压铸模浇注及排溢系统设计.ppt

1 压铸模浇注及排溢系统设计 浇注系统设计排溢系统设计 2 定义 金属液在压力的作用下充填型腔的通道 组成 直浇道 横浇道 内浇口和余料等 作用 浇注系统对金属液流动的方向 溢流排气条件 压力的传递 充填速度 模具的温度分布 充填时间的长短等各个方面都起着重要的控制与调节作用 第一节浇注系统设计 3 注 1 直浇道 2 横浇道 3 内浇道 4 余料 图6 1各种类型压铸机浇注系统的结构 一 浇注系统的结构及分类 一 浇注系统的结构 4 按金属液进入型腔的部位和内浇口形状 可分为 侧浇道中心浇道顶浇道 直接浇道 环形浇道缝隙浇道多支浇道点浇道 二 浇注系统的分类 5 侧浇道浇口设于铸件一侧 是常见的浇口形式 适用于多数形状的铸件 便于在清理铸件时除去 图6 2不同形式的侧浇道 6 中心浇道顶部带有通孔的筒类或壳体类压铸件 内浇道开设在孔口处 同时在中心设置分流锥 可缩短金属液在充型时的流程 并有利于较深型腔内气体的通过分型面排出 浇注系统金属液消耗少 可减少铸件 浇注系统和排气系统在分型面上的投影面积 减小铸型轮廓 提高压铸机合型力的有效利用率 适用于立式冷式压铸机或热压室压铸机 7 图6 3中心浇道 8 直接浇道 或称顶浇道 把直浇道的底部直接作为内浇口 故浇口面积较大 压力传递很好 靠近浇口的铸件上易生气孔或缩松 浇道需要切除 图6 4直接浇道 9 图6 5不同形式的环形浇道 环形浇道可避免金属液充型时对型芯的正面冲击 改善充型和排气条件 但铸件清理时除去浇注系统困难 10 缝隙浇口设在较高铸件的侧壁高度方向上 它有利于具有较深内腔 在压铸时不易排气铸件的排气 但在清理铸件时不易除去浇注系统 图6 6缝隙浇道 11 切线浇道又称切向浇道 适用于环形铸件 内浇口的两条切线方向应注意尽量不让导引的金属液冲刷形成铸件内圆的型芯 切线浇道 12 点浇道点浇口是顶浇口的一种特殊形式 一般用于直径大于200mm的桶形零件 结构对称壁厚均匀且在2 0 3 5mm之间的罩壳类零件 图6 7点浇道 13 多支浇道适合于一模多腔 多支浇道 14 内浇口的作用是根据压铸件的结构 形状 大小 以最佳流动状态把金属液引入型腔而获得优质压铸件 主要是确定内浇道的位置 形状和尺寸 要善于利用金属液充填型腔时的流动状态 使得压铸件的重要部位尽员减少气孔和疏松 才保证压铸件的表面要光洁完整无缺陷 二 内浇口设计 15 一 内浇口的分类 16 有利于压力的传递 内浇道一般设置在压铸件的厚壁处 有利于型腔的排气 薄壁复杂的压铸件 宜采用较薄的内浇道 以保证较高的充填速度 一般结构的压铸件 宜采用较厚的内浇道 使金属液流动平稳 金属液进入型腔后不宜正面冲击型芯 以减少动能损耗 防止型芯冲蚀 二 内浇口设计的原则 17 应使金属液充填型腔时的流程尽可能短 以减少金属液的热量损失 内浇道的数量以单道为主 以防止多道金属液进入型腔后从几路汇合 相互冲击 产生涡流 裹气和氧化夹渣等缺陷 压铸件上精度 表面粗糙度要求较高且不加工的部位 不宜设置内浇道 内浇道的设置应便于切除和清理 二 内浇口设计的原则 续 18 合理 不合理 不合理 图6 8压铸件内浇口设计方案示例 压铸件内浇口设计方案示例 a 19 图6 8压铸件内浇口设计方案示例 压铸件内浇口设计方案示例 b 合理 不合理 不合理 b 20 图6 8压铸件内浇口设计方案示例 压铸件内浇口设计方案示例 c 合理 不合理 c 21 图6 8压铸件内浇口设计方案示例 压铸件内浇口设计方案示例 d 合理 不合理 d 22 图6 8压铸件内浇口设计方案示例 压铸件内浇口设计方案示例 e e 合理 不合理 23 图6 8压铸件内浇口设计方案示例 