【摘要】本文從壓鑄模具及模具相關(guān)因素的生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，優(yōu)化大型精密壓鑄模具(鋁合金梯級)的壓鑄工藝，并加以推廣應(yīng)用。

　　【關(guān)鍵詞】大型精密壓鑄模具;鋁合金梯級;工藝優(yōu)化與應(yīng)用

　　本研究的簡介：

　　近幾年來隨著我國地鐵、機(jī)場、商場等一系列大型基建項(xiàng)目的高速發(fā)展，為鋁合金梯級壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步提供了良好的契機(jī)。目前市場上鋁合金梯級以 “輕量、剛性強(qiáng)、變形小、噪音低、耐腐蝕性強(qiáng)、裝拆方便、安全”等優(yōu)勢占據(jù)了超過50%的扶梯市場，越來越多的客戶正逐步由不銹鋼分體梯級改為鋁合金輕質(zhì)材料的整體梯級，成為了自動扶梯輕量化的主要發(fā)展方向。本項(xiàng)目旨在通過對梯級模具的工藝優(yōu)化來達(dá)到提高產(chǎn)品出品率(減少回爐料)及提高生產(chǎn)效率(縮短生產(chǎn)節(jié)拍)，從而提升鋁合金整體梯級的市場競爭力。

　　基于梯級體積大，長度寬(1011.2MM)，壁薄(2MM)，總量相對較重(11.5KG)，澆注重量過重(20KG)。本研究的主要優(yōu)化內(nèi)容有：

　　1、澆道的形狀選擇，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)長，必須選擇長條形的橫澆道保證鋁料能同時對型腔進(jìn)行填充;

　　2、澆注重量減少，選擇最少澆注鋁料又能符合正常生產(chǎn)的條件;

　　3、高精度模具設(shè)計(jì)與制造，著重于冷卻水道特別是分流錐、澆口套入料處的冷卻，如冷卻不到位將影響到產(chǎn)品中間厚位的內(nèi)部質(zhì)量，故模具的水路設(shè)計(jì)使用超近距離的“V”型和多水路結(jié)構(gòu);

　　4、以排氣道取代減少集渣包保證足夠的排氣;

　　5、調(diào)節(jié)模具溫度的油路設(shè)計(jì)，采用4臺模溫機(jī)解決模具溫度不平衡的問題;

　　6、采用大型噴霧頭和頂針噴涂一次性對模具完成離模劑噴涂，縮短來回走動噴涂的時間;

　　7、改造機(jī)邊保溫爐，保證鋁液溫度在10°的公差范圍內(nèi)，從而保證了產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性。

　　本研究綜合應(yīng)用了技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)、模具溫控技術(shù)等，對于提升華南地區(qū)的大型精密壓鑄模具技術(shù)水平，尤其是鋁合金梯級壓鑄件的研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用，具有重要的理論和實(shí)際意義。

　　本研究的背景介紹：

　　在上個世紀(jì)八十年代，中國只有幾家單位有1000噸以下的壓鑄機(jī)，國內(nèi)只能制造最大630噸壓鑄機(jī)。而直至九十年代，大部分壓鑄模具依賴進(jìn)口，特別是臺灣進(jìn)口居多。到了九十年代末，壓鑄模具企業(yè)的快速發(fā)展才真正開始，基本上在280噸至800噸壓鑄機(jī)上使用的壓鑄模具為主，這時的壓鑄模具企業(yè)無論是從加工設(shè)備、檢測設(shè)備等硬件，還是壓鑄人才都處于初始階段，模具制造水平都相對較低。

　　自2000年開始，隨著中國汽車行業(yè)開始發(fā)展，國內(nèi)外資企業(yè)如力勁公司等壓鑄企業(yè)也開始生產(chǎn)1000噸以上的壓鑄機(jī)。這個期間企業(yè)的壓鑄機(jī)基本在1000噸至1600噸，而模具基本上全部是隨著設(shè)備一同引進(jìn)，國內(nèi)很少能夠生產(chǎn)。因?yàn)閲鈮鸿T模具價格較高，個別模具企業(yè)加大了投入，開始復(fù)制汽車配件壓鑄模具。在這個過程中，企業(yè)加以吸收消化，逐步開始轉(zhuǎn)型，以生產(chǎn)中型壓鑄模具為主，模具制造水平以及制造能力大幅提高，基本上沒有再從國外引進(jìn)此類模具。

