压铸模内浇口的设计分析.pdf

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1、 模具制造 2 0 0 2 N o 1 1 总第 1 6期 3 3 压 铸 模内 浇口 的 设 计 分 析 南阳理工学院( 河南南阳4 7 3 0 0 4 ) 田光辉 河南奥通光电有限公 司 高 鹏 【 摘要】 定性分析 了压铸模 内浇口的位置 、 导入方向和截 面大小对熔液流动和压铸件 质量 的 影 响 ， 提 出了改进 设 计 的方 法 和原 则 。 关键 词 压铸 模 设 计 浇注 系统铸 件 质量 1 引 言 内浇 口在压铸模设计 中非常重要 ，决定着金属液 充填 型腔时的流量 、 速度、 充填顺序和流动状态 。内浇 口设计 的好 ，会给压铸生产 提供一个较 为宽松的工艺 范 围， 容

2、易压 出合格铸件 ； 反 之 ， 则会造成较 高的废品 率 ， 甚至模具报废 。笔者结合多年的工作和教学经验 ， 通过对经过生产验证 的多套模具进行分析、 统计 、 总结 后认 为 ： 在内浇 1：3 设计的诸 多因素 中， 位置 、 导人方 向、 截面大小与形状最为重要 。以下是对这三个方面的一 些定性分析。 2内浇口位置 内浇 口位置的选择受铸件结构 、 壁厚变化 、 使用要 求 、 压铸机种类等各方面影 响。 实际设计 中很难全部满 足上述要求 ， 所以在满足质量的前提下 ， 往往采取折衷 的方案。 ( 1 ) 尽量设计在铸件的厚壁处。 实际生产 中发现 ，早期的三种充填理论 都有很大

3、的局限性【 ” 。型腔的形状复杂多变 ， 充填形态多种多样 ， 不 同型腔的部位有不 同的充填形态 ，其决定因素是型 腔截面的变化。根据流体力学 的相应观点 ， 金属液从大 截面流 向小截面 ， 应近似全壁厚充 填 ； 反之 ， 则呈喷射 充填形式 。 对于压铸 的气孔缺 陷而言， 近似的全壁厚充 填能够在一定程度上 克服这种缺陷 ，因此应把内浇 口 设置在厚壁处 。同时 ， 厚壁处容易产生气孔 ， 内浇 口离 厚壁处愈近， 对该处的增压和补缩效果愈好 ， 该处气孔 愈小。 ( 2 ) 尽量设计在铸件重要部位附近。 离浇 口较近的地方 是金属液流经段 ，流经段的铸 件 的内、 外部质量都较好。

4、而远离浇 口的位置往往是金 属液充填 的终停段 ， 往往料温较低 ， 是金属液撞壁折返 或 多股液流汇合处 ， 紊流严重 ， 气 孔 、 夹渣 、 花纹 、 冷隔 等缺陷较多。因此 ， 尽量不要把铸件要求较高的部位放 在终停段 。 ( 3 ) 尽量选用中心浇 口。 中心浇 1 ：3 与边浇 1：3 相 比，从 中心浇 1：3 到型腔末端 的流程较短 ， 转折较少 ， 动能损失少。中心浇 1：3 一般都 位于型腔中间， 金属液可以从型腔深处流 向分型面 ， 有 利于排气 ， 能够减少欠铸 、 冷隔 、 气孔等缺陷 。 所以即使 在 卧式压铸机上， 也尽量设计成两次分型的中心浇 口。 3 内浇 口

5、导入方向 内浇 口导入方向是由横浇道与 内浇 口的连接方式 决定 的。导人方 向包括 ： 顺剖面导人方 向图 1 a和平面 导人方 向图 l b t 2 J 。 、 ( b ) 图 1 a 一顺剖面导人b r _ 平 面导人 导人方 向设计正确与否 ，影 响着金属液充型时的 流动方向 、 填充顺序 、 流动状态 、 排气好环等 ， 进而影响 铸件的质量 ， 如气孔 、 冷隔 、 夹渣等。因此正确地设计内 维普资讯 http:/ 模具制造 2 0 0 2 No 1 1 总第 1 6期 浇 口导入方 向， 对保证 良好的充填过程尤为重要 。 ( 1 ) 顺剖面导入方向。 如果 内浇 口在顺剖面方

