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壓鑄模具的制作流程與澆排系統設計
壓鑄是有色金屬成型的一個(gè)重要方法之一。壓鑄件的質(zhì)量好壞80%取決于壓鑄模具。制作好壓鑄模具是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵所在。在壓鑄過(guò)程中，由于型腔內的金屬液流動(dòng)狀態(tài)不同，可能產(chǎn)生冷隔、花紋、氣孔、偏析等不良現象。所以控制型腔內的金屬液流動(dòng)狀態(tài)是相當必要的，而控制型腔內的金屬液流動(dòng)狀態(tài)，關(guān)鍵在于壓鑄模具澆排系統的設計。
1 壓鑄模具的制作流程
上述流程是壓鑄模具制作的大致流程，但并非一成不變。應在整個(gè)制作過(guò)程中前后協(xié)調，不斷反饋與調整各階段的信息，根據分析結果，修改設計方案，以期取得實(shí)效。筆者從事壓鑄模具開(kāi)發(fā)多年，就模具制作流程中的相關(guān)注意事項總結如下，供同行參考。
(1)要對客戶(hù)來(lái)圖應進(jìn)行檢證
根據壓鑄工藝的特性結合有色金屬的牌號，先進(jìn)行毛坯方案設計，然后開(kāi)始模具設計。對有些不符合壓鑄工藝的結構，應及時(shí)與客戶(hù)溝通，在征求客戶(hù)同意的基礎上再行修改。日本三大著(zhù)名摩托車(chē)品牌的研發(fā)部門(mén)都是在開(kāi)發(fā)之初就重點(diǎn)把握圖面檢證這一關(guān)，這樣可避免開(kāi)發(fā)損失、減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。
壓鑄模具的設計與有色金屬的牌號有關(guān)。特別是ADC6(JIS標準)鋁合金，其澆排系統結構及其拔模斜度與普通鋁合金有所不同，應根據其流動(dòng)性差、壓鑄溫度較高等特點(diǎn)適當應對。日本在高強度的零件上已大量應用ADC6鋁合金，而國內應用的較少。ADC6鋁合金壓鑄模具常見(jiàn)的問(wèn)題有：模具壽命短;脫模阻力大，易變形、拉模，工件頂出易產(chǎn)生裂紋;流動(dòng)性差，易產(chǎn)生花紋、冷隔;模具突出部位易產(chǎn)生裂紋等，在設計過(guò)程中應提前應對。
(2)做好模具的檢測
在模具檢測階段，不應單純檢測模具尺寸，更重要的是應檢測壓鑄產(chǎn)品質(zhì)量。壓鑄產(chǎn)品質(zhì)量檢測可分外觀(guān)檢測、內部品質(zhì)檢測及機械性能檢測。檢測的數據應符合壓鑄產(chǎn)品的合格率要求、內部品質(zhì)標準及機械性能指標。
(3)做好試模
試模階段是驗證模具的關(guān)鍵階段，通常初次試模后還要進(jìn)行修模，修模時(shí)針對不良項目逐二進(jìn)行改善，直至符合客戶(hù)要求。
2 壓鑄模具澆排系統的設計
在壓鑄模具澆排系統中，澆口位置、澆道形狀是控制溶液的流動(dòng)狀態(tài)和填充方向的重要因素。首先應著(zhù)眼于澆口位置、澆道形狀，合理設計澆口、澆道、集渣包、溢流槽及排氣道;然后使用CAE軟件對型腔內部的溶液流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行解析。
2.1澆口設計步驟
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。內澆口設計方法很關(guān)鍵。成品設置澆口時(shí)，通常按下列步驟進(jìn)行：
(1)計算內澆口截面積。澆口斷面積計算公式：
(2)根據內澆口截面積，設定澆口形狀，然后設置澆口位置，初步設計溢流槽及集渣包位置。
(3)制作不同的澆口方案(通常先使內澆道截面積小一些，試驗后根據需要可再擴大)，并制成3D數據。
(4)根據制成的3D數據進(jìn)行CAE分析(即流態(tài)解析、溫度場(chǎng)分析)。
(5)對解析結果進(jìn)行評價(jià)。
(6)對不同澆排系統所產(chǎn)生的方案結果進(jìn)行比較、評價(jià)，擇優(yōu)選用。若存在不良現象，應進(jìn)行方案改進(jìn)，然后再進(jìn)行CAE分析，直到取得較滿(mǎn)意的方案。
2.2澆道、排氣系統的設計注意事項
(1)內澆口及排氣槽應設置在使金屬液在形
腔里流動(dòng)狀態(tài)最好，并能充滿(mǎn)型腔內各個(gè)角落的位置上。設置時(shí)盡可能采用一個(gè)內澆口。如果設計條件不允許，應注意使金屬液的流動(dòng)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(gè)方向流動(dòng))，避免型腔內各股金屬液匯合時(shí)出現渦流。例如，當壓鑄件尺寸較大時(shí)，有時(shí)不可能僅從一個(gè)內澆道獲得所需的內澆道截面積，因此必須采用多個(gè)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(zhù)一個(gè)方向流動(dòng)，以避免型腔內各股金屬液匯合而出現渦流。