　　過去的十年到現(xiàn)在，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，無論是汽車行業(yè)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，還是普通的裝飾品，都越來越多的采用壓鑄技術(shù)進(jìn)行制造，大型的、精密的壓鑄模具顯得尤為重要。這時候的壓鑄企業(yè)已配置從2000噸到3800噸，甚至4500噸的壓鑄機(jī)。一套模具的重量也由幾噸，到十幾噸，甚至上百噸。隨著國內(nèi)對于大型精密壓鑄模具的需求越來越大，市場競爭日趨激烈，模具制造價格也必然降低，造成對制造模具的水平要求也越來越高，制造成本必須大幅降低。

　　總的來說，無論是國內(nèi)還是國內(nèi)，大型精密壓鑄模具的市場前景廣闊，誰能把握住機(jī)遇，誰就能做大做強(qiáng)。而我們所能做的，就是以最切合實(shí)際的、最先進(jìn)的模具實(shí)用工藝來指導(dǎo)大型精密模具的發(fā)展方向，從而提高大型精密模具的制造水平，模具使用質(zhì)量，模具管理水平。

　　本研究的詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容：

　　一、大型精密壓鑄模具的特點(diǎn)為：

　　1、大型：模具體積大、重量大，公差要求高、鑲件的配合要求高。以3000噸壓鑄機(jī)配套的壓鑄模具為例，定模的重量為23000Kg、動模的重量為30000Kg、共計(jì)53噸，最大3800mm×1500mm×1200mm，僅產(chǎn)品毛坯的重量就達(dá)15Kg至20Kg，模具配套的水冷、油冷等冷卻系統(tǒng)最多可達(dá)20組，配套的外接設(shè)備包括4至6臺的模溫機(jī)、2至4臺的冷水機(jī)、1臺大型的真空機(jī)、1臺大型的自動取件手、1臺大型的自動噴霧機(jī)以及其他相關(guān)的設(shè)備。總的來說，大型模具不僅模具的物理尺寸大，所配套的設(shè)施也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比中小型模具的復(fù)雜。

　　2、精密：壓鑄模具的產(chǎn)品基本上不再加工或者少再加工，再加工的要求高，外觀、尺寸、內(nèi)部質(zhì)量等要求很高，都是以0.01mm為單位計(jì)量，而模具對于產(chǎn)品的影響可達(dá)70%，是重中之重。一套大型模具的鑲件數(shù)量可達(dá)上百，基本上采用的都是間隙配合，所以對模具要求的配合精度、制造質(zhì)量也很高。因?yàn)槟＞叩馁|(zhì)量大、尺寸大，造成開合模的運(yùn)動鏈較長，動模與定模的配合面更大，料槽、射桿及其他相關(guān)模具配件的配合精度要求也很高，所以對于模具的定位精度、運(yùn)動精度都提出了很高的要求。因?yàn)樯a(chǎn)時的澆注重量大，從給湯機(jī)倒料進(jìn)入料槽、產(chǎn)品成型到模具開模，期間模具內(nèi)部之間的能量進(jìn)行很高的交換，造成熱應(yīng)力大，所以對于模具的制造質(zhì)量、冷卻系統(tǒng)的效率都有很高的要求。

　　為此，本研究圍繞大型精密壓鑄模具的大型、精密這兩個最重要的特性，開展了對其工藝的研究，主要內(nèi)容如下：

　　(1)模具設(shè)計(jì)與加工，主要從模具的冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)入手，全面滿足產(chǎn)品的外觀、尺寸、內(nèi)部質(zhì)量等性能要求。

