绩效技术指导注塑机定模板铸件结构的优化设计

（南充职业技术学院，四川南充 637100）

绩效技术指导注塑机定模板铸件结构的优化设计

卢亭玉

（南充职业技术学院，四川南充 637100）

简述了全液压注塑机重要零部件—定模板铸件的结构及其工作状态。分析了原定模板结构存在的问题：壁厚设计不合理、预埋钢管结构及其位置不正确、加强筋结构不合理、铸造工艺孔大小及其位置不合适等诸多不足；阐述了运用绩效技术等新理念设计出的定模板铸件的结构特征，及其预埋钢管镶铸可靠、铸件合格率高等优点。其设计理念可推广于其类似铸件之结构设计过程中。

绩效技术；液压铸件；定模板；预埋钢管；铸造工艺孔

随着社会的发展，塑料制品已经广泛地应用于人们的日常生活及各行各业的生产中，并且将更大规模地替代金属制品。而注塑机则是塑料制品最为主要的成型设备，本文研究的注塑缸定模板铸件便是全液压注塑机上的一个极为重要的基础零件。

全液压注塑机的定模板上通常装配锁紧油缸及其活塞杆、开合模油缸及其活塞杆、以及其它液压管件，因而该零件上通常承载数百公斤至数吨的设备静载荷，及数吨至数十吨、上百吨的动载荷。若定模板结构强度、刚性偏弱，便易使注塑缸产生变形，从而降低设备的运行精度，加速相关零部件的磨损，增大设备的维修工作量，更为重要的是壁厚等结构设计的不合理，会使铸件产生裂纹导致设备漏油。原定模板铸件结构（如图1所示，铸铁材料一般为QT500-7）在多年生产实践中已经多次出现了诸如上述的问题，为了解决这一现状，我们采用绩效技术等新理念重新设计和改进了定模板铸件结构。为讨论方便本文以锁模力200 t的全液压注塑机定模板为例进行探讨。

1 定模板原结构的不足

1.1 壁厚不合理

图1所示的锁模力200 t的全液压注塑机定模板原结构，在结构设计方面主要考虑的因素，一方面是定模板结构的刚性—足够的刚性以期在200 t的锁模力状态下定模板尽可能少的变形；另一方面是机械加工工艺性—以求机械加工工艺简化。由此，使得定模板原结构铸件壁厚的合理性考虑不够。

定模板原结构壁厚的设计是不合理的，主要表现在包融预埋钢管（钢管的壁厚一般为4～7 mm）的壁厚最薄处只有10～13 mm，而10～13 mm的壁厚和主体50 mm的壁厚悬差太大，因此一方面会使得铁液凝固和冷凝过程中应力过大，致使包融预埋钢管处的薄壁与厚壁交界处易产生收缩裂纹，从而易使铸件产生液压油的渗漏；另一方面对于10～13 mm的薄壁结构，铸造厂为使铸件获得较高的铸件合格率，把本应“低温浇注”的厚壁球铁件采用了“高温浇注”工艺（以避免薄壁处产生浇不足、冷隔类铸造缺陷），而“高温浇注”则又使得铸件易产生更大的收缩缺陷和预埋钢管被“融化”及钢管内的芯砂被烧结的缺陷。这两方面的缺陷都是定模板铸件技术要求不允许出现的。

1.2 预埋钢管结构及位置不合理

在定模板原结构中，预埋钢管的结构及位置也不合理。之所以说预埋钢管结构不合理，主要是指预埋钢管（如图2.a所示，通常采用无缝钢管）与铸铁的镶铸直接使用的是光面结构。众所周知，钢的收缩系数（亦即膨长系数）与铸铁的收缩系数相差较大，其相互间很难做到很好的“融合”，必然会在铸铁与钢管的接合面上存在着无法消除的缝隙，这也是定模板原结构存在漏油缺陷的一个较重要的客观因素。

图1 锁模力为200 t的全液压注塑机定模板原结构简图

图2 预埋钢管的两种不同结构简图

预埋钢管位置不合理，主要是指预埋钢管与定模板的四个主侧面所构成的壁厚(最小处)上侧面为22 mm，左右两侧面仅为13 mm。这种位置既会如前所述易使铸件产生收缩缺陷，又使得四个工作状态相同的钢管，其包融的壁厚尺寸相差过大，影响结构的外观。

1.3 加强筋结构不合理

定模板原结构的加强筋结构设计不合理，主要是指定模板原结构的四角上的锁模油缸孔之对角线上四个斜向加强筋（以下简称：四个斜筋）的尺寸只设计了40 mm壁厚，而这四个斜筋正好是四个锁模油缸传递锁模力的主要结构的重要组成部分；正对四个边的正“十字筋”（以下简称：四个辅筋）不是主要传递锁模力的结构却设计成了50 mm壁厚。由此，一方面既使得定模板的刚性得不到很好地保证；另一方面又降低了材料的使用率（性价比），于是我们认为定模板原加强筋的设计不合理。

