、以及其它液壓管件，因而該零件上通常承載數(shù)百公斤至數(shù)噸的設(shè)備靜載荷，及數(shù)噸至數(shù)十噸、上百噸的動載荷。若定模板結(jié)構(gòu)強度、剛性偏弱，便易使注塑缸產(chǎn)生變形，從而降低設(shè)備的運行精度，加速相關(guān)零部件的磨損，增大設(shè)備的維修工作量，更為重要的是壁厚等結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理，會使鑄件產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致設(shè)備漏油。原定模板鑄件結(jié)構(gòu)（如圖1所示，鑄鐵材料一般為QT500-7）在多年生產(chǎn)實踐中已經(jīng)多次出現(xiàn)了諸如上述的問題，為了解決這一現(xiàn)狀，我們采用績效技術(shù)等新理念重新設(shè)計和改進了定模板鑄件結(jié)構(gòu)。為討論方便本文以鎖模力200 t的全液壓注塑機定模板為例進行探討。

1 定模板原結(jié)構(gòu)的不足

1.1 壁厚不合理

圖1所示的鎖模力200 t的全液壓注塑機定模板原結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面主要考慮的因素，一方面是定模板結(jié)構(gòu)的剛性—足夠的剛性以期在200 t的鎖模力狀態(tài)下定模板盡可能少的變形；另一方面是機械加工工藝性—以求機械加工工藝簡化。由此，使得定模板原結(jié)構(gòu)鑄件壁厚的合理性考慮不夠。

定模板原結(jié)構(gòu)壁厚的設(shè)計是不合理的，主要表現(xiàn)在包融預(yù)埋鋼管（鋼管的壁厚一般為4～7 mm）的壁厚最薄處只有10～13 mm，而10～13 mm的壁厚和主體50 mm的壁厚懸差太大，因此一方面會使得鐵液凝固和冷凝過程中應(yīng)力過大，致使包融預(yù)埋鋼管處的薄壁與厚壁交界處易產(chǎn)生收縮裂紋，從而易使鑄件產(chǎn)生液壓油的滲漏；另一方面對于10～13 mm的薄壁結(jié)構(gòu)，鑄造廠為使鑄件獲得較高的鑄件合格率，把本應(yīng)“低溫澆注”的厚壁球鐵件采用了“高溫澆注”工藝（以避免薄壁處產(chǎn)生澆不足、冷隔類鑄造缺陷），而“高溫澆注”則又使得鑄件易產(chǎn)生更大的收縮缺陷和預(yù)埋鋼管被“融化”及鋼管內(nèi)的芯砂被燒結(jié)的缺陷。這兩方面的缺陷都是定模板鑄件技術(shù)要求不允許出現(xiàn)的。

1.2 預(yù)埋鋼管結(jié)構(gòu)及位置不合理

在定模板原結(jié)構(gòu)中，預(yù)埋鋼管的結(jié)構(gòu)及位置也不合理。之所以說預(yù)埋鋼管結(jié)構(gòu)不合理，主要是指預(yù)埋鋼管（如圖2.a所示，通常采用無縫鋼管）與鑄鐵的鑲鑄直接使用的是光面結(jié)構(gòu)。眾所周知，鋼的收縮系數(shù)（亦即膨長系數(shù)）與鑄鐵的收縮系數(shù)相差較大，其相互間很難做到很好的“融合”，必然會在鑄鐵與鋼管的接合面上存在著無法消除的縫隙，這也是定模板原結(jié)構(gòu)存在漏油缺陷的一個較重要的客觀因素。

圖1 鎖模力為200 t的全液壓注塑機定模板原結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 預(yù)埋鋼管的兩種不同結(jié)構(gòu)簡圖

預(yù)埋鋼管位置不合理，主要是指預(yù)埋鋼管與定模板的四個主側(cè)面所構(gòu)成的壁厚(最小處)上側(cè)面為22 mm，左右兩側(cè)面僅為13 mm。這種位置既會如前所述易使鑄件產(chǎn)生收縮缺陷，又使得四個工作狀態(tài)相同的鋼管，其包融的壁厚尺寸相差過大，影響結(jié)構(gòu)的外觀。