压铸件内浇口设计方案示例 f 合理 不合理 f 24 1 流量计算法 三 内浇口截面积计算 式中 A内 内浇口面积 cm2 V 压铸件体积和溢流槽体积 cm3 t 充型时间 s v充 推荐的充填速度 cm s 见表7 1 液态金属的密度 g cm3 G 压铸件和溢流槽的质量 g 25 充型速度推荐值 26 计算内浇道截面积的经验公式很多 根据不同的条件可得出不同的经验公式 例如 达伏克对内浇道截面积和压铸件质量之间的关系提出的经验公式 2 经验公式 式中 A内 内浇口面积 mm2 G 压铸件的质量 g 27 内浇道的形状除点浇道 直接浇道为圆形 中心浇道 环型绕道为圆环形外 基本上为扁平矩形状 根据充填理论可知 内浇口的厚度极大地影响着充填的形式 亦即影响着压铸件的内在质量 因此 内浇口的厚度是一个重要尺寸 四 内浇道尺寸 28 内浇道的最小厚度不应小于0 15mm 最大厚度一般不大于相连的压铸件壁厚的一半 内浇道过于薄 加工时则难以保证精度 压铸时分型面形成的披缝会使内浇道截面积发生很大的波动 会使内浇道处金属液凝固过快 在压铸件凝固期间压力不能有效地传递到压铸件上 1 内浇道厚度 29 1 内浇道厚度的经验数据 30 图6 9内浇道厚度d与凝固模数M的关系 2 内浇道厚度与凝固模数的关系 31 式中 M是凝固模数 cm V是压铸件体积 cm3 A是压铸件表面积 cm2 凝固模数的计算公式 32 内浇道的厚度确定后 根据内浇道的截面积即可计算出内浇道的宽度 根据经验 矩形压铸件内浇道宽度一般取边长的0 6 0 8倍 圆形压铸件一般取直径的0 4 0 6倍 金属液充填型腔时内浇道处的阻力最大 为了减少压力损失 应尽量减少内浇道的长度 般取2 3mm 2 内浇道的宽度和长度 33 图6 10内浇道与压铸件和横浇道的连接方式 五 内浇道与压铸件和横浇道的连接方式 34 图6 10内浇道与压铸件和横浇道的连接方式 35 图6 10内浇道与压铸件和横浇道的连接方式 36 直浇道的结构与压铸机的类型有关 分为 立式冷压室压铸机用直浇道卧式冷压室压铸机用直浇道热压室压铸机用直浇道 三 直浇道设计 37 立式冷压室压铸机用直浇道主要的组成 压铸机上喷嘴模具上的浇口套镶块分流锥 一 立式冷压室压铸机用直浇道 38 图6 13立式冷压室压铸机用直浇道1 余料2 喷嘴3 浇道套4 定模镶块5 分流锥 39 根据内浇道截面积选择喷嘴导入口直径 A B C各段均有脱模斜度 A段为1 30 B段为1 30 3 C段的斜度根据镶块厚度来确定 镶块厚斜度小 反之则大 直浇道各段连接处的直径单边放大0 5 1 0mm 1 直浇道的设计要点 40 由定模镶块与分流锥构成的环形通道截面积一般为喷嘴导入口的1 2倍左右 分流锥直径为 式中 d2是直浇道底部环型截面处的外径 mm d1是直浇道小端 喷嘴导入口 处直径 mm 直浇道与横浇道连接处要求圆滑过渡 1 直浇道的设计要点 续 41 浇口套一般镶在定模座板上 采用浇口套可以节省模具钢和便于加工 浇口套一个端面A与喷嘴端面相吻合 控制好配合间隙不允许金属液窜入接合面 浇口套的另一端面B与定模镶块相接 接触面上的镶块孔比浇口套孔大1 2mm 应固定牢固 拆装方便 2 浇口套设计要点 42 立式压铸机用浇口套示意图 43 分流锥单独加工后装在镶块内 不允许在模具镶块上直接做出 分流锥的结构应能起到分流金属液和带出直浇道的作用 3 分流锥设计要点 44 图6 14分流锥的结构形式 顶杆 45 卧式冷压室压铸机用直浇道是由压室和浇口套形成 压室和浇口套可以制成整体 也可以分别制造 若为后者 压室是压铸机的附件 浇口套装在定模上随压铸零件不同而不同 二 