重庆市搏润模具有限公司  高星 陈剑锋

摘要：汽车大型一体化零部件的模具设计思路，以完善现有一体化零部件的大型模具设计经验，从模具结构，浇排系统，温度控制系统，顶出系统，模流分析等方向对一体化后地板产品模具创新设计进行一个阐述；该案例适用于7000T以上大型铸件的模具设计，可为同类压铸模具提供一定参考。

关键词：一体化；大型铸件；模具设计

Absrtact: The idea of mold design for large-scale integrated automobile parts is to improve the existing experience of large-scale mold design for integrated automobile parts, and the innovative mold design for integrated floor products is expounded from the aspects of mold structure, pouring and discharging system, temperature control system, ejection system and mold flow analysis. This case is suitable for the mold design of large castings over 7000T, and can provide some reference for similar die-casting molds.

Keywords: integration; Large castings; mold design

1.引言

在传统汽车生产中，冲压和焊接占了较大的比例，而现在的汽车结构发展趋势是使用一次成型的大型复杂结构件，这可以提高生产效率，提高材料利用率，降低生产成本，使车辆轻量化；但该类大型铸件需要使用超大型压铸机一次压铸成型，一般要用到6000T以上的大型压铸机，并且该类零部件的大型模具设计经验相对缺乏；由于一体化结构件体积更大，外形更复杂，填充质量要求也更高，需要更加细致的设计浇排系统，准确的模流分析将会非常，模具结构的强度也需要特别注意，温控系统将会相当复杂，模具也会使用到超高真空排气。

于是，有鉴于此，针对大型一体化结构件的发展趋势，满足客户的需求，我们为客户设计了一套汽车后地板一体化成型模具，该模具在7000T大型压铸机上生产，最终试模成功，投入生产；整个设计过程我们完善了该类零件的设计流程，增加了设计经验，总结了设计方法，跟上了结构件铸造的发展趋势。

2.产品参数

产品的最大外形尺寸为1400X1500X500，总重量为53kg，投影面积 1200000mm²，基本壁厚≥3mm

（1）铸造压力分析

根据产品的耐压要求，该产品最低铸造压力不低于300Kg/cm²。如产品验收要求较高，有可能使用到350Kg/cm²以上

（2）锁模力估算为7000T

根据产品的情况，以400Kg/cm²的铸造压力计算。产品投影面积12000cm²，浇注系统投影面积9200cm²，总投影面积A=12000+9200=21200cm²，铸造压力P取350Kg/cm²。

F锁=AP/10=21200X30/10=63600KN=6360T，滑块预估200吨，安全系数取1.1，那么压铸机需要提供的锁模力至少是（6360+200）X1.1=7018T，综合考虑，使用7000T或以上压铸机生产此件。

（3）冲头直径及充满度（产品53KG，流道30KG，渣包排气估算11.5KG）全铸件约94.5KG，有效压室长度1500mm，选用不同冲头的如下表数值：

3.模具设计内容

3.1浇排系统设计

产品基本壁厚≥3mm，将内浇口厚度设置为3mm，通过计算内浇口面积为4500mm²，将内浇口位置放置在产品结构较为复杂的区域，按比例设计出料饼、横浇道，支浇道、内浇口；将浇道和产品导入MAGMA软件中左模流分析，根据模流分析结果安排渣包和排气位置，并重新调整浇道，多次模流分析后，将浇排调整到最佳状态。

3.2模芯设计

将定模芯设计为5个镶块，动模芯设计为8个镶块，为了保证型腔强度，型腔最深处到模芯背面厚度要大于100mm，这样可以防止模芯变形，同时便于布局温控系统；型腔设计为镶块结构的另外一个重要因素后期模具出现局部龟裂是只需要更换损坏的部分镶块即可，大大降低了生产成本。

图1.定模芯结构示意图

图2.动模芯结构示意图

3.3滑块设计

产品在滑块方向结构复杂，滑块长度超过800mm，因此滑块设置为镶拼结构，通过计算其包紧力较大，因此滑块上需要设置顶针机构，可以有效防止抽出滑块导致产品变形。

由于整个滑块本身重量较重，同时滑块包紧力已较大，因此我们使用了2个缸径为320mm的油缸同时推动滑块，油缸连接头固定在模框上，油缸本体与滑座固定，与滑座一起运动，这样的连接结构有效地保证滑块的平稳运行。

图3.滑块与滑座组件的结构示意图

图4.滑块与滑座组件的三维结构示意图

图5.油缸安装的结构示意图

3.4冷却系统设计

浇排系统设计好后，运用MAGMA模流分析软件进行模拟分析，根据模拟热节分布图来进行冷却系统设计；为了便于模具温度调节控制和整个型腔的温度平衡，主要采用线冷却的方式布局模具的油、水路系统，同时在产品壁厚大部位采用点冷却的方式进行冷却，动模、定模、滑块水路系统一共分为25组；在温度较低的区域采用热油升温，动模、定模、滑块油路系统一共分为15组；并且每组对应接口做好编号形成工艺文件，方便模具生产中进行水路、油路调整，最终将模具整体温差控制在50摄氏度的范围内。

图6.定模冷却系统示意图

图7.动模冷却系统示意图

3.5排气系统设计

为了将真空度达到50mba以内，设置了6组真空阀，并且将抽真空的过程设计成了两个阶段；在模芯与排气板中分别设置了3组液压抽真空系统，并且每个模芯部分之间都用密封胶条填充缝隙；模芯抽真空为第一阶段，排气抽真空为第二阶段，按照这种抽真空的顺序，最终保证整个模具真空度达到50mba以内。

图8.排气系统示意图

3.6模架结构设计

为了保证模框的结构强度，防止模框产生裂纹，我们进行了精确的计算和仿真分析，得出动模框厚度需≥350mm，定模框厚度需≥200mm，滑块锁模厚度需≥320mm；为了保证动定模合模精度，动定模框上设置4处定位导柱；根据模具总重量选用载荷100吨的M90的万向吊环；定动模模背面安置快速夹模器，提高模具在压铸机上的安装速度。

图9.模框定位示意图

图10.模框强度示意图

图11.快速夹模器位置示意图

4.装配、试模：

模具定模部分重量45T，动模部分重量75吨，整副模具总计120吨左右，采用200T行车吊装上合模机进行合模装配；由于该模具吨位较大，普通合模机无法达到使用要求，该模具最终在1200T合模机上进行合模配模，通过试模生产验证，模具未出现跑水飞皮现象，配模达到了预期效果。

图12.装配、试模现场

5.总结

以上是在7000T一体化后地板模具设计制造过程的主要部分，运用了全新的模具设计的思路和制造工艺，供大家共同探讨；在时代的进步下，随着新能源汽车的强势发展，追求汽车结构的轻量化，为了提升汽车的生产效率，降低成本，这种类似后地板的一些大型压铸件将会越来越多地被研发和运用，甚至超大型压铸机将一体式车架一次压铸成型也将会实现；所以大型压铸模具的需求将会越来越多，现在设计大型压铸模具的过程中也不乏遇见一些常规方式难以解决的问题，设计流程也缺乏经验，所以需要我们不断地尝试新方法，改善设计流程，勇于接受挑战，在实践中总结经验和方法，这样才能提高模具设计的水平，并有足够的自信设计好各种一体化大型压铸件的模具，满足并超越客户的需求。