金属压铸工艺与模具设计第8章浇注系统及排溢系统设计

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1、http:/ http:/ 浇注系统设计浇注系统设计 n8.2 溢流与排气系统设计溢流与排气系统设计 http:/ 直浇道设计直浇道设计 u8.1.2 横浇道设计横浇道设计 u8.1.3 内浇口设计内浇口设计 u8.1.4 典型压铸件浇注系统设计典型压铸件浇注系统设计 http:/ http:/ 立式冷压室压铸机的直浇道n立式冷压室压铸机直浇道主要由压铸机上的喷嘴和模具上的浇口套、镶立式冷压室压铸机直浇道主要由压铸机上的喷嘴和模具上的浇口套、镶块、分流锥等组成，图块、分流锥等组成，图8.1所示为典型的立式冷压室压铸机的直浇道。所示为典型的立式冷压室压铸机的直浇道。从喷嘴导入口处至最小环形截面从

2、喷嘴导入口处至最小环形截面 (OA截面截面)为直浇道的长度。为直浇道的长度。n直浇道尺寸大小影响金属液流动速度和充填时间。直浇道直径太小，金直浇道尺寸大小影响金属液流动速度和充填时间。直浇道直径太小，金属液流速很大，会产生严重的喷射现象，导致涡流、卷气、氧化夹渣、属液流速很大，会产生严重的喷射现象，导致涡流、卷气、氧化夹渣、冷隔等缺陷。直径太大，则增加金属消耗，而且储气增多，不利排气。冷隔等缺陷。直径太大，则增加金属消耗，而且储气增多，不利排气。所以直浇道尺寸必须合适。所以直浇道尺寸必须合适。 http:/ 卧式冷压室压铸机直浇道n卧式冷压室压铸机直浇道由压室和浇口套组成。压室和浇口套可以制成

3、整体，也可以分别制造，如图卧式冷压室压铸机直浇道由压室和浇口套组成。压室和浇口套可以制成整体，也可以分别制造，如图8.5、图、图8.6所示。若是两者分开，则压室是压铸机的附件所示。若是两者分开，则压室是压铸机的附件(通用件通用件)，浇口套设在定模板上，随压铸零，浇口套设在定模板上，随压铸零件不同而不同。压室内径件不同而不同。压室内径D与压射冲头直径与压射冲头直径d的配合是的配合是H7/e8；浇口套内径与压射冲头直径；浇口套内径与压射冲头直径d的配合应的配合应制成制成F8/e8。压室与浇口套在装配时要求同轴度高，否则，压射冲头就不能顺利工作。压室与浇口套在装配时要求同轴度高，否则，压射冲头就不能

4、顺利工作。n在设计直浇道时，要选用合适的压室。压室的选用应该考虑压射比压和压室的充满度。首先考虑的是在设计直浇道时，要选用合适的压室。压室的选用应该考虑压射比压和压室的充满度。首先考虑的是压射比压，压室直径与压射比压的平方根成反比。对于铝合金而言，压射比压范围在压射比压，压室直径与压射比压的平方根成反比。对于铝合金而言，压射比压范围在25100 MPa内，内，压射比压大的可选较小直径的压室；压射比压小的可选较大直径的压室。直浇道的厚度压射比压大的可选较小直径的压室；压射比压小的可选较大直径的压室。直浇道的厚度H一般取直径一般取直径D的的1/31/2。浇口套靠近分型面一端的内孔，长度在。浇口套靠

5、近分型面一端的内孔，长度在1525 mm范围内时要加工出范围内时要加工出1302的的脱模斜度，与直浇道相连接的横浇道一般设在浇口套的上方，防止金属液在压射前流入型腔。脱模斜度，与直浇道相连接的横浇道一般设在浇口套的上方，防止金属液在压射前流入型腔。n当卧式冷压室压铸机采用中心浇口时，直浇道的设计与立式冷压室压铸机相同。可在浇口套内制成当卧式冷压室压铸机采用中心浇口时，直浇道的设计与立式冷压室压铸机相同。可在浇口套内制成23条螺旋角小于条螺旋角小于20的螺旋槽，在压射冲头的作用下，余料随着开模动作沿着浇口套中的螺旋槽旋转，的螺旋槽，在压射冲头的作用下，余料随着开模动作沿着浇口套中的螺旋槽旋转，而

