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壓鑄模具的制作流程與澆排系統(tǒng)設(shè)計
壓鑄是有色金屬成型的一個重要方法之一。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)品開發(fā)的關(guān)鍵所在。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。所以控制型腔內(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)鍵在于壓鑄模具澆排系統(tǒng)的設(shè)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(xié)調(diào)，不斷反饋與調(diào)整各階段的信息，根據(jù)分析結(jié)果，修改設(shè)計方案，以期取得實效。筆者從事壓鑄模具開發(fā)多年，就模具制作流程中的相關(guān)注意事項總結(jié)如下，供同行參考。
(1)要對客戶來圖應進行檢證
根據(jù)壓鑄工藝的特性結(jié)合有色金屬的牌號，先進行毛坯方案設(shè)計，然后開始模具設(shè)計。對有些不符合壓鑄工藝的結(jié)構(gòu)，應及時與客戶溝通，在征求客戶同意的基礎(chǔ)上再行修改。日本三大著名摩托車品牌的研發(fā)部門都是在開發(fā)之初就重點把握圖面檢證這一關(guān)，這樣可避免開發(fā)損失、減少開發(fā)時間。
壓鑄模具的設(shè)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(tǒng)結(jié)構(gòu)及其拔模斜度與普通鋁合金有所不同，應根據(jù)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(nèi)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(chǎn)生裂紋;流動性差，易產(chǎn)生花紋、冷隔;模具突出部位易產(chǎn)生裂紋等，在設(shè)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(chǎn)品質(zhì)量。壓鑄產(chǎn)品質(zhì)量檢測可分外觀檢測、內(nèi)部品質(zhì)檢測及機械性能檢測。檢測的數(shù)據(jù)應符合壓鑄產(chǎn)品的合格率要求、內(nèi)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(tǒng)的設(shè)計
在壓鑄模具澆排系統(tǒng)中，澆口位置、澆道形狀是控制溶液的流動狀態(tài)和填充方向的重要因素。首先應著眼于澆口位置、澆道形狀，合理設(shè)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(nèi)部的溶液流動狀態(tài)進行解析。
2.1澆口設(shè)計步驟
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。內(nèi)澆口設(shè)計方法很關(guān)鍵。成品設(shè)置澆口時，通常按下列步驟進行：
(1)計算內(nèi)澆口截面積。澆口斷面積計算公式：
(2)根據(jù)內(nèi)澆口截面積，設(shè)定澆口形狀，然后設(shè)置澆口位置，初步設(shè)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(nèi)澆道截面積小一些，試驗后根據(jù)需要可再擴大)，并制成3D數(shù)據(jù)。
(4)根據(jù)制成的3D數(shù)據(jù)進行CAE分析(即流態(tài)解析、溫度場分析)。
(5)對解析結(jié)果進行評價。
(6)對不同澆排系統(tǒng)所產(chǎn)生的方案結(jié)果進行比較、評價，擇優(yōu)選用。若存在不良現(xiàn)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(tǒng)的設(shè)計注意事項
(1)內(nèi)澆口及排氣槽應設(shè)置在使金屬液在形
腔里流動狀態(tài)最好，并能充滿型腔內(nèi)各個角落的位置上。設(shè)置時盡可能采用一個內(nèi)澆口。如果設(shè)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(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。例如，當壓鑄件尺寸較大時，有時不可能僅從一個內(nèi)澆道獲得所需的內(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(shè)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)各股金屬液匯合而出現(xiàn)渦流。
(2)金屬液流柬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。
(3)金屬液流程應盡可能短而均勻。
(4)內(nèi)澆道截面積向著內(nèi)澆道方向逐漸縮小，以減少氣體卷入，有利于提高壓鑄件的致密性。
(5)內(nèi)澆道在流動過程中應圓滑過渡，盡可能避免急轉(zhuǎn)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(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不應將氣體留在盲孔內(nèi)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(nèi)澆道上設(shè)置隔離帶，避免熱沖擊。
(11)通常內(nèi)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(nèi)澆口，避免切除內(nèi)澆道時產(chǎn)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(shè)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)，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(shè)計時應注意：
①排氣槽的總截面積應大致相當于內(nèi)澆道截面積。
②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。排氣槽最好設(shè)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(nèi)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(chǎn)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(nèi)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(tǒng)排氣也是有利的。
2.3流動解析評價與對策
(1)模具設(shè)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)澆口導入角或改變尺寸，以排除渦流現(xiàn)象。
(2)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。所以在交匯處的型腔外應增設(shè)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(xù)金屬液清潔、常溫。
(3)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)。
(4)流動解析后發(fā)現(xiàn)填充滯后的部位，也可增設(shè)內(nèi)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(nèi)澆道的截面積來減少填充時間，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，必須保證有效地進行排氣。應選用中等的填充時間進行壓鑄。故應對內(nèi)澆道的截面進行調(diào)整，以取得相應的填充時間，獲得較好的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量。
3 結(jié) 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(chǎn)品的品質(zhì)越高、制造成本就越低。壓鑄模具澆排系統(tǒng)設(shè)計應遵循上述設(shè)計步驟和注意事項，并進行分析和評價，將避免許多不良現(xiàn)象產(chǎn)生。在當今具備CAE分析手段的時代，在內(nèi)澆道設(shè)計初期，將總結(jié)出的經(jīng)驗先行考慮進澆排系統(tǒng)，結(jié)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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