6、向上 的导入方 向不合适 ， 很可能造成金属液进入型腔后先封住分型面 ，尔后充 填型腔深部 ， 造成排气不 良； 或使金属液直接冲击型壁 而抛散 ， 形成严重的紊流并造成裹气 。 如摩托车发动机缸盖类压铸 件 ，模具型腔 中有成 排的形成散 热片的深窄槽 ， 如果按 图 2 a设计 ， 会使金 属液首先水平充填 ，封住分型面后向型腔深处 的深窄 槽充填。由于这些槽是用电火花打出的盲腔 ， 里面的空 气难 以排出， 因而铸件气孔和欠铸严重 ， 良品率低 。后 来采用图 2 b的设计 ， 内浇 口的导入方向指 向深窄槽底 部 ， 金 属首先充填槽 的底部后 向分型面充填 ， 使型腔 的 气体顺利排

7、 出， 良品率大大提高 。 ( a ) ( b ) 图 2 摩托车发动机缸盖类铸件浇 口导人示意 图 改 良前 b 改 良后 再 如某盖类零件 ， 内浇 口如按 图 3 a设计 ， 金属 液 进入型腔后 ， 首先环绕中间的型芯充型 ， 封住分型面后 再充填深腔部位 ， 造成严重 的裹气 ， 废品较多 。改用图 3 b所示的内浇 口后 ， 金属液首先充填深腔部位 ， 再流 向 分型面 ， 成型效果 良好。 ( a ) ( b ) 图 3 某盖类零件浇 口导人示意图 改 良前 改 良后 ( 2 ) 平 面导入方 向。 在实际生产中 ， 特别是在刚开始压铸时 ， 模具温度 很低 ， 此时铸件上流痕非

8、常清晰， 可以清楚看到液流形 状及其对铸件的影响。同时 ， 采用少浇料的办法 ， 压铸 出不完整的铸件 ， 也可用来 观察液流的流动充型状态 。 经过长期观察 ，各种各样型腔中的不 同部位都近似表 现 出图 4的几种充型状态 。 I 二 j 、 ： 、 l 一 、 lll j ! ( b) 一 ( C ) ( d ) 图 4 常见铸件 的几种充 型状 态 图 4 a的流态较为理想 ， 充型时把 型腔 内的气体顺 序推 向远端排 出， 液流无折返旋涡 、 裹气 、 夹渣等缺 陷， 铸件质量好。图 4 b的液流直冲远端型壁后 向两侧返卷 回来 ， 形成两侧旋涡 ， 造成夹杂 、 裹气 。图 4 c

9、为单侧偏 流式 ， 形成旋涡的趋势更严重 ， 它沿 型腔周边前进 ， 封 闭分型面后形成旋 涡 ， 把冷液头 、 夹 杂和气体包在旋 涡 中。图 4 d的流态为中央 凹进形状 ， 同样形成旋涡 ， 铸件 的缺陷存在于 中间。实际生产中 ， 由于型腔复杂 、 转折 多 、 型芯阻挡多等 因素 ， 不易判断液流前沿流态形状 。 以上可 以看出 ，内浇 口平 面导入方 向与内浇 口宽 度方 向的变化有很大关 系。内浇 口宽度 的设计原则上 看某种型式 的内浇 口在充型时金属液前沿 的形状是否 合理 。 液流前沿的形状对充型过程有很大影响， 如果设 计不好 ， 充型过程 中， 会形 成旋涡 、 裹 气

10、 、 夹渣等 ， 导致 相应的压铸缺陷。 4内浇 口大小 与 形状 内浇 口设计方法很多 ，其截面的基本形状是扁平 矩形 。 在 同一截面积下可以有不 同的宽度和厚度 ， 而宽 度 和厚度的选择 ， 直接影响填充的速度和流量 ， 进而影 响填充效率 。 ( 1 ) 内浇 口截面积 。 经过长期的积累 ，国内外的压铸工作者从不 同的 观点得出的各种内浇口截面积的计算公式，适用于不 同的压铸合金和具体情况 。 有 T o fi c h公式 、 S h a r p公式、 A K B e l o p u c h o w公式 、 R e l m e n公 式 、 W D a v o k公式 、 尾 维普

11、资讯 http:/ 模具制造 2 0 0 2 N o 1 1 总第 1 6期 3 5 关公式等。同一种合金在 同一情况下 ，用不同公式计 算 ， 得 出的数据相差较大 。 我国压铸模设计手册上推荐 的式 ( 1 ) 是通过金属液 以一定 的速度和在预定的时间内充满型腔而得来的 ： ，1 A= ( 1 ) pv1 式中A 内浇 口面积 ， mm 2 G 铸件重量 ， g 内浇 口处金属液的流速 ， m s p 液态金属密度 ， g e m。 充填 型腔的时间， S 笔者在 使用 中对 、 T的值按 下面 的方 法进 行选 取 ， 得到了较好 的结果 。 a 金属液流速 的确定 。 流速 可以从图

