中型蝶閥閥體泡沫塑料模樣整體成型發(fā)泡模具設(shè)計

1、#922#鑄FOU ND RY造 Vol 153 N o 111Nov. 2004生產(chǎn)技術(shù)中型蝶閥閥體泡沫塑料模樣整體成型發(fā)泡模具設(shè)計管士飛, 葉升平, 吳志超(華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 湖北武漢430074摘要:針對D N 500蝶閥閥體泡沫塑料模樣在簡易立式成型機上整體成型的需要, 設(shè)計了一種機器開合成型和手工輔助脫模相結(jié)合的半自動化模具。模具獲得了成功調(diào)試, 成型出合格的泡沫塑料模樣, 并實現(xiàn)了鑄件的批量生產(chǎn)。關(guān)鍵詞:蝶閥閥體; 模樣整體成型發(fā)泡模具; 消失模鑄造中圖分類號:T G 24916; TG 241 文獻標識碼:B 文章編號:1001-4977(2004 11-0922

2、-04Design of the Foam Mold of Plastic Pattern Fully Shaping forMedium -sized Butterfly Valve BodyGU AN Sh -i fei, YE Sheng -ping, WU Zh -i chao(College of Material Science &En gineering, Hu azhon g University of Scienceand Technology, Wuhan 430074, Hubei, China隨著國民經(jīng)濟高速穩(wěn)定地發(fā)展, 不少大型工程如:南水北調(diào)、西氣東送、城市

3、供水和污水處理等對鑄鐵閥門、管材和管接頭的需求量猛增112D N 500蝶閥閥體消失模發(fā)泡模具的設(shè)計過程如圖2所示。下面依次介紹模具設(shè)計過程中的主要工作。目前,采用離心鑄造生產(chǎn)的球墨鑄鐵管以及采用消失模鑄造生產(chǎn)的球墨鑄鐵管接頭, 以其優(yōu)越的性能和可靠的質(zhì)量, 得到越來越廣泛的應(yīng)用。相對于管材和管接頭而言, 國內(nèi)大部分廠家依然采用傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝生產(chǎn)鑄鐵閥門。隨著消失模鑄造技術(shù)的不斷成熟, 國內(nèi)部分鑄造廠開始嘗試用消失模鑄造技術(shù)生產(chǎn)閥門。2003年初, 華中科技大學(xué)和武鋼軋輥綜合廠采用消失模鑄造技術(shù)為武漢亞美蝶閥廠批量生產(chǎn)了DN 100D N 400系列蝶閥閥體鑄件。生產(chǎn)實踐表明, 與傳統(tǒng)砂型

4、鑄件相比, 消失模鑄造的蝶閥閥體鑄件具有表觀質(zhì)量好、機械加工量減少40%60%等優(yōu)點, 消失模鑄造的閥體鑄件的蝶閥上市后, 受到用戶好評。鑒于DN 100D N 400系列蝶閥閥體鑄件的成功生產(chǎn), 武漢亞美蝶閥廠繼續(xù)委托華中科技大學(xué)和武鋼軋輥綜合廠采用消失模鑄造技術(shù)生產(chǎn)DN 500和DN 600蝶閥閥體鑄件。下面就DN 500蝶閥閥體的消失模發(fā)泡模具的設(shè)計、制造以及調(diào)試與應(yīng)用作如下論述。圖1 DN 500蝶閥閥體鑄件圖211 鑄件三維CAD在結(jié)合消失模鑄造工藝的特點對零件結(jié)構(gòu)進行適當(dāng)修改的基礎(chǔ)上, 利用U G 17軟件進行鑄件的三維設(shè)計, 得到結(jié)構(gòu)如圖1所示的鑄件三維實體, 以供后續(xù)的模具三維

5、C AD 使用。其中, 在對零件結(jié)構(gòu)的修改中, 加工余量設(shè)置為:端平面處4m m , 圓周面處單邊(半徑 4m m 。1 DN 500蝶閥閥體介紹D N 500蝶閥閥體零件的輪廓尺寸為670mm 203mm 765mm , 材質(zhì)為HT 200, 依據(jù)其結(jié)構(gòu)并結(jié)合消失模鑄造工藝的特點設(shè)計的鑄件如圖1所示。圖2 DN 500蝶閥閥體消失模發(fā)泡模具設(shè)計流程圖2 發(fā)泡模具設(shè)計212 收縮率考慮到零件材質(zhì)為HT 200, 黑區(qū)模樣到鑄件的收收稿日期:2004-05-08收到初稿, 2004-09-12收到修訂稿。作者簡介:管士飛(1980- , 男, 安徽亳州人, 碩士研究生, 主要從事消失模發(fā)泡模具設(shè)