6、从直浇道上扭断，如图而从直浇道上扭断，如图8.7所示。所示。http:/ 立式冷压室压铸机浇口套http:/ 分流锥示意图 http:/ 中心设推杆的分流锥http:/ 螺旋槽扭断浇口余料http:/ http:/ 横浇道设计原则n(1)横浇道截面积应大于内浇口截面积，否则用压铸机压力横浇道截面积应大于内浇口截面积，否则用压铸机压力-流量特性曲线进行的一切计算都是无效流量特性曲线进行的一切计算都是无效的。的。n(2)为了减少流动阻力和回炉横浇道，横浇道的长度应尽可能地短，转弯处应采取圆弧过渡。为了减少流动阻力和回炉横浇道，横浇道的长度应尽可能地短，转弯处应采取圆弧过渡。n(3)金属液通过横浇道

7、时的热损失应尽可能地小，保证横浇道比压铸件和内浇口后凝固。金属液通过横浇道时的热损失应尽可能地小，保证横浇道比压铸件和内浇口后凝固。n(4)横浇道的截面积应从直浇道开始向内浇口方向逐渐缩小。这一点卧式压铸机较立式压铸机易于横浇道的截面积应从直浇道开始向内浇口方向逐渐缩小。这一点卧式压铸机较立式压铸机易于做到。如果在浇道中出现节流现象，金属液流过时会产生负压，必然会吸入分型面上的空气，从而增做到。如果在浇道中出现节流现象，金属液流过时会产生负压，必然会吸入分型面上的空气，从而增加了金属液流动过程中的涡流，降低了内浇口前的压射压力，致使金属液供应不充分，充填结束时增加了金属液流动过程中的涡流，降低

8、了内浇口前的压射压力，致使金属液供应不充分，充填结束时增压上升缓慢。但实际上，横浇道的设计在许多情况下并没有遵循这一原则，尤其在那些大而扁平的压压上升缓慢。但实际上，横浇道的设计在许多情况下并没有遵循这一原则，尤其在那些大而扁平的压铸件上进行横浇道截面积和内浇口截面积协调是比较困难的。但是，在一般情况下应尽可能不违背这铸件上进行横浇道截面积和内浇口截面积协调是比较困难的。但是，在一般情况下应尽可能不违背这一原则。一原则。n2. 横浇道尺寸的确定n推荐铝合金系列的横浇道截面形状如图推荐铝合金系列的横浇道截面形状如图8.9所示。与横浇道最小深度所示。与横浇道最小深度t相对应的内浇口截面积和横浇道相

9、对应的内浇口截面积和横浇道允许长度见表允许长度见表8.4。亦有推荐横浇道形状如图。亦有推荐横浇道形状如图8.10所示。通常横浇道尺寸可按表所示。通常横浇道尺寸可按表8.5进行选择。横浇道进行选择。横浇道与内浇口和压铸件之间的连接方式见表与内浇口和压铸件之间的连接方式见表8.6。 http:/ 内浇口分类n按内浇口在铸件上的位置分，有顶浇口按内浇口在铸件上的位置分，有顶浇口(铸件顶部无孔铸件顶部无孔)、中心浇口、中心浇口(铸件顶部有孔铸件顶部有孔)和侧浇口。和侧浇口。n按内浇口横截面形状分，有扁梯形、长梯形、环形、半环形、缝隙形按内浇口横截面形状分，有扁梯形、长梯形、环形、半环形、缝隙形(缝隙浇

10、口缝隙浇口)、圆点形、圆点形(点浇口点浇口)和和压边形。压边形。n按引入金属液的方向分，有切线、割线、径向和轴向。按引入金属液的方向分，有切线、割线、径向和轴向。n常用的内浇口大致可分为下列几种形式：侧浇口、中心浇口、顶浇口、环形浇口、缝隙浇口、多支浇常用的内浇口大致可分为下列几种形式：侧浇口、中心浇口、顶浇口、环形浇口、缝隙浇口、多支浇口和点浇口口和点浇口(见图见图8.11)。n(1)侧浇口：侧浇口一般开设在分型面上，设置在压铸件最大轮廓处的内侧或外侧。这种形式的浇侧浇口：侧浇口一般开设在分型面上，设置在压铸件最大轮廓处的内侧或外侧。这种形式的浇口不仅适合板类压铸件，也适合盘盖类、型腔不太深