12、 5中查 出，该图是根据实际压铸经 验， 依据壁厚和充填长度两个 因素来确定的。 越 j l r - r 煺 铸件壁厚 ， m i l l l | 、 ，、 ， |。 | f 二 二 = _ O 1 o o 2 o o 3 o o 4 0 0 5o o 6 0o 填充 长度 ， mi l l 图 5 铸件壁厚 、 充填长度和流速关系图 b 充填时间的确定 。 根本依据是充填时间要小 于金属液温度下降到固 相线温度的时间 ，即金属液失去过热热量和结晶潜 热 的时间。 这个时间是由金属液的导热系数 、 温度、 比热 、 结 晶潜热 、 固相线 温度 、 及型腔表 面温度 、 表 面积和型 腔中金属

13、液中心到型腔表面的距离等许 多因素所决定 的。根据传热学关系p 】 ， 单位时间内传递的热量可近似 按下式计算 ： 口 ， ： X S ( T - T ) ( 2 ) 口= ( Z J 式 中g 单位 时间 内传递 的热量 金属液 的导热系数 s 型腔表面积 ，广一 金属液 中心温度 乃一型腔表面温度 1 2的平均铸件壁厚 对铸件壁厚而言 ，可以近似认为热量都是 由壁厚 中心向外两侧传递 的。传向两侧 的热量 g可以用下式 表述 ： g = g c ( T - r , ) o s ( 3 ) 式中口 金属凝 固散出的总热量 g 金属 的结晶潜热 金属 的固相线温度 c 金属 液 的 比热 p

14、金属液密度 因此金属液凝 固所需 的时间 可用式 ( 4 ) 计算 ： = =一 q x q X S ( T - ( 4 ) 一 一 ) 、 充填时间取决于型腔充型结束 前允许金属液凝 固 的比例 ， 根据实际经验 ， 取充填时间为 ： T = T x 7 0 ( 5 ) 根据上式计算出壁厚与充填时间的关 系曲线 ( 见 图 6适用于 A l s i 系合金) ，使用 时只要从该图中查 出 充填时间即可。为适应现代压铸工艺 ， 内浇 口截面积可 按上面方法计算 出截面积后再乘一系数 K， 见下式 ： A = K 斋 ( 6 ) 式 中 卜修正系数 ， K= I 1 1 2 5 害 - 厘 富

15、鲜 A l S i C u A I S i ( 共晶 ) Z n A l C u ， f f l i f ? f 7 ? ， ， ， ， ， ， 铸 件壁厚 ， I n n l 图 6 铸 件壁 厚与充填时间 的关系 曲线 ( 2 ) 内浇 口厚度 。 内浇 口的厚度可用凝固模数法确定 。 a 凝固模数 。 式中 压铸件体积 ， e m 3 A压铸件表面积 ， ( 3 1 1 1 卯 加 m 维普资讯 http:/ 3 6 模具制造 2 0 0 2 N o 1 1总第 1 6期 b 浇 口厚度 d 。 A l 合金 ： d = 3 7 M+ O 5 ( mm) Z n合金 ： d = 3 3

16、M+ 0 4 ( mm) Mg合金 ： d = 2 3 M+ 0 4 ( mm) 采用侧浇 口在卧式压铸机上生产某些压铸件 时 ， d 值可加大 2 5 。 5 结束 语 由于多种计算机辅助压铸流场分析软件在 国内尚 未普及 ， 很 长一段时间内 ， 模具仍是凭经验设计 。因此 通过长期的生产实践观察 、 总结和不断的积 累， 概括 出 金属液流在各种型腔 中的流动特点 ，从而为内浇 V I 的 成功设计提供充足的参考资料必不可少 。 参 考 文 献 1 孙保纯 现代压铸技术 东北 大学 出版社 ， 1 9 9 6 2 菅野友信等著 ， 张益等译 铝合金压铸件不 良品对 策问答 机械 工业 出