　　(2)壓鑄工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，包括選擇最合理的壓鑄工藝參數(shù)，不斷改進(jìn)的壓鑄工藝流程。

　　(3)模具管理的系統(tǒng)化，包括從新模檢點(diǎn)、維修內(nèi)容、生產(chǎn)模次、報(bào)廢處理等對模具的全壽命進(jìn)行全面的跟蹤記錄。

　　二、本項(xiàng)目主要解決了以下關(guān)鍵問題：

　　1、解決提高大型精密模具的尺寸精度問題。

　　(1)、無論從模具剛上機(jī)開始熱模生產(chǎn)，還是正常生產(chǎn)過程中，全程都由模溫機(jī)和冷水機(jī)進(jìn)行控制模具溫度。利用4臺模溫機(jī)和2臺冷水機(jī)，對每一塊鑲件單獨(dú)控制。

　　(2)、采用先進(jìn)的鋁合金溶液精煉控制系統(tǒng)，精確控制熔煉的溫度和出料的溫度，保證鋁料成分的穩(wěn)定性;采用先進(jìn)的機(jī)邊保溫爐與人工實(shí)時監(jiān)控的辦法，保證鋁料進(jìn)入壓室溫度的穩(wěn)定性。

　　2、解決提高大型精密模具的鑄件工藝出品率問題。

　　以某型奧的斯的重型扶梯梯級為例，通過對澆注系統(tǒng)(分流錐ZL201320190771.2)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使該模具的澆注重量由18.6Kg，降低到17.2Kg，工藝出品率提高了7.5%。

　　圖(1)、圖(2)和圖(3)為上述奧的斯的重型扶梯梯級的分流錐進(jìn)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的實(shí)施示意圖。

　　改進(jìn)后的分流錐，包括分流錐主體1、澆口道2和V字型運(yùn)水管3，所述分流錐主體1由上部圓錐柱凸臺4和下部圓柱基臺5構(gòu)成;所述澆口道2凹陷于上部圓錐柱凸臺4圓弧外表面;所述分流錐主體1內(nèi)部開有V字型運(yùn)水管3。

　　澆口道2從上部圓錐柱凸臺4頂端向下延伸至上部圓錐柱凸臺4和下部圓柱基臺5連接處。澆口道2的底面為圓弧凸面，兩側(cè)為圓弧凹面。澆口道2包括直澆道和橫澆道。所述直澆道位于上部圓錐柱凸臺4圓弧外表面，所述橫澆道位于上部圓錐柱凸臺4和下部圓柱基臺5連接處。澆口道2包括底面和兩側(cè)面，其中橫澆道和直澆道的側(cè)面優(yōu)選為圓弧凹面;直澆道的底面優(yōu)選為圓弧凸面，而橫澆道的底面優(yōu)選為平面。上部圓錐柱凸臺4與澆口套相配合。

　　V字型運(yùn)水管包括入水孔6、出水孔7、入水管8、出水管9和V字型通道10;所述入水孔6、出水孔7開于下部圓柱基臺4側(cè)面,分別通過入水管8、出水管9與V字型通道10相貫通。

　　出入水孔優(yōu)選為螺紋孔。V字型通道10的頂角位于上部圓錐柱凸臺4內(nèi)部，兩端與出入水管連接。

　　分流錐還包括固定螺絲孔，該固定螺絲孔位于下部圓柱基臺的底部，分流錐主體通過固定螺絲孔連接模具動模，可以使用螺栓連接。

　　3、解決提高大型精密模具的生產(chǎn)效率問題

　　就上述某型奧的斯的重型扶梯梯級為例，通過對澆注系統(tǒng)(分流錐、澆口套ZL201320190732.2)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，模具冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化，自動噴霧機(jī)的優(yōu)化改造，使模具的冷卻時間由26秒減至15秒，減少了42.3%的冷卻時間。

　　圖(1)、圖(2)和圖(3)為上述奧的斯的重型扶梯梯級的分流錐進(jìn)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的實(shí)施示意圖。詳細(xì)內(nèi)容見上述第(2)點(diǎn)“解決提高大型精密模具的鑄件工藝出品率問題”