11、的壳体类压铸件；不仅适用于单型腔模，也适用口不仅适合板类压铸件，也适合盘盖类、型腔不太深的壳体类压铸件；不仅适用于单型腔模，也适用于多型腔模。此种浇口去除方便，适应性强，所以应用最为普遍。于多型腔模。此种浇口去除方便，适应性强，所以应用最为普遍。n(2)中心浇口：当有底的筒类或壳类压铸件的中心或接近中心部位带有通孔时，内浇口就开设在孔中心浇口：当有底的筒类或壳类压铸件的中心或接近中心部位带有通孔时，内浇口就开设在孔口处，同时中心设置分流锥。由于金属液从型腔端面的中心部位流向分型面，因此有利于克服深腔处口处，同时中心设置分流锥。由于金属液从型腔端面的中心部位流向分型面，因此有利于克服深腔处气体不

12、易排出的缺点，排气通畅。同时，从浇口到型腔各部位的流程最短，流动距离基本接近，金属气体不易排出的缺点，排气通畅。同时，从浇口到型腔各部位的流程最短，流动距离基本接近，金属液分配均匀，也有利于模具的热平衡。这种浇口形式使压铸件和浇注系统在分型面上的投影面积最小，液分配均匀，也有利于模具的热平衡。这种浇口形式使压铸件和浇注系统在分型面上的投影面积最小，模具结构紧凑，金属液消耗量小，压铸机受力均匀。其缺点是切除浇口比较困难，在大批量生产中，模具结构紧凑，金属液消耗量小，压铸机受力均匀。其缺点是切除浇口比较困难，在大批量生产中，一般需采用机械加工方法将浇口切除。一般需采用机械加工方法将浇口切除。htt

13、p:/ 常见压铸件浇注系统形式(a) 侧浇口；(b) 切线浇口；(c) 缝隙浇口；(d) 环形浇口(1全环形；2半环形)； (e)中心浇口；(f)顶浇口；(g)点浇口；(h)多支浇口http:/ mm，便于在顺序分型开模时自动被拉断。为了取出，便于在顺序分型开模时自动被拉断。为了取出浇注系统凝料，在定模部分必须设计顺序分型机构，模具构造复杂。因此，生产中这类浇口的应用受浇注系统凝料，在定模部分必须设计顺序分型机构，模具构造复杂。因此，生产中这类浇口的应用受到一定的限制。到一定的限制。http:/ 内浇口设计原则n设计内浇口时，应考虑以下几方面：设计内浇口时，应考虑以下几方面：n(1)从金属液流

14、方向考虑。应首先充填深腔难以排气的部位，而不应先流向分型面，以从金属液流方向考虑。应首先充填深腔难以排气的部位，而不应先流向分型面，以免封闭分型面上的排气槽，影响排气。除低熔点合金外，进入型腔的金属液不应正面冲击免封闭分型面上的排气槽，影响排气。除低熔点合金外，进入型腔的金属液不应正面冲击型芯，以减少动能损耗，防止型芯被金属液冲击而受侵蚀。型芯，以减少动能损耗，防止型芯被金属液冲击而受侵蚀。n(2)从设置内浇口的部位考虑。内浇口位置应选择在充填型腔各部分时具有最短流程的从设置内浇口的部位考虑。内浇口位置应选择在充填型腔各部分时具有最短流程的部位，防止金属液在充填过程中热量损失过多而产生冷隔或花

15、纹等缺陷。同时应考虑设置部位，防止金属液在充填过程中热量损失过多而产生冷隔或花纹等缺陷。同时应考虑设置在压铸件的厚壁或热节处，同时以较厚内浇口与之配合，以提高补缩效果。因内浇口处热在压铸件的厚壁或热节处，同时以较厚内浇口与之配合，以提高补缩效果。因内浇口处热量较集中，温度较高，所以型腔中带有螺纹的部位不宜直接布置内浇口，以防止螺纹被冲量较集中，温度较高，所以型腔中带有螺纹的部位不宜直接布置内浇口，以防止螺纹被冲击、受侵蚀。击、受侵蚀。n(3)内浇口数量以单个为主，以防止多道金属液流入型腔后相互冲击，产生涡流、卷气、内浇口数量以单个为主，以防止多道金属液流入型腔后相互冲击，产生涡流、卷气、夹渣等

