【技术】压铸模具的制作流程与浇排系统设计

压铸是有色金属成型的一个重要方法之一。压铸件的质量好坏80％取决于压铸模具。制作好压铸模具是产品开发的关键所在。在压铸过程中，由于型腔内的金属液流动状态不同，可能产生冷隔、花纹、气孔、偏析等不良现象。所以控制型腔内的金属液流动状态是相当必要的，而控制型腔内的金属液流动状态，关键在于压铸模具浇排系统的设计。

1压铸模具的制作流程

压铸模具制作的CAD／CAE／C舢W CAT流程如图1所示。
 

上述流程是压铸模具制作的大致流程，但并非一成不变。应在整个制作过程中前后协调，不断反馈与调整各阶段的信息，根据分析结果，修改设计方案，以期取得实效。笔者从事压铸模具开发多年，就模具制作流程中的相关注意事项总结如下，供同行参考。

(1)要对客户来图应进行检证

根据压铸工艺的特性结合有色金属的牌号，先进行毛坯方案设计，然后开始模具设计。对有些不符合压铸工艺的结构，应及时与客户沟通，在征求客户同意的基础上再行修改。日本三大著名摩托车品牌的研发部门都是在开发之初就重点把握图面检证这一关，这样可避免开发损失、减少开发时间。

压铸模具的设计与有色金属的牌号有关。特别是ADC6(JIS标准)铝合金，其浇排系统结构及其拔模斜度与普通铝合金有所不同，应根据其流动性差、压铸温度较高等特点适当应对。日本在高强度的零件上已大量应用ADC6铝合金，而国内应用的较少。ADC6铝合金压铸模具常见的问题有：模具寿命短；脱模阻力大，易变形、拉模，工件顶出易产生裂纹；流动性差，易产生花纹、冷隔；模具突出部位易产生裂纹等，在设计过程中应提前应对。


(2)做好模具的检测

在模具检测阶段，不应单纯检测模具尺寸，更重要的是应检测压铸产品质量。压铸产品质量检测可分外观检测、内部品质检测及机械性能检测。检测的数据应符合压铸产品的合格率要求、内部品质标准及机械性能指标。

(3)做好试模

试模阶段是验证模具的关键阶段，通常初次试模后还要进行修模，修模时针对不良项目逐二进行改善，直至符合客户要求。

2 压铸模具浇排系统的设计

在压铸模具浇排系统中，浇口位置、浇道形状是控制溶液的流动状态和填充方向的重要因素。首先应着眼于浇口位置、浇道形状，合理设计浇口、浇道、集渣包、溢流槽及排气道；然后使用CAE软件对型腔内部的溶液流动状态进行解析。

2．1浇口设计步骤

内浇道及内浇口的位置与尺寸，对于填充方式有决定性的影响。内浇口设计方法很关键。成品设置浇口时，通常按下列步骤进行：

(1)计算内浇口截面积。浇口断面积计算公式：
 

(2)根据内浇口截面积，设定浇口形状，然后设置浇口位置，初步设计溢流槽及集渣包位置。

(3)制作不同的浇口方案(通常先使内浇道截面积小一些，试验后根据需要可再扩大)，并制成3D数据。

(4)根据制成的3D数据进行CAE分析(即流态解析、温度场分析)。

(5)对解析结果进行评价。

(6)对不同浇排系统所产生的方案结果进行比较、评价，择优选用。若存在不良现象，应进行方案改进，然后再进行CAE分析，直到取得较满意的方案。

2．2浇道、排气系统的设计注意事项

(1)内浇口及排气槽应设置在使金属液在形

腔里流动状态最好，并能充满型腔内各个角落的位置上。设置时尽可能采用一个内浇口。如果设计条件不允许，应注意使金属液的流动相互不受干扰或在型腔内不分散地相遇(即引导金属流顺一个方向流动)，避免型腔内各股金属液汇合时出现涡流。例如，当压铸件尺寸较大时，有时不可能仅从一个内浇道获得所需的内浇道截面积，因此必须采用多个内浇道。但是应注意到内浇道的设置应保证引导金属液只沿着一个方向流动，以避免型腔内各股金属液汇合而出现涡流。