　　圖(4)、圖(5)和圖(6)為上述奧的斯的重型扶梯梯級的分流錐進(jìn)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的實(shí)施示意圖。

　　改進(jìn)后的澆口套，包括主體方形澆口套1、圓形澆口套2、運(yùn)水通道3、進(jìn)水孔4和出水孔5;所述圓形澆口套2套于主體方形澆口套1內(nèi);所述進(jìn)水孔4和出水孔5開于主體方形澆口套1側(cè)面，并與運(yùn)水通道3的兩端連接;所述運(yùn)水通道3圍繞圓形澆口套2設(shè)于主體方形澆口套1和圓形澆口套2之間。

　　優(yōu)選地，圓形澆口套2通過過盈配合鑲嵌于主體方形澆口套1內(nèi)部。當(dāng)模架出現(xiàn)偏移時只會引起圓形澆口套2的轉(zhuǎn)動，防止引起主體方形澆口套1的轉(zhuǎn)動，從而延長澆口套的使用壽命。

　　上述運(yùn)水通道3由運(yùn)水直通道6構(gòu)成，運(yùn)水直通道6之間首尾相接連通成整個運(yùn)水通道3;每三段運(yùn)水直通道6兩兩垂直連接形成一層，層與層之間通過運(yùn)水直通道6垂直連接。優(yōu)選地，運(yùn)水通道3由十一段運(yùn)水直通道6構(gòu)成，其中九段運(yùn)水直通道6形成上、中、下三層運(yùn)水通道，上、中層運(yùn)水通道的一端通過一段運(yùn)水直通道6垂直連接，中、下層運(yùn)水通道的另一端通過一段運(yùn)水直通道6垂直連接。

　　運(yùn)水直通道6均有一端在主體方形澆口套1表面上開有一個工藝孔7，該工藝孔7是利用深鉆技術(shù)鉆成的，另一端則留有余量不鉆透。所述工藝孔7分布于主體方形澆口套1的多個側(cè)面，其中整個運(yùn)水通道3兩端形成的工藝孔7分別設(shè)置為4進(jìn)水孔和5出水孔，其余工藝孔7則而采用補(bǔ)焊技術(shù)密封住。如圖(6)所示，進(jìn)水孔4位于主體方形澆口套1的下部的左上位置。出水孔5位于主體方形澆口套1的下部的右下位置。

　　優(yōu)選地，所述進(jìn)出水孔為螺紋孔。

　　改進(jìn)后的澆口套還包括固定螺絲孔10，固定螺絲孔10開于主體方形澆口1表面，共有4個，主體方形澆口套1通過固定螺絲孔10連接動模模具。

　　4、除了上述的改進(jìn)模具澆注系統(tǒng)(分流錐、澆口套)，以下還有2個措施，用來提高模具的生產(chǎn)效率。(1)通過外接冷卻設(shè)備的優(yōu)化配置，有效提高模具的整體和局部冷卻效果。

　　A、供水水壓提高至2.5Kg，配置2臺冷水機(jī)，提高冷水機(jī)的對模具局部的冷卻效果。

　　B、配置4臺模溫機(jī)，提高模具整體的冷卻效果，并有效保證模具溫度控制在220℃至240℃之內(nèi)。

　　(2)通過對自動噴霧機(jī)的優(yōu)化改造，有效降低模具噴涂的時間。

　　A、使用大型的噴霧機(jī)噴頭，噴頭改為定、動模都分開排水和控水，兩側(cè)上排各有8個銅管、下排各有2個銅管(共20個)，增大了噴霧機(jī)的一次噴涂面積，從而提高了噴涂效率，降低了噴涂時間。