16、缺陷。而大型压铸件、箱体及框架类压铸件和结构比较特殊的压铸件则可采用多道夹渣等缺陷。而大型压铸件、箱体及框架类压铸件和结构比较特殊的压铸件则可采用多道浇口。浇口。n(4)薄壁复杂压铸件宜采用较薄的内浇口，以保持必要的充填速度。一般结构的压铸件薄壁复杂压铸件宜采用较薄的内浇口，以保持必要的充填速度。一般结构的压铸件以取较厚的内浇口为主，使金属液充填平稳，有利于排气和有效地传递静压力。以取较厚的内浇口为主，使金属液充填平稳，有利于排气和有效地传递静压力。n(5)对于压铸件上精度要求高和表面粗糙度的数值小且不加工的部位，不宜布置内浇口，对于压铸件上精度要求高和表面粗糙度的数值小且不加工的部位，不宜布

17、置内浇口，以防在去除浇口后留下痕迹。以防在去除浇口后留下痕迹。n(6)布置内浇口时应考虑采用压铸件切边或其他清理方法的可能性。布置内浇口时应考虑采用压铸件切边或其他清理方法的可能性。n图图8.12所示为几种内浇口位置设置方案的对比。所示为几种内浇口位置设置方案的对比。http:/ 内浇口尺寸n内浇口形状除点浇口、顶浇口是圆形，中心浇口和环形浇口是环形之外，内浇口形状除点浇口、顶浇口是圆形，中心浇口和环形浇口是环形之外，其余的基本上是矩形。通过对充填理论的研究可知，内浇口厚度极大地其余的基本上是矩形。通过对充填理论的研究可知，内浇口厚度极大地影响着充填形式，亦即影响压铸件内在质量。因此，内浇口厚

18、度是一个影响着充填形式，亦即影响压铸件内在质量。因此，内浇口厚度是一个重要尺寸。重要尺寸。n为保证金属液均匀地在内浇口整个宽度上流过，就要确定一个最小厚度。为保证金属液均匀地在内浇口整个宽度上流过，就要确定一个最小厚度。内浇口厚度过小，金属液中杂质可能把内浇口堵住一部分，内浇口有效内浇口厚度过小，金属液中杂质可能把内浇口堵住一部分，内浇口有效流动面积变小。厚度过大，去除浇口困难，容易损伤压铸件。内浇口最流动面积变小。厚度过大，去除浇口困难，容易损伤压铸件。内浇口最小厚度不应小于小厚度不应小于0.15 mm，最大不超过压铸件壁厚的一半。图，最大不超过压铸件壁厚的一半。图8.13和和图图8.14表

19、示了内浇口厚度表示了内浇口厚度Sn与凝固模数与凝固模数M之间的关系。之间的关系。http:/ mm，也有资，也有资料介绍越短越好。表料介绍越短越好。表8.9为内浇口宽度和长度的经验数据。为内浇口宽度和长度的经验数据。http:/ http:/ 接插件(见图8.19)n压铸件外圆有凸纹，其上不允许有气孔。平均壁厚压铸件外圆有凸纹，其上不允许有气孔。平均壁厚为为3 mm，质量为，质量为100 g。采用。采用ZL107铝合金。铝合金。n接插件浇注系统分析见表接插件浇注系统分析见表8.13。http:/ 接插件http:/ 溢流槽设计溢流槽设计 u8.2.2 排气槽设计排气槽设计 http:/ htt

20、p:/ 溢流槽的作用n溢流槽的主要作用如下：溢流槽的主要作用如下：n(1)容纳最先进入型腔的冷金属液和混入其中的气体与氧化夹杂，防止压铸件产生冷隔、容纳最先进入型腔的冷金属液和混入其中的气体与氧化夹杂，防止压铸件产生冷隔、气孔和夹渣，提高压铸件的质量。气孔和夹渣，提高压铸件的质量。n(2)溢流槽可与浇注系统一起控制金属液充填的流动状态，防止局部产生涡流。溢流槽可与浇注系统一起控制金属液充填的流动状态，防止局部产生涡流。n(3)溢流槽内的金属作为热源的一部分，改善模具型腔温度场的分布，减少铸件流痕、溢流槽内的金属作为热源的一部分，改善模具型腔温度场的分布，减少铸件流痕、冷隔和浇不足的现象。冷隔和