6、計及模樣成型工藝的研究。電話 鑄造管士飛等:中型蝶閥閥體泡沫塑料模樣整體成型發(fā)泡模具設(shè)計#923#縮率取018%,白區(qū)模具到模樣的收縮率取012%,故總收縮率取為1%122。213 模具概念設(shè)計D N 100DN 400系列蝶閥閥體的消失模發(fā)泡模具, 除DN 400的是按模樣分半成型、機器開合模具設(shè)計的以外, 其余的(DN 100、DN 150、DN 200、D N 250、DN 300和DN 350 均是按模樣整體成型手工拆裝模具設(shè)計的。實際生產(chǎn)表明, 模樣整體成型手工拆裝模具確保了模樣的尺寸精度, 但生產(chǎn)效率較低, 對工人的操作能力要求高; DN 400模具按模

7、樣分半成型、機器開合設(shè)計雖然提高了模樣成型階段的生產(chǎn)效率, 但生產(chǎn)出的模樣和鑄件易變形, 而且因粘接痕的存在, 使得鑄件表面質(zhì)量不如整體成型的好。鑒于DN 400模具按模樣分半成型、機器開合設(shè)計帶來的實際問題以及鑄造生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品用戶的需要, 并考慮到模具較重, 確定把D N 500模具設(shè)計成與簡易立式成型機配合使用的模樣整體成型模具。而且, 由鑄件結(jié)構(gòu)(圖1 決定模具需要在兩個相互垂直的方向上分型, 同時在與兩個分型方向垂直的方向上存在抽芯, 因此不易將模具設(shè)計成與簡易立式成型機配合使用的全自動化模具, 從而選擇把模具設(shè)計成半自動化的, 即在兩個分型方向上分別采用機器脫模和手工脫模, 以及采

8、用手工抽芯。214 模具三維CAD在模具概念設(shè)計思想的指導(dǎo)下, 利用U G 17軟件完成模具的三維設(shè)計, 模具結(jié)構(gòu)見圖3。圖4為三維爆炸圖。模具開、合模過程如下:開模時, 上模扳和上模塊隨成型機上工作臺一起上行至一定高度, 接著靠人工把兩個抽芯抽出, 然后由人工脫去左模塊和右模塊, 最后將泡沫模樣從下模塊上脫出; 合模時, 首先靠人工將左模塊和右模塊坐落到下模塊上并鎖緊, 接著由人工把兩個抽芯復(fù)位, 最后啟動成型機, 使模具閉合。關(guān)于圖3所示模具結(jié)構(gòu), 除了上面介紹的機器脫模和手工脫模相結(jié)合之特點外, 還有以下特點。圖4 模具三維爆炸圖¥薄壁隨型結(jié)構(gòu) 模具是按薄壁隨型結(jié)構(gòu)設(shè)計的, 即

9、指模具型腔的背面形狀也按照型腔面來設(shè)計, 以確保模具壁厚均勻, 從而保證泡沫模樣在成型過程中實現(xiàn)均勻的加熱和冷卻, 以獲得表面光潔一致的泡沫模樣。模具隨型壁厚設(shè)計為12mm 。¦封閉連通的蒸汽空間 模具閉合后, 由成型機上工作臺、上模扳、汽室框、下模板和成型機下工作臺共同形成封閉連通的蒸汽空間, 成型零件在其中的受熱方式與手工拆裝模具在蒸汽缸中的受熱方式相當(dāng)。§合模定位與模具鎖緊 手工合模時, 左模塊、右模塊與下模塊間采用止口-凸緣凹槽復(fù)合定位, 左模塊和右模塊間用手工裝置鎖緊; 機器合模時, 上模塊與左模塊、右模塊間采用凸緣凹槽定位, 模具在垂直方向上的合模力由成型機提供