(2)金屬液流柬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。
(3)金屬液流程應盡可能短而均勻。
(4)內澆道截面積向著(zhù)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。
(5)內澆道在流動(dòng)過(guò)程中應圓滑過(guò)渡，盡可能避免急轉與流動(dòng)沖擊。
(6)多腔時(shí)對澆道截面積應按各腔容積比進(jìn)
行分段減少。
(7)型腔中的空氣和潤滑劑揮發(fā)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(dòng)不應將氣體留在盲孔內或過(guò)早地堵塞排氣槽。
(8)金屬流束不應在散熱不良處形成熱沖擊。
(9)對帶有筋的壓鑄件，應盡可能地讓金屬流順筋的方向流動(dòng)。
(10)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(shí)，應在內澆道上設置隔離帶，避免熱沖擊。
(11)通常內澆道愈寬愈厚，非均勻流動(dòng)的危險也愈大。應盡量不要采用過(guò)厚的內澆口，避免切除內澆道時(shí)產(chǎn)生變形。
(12)型腔的排氣
溢流槽是為了排除鑄造時(shí)最初噴入的金屬液，并且使模具的溫度一致。溢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(dòng)狀態(tài)，將金屬液導向型腔的各個(gè)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。設計時(shí)應注意：
�、倥艢獠鄣目偨孛娣e應大致相當于內澆道截面積。
�、诜中兔嫔系呐艢獠鄣奈恢檬歉鶕颓粌冉饘僖毫鲃�(dòng)狀態(tài)而確定的。排氣槽最好設計成彎曲狀，而不是直通狀，以防止金屬液外噴傷人。分型面上的排氣槽的深度通常為0.05～0.15mm;位于型腔內的排氣槽深度通常為0.3～0.5mm;位于模具邊緣的排氣槽深度通常為0.1～0.15mm。排氣槽的寬度一般為5～20mm。
�、垌斸樑c推桿的排氣間隙對于型腔的排氣是非常重要的。通�？刂圃�0.0l～0.02mm，或放大到不產(chǎn)生毛刺為止。
�、芄潭ㄊ叫托镜呐艢庖彩且挥行У呐艢夥椒�，案例如圖2所示。通常在型芯周邊單邊控制有0.05～0.10mm的間隙，并在型芯定位頸部開(kāi)出寬、厚各l～1.5mm的排氣槽，這樣型腔內的氣體可順頸部開(kāi)出的排氣槽由型腔底部排出。
�、菖艢獠鄣拇植诙纫膊粦鲆�，應保持較高的光潔度，避免在使用過(guò)程中被涂料粘連臟物而造成堵塞，影響排氣。
(13)壓鑄熔杯的填充率盡可能選高些。對壓鑄件氣孔度要求高的場(chǎng)合，通常選定在70%左右，這樣帶入壓鑄件的氣體就會(huì )大幅度減少，對系統排氣也是有利的。
2.3流動(dòng)解析評價(jià)與對策
(1)模具設計過(guò)程中，應盡可能讓金屬流順一個(gè)方向流動(dòng)，流動(dòng)解析后，發(fā)現型腔中出現渦流時(shí)，應當改變內澆口導入角或改變尺寸，以排除渦流現象。
(2)金屬液交匯時(shí)，在停止流動(dòng)前還要讓金屬液繼續流動(dòng)一段距離。所以在交匯處的型腔外應增設溢流槽和集渣包，以使過(guò)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。
(3)針對不同部位填充速度不一時(shí)，應調整內澆口的厚度或寬度(必要時(shí)逐漸加大)，達到填充速度基本一致的目的，但應盡可能通過(guò)加寬內澆道來(lái)實(shí)現。
(4)流動(dòng)解析后發(fā)現填充滯后的部位，也可增設內澆道。
(5)對于薄壁壓鑄件，必須選用較短的填充時(shí)間進(jìn)行壓鑄。所以應通過(guò)加大內澆道的截面積來(lái)減少填充時(shí)間，以達到較好的表面質(zhì)量。
(6)對于致密性要求高的厚壁壓鑄件，必須保證有效地進(jìn)行排氣。應選用中等的填充時(shí)間進(jìn)行壓鑄。故應對內澆道的截面進(jìn)行調整，以取得相應的填充時(shí)間，獲得較好的表面質(zhì)量和內部質(zhì)量。
3 結 論
壓鑄模具的制作流程是一個(gè)CAD/CAE/CAM/CAT融合的過(guò)程，其間融合得越好，壓鑄件產(chǎn)品的品質(zhì)越高、制造成本就越低。壓鑄模具澆排系統設計應遵循上述設計步驟和注意事項，并進(jìn)行分析和評價(jià)，將避免許多不良現象產(chǎn)生。在當今具備CAE分析手段的時(shí)代，在內澆道設計初期，將總結出的經(jīng)驗先行考慮進(jìn)澆排系統，結合CAE手段，通過(guò)分析、改善、提升，勢必起到事半功倍的作用。
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