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重要方法之一。壓鑄件的質量好壞80%取決于壓鑄模具。制作好壓鑄模具是產品開發的關鍵所在。在壓鑄過程中，由于型腔內的金屬液流動狀態不同，可能產生冷隔、花紋、氣孔、偏析等不良現象。所以控制型腔內的金屬液流動狀態是相當必要的，而控制型腔內的金屬液流動狀態，關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。應在整個制作過程中前后協調，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，以期取得實效。筆者從事壓鑄模具開發多年，就模具制作流程中的相關注意事項總結如下，供同行參考。
(1)要對客戶來圖應進行檢證
根據壓鑄工藝的特性結合有色金屬的牌號，先進行毛坯方案設計，然后開始模具設計。對有些不符合壓鑄工藝的結構，應及時與客戶溝通，在征求客戶同意的基礎上再行修改。日本三大著名摩托車品牌的研發部門都是在開發之初就重點把握圖面檢證這一關，這樣可避免開發損失、減少開發時間。
壓鑄模具的設計與有色金屬的牌號有關。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，應根據其流動性差、壓鑄溫度較高等特點適當應對。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的問題有：模具壽命短;脫模阻力大，易變形、拉模，工件頂出易產生裂紋;流動性差，易產生花紋、冷隔;模具突出部位易產生裂紋等，在設計過程中應提前應對。
(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品質量。壓鑄產品質量檢測可分外觀檢測、內部品質檢測及機械性能檢測。檢測的數據應符合壓鑄產品的合格率要求、內部品質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鍵階段，通常初次試模后還要進行修模，修模時針對不良項目逐二進行改善，直至符合客戶要求。
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狀態和填充方向的重要因素。首先應著眼于澆口位置、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狀態進行解析。
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鍵。成品設置澆口時，通常按下列步驟進行：
(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數據進行CAE分析(即流態解析、溫度場分析)。
(5)對解析結果進行評價。
(6)對不同澆排系統所產生的方案結果進行比較、評價，擇優選用。若存在不良現象，應進行方案改進，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
腔里流動狀態最好，并能充滿型腔內各個角落的位置上。設置時盡可能采用一個內澆口。如果設計條件不允許，應注意使金屬液的流動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方向流動)，避免型腔內各股金屬液匯合時出現渦流。例如，當壓鑄件尺寸較大時，有時不可能僅從一個內澆道獲得所需的內澆道截面積，因此必須采用多個內澆道。但是應注意到內澆道的設置應保證引導金屬液只沿著一個方向流動，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)內澆道在流動過程中應圓滑過渡，盡可能避免急轉與流動沖擊。
(6)多腔時對澆道截面積應按各腔容積比進
行分段減少。
(7)型腔中的空氣和潤滑劑揮發的氣體，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不應將氣體留在盲孔內或過早地堵塞排氣槽。
(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。
(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，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，非均勻流動的危險也愈大。應盡量不要采用過厚的內澆口，避免切除內澆道時產生變形。
(12)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。溢流槽設在鑄型容易存氣的位置，作為排出氣體用，改善金屬液的流動狀態，將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。設計時應注意：
①排氣槽的總截面積應大致相當于內澆道截面積。
②分型面上的排氣槽的位置是根據型腔內金屬液流動狀態而確定的。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。
③頂針與推桿的排氣間隙對于型腔的排氣是非常重要的。通常控制在0.0l～0.02mm，或放大到不產生毛刺為止。
④固定式型芯的.排氣也是一有效的排氣方法，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出寬、厚各l～1.5mm的排氣槽，這樣型腔內的氣體可順頸部開出的排氣槽由型腔底部排出。
⑤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合，通常選定在70%左右，這樣帶入壓鑄件的氣體就會大幅度減少，對系統排氣也是有利的。
2.3流動解析評價與對策
(1)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，發現型腔中出現渦流時，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，在停止流動前還要讓金屬液繼續流動一段距離。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，應調整內澆口的厚度或寬度(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澆道來實現。
(4)流動解析后發現填充滯后的部位，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間進行壓鑄。所以應通過加大內澆道的截面積來減少填充時間，以達到較好的表面質量。
(6)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間進行壓鑄。故應對內澆道的截面進行調整，以取得相應的填充時間，獲得較好的表面質量和內部質量。
3 結 論
壓鑄模具的制作流程是一個CAD/CAE/CAM/CAT融合的過程，其間融合得越好，壓鑄件產品的品質越高、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，并進行分析和評價，將避免許多不良現象產生。在當今具備CAE分析手段的時代，在內澆道設計初期，將總結出的經驗先行考慮進澆排系統，結合CAE手段，通過分析、改善、提升，勢必起到事半功倍的作用。
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