压铸模具浇排系统的研究

莆田市荣兴机械有限公司 吴玉荣

压铸模具浇排系统的研究

莆田市荣兴机械有限公司 吴玉荣

压铸是有色金属成型的一个重要手段之一。在压铸过程中，由于型腔内的金属液流动状态不同，可能产生冷隔、花纹、气孔、偏析等不良现象。为了防止这些不良现象，控制型腔内的金属液流动状态是相当必要的。而控制型腔内的金属液流动状态，关键就在于压铸模具浇排系统的研究与设计。

1 压铸模具的制作流程

压铸模具制作的CAD/CAE/CAM/CAT流程如图1。

2 压铸模具浇排系统的设计

在压铸模具浇排系统的研究中，其浇口位置、形状是控制溶液的流动状态和填充方向的重要因素。首先着眼于浇口位置、浇道形状，进行设计浇口及浇道和集渣包、溢流槽、排气道；然后使用CAE软件进行型腔内部的溶液流动状态进行解析。

内浇道及内浇口的位置与尺寸，对于填充方式有决定性的影响。

2.1 内浇口的设计

成品设置浇口时，通常按下列程序进行：

①浇口断面积计算公式：

U:制品体积 （cm3）

A：浇口断面积 （cm2）

v：浇口铝溶液速度 （cm/s）

t：填充时间 (s)

②计算出内浇口截面积。

③根据内浇口截面积，设定浇口形状，然后设置浇口位置，初部设计液流槽及集渣包位置。

④制作不同的浇口方案 （通常先使内浇道截面积小一些，试验后需要时可再扩大），制成3D数据。

⑤根据制成的3D数据进行CAE分析 （即流态解析）。

⑥针对解析结果进行评价。

⑦评价后若存在不良现象，应进行方案改善，然后再进行CAE分析，直到取得较满意的方案。

2.2 浇道、排气系统设计

内浇口应设置在使金属液在形腔里流动状态最好、排气充、型腔内各个角落都能充满金属液的位置上。尽可能采用一个内浇口。如果需要多个内浇口，应注意使金属液的流动相互不受干扰或在型腔内不分散地相遇 （即引导金属流顺一个方向流动），避免型腔内各股金属液汇合时出现涡流。当压铸件尺寸较大时，有时不可能仅从一个内浇道获的所需的内浇道截面积，因此必须采用多个内浇道。但是应注意到内浇道的设置应保证引导金属液只沿着一个方向流动，以避免型腔内各股金属液汇合时出现涡流。

金属液流束应尽可能少地在型腔内转弯，以便使金属液能达到压铸件的厚壁部位。

金属液流程应尽可能短而均匀。

内浇道截面积向着内浇道方向逐渐缩小，以减少气体卷入，有利于提高压铸件的致密性。

内浇道在流动过程中应园滑过渡，尽可能避免急转与流动冲击。

多腔时对浇道截面积应按各腔容积比进行分段减少。

型腔中的空气和润滑剂挥发的气体，应由流入的金属液推到排气槽处，然后从排气槽处逸出型腔。特别是金属液的流动不应将气体留在盲孔内和过早地堵塞排气槽。

金属流束不应在散热不良处形成热冲击。

对带有筋的压铸件，应尽可能地让金属流顺筋的方向流动。

应避免金属液直接冲刷容易损坏的模具部分和型芯。不可避免时，应在内浇道上设定出隔离带，避免热冲击。

通常内浇道愈宽愈厚，非均匀流动的危险也愈大。同时应尽量不要采用过厚的内浇口；避免切除内浇道时产生变形。

2.3 型腔的排气

溢流槽是为了排除铸造时最初喷入的金属液,并且使模具的温度一致。液流槽设在铸型容易存气的位置，作为排出气体用，改善金属液的流动状态，把金属液导向型腔的各个角落，以得到良好的铸造表面。排气槽有连接在溢流槽与集渣包前面的，也有与型腔直接连接的。

排气槽的总截面积应大致相当于内浇道截面积。

分型面上的排气槽的位置是根据型腔内金属液流动状态而确定的。排气槽最好是 “不直通的”而是 “弯曲的”，防止金属液外喷伤人。分型面上的排气槽的深度通常为0.05mm~0.15mm；位于型腔内的排气槽深度通常为0.3mm~0.5mm；位于模具边缘的排气槽深度通常为0.1mm~0.15mm；排气槽的宽度一般为5mm~20mm。

顶针与推杆的排气间隙对于型腔的排气非常重要，通常控制在0.01mm~0.02mm,或放大到不产生毛刺为止。

固定式型芯的排气也是一有效的排气方法。通常在型芯周边单边控制有0.05mm~0.08mm的间隙,让型芯定位颈部开出排气槽宽、厚各1mm~2mm，将型腔内的气体顺颈部开出排气槽由型腔底部排出。

排气槽的粗糙度也不应忽视，应保持较高的光洁度，避免在使用过程中被涂料粘连脏物而堵塞，影响排气。

3 流动解析评价与对策

模具设计过程中，应尽可能让金属流顺一个方向流动，流动解析后，发现型腔中出现涡流时，应当改变内浇口导入角或改变尺寸，以期排除涡流状态。

金属液交汇时，在停止流动前还要让金属液继续流动一段距离；从而在交汇处的型腔外应增设溢流槽和集渣包，将过冷的金属液及空气化合物流入溢流槽和集渣包；让后续金属液清洁、常温。

针对不同部位填充速度不一时，应调整内浇口的厚度或宽度 （必要时逐渐加大），达到填充速度基本一致的目的，但应尽可能通过加宽内浇道来实现。

流动解析后发现填充滞后的部位，也可增设内浇道。

对于薄壁压铸件，必须选用较短的填充时间进行压铸；从而应通过加大内浇道的截面积来减少填充时间，以大到较好的表面质量。

对于致密性要求高的厚壁压铸件，必须保证有效地进行排气。应选用中等的填充时间进行压铸。故应对内浇道的截面进行调整，以取得相应的填充时间，获得较好的表面质量和内部质量。

总之，在压铸模具设计过程中，要注意避免许多不良现象产生。即便在当今具备CAE分析手段的时代，在内浇道设计初期，将总结出的经验先行考虑进浇排系统，进行有机的结合，分析、改善、提升，势必起到事半功倍的作用。