21、浇不足的现象。n(4)作为压铸件脱模时推杆推出的位置，防止压铸件变形及避免压铸件表面留有推杆的作为压铸件脱模时推杆推出的位置，防止压铸件变形及避免压铸件表面留有推杆的痕迹。痕迹。n(5)型腔分别处于动、定模两侧的压铸件，当对动、定模两侧的包紧力接近时，为了防型腔分别处于动、定模两侧的压铸件，当对动、定模两侧的包紧力接近时，为了防止压铸件留在定模，可在动模上设置溢流槽，增大压铸件对动模的包紧力，使开模时压铸止压铸件留在定模，可在动模上设置溢流槽，增大压铸件对动模的包紧力，使开模时压铸件能留在动模，便于推出机构脱模。件能留在动模，便于推出机构脱模。n(6)对于真空压铸和定向抽气压铸，溢流槽常作为引

22、出气体的起始点。对于真空压铸和定向抽气压铸，溢流槽常作为引出气体的起始点。n此外，溢流槽还可作为压铸件存放、运输、加工时的支承、吊挂、装夹或定位的附加部分。此外，溢流槽还可作为压铸件存放、运输、加工时的支承、吊挂、装夹或定位的附加部分。http:/ 溢流槽的位置n溢流槽一般布置在如下的位置溢流槽一般布置在如下的位置(表表 8.17)：n(1)金属液流入型腔后最先冲击的部位。金属液流入型腔后最先冲击的部位。n(2)受金属液冲击的型芯后面或多股金属液相汇合处容易产生涡流、卷气或氧化夹杂的受金属液冲击的型芯后面或多股金属液相汇合处容易产生涡流、卷气或氧化夹杂的部位。部位。n(3)金属液最后充填的部位

23、。金属液最后充填的部位。n(4)型腔温度较低的部位。型腔温度较低的部位。n(5)内浇口两侧或其他金属液不能直接充填的内浇口两侧或其他金属液不能直接充填的“死角死角”部位。部位。n(6)其他需要控制局部金属液流动状态以消除缺陷的部位。其他需要控制局部金属液流动状态以消除缺陷的部位。n为使溢流槽能充分发挥作用达到其应有的效果，不致消耗过多的金属，增加投影面积，影为使溢流槽能充分发挥作用达到其应有的效果，不致消耗过多的金属，增加投影面积，影响铸件尺寸精度，降低充填型腔的有效压力，甚至影响和打乱充填形态或引起其他反作用，响铸件尺寸精度，降低充填型腔的有效压力，甚至影响和打乱充填形态或引起其他反作用，应

24、在布置溢流槽时慎重考虑。一般在模具设计时，事先在准备布置溢流槽处保留一定的余应在布置溢流槽时慎重考虑。一般在模具设计时，事先在准备布置溢流槽处保留一定的余地。试压验证后，观察铸件上金属液的流痕和缺陷产生的形态，最后确定合理的布局和容地。试压验证后，观察铸件上金属液的流痕和缺陷产生的形态，最后确定合理的布局和容量。量。http:/ 作为冷污金属液的储存器，容量大的溢流槽比容量小的效果好。但作为冷污金属液的储存器，容量大的溢流槽比容量小的效果好。但容量过大增加了回炉料量，使压铸件成本提高。一般按该处放单个溢流容量过大增加了回炉料量，使压铸件成本提高。一般按该处放单个溢流槽的尺寸设计。槽的尺寸设计。

25、n(2) 以改善模具温度场为目的而设计的溢流槽，其容量要通过计算来确以改善模具温度场为目的而设计的溢流槽，其容量要通过计算来确定。定。n(3) 作为消除局部热节处缩孔、缩松等缺陷而设计的溢流槽，其容积应作为消除局部热节处缩孔、缩松等缺陷而设计的溢流槽，其容积应为热节部位体积的为热节部位体积的34倍或为缺陷部位体积的倍或为缺陷部位体积的22.5倍。倍。n4. 溢流槽的形式和尺寸n溢流槽的形式和尺寸见表溢流槽的形式和尺寸见表8.19。http:/ 举例说明内浇口位置对压铸件质量的影响。举例说明内浇口位置对压铸件质量的影响。n(2) 各种类型压铸机所用直浇道有何不同？各种类型压铸机所用直浇道有何不同？n(3) 内浇口设计要点是什么？内浇口设计要点是什么？n(4) 溢流槽和排气槽各起什么作用？它们设在模具的什么部位？溢流槽和排气槽各起什么作用？它们设在模具的什么部位？ http:/