卧式冷压室压铸机用直浇道 46 图6 11卧式冷室压铸机用直浇道示意图 47 直浇道的直径D根据压铸件所需的压射比压和压室充满度确定直浇道厚度H 一般取直径D的1 3 1 2 浇口套靠近分型面一端在长度15 25mm范围的内孔上加工出1 30 2 的脱模斜度 与直浇道相连接的横浇道一般设置在浇口套的上方 防止金属液在压射前流入型腔 直浇道设计要点 48 当卧式冷压室压铸机采用中心浇口时 直浇道的设计同立式冷压室压铸机 要求直浇道位于浇道套内孔的上方 防止金属液在压射前流入型腔 直浇道设计要点 续 49 热压室压铸机用直浇道是由压铸机上的喷嘴与压铸模上的浇道套 分流锥组成 三 热压室压铸机用直浇道 50 直浇道设计要点 根据压铸件的结构和质量选择直浇道尺寸 根据内浇道截面积选择喷嘴口小端直径 一般喷嘴口小端直径面积为内浇道截面积的1 1 1 2倍 直浇道环形戴面A A处的壁厚h 对于小型压铸件取2 3mm 中型压铸件取3 5mm 直浇道的脱模斜度一般取2 6 51 直浇道设计要点 续 为适应热压室压铸机高效率生产的需要 通常在浇道套和分流锥内部设置冷却水道 52 定义 横浇道是连接直浇道和内浇口的通道 作用 把金属液从直浇道引入内浇口内 横浇道中的金属液还能改善模具热平衡 在压铸件冷却凝固时起到补缩与传递静压力的作用 四 横浇道设计 53 一 横浇道的结构形式 横浇道的结构形式和尺寸 主要取决于压铸件的形状 大小 型腔个数 以及内浇道的形式 位置 方向和流入口的宽度等因素 54 图6 17横浇道的结构形式 c T 形式 平直式 扇形式 圆弧收缩式 平直分支式 T 形分支式 分叉式 圆角多支式 55 横浇道截面积应从直浇道向内浇道方向逐渐缩小 横浇道截面积都不应小于内浇道截面积 横浇道应具有一定的厚度和长度 金属液通过横浇道时的热损失应尽可能地小 保证横浇道比压铸件和内浇口后凝固 根据工艺需要可设置盲浇道 以达到改善模具热平衡 容纳冷污金属液 涂料残渣和空气的目的 一 横浇道的设计原则 56 图6 18横浇道的截面形状 二 横浇道的截面形状和尺寸 57 表6 3横浇道截面尺寸的选择 58 一 圆盘类压铸件1 号盘座压铸件的结构特征 压铸件为 80mm圆盘形 两面均有圆环形凸缘和厚薄不均匀的凸台 中心孔和B处镶有铜嵌件 压铸件总高度为18mm 最薄处壁厚为1 8mm 采用YL102铝合金 压铸件上不允许有冷隔和夹渣等缺陷 四 典型压铸件浇注系统的设计 59 图6 19号盘座 60 2 浇注系统分析 61 采用扩张后带收缩式的外侧浇口 内浇口宽度取压铸件直径的90 将金属液引向压铸件的中心部位 对顺利地排渣 排气较为有利 但由于金属流聚集在中心部位时 相互冲击 液流紊乱 故中心部位仍有少量欠铸和夹渣等缺陷 62 采用夹角较小的扩散式外侧浇口 内浇口宽度一般为压铸件直径的60 内浇口设置在靠近凸台处 将金属液首先填充凸台和中心部位 使气体 夹渣挤向内浇口两侧 从设置在两侧的溢流槽 排气槽中排除 改善了填充 排气和压力传递的条件 效果较好 63 1 表盖压铸件的结构特征 压铸件平均壁厚为4mm 局部壁厚达11mm 盖上需钻 18 2mm的两个孔和M2mm螺孔八个 厚壁处不允许有缩孔和气孔 采用YL102铝合金 二 圆盖类压铸件 64 图6 20表盖压铸件 65 内浇口设置在厚壁处 以利于压力的有效传递 但由于内浇口和横浇道均过薄 厚壁处气孔 缩孔仍为严重 2 浇注系统分析 66 内浇口设置在厚壁处 同时将内浇口和横浇道厚度增大 有利于静压力的传递 使厚壁处质量得到改善 67 1 结构特征压铸件外圆有凸纹 其上不允许有气孔 平均壁厚为3mm 质量为100g 采用ZLl07铝合金 三 