1.3 加強筋結(jié)構(gòu)不合理

定模板原結(jié)構(gòu)的加強筋結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，主要是指定模板原結(jié)構(gòu)的四角上的鎖模油缸孔之對角線上四個斜向加強筋（以下簡稱：四個斜筋）的尺寸只設(shè)計了40 mm壁厚，而這四個斜筋正好是四個鎖模油缸傳遞鎖模力的主要結(jié)構(gòu)的重要組成部分；正對四個邊的正“十字筋”（以下簡稱：四個輔筋）不是主要傳遞鎖模力的結(jié)構(gòu)卻設(shè)計成了50 mm壁厚。由此，一方面既使得定模板的剛性得不到很好地保證；另一方面又降低了材料的使用率（性價比），于是我們認(rèn)為定模板原加強筋的設(shè)計不合理。

1.4 鑄造工藝孔大小及其位置不合理

定模板原結(jié)構(gòu)的鑄造工藝孔大小及其位置設(shè)計同樣是不合理的。定模板原結(jié)構(gòu)中的8個φ60 mm出砂孔，亦是鑄造工藝使用的砂芯定位結(jié)構(gòu)。而φ60 mm的孔徑偏小，不利于砂芯的定位，8個孔布置的中心既沒有設(shè)置在所定位砂芯的重心處，又未在φ580 mm的徑向位置上均布。由此，這種尺寸和位置的設(shè)計既不利于砂芯的定位，又使得8個出砂孔分布的美觀性降低。

2 定模板優(yōu)化設(shè)計后結(jié)構(gòu)的特點

鑒于上述定模板原結(jié)構(gòu)存在的諸多不足，我們運用績效技術(shù)、美學(xué)及黃金分割原理等新理念[1～4]來指導(dǎo)該鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。重新改進設(shè)計出了圖3所示的鎖模力200 t的注塑機定模板的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。經(jīng)過該鑄件（及其同類鑄件）成功的生產(chǎn)實踐證明，改進后的定模板結(jié)構(gòu)具有如下一些特點。

圖3 鎖模力200t的全液壓注塑機定模板改進后結(jié)構(gòu)簡圖

2.1 合理的壁厚結(jié)構(gòu)

圖3所示的全液壓注塑機的定模板優(yōu)化結(jié)構(gòu)，是在保證其零件質(zhì)量大致相同的條件下，注重鑄件壁厚尺寸相差值盡可能小—使鑄件的壁厚均衡性提高，同時在確保該定模板足夠強度等技術(shù)要求的前提下，又提高了鑄件的剛性。分別將原鑄件結(jié)構(gòu)中包融預(yù)埋鋼管的幾處最小壁厚從10、13、22 mm的不合理尺寸，優(yōu)化設(shè)計為圖3所示的30、25、30 mm。

定模板合理的壁厚尺寸使包融預(yù)埋鋼管處的壁厚相差較小，整個鑄件的壁厚均衡性得以大幅度的提高。一方面使得鐵液凝固和冷凝過程中應(yīng)力得到了盡可能的減小，致使包融預(yù)埋鋼管處壁與鑄件本體壁交界處不會產(chǎn)生收縮裂紋，從而使鑄件因為裂紋產(chǎn)生液壓油滲漏缺陷的因素得以根本性消除。另一方面均衡性高的厚壁結(jié)構(gòu)的球鐵件，可以很好地應(yīng)用“低溫澆注”工藝，既可降低鑄件其它的收縮缺陷，提高材質(zhì)的致密度，又使得預(yù)埋鋼管內(nèi)的芯砂不再出現(xiàn)燒結(jié)的缺陷。

2.2 預(yù)埋鋼管結(jié)構(gòu)及位置合理

鑒于圖2.a所示光面的預(yù)埋鋼管與鑄鐵的鑲鑄所存在的不足，我們利用鋼的收縮系數(shù)與鑄鐵的收縮系數(shù)相差較大的特性，將接近預(yù)埋鋼管的管口處設(shè)計制作成圖2.b所示的凹凸結(jié)構(gòu)，利用其不同的收縮系數(shù)特性相互間 “融合”—鎖緊。由此，可較好地克服鑄鐵與鋼管的“接合面”因收縮系數(shù)的不同而存在的縫隙。

運用美學(xué)及黃金分割原理等新理念[4]來設(shè)計該定模板結(jié)構(gòu)，將預(yù)埋鋼管的位置設(shè)置在距離定模板中心點（線）相同距離的“同位圓—φ500 mm”的空間坐標(biāo)上，以便于優(yōu)化該液壓球鐵件鑄造工藝的設(shè)計與生產(chǎn)操作。

