水表活塞模具设计与应用研究

2021-04-03滕旭

中国设备工程 2021年2期

滕旭

（大连市自来水集团水表有限公司，辽宁大连 116011）

在自来水计量工作中，旋转活塞式水表应用范围广泛，为了提高活塞式水表计量的精确性与可靠性，合理设计水表活塞模具特别重要。因为旋转活塞内部结构比较复杂，如果活塞出现故障，会影响水表计量结果的准确性，因此，本文重点探讨活塞模具设计要点和应用要点，具体内容如下。

1 旋转活塞式水表的特点分析

（1）计量的量程比较宽，能够达到R250，同时，在较低的流量点下，仍然能够进行精确计量。

（2）灵敏度较高，一般来讲，旋转活塞式水表的初始流量能够达到2L/h。

（3）具备较好的自转功能，关水动作比较快。

（4）受到周围水流的波动影响比较小，在安装下游与下游管道的过程中，管道安装对旋转活塞式水表影响较小。

（5）与传统水表相比来讲，旋转活塞式水表具有良好的耐磨耗性。

2 活塞介绍

活塞是旋转活塞式水表内部的旋转件，能够和盖板、外壳与隔板配合，形成一个整体，实现灵活的转动，进而快速而准确地计量出流入或者流出腔体内部的水流体积，在实际设计过程中，设计人员要了解具体的设计要求，并根据活塞结构特点，不断完善设计方案。

结合旋转活塞式水表内部活塞特点可以得知，因为产品的内部与外部直径要求比较严格，而且内腔的深度比较大，线性公差较小，使得活塞模具设计难度不断增加，故设计人员要结合活塞的中心轴线位置，并以此作为基准点，合理控制活塞轴度，通常来讲，活塞和中线轴线之间的轴度控制不宜超过φ0.02。

此外，在旋转活塞式水表中，存在枣核形状缺口，开口位置存在一定公差，在0.00～0.06mm。由此得知，旋转活塞式水表的零件线性与公差特别小，为了确保活塞能够稳定运行，要提高计量结果的精确性，同时，设计人员要合理控制零件的线性和公差。

3 活塞模具设计和应用要点

3.1 设计要点

3.1.1 选材

结合旋转活塞式水表的活塞零件特点可以得知，活塞形状较为规则，对线性和形位误差要求比较高，属于精密型零件，故设计人员要严格控制活塞模具质量，并提前进行热处理，不断优化活塞模具的结构，提高其制造精度。活塞模具可以采用40Cr调质进行有效处理，其硬度不宜小于HRC24，不宜超过HRC28，在交变负荷条件下，模具变形量较小，能够有效延长其使用寿命。

此外，在选择模芯材料的过程中，最好选择模具钢H13，在加工模芯的过程中，容易出现余量，故需要加强粹火处理，让模芯具备良好的金相组织，提高其硬度与韧性。在加工模具的过程中，其加热温度不宜小于1050℃，不宜超过1080℃，然后，进入油冷状态，回火温度不宜低于530℃，不宜超过560℃，确保其硬度在HRC52～HRC54，粹火之后方可进行精加工处理。通过合理选择水表活塞模具材料，并采取热处理方法，能够显著提高模具的稳定性与安全性，延长活塞模具使用寿命。

3.1.2 活塞结构设计

在旋转活塞式水表中，活塞零件上部包括一个轴，而且采取塑料包裹成型，在其侧面存在腰形孔，因此，该活塞模具需要采取三板式点浇口方式，但是，浇口位置高度严禁高出平面，确保活塞零件能够正常使用。

第一，三板式模具设计。此种类型的模具结构比较简单，在动模和定模间定位，主要依靠动定模导柱相互配合来完成作业，因此，对导柱孔和导套加工精度提出严格要求，导柱的导套和导柱孔保持密切配合，如果模具结构出现错位，容易出现同轴误差，故需要严格控制。结合大量的检测数据可以得知，通过合理控制动定模的同轴度，能够确保模具更加完整。同时，要合理控制型腔套和下型芯之间的间隙，若两者之间的间隙过大，会影响产品质量。通过科学控制产品外径，包括轴端内孔与同轴度的误差，能够有效满足设计要求。

第二，浇口处于产品上部的隔层位置，容易形成枣核形缺口，同时，浇口点比较低，较隔层平面低0.5～0.8mm。设计人员可以结合注射成型熔料的具体流量，将其最终的熔痕衔接到枣核形缺口位置，能够防止熔接痕出现较大的表面缺陷，进一步提升产品加工强度。在选择浇口位置的过程中，需要遵守偏心原则，因为产品内部的致密度比较小，使产品内部容易出现严重变形，最终引发同轴度误差，故要适当增大W数值，一般不超过0.02。

为了更好地提升注塑质量，减小外部不利因素对活塞模具加工质量产生的影响，模具外径和内孔同轴度不宜超过φ0.03，而D1与D3同轴度误差不宜超过φ0.06。

3.1.3 锥面精确定位

若采取三板式锥面精确定位模具结构，在动模和定模之间，需要设置动定模导柱导套，包括上模芯和型腔套间，均需要采取锥面配合方式，进行精确的定位。采取此种设计方式，可以减少结构定位带来的误差。根据实际测量数据能够得知，此种类型的结构，其动定模模芯同轴度不超过φ0.003，满足设计规定要求。同时，采取此种模具结构设计方法，可以避免导柱的导套出现较大磨损，减小分型面的面积，即使在高压的锁模状态下，锁模力不仅能够直接作用于轴向位置，而且能够在斜面上产生径向的锁模例，进一步提升模具平面度。

此外，在模具的浇口部位，需要进行准确的定位，确保浇口部位处于产品中心圆柱的端面，通常而言，浇口点的位置不宜超过端面高程，最好低于端面0.5～0.8mm左右。在选择浇口位置的过程中，要综合考虑到产品的致密度，严禁出现熔接痕等缺陷，不断提升产品强度。通过合理确定浇口位置，能够避免模具出现较大变形，减小轴度误差。在模具浇口部位，还要设置脱料装置，模具开模后，要严格控制流道凝料，确保流道的凝料位于型模的上层，真正达到自动化生产目标，有效提升生产作业效率。如果外部水质环境比较差，特别容易出现机芯卡死现象，因此，在设计活塞模具的过程中，设计人员要全面考虑当地水质情况，根据水质条件，不断优化活塞模具结构。

同时，在机芯设计过程中，设计人员还要加强创新设计，可以在既有活塞转子的外侧壁上部，设置齿形凹槽，在此设计基础上，完善设计方案，能够将流经水表的细小颗粒杂质快速拦截，避免活塞出现卡死现象，通过进行相关测试试验，能够减小不良水质对机芯产生的影响，显著降低机芯出现卡死现象的概率。

3.2 应用要点

结合具体的生产需求得知，此种类型的水表活塞模具，要合理选择注塑工艺，能够进一步提升水表活塞质量，在加工生产过程中，需要采取磨削方式，同时，设计人员也可以结合产品的变形趋势，进行合理修正，确保成型后的产品质量满足后续使用需求。在具体应用过程中，操作人员要了解旋转活塞式水表结构特点，并认真按照操作流程进行操作，合理控制尺寸公差，并结合同轴度的要求，不断调整操作工艺，在保证旋转活塞式水表稳定运行的基础上，提高其应用效果。