　　B、定、動模的吹氣分開控制，不需要等到噴霧機(jī)噴涂完全完成后再吹氣，降低了噴霧機(jī)吹氣的時間。

　　C、噴頭分為7組電碰閥，有效控制噴霧機(jī)的噴涂與吹氣。

　　5、增強(qiáng)大型精密模具的使用可靠性問題。

　　(1)對模具進(jìn)行全面的檢查，以確保符合生產(chǎn)工藝的要求。

　　A、對模具冷卻系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查：標(biāo)志冷卻系統(tǒng)中的油管、水管，防止人為接錯;對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行試漏工作，防止冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)漏油、漏水、漏氣問題;對模溫機(jī)、冷水機(jī)進(jìn)行檢測與評估，保證符合工藝要求。

　　B、對模具配件進(jìn)行全面檢查：檢查料槽、料套、拉桿/頂棍、模碼等，防止因模具配件的磨損而對模具配件本身與模具主體造成進(jìn)一步的損傷。

　　C、對模具在生產(chǎn)過程中進(jìn)行全面檢查：檢查模具鑲件是否出現(xiàn)燒傷、崩缺，頂針是否變形、斷裂，防止模具劃傷、壓傷等。

　　D、對模具下機(jī)后進(jìn)行全面檢查：檢查模具鑲件、頂出系統(tǒng)、模具配件等是否出現(xiàn)拉傷、崩缺、斷裂、變形、凹陷、凸出等。

　　(2)對模具進(jìn)行全面的保養(yǎng)與維修工作，簡歷完善的模具檔案。

　　A、統(tǒng)計(jì)模具的生產(chǎn)模次，每達(dá)到5000模次進(jìn)行一次回火處理，減低模具的表面應(yīng)力效應(yīng)，提高模具的使用壽命，保證模具的使用精度。

　　B、建立模具維修保養(yǎng)制度：定期對模具進(jìn)行精度測量，保證模具的使用質(zhì)量;定期對模具進(jìn)行檢查與保養(yǎng)，保證模具壽命內(nèi)的使用質(zhì)量。

　　C、建立模具報(bào)廢處理方案：對達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的模具，進(jìn)行實(shí)際情況評估，防止不合理報(bào)廢和過度使用。

　　本研究主要的創(chuàng)新點(diǎn)、成果及未來展望

　　一、本研究的主要創(chuàng)新點(diǎn)

　　1、本項(xiàng)目針對大型精密模具的全壽命管理，從設(shè)計(jì)階段、使用過程到報(bào)廢處理，進(jìn)行專業(yè)的記錄，及時處理各種問題，優(yōu)化各種要素。

　　2、采用模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高模具的尺寸精度、模具的鑄件工藝出品率、模具生產(chǎn)效率、模具的使用可靠性。

　　二、本研究的主要成果

　　1、澆注系統(tǒng)的改良設(shè)計(jì)，主要是分流錐與澆口套，增強(qiáng)了運(yùn)水系統(tǒng)的冷卻效果，大大縮短了冷卻時間：由26秒降低到了15秒，并降低了產(chǎn)品的澆注重量：由18.6千克減少到17.2千克。

　　2、改良模具溫度控制的方式，從以前靠鋁料的溫度預(yù)熱模具到現(xiàn)時使用了4臺大功率模溫機(jī)進(jìn)行控溫，甚至用煤氣進(jìn)行加熱，使模具溫度得以控制，不僅提高了生產(chǎn)效率與成品率，對模具本身的壽命也有了較大的提高。

　　3、提高排氣系統(tǒng)的排氣效果，不僅使氣孔問題對產(chǎn)品影響降到了最低，還使產(chǎn)品的質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提高。

　　4、其他相關(guān)工藝的改進(jìn)，如噴涂器的噴涂效果、機(jī)邊保溫爐的保溫效果、壓鑄工藝的改良、模具管理水平的提高等。

　　三、未來展望

　　1、提高扶手梯級的成品率，達(dá)到98%以上;

　　2、重點(diǎn)提高扶手梯級的生產(chǎn)效率，每班(8小時制)，平均達(dá)到300件;

　　3、提高扶手梯級的工藝出品率，提高產(chǎn)品重量的比例;

　　4、提高模具的管理水平，保證模具的使用質(zhì)量，提高模具壽命。