原標題：離合器殼體壓鑄模推出機構的優化設計

隨著國內工業生產的迅速發展，我國模具行業發展迅速，目前壓鑄模具總產量僅次于美國，成為名副其實的壓鑄大國。壓鑄件廣泛應用于汽車、摩托車、機械裝備及電子產品。汽車發動機缸體、缸蓋罩、鏈條蓋、變速箱殼體和離合器殼體等較大型零件均采用鋁合金高壓鑄造。為滿足大批量生產的要求，對壓鑄模具的質量、壽命及使用的可靠性提出了更高的要求。本研究以一款手動擋汽車離合器殼體為例，分析該殼體的結構特點及分型面選擇，結合生產過程中存在的產品不良、維修維護情況，對離合器殼體壓鑄模的推出機構進行結構優化設計，為類似壓鑄件的開發提供參考。

圖文結果

汽車離合器是安裝在發動機與變速器之間的總成部件，是發動機和傳動系統之間傳遞動力的部件。離合器殼體起到連接、支撐和保護離合器內部零部件的作用，提高離合器工作的穩定性。圖1為某型手動擋汽車離合器殼體，其外輪廓尺寸為477 mm×358 mm×130 mm，平均壁厚為3.5 mm。從鑄件結構來看，殼體鑄件在兩側不同方向有兩個腔體組成，一側與發動機飛輪組連接側有?276.5 mm×122 mm的腔體，另一側與變速器殼體連接側有最大直徑為?189 mm臺階狀的腔體，鑄件兩側平面及側向有多處螺栓安裝凸臺形成的厚壁區域。鑄件材質為AlSi9Cu3（Fe），質量為6.1 kg。鑄件加工后需要進行密封測試，在0.1 MPa壓力下，泄漏量小于20 mL。

壓鑄模具主要由動模和定模兩部分組成，動模和定模的接觸表面即為分型面。分型面一般選擇在鑄件外輪廓尺寸最大的斷面，以保證鑄件在開模后順利從模具型腔中分離；同時要滿足壓鑄件在開模后留在動模一側，利用壓鑄機的推出機構可以順利、平穩地將鑄件推出，從而簡化模具結構。結合離合器殼體的外形特點，分型面選擇在兩側腔體的最大端面處，以側向斜面過渡，形成折線分型面。起模斜度一致的型腔面（或型芯面）在一側型腔中成形。要實現壓鑄件在開模后留在動模一側，則需將包緊力大的一側設為動模。包緊力的大小主要與鑄件包裹的成形部分的表面積、壁厚、起模斜度等因素相關，因此將離合器殼體與發動機結合側較大的裝配腔室設置在動模，確定了鑄件的主分型面。根據鑄件局部形狀的變化，對主分型面局部進行細化，確定離合器殼體分型面。圖2為離合器殼體的分型面。

圖1 離合器殼體3D形貌

圖2 離合器殼體分型面
1.動模 ２.動模鑲塊 ３.鑄件

離合器殼體在批量生產時，存在變形及微裂紋缺陷，見圖3。鑄件毛坯變形約占報廢件的60%以上，變形位置發生在離合器殼體與變速器殼體的結合面，下部翹起1~2 mm，批量生產時依靠增大毛坯底面和側向孔的加工余量來抵消變形帶來的缺陷，造成很大的浪費；微裂紋發生的位置固定在下部的螺栓凸臺，無明顯痕跡，不良率小，發生階段為生產中后期。經分析，鑄件兩種缺陷均是因為鑄件的結構導致的包緊力受力位置及方向各異而產生的。模具在開模瞬間受力狀況見圖4，動模包緊力和定模包緊力呈上下分布，方向相反，開模瞬間動模包緊力強制將殼體脫離定模，盡管定模下方有沖頭推出力的作用，但由于內澆口處強度較低，在開模的瞬間沖頭跟出力將橫澆道與鑄件在內澆口處斷開，無法協助定模推出。模具使用初期，由于定模局部包緊力的作用致使鑄件發生變形。到模齡中后期隨著模具型腔表面出現龜裂，模具表面粗糙，定模局部包緊力加大，致使個別鑄件出現微裂紋。

圖3 離合器殼體缺陷位置

圖4 離合器殼體開模時受力圖

壓鑄模具的定模推出機構常用碟簧推出和液壓推出。液壓缸推出常用于推出面積小、推出力集中場合，而離合器殼體定模推出的推桿分散布置在殼體腔體的下半部，在腔體圓周螺栓凸臺處共設置6個推桿，推出范圍較大，因此采用碟簧推出。定模推出機構的三維示意圖見圖5，結構組成見圖6。工作過程如下：合模時動模鑲塊平面與該機構的復位桿接觸，在合模力的作用下壓縮碟簧，復位桿帶動推桿固定板和推桿復位，合模結束，復位桿運動至與分型面平齊，此時安裝在推板上的限位柱與壓鑄機定模板平齊。開模時處于壓縮狀態的碟簧釋放松開，在碟簧的推力作用下，帶動推板、推桿固定板運動，將推桿及復位桿推出高于分型面，從而實現在開模的同時將鑄件從定模推出。定模推出距離設計為3～5 mm，由于推出距離小，不需要單獨設置推出導向機構，復位桿設計在推板的4個角，同時起到推出導向的作用。