10、。¨射料結(jié)構(gòu) 射料結(jié)構(gòu)如圖5所示。射料時, 先讓導(dǎo)料管穿過汽室框壁插入到蓋板中, 然后將其固定在汽室框上, 隨后便可射料。射完料后, 將堵料桿插入到導(dǎo)料管中, 并固定其上。模樣成型好后, 需要確保先把導(dǎo)料管連同堵料桿一起抽離出蓋板, 再啟動成型機開模取模。(a 3D11上模扳 21上模塊 31左模塊 41右模塊 51下模塊 61下模板71后抽芯 81蓋板(2個 91前抽芯 61右模塊 71前抽芯圖5 (b 2D11堵料桿 21導(dǎo)料管 31蓋板 41左模塊 51汽室框215 二維CAD模具三維C AD 完成以后, 在UG 17二維環(huán)境中進行模具裝配圖和零件圖的二維設(shè)計, 得到后續(xù)模具加

11、工和裝配用二維圖紙。下模塊毛坯時, 模具制造廠家成功地采用了/泡沫模樣+濕型紅砂0的實型鑄造法, 為發(fā)泡模具毛坯的制作提供了一條新思路。4 模具調(diào)試及應(yīng)用通過調(diào)試, 按照下述工藝, 成功地制作出與設(shè)計尺寸吻合、表面光潔、密度為20g/L 的泡沫模樣, 如圖7所示。3 模具制造采用鑄造成型和普通機械加工相結(jié)合的方法制造的模具如圖6所示。值得一提的是, 在制作上模塊和(a 左、右模塊 (b 前、后抽芯 (c 汽室框、上模扳、上模塊 (d 下模扳、下模塊圖6 DN 500 蝶閥閥體消失模發(fā)泡模具實物圖消失模發(fā)泡模具也得到了成功應(yīng)用, 實現(xiàn)了泡沫模樣和鑄件的批量生產(chǎn)。圖9所示為實際生產(chǎn)的DN 600蝶

12、閥閥體泡沫塑料模樣和鑄件。圖7 DN 500泡沫模樣實物圖¥預(yù)發(fā)泡 將代號為401的EPS 原材料預(yù)發(fā)至密度為20g/L 。¦射料 合模后, 將導(dǎo)料管穿過汽室框壁插入到蓋板中, 并固定在汽室框上, 接著把上、下排氣閥打開, 使空氣流通順暢, 以利于泡沫塑料珠粒充滿型腔。之后借助射料槍和壓縮空氣將預(yù)發(fā)好的泡沫珠粒沿著導(dǎo)料管吹到模具型腔中, 待第一槍充滿后, 為了提高泡沫珠粒的緊實度, 再補射12槍, 隨后將堵料桿插入到導(dǎo)料管中并固定在其上, 射料完畢。§加熱 射料過程結(jié)束后, 開啟進汽閥, 待蒸汽壓力達到011MPa 時, 關(guān)閉進汽閥, 開啟排汽閥, 當(dāng)蒸汽壓力降到

13、0104MPa 時, 關(guān)閉排氣閥, 接著重復(fù)上述操作, 當(dāng)蒸汽壓力第三次達到011MPa 時, 關(guān)閉進汽閥, 開啟排汽閥, 待壓力降為0, 關(guān)閉排氣閥, 加熱結(jié)束。¨冷卻 加熱結(jié)束后, 隨即開啟進水閥, 采用注水冷卻方法對模具進行冷卻, 待汽室框溫度降到30e 左右, 關(guān)閉進水閥, 冷卻結(jié)束, 便可取模。經(jīng)過近半年的生產(chǎn)應(yīng)用表明, 模具全面達到設(shè)計要求, 鑄件質(zhì)量穩(wěn)定, 實現(xiàn)了批量生產(chǎn), 取得了良好的經(jīng)濟效益。圖8所示為實際生產(chǎn)的鑄件。 (a 泡沫塑料模樣(b 鑄件圖9 DN 600蝶閥閥體泡沫塑料模樣和鑄件實物圖8 DN 500鑄件實物圖5 結(jié)論¥提出一種機器開合成型、手

