壓鑄模具澆排系統的研究

莆田市榮興機械有限公司 吳玉榮

壓鑄模具澆排系統的研究

莆田市榮興機械有限公司 吳玉榮

壓鑄是有色金屬成型的一個重要手段之一。在壓鑄過程中，由于型腔內的金屬液流動狀態不同，可能產生冷隔、花紋、氣孔、偏析等不良現象。為了防止這些不良現象，控制型腔內的金屬液流動狀態是相當必要的。而控制型腔內的金屬液流動狀態，關鍵就在于壓鑄模具澆排系統的研究與設計。

1 壓鑄模具的制作流程

壓鑄模具制作的CAD/CAE/CAM/CAT流程如圖1。

2 壓鑄模具澆排系統的設計

在壓鑄模具澆排系統的研究中，其澆口位置、形狀是控制溶液的流動狀態和填充方向的重要因素。首先著眼于澆口位置、澆道形狀，進行設計澆口及澆道和集渣包、溢流槽、排氣道；然后使用CAE軟件進行型腔內部的溶液流動狀態進行解析。

內澆道及內澆口的位置與尺寸，對于填充方式有決定性的影響。

2.1 內澆口的設計

成品設置澆口時，通常按下列程序進行：

①澆口斷面積計算公式：

U:制品體積 （cm3）

A：澆口斷面積 （cm2）

v：澆口鋁溶液速度 （cm/s）

t：填充時間 (s)

②計算出內澆口截面積。

③根據內澆口截面積，設定澆口形狀，然后設置澆口位置，初部設計液流槽及集渣包位置。

④制作不同的澆口方案 （通常先使內澆道截面積小一些，試驗后需要時可再擴大），制成3D數據。

⑤根據制成的3D數據進行CAE分析 （即流態解析）。

⑥針對解析結果進行評價。

⑦評價后若存在不良現象，應進行方案改善，然后再進行CAE分析，直到取得較滿意的方案。

2.2 澆道、排氣系統設計

內澆口應設置在使金屬液在形腔里流動狀態最好、排氣充、型腔內各個角落都能充滿金屬液的位置上。盡可能采用一個內澆口。如果需要多個內澆口，應注意使金屬液的流動相互不受干擾或在型腔內不分散地相遇 （即引導金屬流順一個方向流動），避免型腔內各股金屬液匯合時出現渦流。當壓鑄件尺寸較大時，有時不可能僅從一個內澆道獲的所需的內澆道截面積，因此必須采用多個內澆道。但是應注意到內澆道的設置應保證引導金屬液只沿著一個方向流動，以避免型腔內各股金屬液匯合時出現渦流。

金屬液流束應盡可能少地在型腔內轉彎，以便使金屬液能達到壓鑄件的厚壁部位。

金屬液流程應盡可能短而均勻。

內澆道截面積向著內澆道方向逐漸縮小，以減少氣體卷入，有利于提高壓鑄件的致密性。

內澆道在流動過程中應園滑過渡，盡可能避免急轉與流動沖擊。

多腔時對澆道截面積應按各腔容積比進行分段減少。

型腔中的空氣和潤滑劑揮發的氣體，應由流入的金屬液推到排氣槽處，然后從排氣槽處逸出型腔。特別是金屬液的流動不應將氣體留在盲孔內和過早地堵塞排氣槽。

金屬流束不應在散熱不良處形成熱沖擊。

對帶有筋的壓鑄件，應盡可能地讓金屬流順筋的方向流動。

應避免金屬液直接沖刷容易損壞的模具部分和型芯。不可避免時，應在內澆道上設定出隔離帶，避免熱沖擊。

通常內澆道愈寬愈厚，非均勻流動的危險也愈大。同時應盡量不要采用過厚的內澆口；避免切除內澆道時產生變形。

2.3 型腔的排氣

溢流槽是為了排除鑄造時最初噴入的金屬液,并且使模具的溫度一致。液流槽設在鑄型容易存氣的位置，作為排出氣體用，改善金屬液的流動狀態，把金屬液導向型腔的各個角落，以得到良好的鑄造表面。排氣槽有連接在溢流槽與集渣包前面的，也有與型腔直接連接的。

排氣槽的總截面積應大致相當于內澆道截面積。

分型面上的排氣槽的位置是根據型腔內金屬液流動狀態而確定的。排氣槽最好是 “不直通的”而是 “彎曲的”，防止金屬液外噴傷人。分型面上的排氣槽的深度通常為0.05mm~0.15mm；位于型腔內的排氣槽深度通常為0.3mm~0.5mm；位于模具邊緣的排氣槽深度通常為0.1mm~0.15mm；排氣槽的寬度一般為5mm~20mm。

頂針與推桿的排氣間隙對于型腔的排氣非常重要，通?？刂圃?.01mm~0.02mm,或放大到不產生毛刺為止。

固定式型芯的排氣也是一有效的排氣方法。通常在型芯周邊單邊控制有0.05mm~0.08mm的間隙,讓型芯定位頸部開出排氣槽寬、厚各1mm~2mm，將型腔內的氣體順頸部開出排氣槽由型腔底部排出。

排氣槽的粗糙度也不應忽視，應保持較高的光潔度，避免在使用過程中被涂料粘連臟物而堵塞，影響排氣。

3 流動解析評價與對策

模具設計過程中，應盡可能讓金屬流順一個方向流動，流動解析后，發現型腔中出現渦流時，應當改變內澆口導入角或改變尺寸，以期排除渦流狀態。

金屬液交匯時，在停止流動前還要讓金屬液繼續流動一段距離；從而在交匯處的型腔外應增設溢流槽和集渣包，將過冷的金屬液及空氣化合物流入溢流槽和集渣包；讓后續金屬液清潔、常溫。

針對不同部位填充速度不一時，應調整內澆口的厚度或寬度 （必要時逐漸加大），達到填充速度基本一致的目的，但應盡可能通過加寬內澆道來實現。

流動解析后發現填充滯后的部位，也可增設內澆道。

對于薄壁壓鑄件，必須選用較短的填充時間進行壓鑄；從而應通過加大內澆道的截面積來減少填充時間，以大到較好的表面質量。

對于致密性要求高的厚壁壓鑄件，必須保證有效地進行排氣。應選用中等的填充時間進行壓鑄。故應對內澆道的截面進行調整，以取得相應的填充時間，獲得較好的表面質量和內部質量。

總之，在壓鑄模具設計過程中，要注意避免許多不良現象產生。即便在當今具備CAE分析手段的時代，在內澆道設計初期，將總結出的經驗先行考慮進澆排系統，進行有機的結合，分析、改善、提升，勢必起到事半功倍的作用。