(2)金属液流柬应尽可能少地在型腔内转弯，以便使金属液能达到压铸件的厚壁部位。

(3)金属液流程应尽可能短而均匀。

(4)内浇道截面积向着内浇道方向逐渐缩小，以减少气体卷入，有利于提高压铸件的致密性。

(5)内浇道在流动过程中应圆滑过渡，尽可能避免急转与流动冲击。

(6)多腔时对浇道截面积应按各腔容积比进
行分段减少。

(7)型腔中的空气和润滑剂挥发的气体，应由流入的金属液推到排气槽处，然后从排气槽处逸出型腔。特别是金属液的流动不应将气体留在盲孔内或过早地堵塞排气槽。

(8)金属流束不应在散热不良处形成热冲击。

(9)对带有筋的压铸件，应尽可能地让金属流顺筋的方向流动。

(10)应避免金属液直接冲刷容易损坏的模具部分和型芯。不可避免时，应在内浇道上设置隔离带，避免热冲击。

(11)通常内浇道愈宽愈厚，非均匀流动的危险也愈大。应尽量不要采用过厚的内浇口，避免切除内浇道时产生变形。

(12)型腔的排气

溢流槽是为了排除铸造时最初喷入的金属液，并且使模具的温度一致。溢流槽设在铸型容易存气的位置，作为排出气体用，改善金属液的流动状态，将金属液导向型腔的各个角落，以得到良好的铸造表面。排气槽有连接在溢流槽与集渣包前面的，也有与型腔直接连接的。设计时应注意：

①排气槽的总截面积应大致相当于内浇道截面积。

②分型面上的排气槽的位置是根据型腔内金属液流动状态而确定的。排气槽最好设计成弯曲状，而不是直通状，以防止金属液外喷伤人。分型面上的排气槽的深度通常为0．05～0．15mm；位于型腔内的排气槽深度通常为0．3～0．5mm；位于模具边缘的排气槽深度通常为0．1～0．15mm。排气槽的宽度一般为5～20mm。

③顶针与推杆的排气间隙对于型腔的排气是非常重要的。通常控制在0．0l～0．02mm，或放大到不产生毛刺为止。

④固定式型芯的排气也是一有效的排气方法，案例如图2所示。通常在型芯周边单边控制有0．05～0．10mm的间隙，并在型芯定位颈部开出宽、厚各l～1．5mm的排气槽，这样型腔内的气体可顺颈部开出的排气槽由型腔底部排出。
 

⑤排气槽的粗糙度也不应忽视，应保持较高的光洁度，避免在使用过程中被涂料粘连脏物而造成堵塞，影响排气。

(13)压铸熔杯的填充率尽可能选高些。对压铸件气孔度要求高的场合，通常选定在70％左右，这样带入压铸件的气体就会大幅度减少，对系统排气也是有利的。

2．3流动解析评价与对策

(1)模具设计过程中，应尽可能让金属流顺一个方向流动，流动解析后，发现型腔中出现涡流时，应当改变内浇口导入角或改变尺寸，以排除涡流现象。

(2)金属液交汇时，在停止流动前还要让金属液继续流动一段距离。所以在交汇处的型腔外应增设溢流槽和集渣包，以使过冷的金属液及空气化合物流入溢流槽和集渣包，让后续金属液清洁、常温。

(3)针对不同部位填充速度不一时，应调整内浇口的厚度或宽度(必要时逐渐加大)，达到填充速度基本一致的目的，但应尽可能通过加宽内浇道来实现。

(4)流动解析后发现填充滞后的部位，也可增设内浇道。

(5)对于薄壁压铸件，必须选用较短的填充时间进行压铸。所以应通过加大内浇道的截面积来减少填充时间，以达到较好的表面质量。

(6)对于致密性要求高的厚壁压铸件，必须保证有效地进行排气。应选用中等的填充时间进行压铸。故应对内浇道的截面进行调整，以取得相应的填充时间，获得较好的表面质量和内部质量。

3结论

压铸模具的制作流程是一个CAD／CAE／CAM／CAT融合的过程，其间融合得越好，压铸件产品的品质越高、制造成本就越低。压铸模具浇排系统设计应遵循上述设计步骤和注意事项，并进行分析和评价，将避免许多不良现象产生。在当今具备CAE分析手段的时代，在内浇道设计初期，将总结出的经验先行考虑进浇排系统，结合CAE手段，通过分析、改善、提升，势必起到事半功倍的作用。