14、工輔助脫模相結(jié)合的半自動化模具結(jié)構(gòu), 解決了較大尺寸蝶閥閥體泡沫塑料模樣整體成型的難題, 使消失模鑄造工序更加簡化。¦在簡易立式成型機上成功制造出與設(shè)計尺寸吻合、表面光潔的DN 500和D N 600蝶閥閥體泡沫塑料模樣, 并實現(xiàn)了鑄件的批量生產(chǎn)。(下轉(zhuǎn)928頁碳缺陷效果更好。另外, 對于半封閉腔體, 設(shè)置輔助抽氣筒是非常必要的。參考文獻:112 中國機械工程學(xué)會鑄造專業(yè)學(xué)會編. 鑄造手冊鑄鋼卷1M 2. 北京:機械工業(yè)出版社, 1995122 黃乃瑜, 葉升平, 樊自田. 消失模鑄造原理及質(zhì)量控制1M 2.武漢:華中科技大學(xué)出版社, 2004132 Liu X, Ramsay C

15、W, Askelan d D R . Stu dy on mold fillin g controlmech anisms in th e E PC process 1J 2. AFS Transactions, 1994, 148:903914142 吳志超, 黃乃瑜, 羅吉榮. 真空消失模鑄造鑄鐵件鑄型坍塌缺陷成因的研究1J 2. 鑄造, 2000, 49(4 :202206152 袁子洲, 陳秀娟, 仇珊. 消失模鑄造充型階段干砂型壁的穩(wěn)定準則1J 2. 鑄造, 2003, 52(5 :340344162 Hill M W, Ramsay C W, Askeland D R. In fl

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17、, 一些鑄件質(zhì)量差、產(chǎn)量低、能耗大、污染嚴重的鑄造廠家將會被逐步淘汰。(上接924頁 參考文獻:112 葉升平. 從2002北京中國鑄造廠長會和國際鑄造展覽會看中國消失模鑄造之現(xiàn)狀1J 2. 鑄造, 2003, 52(9 :661663122 黃乃瑜, 葉升平, 吳志超. 中國模具大典(第5冊 第二篇消失模模具設(shè)計手冊1M 2. 南昌:江西出版社, 2002(編輯:郭桂林, guogl foundryworld 1com 快速經(jīng)濟鑄造模具制造用HUNTSMAN (原瑞士CIBA 塑膠部 公司的模具樹脂材料快速制造模樣、模板、砂芯盒和仿型靠模等鑄造模具工具, 在生產(chǎn)線上替代金屬模。一般一周交貨,

18、 開模費約為鋼模的1/10。另外, 我公司還提供塑料件、發(fā)泡、吸塑等快速模具制造和對外承接數(shù)控加工服務(wù), 并常年舉辦快速鑄造模具制造技術(shù)培訓(xùn)班和數(shù)控加工技術(shù)人員培訓(xùn)班。我公司系北京市快速成型/制造領(lǐng)域高新技術(shù)企業(yè), 是國際快速制造先驅(qū)和最大制造商HU NTSMAN (原瑞士CIB A 塑膠部 的中國區(qū)代理。公司內(nèi)設(shè)有北京快速制造技術(shù)孵化服務(wù)中心和RE NSHAP E 模具樹脂技術(shù)服務(wù)中心。北京豪儀潤世科技有限公司地址:北京市朝陽區(qū)安翔北里11號北京高技術(shù)服務(wù)中心(100101傳真話64874563 64868293 網(wǎng)址:www 1ciba 1cn 郵箱:hyrs ciba 1cn河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣富源石墨廠為您提供優(yōu)質(zhì)天然鱗片石墨我廠歷史悠久, 設(shè)備先進, 技術(shù)力量雄厚, 石墨礦藏豐富, 是我國優(yōu)質(zhì)鱗片石墨礦之一。多年來, 由于我廠產(chǎn)品質(zhì)量好, 價格低, 信譽高, 深受國內(nèi)外新老用戶的歡迎。暢銷西歐、北美、亞太等二十多個國家和地區(qū)。我廠生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有:各種規(guī)格優(yōu)質(zhì)天然鱗片石墨; 酸化石墨(也叫膨脹石墨、倍數(shù)石墨、柔性石墨; 顆粒石墨。主要生產(chǎn)冶金保溫材料有:增碳劑, 鋼包,