2.3 合理的加強筋結(jié)構(gòu)

鑒于定模板原結(jié)構(gòu)中不合理的加強筋結(jié)構(gòu)，運用績效技術(shù)理念來指導(dǎo)其加強筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計。將定模板原結(jié)構(gòu)的四個斜筋尺寸40 mm優(yōu)化設(shè)計為60 mm ，使這四個斜筋有效地傳遞和承載四個鎖模油缸的鎖模力；而對四個輔筋尺寸50 mm更改設(shè)計為40 mm ，一方面既使得定模板的質(zhì)量變化不大，另一方面提高了材料的使用率（性價比）。

2.4 優(yōu)化的鑄造工藝孔及其位置

針對定模板原結(jié)構(gòu)中不合理的鑄造工藝孔尺寸及其位置，運用美學(xué)及黃金分割原理等新理念[4]來指導(dǎo)該零件的相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，分別作出了如下的優(yōu)化設(shè)計和改進。

將定模板原結(jié)構(gòu)的8個φ60 mm出砂孔，優(yōu)化設(shè)計為圖3所示的8個φ80 mm出砂孔。通過計算我們知道φ80 mm出砂孔（及芯頭）面積比φ60 mm的原出砂孔（及芯頭）面積增大了近80%。由此，φ80 mm出砂孔大幅度地優(yōu)化了砂芯的定位和鑄件清理時的出砂可操作性。

將定模板原結(jié)構(gòu)中不合理的8個φ60 mm出砂孔位置，優(yōu)化設(shè)計為圖3所示的8個φ80 mm出砂孔位置。一方面8個出砂孔所居的φ500 mm的徑向坐標(biāo)位置，正好是邊長尺寸404 mm的黃金分割尺寸（0.618倍）；另一方面，圖3所示的8個出砂孔中心亦基本上是所在的8個砂芯的重心位置處。由此設(shè)計既有利于砂芯的定位，又使得8個出砂孔分布的美觀性得以提高。

3 結(jié)束語

全液壓注塑機的定模板優(yōu)化結(jié)構(gòu)除上述結(jié)構(gòu)特點外，因鑄件結(jié)構(gòu)的合理性較好地改善了鑄件的鑄造工藝性，同時鑄件還具有了大幅度提高鑄件合格率、使鑄件生產(chǎn)成本得以較大程度降低的重要特性。

綜上所述，運用績效技術(shù)、美學(xué)及黃金分割原理等新理念來指導(dǎo)定模板類鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，所得到的圖3所示的全液壓注塑機的定模板優(yōu)化結(jié)構(gòu)，相比于圖1所示的定模板原結(jié)構(gòu)，具有部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、美觀性好、鑄件剛性高、材料性價比高、生產(chǎn)總成本低等優(yōu)點?；旧峡朔硕０逶Y(jié)構(gòu)所存在的不足。由此可見，對定模板結(jié)構(gòu)進行的優(yōu)化設(shè)計即保證了技術(shù)上的先進性，又提升了經(jīng)濟性能，其所用的優(yōu)化設(shè)計理念可以廣泛地推廣于其類似鑄件之結(jié)構(gòu)設(shè)計中。

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Optimization design of casting structure of injection molding machine template with performance technology

LU TingYu
(Nanchong Professional Technic College, Nanchong 637100,Sichuan, China)

This paper is about to sketch the structure and the working state of the important part of the whole hydraulic injection molding machine--the fixed template casting. It is also about to analyze the problems of the original fixed template structure: Wall thickness design is unreasonable, Pre buried steel pipe structure and its position is not correct, Reinforced structure is irrational, The hole size and location of casting process are not suitable and so on many problems. It is to expounds the structural characteristics of the fixed template casting, which is designed by using the new concept of performance technology, and the advantages of the high quality of the pre embedded steel pipe and the high qualified rate of casting. The design concept can be used widely in the designing of something similar to cast.

performance technology；pydraulic casting；fixed template；pre buried steel pipe；casting technological hole

TG21+3；

A；

1 006-9 658（201 6）04-0095-03

10.3969/j.issn.1 006-9 658.2016.04.027

2016-01-11

稿件編號: 1601-1201

盧亭玉（1975—），女 ，講師.主要研究方向為機械設(shè)計與制造的教學(xué)與研究.