1.4 铸造工艺孔大小及其位置不合理

定模板原结构的铸造工艺孔大小及其位置设计同样是不合理的。定模板原结构中的8个φ60 mm出砂孔，亦是铸造工艺使用的砂芯定位结构。而φ60 mm的孔径偏小，不利于砂芯的定位，8个孔布置的中心既没有设置在所定位砂芯的重心处，又未在φ580 mm的径向位置上均布。由此，这种尺寸和位置的设计既不利于砂芯的定位，又使得8个出砂孔分布的美观性降低。

2 定模板优化设计后结构的特点

鉴于上述定模板原结构存在的诸多不足，我们运用绩效技术、美学及黄金分割原理等新理念[1～4]来指导该铸件的结构设计。重新改进设计出了图3所示的锁模力200 t的注塑机定模板的优化结构。经过该铸件（及其同类铸件）成功的生产实践证明，改进后的定模板结构具有如下一些特点。

图3 锁模力200t的全液压注塑机定模板改进后结构简图

2.1 合理的壁厚结构

图3所示的全液压注塑机的定模板优化结构，是在保证其零件质量大致相同的条件下，注重铸件壁厚尺寸相差值尽可能小—使铸件的壁厚均衡性提高，同时在确保该定模板足够强度等技术要求的前提下，又提高了铸件的刚性。分别将原铸件结构中包融预埋钢管的几处最小壁厚从10、13、22 mm的不合理尺寸，优化设计为图3所示的30、25、30 mm。

定模板合理的壁厚尺寸使包融预埋钢管处的壁厚相差较小，整个铸件的壁厚均衡性得以大幅度的提高。一方面使得铁液凝固和冷凝过程中应力得到了尽可能的减小，致使包融预埋钢管处壁与铸件本体壁交界处不会产生收缩裂纹，从而使铸件因为裂纹产生液压油渗漏缺陷的因素得以根本性消除。另一方面均衡性高的厚壁结构的球铁件，可以很好地应用“低温浇注”工艺，既可降低铸件其它的收缩缺陷，提高材质的致密度，又使得预埋钢管内的芯砂不再出现烧结的缺陷。

2.2 预埋钢管结构及位置合理

鉴于图2.a所示光面的预埋钢管与铸铁的镶铸所存在的不足，我们利用钢的收缩系数与铸铁的收缩系数相差较大的特性，将接近预埋钢管的管口处设计制作成图2.b所示的凹凸结构，利用其不同的收缩系数特性相互间 “融合”—锁紧。由此，可较好地克服铸铁与钢管的“接合面”因收缩系数的不同而存在的缝隙。

运用美学及黄金分割原理等新理念[4]来设计该定模板结构，将预埋钢管的位置设置在距离定模板中心点（线）相同距离的“同位圆—φ500 mm”的空间坐标上，以便于优化该液压球铁件铸造工艺的设计与生产操作。

2.3 合理的加强筋结构

鉴于定模板原结构中不合理的加强筋结构，运用绩效技术理念来指导其加强筋结构的设计。将定模板原结构的四个斜筋尺寸40 mm优化设计为60 mm ，使这四个斜筋有效地传递和承载四个锁模油缸的锁模力；而对四个辅筋尺寸50 mm更改设计为40 mm ，一方面既使得定模板的质量变化不大，另一方面提高了材料的使用率（性价比）。

2.4 优化的铸造工艺孔及其位置

针对定模板原结构中不合理的铸造工艺孔尺寸及其位置，运用美学及黄金分割原理等新理念[4]来指导该零件的相应结构设计，分别作出了如下的优化设计和改进。

将定模板原结构的8个φ60 mm出砂孔，优化设计为图3所示的8个φ80 mm出砂孔。通过计算我们知道φ80 mm出砂孔（及芯头）面积比φ60 mm的原出砂孔（及芯头）面积增大了近80%。由此，φ80 mm出砂孔大幅度地优化了砂芯的定位和铸件清理时的出砂可操作性。

将定模板原结构中不合理的8个φ60 mm出砂孔位置，优化设计为图3所示的8个φ80 mm出砂孔位置。一方面8个出砂孔所居的φ500 mm的径向坐标位置，正好是边长尺寸404 mm的黄金分割尺寸（0.618倍）；另一方面，图3所示的8个出砂孔中心亦基本上是所在的8个砂芯的重心位置处。由此设计既有利于砂芯的定位，又使得8个出砂孔分布的美观性得以提高。

3 结束语

全液压注塑机的定模板优化结构除上述结构特点外，因铸件结构的合理性较好地改善了铸件的铸造工艺性，同时铸件还具有了大幅度提高铸件合格率、使铸件生产成本得以较大程度降低的重要特性。

综上所述，运用绩效技术、美学及黄金分割原理等新理念来指导定模板类铸件的结构设计，所得到的图3所示的全液压注塑机的定模板优化结构，相比于图1所示的定模板原结构，具有部件结构优化、美观性好、铸件刚性高、材料性价比高、生产总成本低等优点。基本上克服了定模板原结构所存在的不足。由此可见，对定模板结构进行的优化设计即保证了技术上的先进性，又提升了经济性能，其所用的优化设计理念可以广泛地推广于其类似铸件之结构设计中。

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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

稿件编号: 1601-1201

卢亭玉（1975—），女 ，讲师.主要研究方向为机械设计与制造的教学与研究.