圖5 定模推出機構三維示意圖
1.推桿 2.復位桿 3.碟簧 4.碟簧支撐柱
5.限位柱 6.推板 7.推桿固定板

圖6 定模推出機構結構組成圖
1.動模套板 2.復位桿 3.定模鑲塊 4.定模推桿
5.推桿固定板 6.推板 7.碟簧 8.碟簧支撐柱 9.限位柱

從圖6b可以看出，定模鑲塊在中心成形區域為圓形臺階過渡形狀，主要由6部分凸臺組成，分別計算每部分的推出力，計算結果見表1。定模型芯總推出力∑F推=42 393 N。

碟簧具有體積小、負荷大、組合使用方便等特性，可以根據使用空間、負荷、行程等不同需求，通過單片對合組合、多片疊合組合等方式獲取不同的載荷和行程。在本模具定模推出機構中使用碟簧，可以在保證足夠的推出力的情況下有效地減小安裝空間，保證定模套板的強度。

依據本模具的定模推出結構，共設計兩處安裝碟簧的位置，處于定模推出機構縱向水平橫向中心對稱位置，見圖5，根據所需推出力，選用外徑為?50 mm，厚度為3 mm的碟簧兩片并聯使用。為滿足推出距離，選用6組串聯組合。選用的碟簧參數見表2。碟簧結構示意圖見圖7。

表1 定模型芯推出力

表2 碟簧參數表

圖7 碟簧結構示意圖

動模推出機構的組成主要由推出元件、復位元件、導向元件、限位元件及結構元件，通常動模推出機構的結構組成見圖8。圖8a中推出機構的動模座板為平板結構，限位釘固定在動模座板上；圖8b中推出機構的動模座板為臺階式，與支板合為一體，同時內部臺階起到推出機構的限位作用。這兩種結構存在一個共性問題，就是當需要更換推桿或動模冷卻水等易損件時，必須拆卸動模座板。尤其是大型模具體積和質量大，并且連接螺栓尺寸大，拆卸動模座板的過程費時費力，嚴重影響生產效率。因此在復制模具時對動模推出機構進行優化。

離合器殼體動模推出機構的結構優化方案見圖9，動模座板采用一體式結構，裝配時首先將推板導柱安裝在動模座板的內臺階面上，推板導柱共4件分布在動模套板內腔四角處；定位銷安裝在動模座板與動模套板的結合面上。然后將帶有推板導柱和定位銷的動模座板安裝到動模套板上，用螺栓固定連接。之后將推桿、復位桿、推板導套按順序安裝在推板上，再用螺栓與推板固定為推出組件，將推出組件安裝到動模座板中；最后固定4個壓蓋式限位塊。維修維護更換易損件時，只需將4個小限位塊拆下，即可將帶推桿的推出組件取出，方便、安全、可靠。

圖8 動模推出機構結構組成圖
1.動模座板 2.推板導套 3.推板導柱 4.推板
5.推桿固定板 6.限位釘 7.推桿 8.復位桿 9.支板

圖9 離合器殼體推出機構結構組成圖
1.動模座板 2.限位塊 3.推板 4.推桿固定板
5.推板導套 6.推板導柱 7.定位銷 8.冷卻噴管
9.推桿 10.復位桿 11.動模鑲塊 12.動模套板

離合器殼體在16 000 kN壓鑄機上生產，年產量30萬件以上。推出機構的優化方案體現在復制模具上，經過十余副模具的生產驗證，鑄件產品品質明顯提升，無因靜模局部包緊力過大而產生的變形及裂紋，同時縮短了模具維修維護的時間，提高了生產效率。模具在定模采用碟簧推出機構，由于碟簧在使用過程中受交變應力和模具溫度的影響，長時間使用會發生塑性變形，自由高度縮小彈性減弱。為避免碟簧失效的風險，模具在2萬模次去應力保養拆解模具型腔的同時，將碟簧全部更換一次。一體式結構的動模座板，使用壽命達到50萬以上，更換模具時可以通過維護和檢測后循環使用，大幅降低了模具制造成本。

結論

（1）定模采用碟簧推出機構，克服了定模包緊力實現鑄件定模推出。本設計使用的碟簧組合為2片并聯6組串聯，推出力為單片2倍，推出距離為單片6倍。該結構簡單運行可靠，提升了產品品質。

（2）針對大型壓鑄模具，動模推出機構采用一體式動模座板，壓蓋式限位塊結構，簡化模具的裝配及拆卸，減少了模具維修維護時間，提高了生產效率。

《離合器殼體壓鑄模推出機構的優化設計》

曲太旭 侯麗彬 董少崢
大連科技學院機械工程學院
安徽工業大學材料科學與工程學院，
先進金屬材料綠色制備與表面技術教育部重點實驗室

本文轉載自《特種鑄造及有色合金》