17、版社 ， 1 9 8 7 3 潘宪 曾压 铸模设计手 册( 第 2版 ) 机械工业 出版社 ， 2 0 0 0 4 俞佐平 传 热学 ( 第二版 ) 高等教育 出版 ， 1 9 9 1 昆山“ 模具硅谷” 崭露头角 日前 ，全球模具界极富盛名 的 日本牧野公 司落户 昆山高科技工业园内的江苏模具 工业实验区 ，批租土 地 9 O亩 ， 首期投资 1 5 0 0万美元 ， 专业生产 目前世界上 最新一代模具数控设备 。它的进驻无疑增加了江苏模 具 工 业实 验 区的 “ 含金 量 ” 。 事实上 ， 江苏模具工业实 验区正在 以“ 模具硅谷 ” 的面 目在业界崭露头角。短短 3年多时间 ， 区内

18、已经聚 集了 4 0多家模具企业 ， 其中外资企业 2 O多家 ， 总投 资 7 5 0 0多万美元 ，内资企业 2 O多家 ，总投资 8 0 0 0多万 元 ， 形成 了以精密冷 冲模 、 复杂 大型塑料模 、 压铸模 为 主 ， 其他种类模具为辅的生产基地 ， 去年实现销售 6亿 多元 ， 在 国内模具界产生了巨大影响。 模具 又称 “ 工业 之母” ， 模具制造水平 的高低决定 着一个 国家 的工业发展水平 。 我 国是模具大国， 模具生 产量 占世界第二。近年来 ， 昆山等地聚集了大批量外资 制造企业 ， 苏州一带作 为“ 世界 工厂” 的形 象在参与全 球产业分工 中据有重要地位 ，

19、就近解决模具配套不仅 成为企业的迫切需求 ，也成了构建地方竞争力 的重要 内容 。 1 9 9 8年 ， 当一批外资企业 向昆山有关部 门提出设 立模具 中心的建议 时， 一切都显得水到渠成 。 实验区刚 刚动工 ， 台湾鸿海集 团下属 的鸿 准精密模具 ( 昆山 ) 有 限公司即率先入驻 ，为近在咫尺 的关系企业富士康集 团配套生产高精密度电子产品模具 ， 其后 ， 为华硕 电脑 配套生产塑料外壳的凯 翊精密模具 ( 昆山 ) 有限公司 、 为通用汽车等配套 的亿 升汽配模具 ( 昆山 ) 有 限公司 、 专业生产多工位级进模的江苏华 富电子有 限公司等企 业陆续跟进 ， 实验 区红红火火。

20、 据苏州 日报消息 ， 根据规划 ， 模具实验 区共分为三 大功能 区， 即模具设计 制造 、 模具设 备及材 料市场 、 模 具 中心 ， 其 中模 具 中心堪称 “ 关键 部件 ” ， 将采 取与企 业 、 高校和科研单 位合作的方式共 建 ， 下设 工程 中心 、 人才培训 中心和信息中心 。 据实验区主任陶建华介绍， 该 区 目前 的对外招商情况 良好 ，区内开工投产企业已 经超过 1 5家 ， 还 与南京 工程学院 、 江苏模具 培训 中心 等建立了常年联系 ， 力争到 2 0 0 5年将实验 区建成一个 国内知名的精密模具生产基地。 瑞典 S E C O公司推出高效率切削钨钢钻头

21、据海外媒 体报道 ，瑞 典 S E C O公 司推出 “ 皇冠 ” ( C r o w n L o e ) 可替换 式超微 粒多层被覆钨 钢钻头 ， 可满 足机械业者对钻孔的高速加工及质量要求 。 S E C O皇冠钻头是高品质 、高效率的切削刀具 ， 每 把刀柄最多可替换 6种不 同直径的钻头头部 ，如用一 支 b l 5 m m 的 钻头 刀 柄 ，可替换 b l 5 mm、 +1 5 2 5 mm、 +1 5 5 mm、 +1 5 8 mm、 +1 5 8 8 m m不 同直径 的钻头头部 ， 钻头磨耗后 即更换一个新头 ， 不需送至研磨 厂再研磨 ， 可大幅降低钻头送 至研磨 厂再研磨 的高库存成本 ， 且 每个新钻头的寿命都 可以预期 ，不会 出现全钨钢钻头 及焊刃式 钻头再研磨 后 寿命不 稳定 的现 象 。规 格从 b 1 2 mm至 1 9 8 m m 共有 4 2种 刃 径及 9种 柄径 供选 择 ，且有 3种不 同的刀刃几何形状可满足各种加工需 求。 维普资讯 http:/