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(nèi)的金屬液流動狀態(tài)不同，可能產(chǎn)生冷隔、花紋、氣孔、偏析等不良現(xiàn)象。為了防止這些不良現(xiàn)象，控制型腔內(nèi)的金屬液流動狀態(tài)是相當必要的。而控制型腔內(nèi)的金屬液流動狀態(tài)，關(guān)鍵就在于壓鑄模具澆排系統(tǒng)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。
2、壓鑄模具澆排系統(tǒng)的設計
在壓鑄模具澆排系統(tǒng)的研究中，其澆口位置、形狀是控制溶液的流動狀態(tài)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(nèi)部的溶液流動狀態(tài)進行解析。內(nèi)澆道及內(nèi)澆口的位置與尺寸，對于填充方式有決定性的影響。
2.1 內(nèi)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：A=U／(vt)：制品體積(cIn。)
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(nèi)澆口截面積。
③根據(jù)內(nèi)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(nèi)澆道截面積小一些，試驗后需要時可再擴大)，制成3D數(shù)據(jù)。
⑤根據(jù)制成的3D數(shù)據(jù)進行CAE分析(即流態(tài)解析)。
⑥針對解析結(jié)果進行評價。
⑦評價后若存在不良現(xiàn)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(tǒng)設計
內(nèi)澆口應設置在使金屬液在形腔里流動狀態(tài)最好、排氣充、型腔內(nèi)各個角落都能充滿金屬液的位置。盡可能采用一個內(nèi)澆口。如果需要多個內(nèi)澆口，應注意使金屬液的流動相互不受干擾或在型腔內(nèi)不分散地相遇(即引導金屬流順一個方向流動)，避免型腔內(nèi)各股金屬液匯合時出現(xiàn)渦流。當壓鑄件尺寸較大時，有時不可能僅從一個內(nèi)澆道獲的所需的內(nèi)澆道截面積，因此必須采用多個內(nèi)澆道。但是應注意到內(nèi)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(nèi)各股金屬液匯合時出現(xiàn)渦流。
金屬液流束應盡可能少地在型腔內(nèi)轉(zhuǎn)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(nèi)澆道截面積向著內(nèi)澆道方向逐漸縮小， 以減少氣體卷人，有利于提高壓鑄件的致密性。內(nèi)澆道在流動過程中應園滑過渡，盡可能避免急轉(zhuǎn)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(fā)的氣體，應由流人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(nèi)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(nèi)澆道上設定出隔離帶，避免熱沖擊。
通常內(nèi)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(nèi)澆口；避免切除內(nèi)澆道時產(chǎn)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(tài)，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(nèi)澆道截面積。
分型面上的排氣槽的位置是根據(jù)型腔內(nèi)金屬液流動狀態(tài)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(nèi)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，通常控制在0.01mm-0.02mm，或放大到不產(chǎn)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lmm-2mm，將型腔內(nèi)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(fā)現(xiàn)型腔中出現(xiàn)渦流時，應當改變內(nèi)澆口導人角或改變尺寸，以期排除渦流狀態(tài)。
金屬液交匯時，在停止流動前還要讓金屬液繼續(xù)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(xù)金屬液清潔、常溫。
針對不同部位填充速度不一時，應調(diào)整內(nèi)澆口的厚度或?qū)挾?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(nèi)澆道來實現(xiàn)。
流動解析后發(fā)現(xiàn)填充滯后的部位，也可增設內(nèi)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(nèi)澆道的截面積來減少填充時間，以大到較好的表面質(zhì)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問進行壓鑄。故應對內(nèi)澆道的截面進行調(diào)整， 以取得相應的填充時問，獲得較好的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。
總之，在壓鑄模具設計過程中，要注意避免許多不良現(xiàn)象產(chǎn)生。即便在當今具備CAE分析手段的時代，在內(nèi)澆道設計初期，將總結(jié)出的經(jīng)驗先行考慮進澆排系統(tǒng)，進行有機的結(jié)合，分析、改善、提升，勢必起到事半功倍的作用。
1、壓鑄模具的制作流程
壓鑄模具制作的CAD／CAE／CAM／CAT流程。
2、壓鑄模具澆排系統(tǒng)的設計
在壓鑄模具澆排系統(tǒng)的研究中，其澆口位置、形狀是控制溶液的流動狀態(tài)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(nèi)部的溶液流動狀態(tài)進行解析。內(nèi)澆道及內(nèi)澆口的位置與尺寸，對于填充方式有決定性的影響。
2.1 內(nèi)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：A=U／(vt)：制品體積(cIn。)
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(nèi)澆口截面積。
③根據(jù)內(nèi)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(nèi)澆道截面積小一些，試驗后需要時可再擴大)，制成3D數(shù)據(jù)。
⑤根據(jù)制成的3D數(shù)據(jù)進行CAE分析(即流態(tài)解析)。
⑥針對解析結(jié)果進行評價。
⑦評價后若存在不良現(xiàn)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(tǒng)設計
內(nèi)澆口應設置在使金屬液在形腔里流動狀態(tài)最好、排氣充、型腔內(nèi)各個角落都能充滿金屬液的位置。盡可能采用一個內(nèi)澆口。如果需要多個內(nèi)澆口，應注意使金屬液的流動相互不受干擾或在型腔內(nèi)不分散地相遇(即引導金屬流順一個方向流動)，避免型腔內(nèi)各股金屬液匯合時出現(xiàn)渦流。當壓鑄件尺寸較大時，有時不可能僅從一個內(nèi)澆道獲的所需的內(nèi)澆道截面積，因此必須采用多個內(nèi)澆道。但是應注意到內(nèi)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(nèi)各股金屬液匯合時出現(xiàn)渦流。
金屬液流束應盡可能少地在型腔內(nèi)轉(zhuǎn)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(nèi)澆道截面積向著內(nèi)澆道方向逐漸縮小， 以減少氣體卷人，有利于提高壓鑄件的致密性。內(nèi)澆道在流動過程中應園滑過渡，盡可能避免急轉(zhuǎn)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(fā)的氣體，應由流人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(nèi)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(nèi)澆道上設定出隔離帶，避免熱沖擊。
通常內(nèi)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(nèi)澆口；避免切除內(nèi)澆道時產(chǎn)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(tài)，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(nèi)澆道截面積。
分型面上的排氣槽的位置是根據(jù)型腔內(nèi)金屬液流動狀態(tài)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(nèi)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，通常控制在0.01mm-0.02mm，或放大到不產(chǎn)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lmm-2mm，將型腔內(nèi)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(fā)現(xiàn)型腔中出現(xiàn)渦流時，應當改變內(nèi)澆口導人角或改變尺寸，以期排除渦流狀態(tài)。
金屬液交匯時，在停止流動前還要讓金屬液繼續(xù)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(xù)金屬液清潔、常溫。
針對不同部位填充速度不一時，應調(diào)整內(nèi)澆口的厚度或?qū)挾?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(nèi)澆道來實現(xiàn)。
流動解析后發(fā)現(xiàn)填充滯后的部位，也可增設內(nèi)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(nèi)澆道的截面積來減少填充時間，以大到較好的表面質(zhì)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問進行壓鑄。故應對內(nèi)澆道的截面進行調(diào)整， 以取得相應的填充時問，獲得較好的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。
總之，在壓鑄模具設計過程中，要注意避免許多不良現(xiàn)象產(chǎn)生。即便在當今具備CAE分析手段的時代，在內(nèi)澆道設計初期，將總結(jié)出的經(jīng)驗先行考慮進澆排系統(tǒng)，進行有機的結(jié)合，分析、改善、提升，勢必起到事半功倍的作用。