圆环类压铸件 图接插件压铸件 68 平面直注式浇口 金属液正面冲击型芯 易造成粘模 损坏压铸件表面质量 降低模具使用寿命 69 平面切线式浇口 金属液首先封闭分型面 影响溢流排气系统作用的发挥 深腔部位仍有气孔 70 反切线式浇口 金属液首先充填深腔处 将气体挤向分型面 从溢流排气系统中排除 不正面冲击型芯 又不过早封闭分型面 充填排气条件良好 改善铸件质量 提高模具寿命 71 图6 24所示导管压铸件为长筒管状 壁厚均匀 要求有较小的表面粗糙度 四 筒类压铸件 图6 24导管压铸件 72 浇注系统的分析 平直侧浇道 金属液从平直方向注入 在两端设置环型溢流槽 由于金属液直接冲击型芯 流态离紊乱 压铸件表面容易出现流花纹等缺陷 73 切线端部侧浇道 金属液从一端切线方向充填型腔 在另一端设置环型溢流槽 并采用盲浇道改善模具热平衡状态 充填 排气条件较好 有利于提高压铸件质量 去除浇道方便 但增加了金属液消耗量 74 环型浇道 金属液从一端环型浇道注入 另一端设置溢流槽 顺着型芯方向充填 在另一端设置溢流槽 充填 排气条件良好 有利于提高压铸件质量 75 环型浇道 金属液从一端环型浇道注入 另一端设置溢流槽 顺着型芯方向充填 在另一端设置溢流槽 盲浇道改善模具热平衡状态 此系统充填 排气条件良好 压铸件质量好 表面光洁 但增加了金属液消耗量 76 四 壳体类压铸件 图6 25罩壳压铸件 77 顶浇道 金属液流程短而均匀 充填条件良好 模具结构紧凑 外形较小 模具热平衡状态和压铸机受力状态均良好 压铸模有效面积利用率高 浇注系统消耗金属量较少 但直浇道和压铸件连接处热量集中 易导致缩松和粘附 浇道需要切除 78 点浇道 除具有顶浇道的优点外 去除浇道方便 但模具需要两次分型 结构较为复杂 对于较深的型腔 采用点浇道时 四侧花纹较严重 79 端部侧浇道 金属液流程长 转折多 远离浇道的一端充填条件不良 易产生流痕 冷隔 设置大容量溢流槽 可改善模具热平衡状态 压铸件质量有所提高 去除浇道较为方便 80 横向侧浇道 金属液流程要短些 但转折仍多 浇道对面的一侧易产生流痕 冷隔 为改善顶部和对面一侧充填 排气条件 首先将金属液引向压铸件顶部 以排除深腔部位的气体 在最后充填部位设置大容量溢流槽 效果更好 81 溢流槽和排气槽的采用和设置是提高压铸件质量 消除局部紊流带来的疵病的重要措施之一 有时还可以弥补由于浇注系统设计不合理而带来的铸造缺陷 效果取决于溢流槽和排气槽在型腔周围的布局 容量大小以及本身的结构形式等 第二节溢流与排气系统设计 82 一 溢流槽的作用排除型腔中的气体 储存混有气体和涂料残渣的前流冷污金属液 控制金属液的流动状态 防止局部产生涡流 调节模具型腔的温度场 改善模具的热平衡状态 作为压铸件脱模时推杆推出的位置 可增大压铸件对动模镶块的包紧力 作为铸件存放 运输及加工装夹或定位的附加部分 一 溢流槽设计 83 1 设置在分型面上的溢流槽 二 溢流槽的结构形式 图6 26设置在分型面上的溢流槽 84 2 设置在型腔内的溢流槽 图6 27设置在型腔内的溢流槽 85 溢流槽的设置应行利于排除型腔中的气体 排除混有气体和被涂料残余物污染的前流冷污金属液 改善模具的热平衡状态 应便于从压铸件上去除溢流槽 并尽量不损坏压铸件的外观 注意避免在溢流槽与压铸件之间产生热节 一个溢流槽上个应外设多个溢流口或一个很宽的溢流口 以免进入溢流槽的金属液倒流回型腔 二 溢流槽的设计要点 86 表6 11溢流槽的设置示例 87 88 89 90 91 1 溢流槽的容积 按照充填型腔时金属液的流动方向和路径 将型腔划分为若干个区 每个区的一端为金属液的入口 另一端设置溢流槽 三 溢流槽的容积和尺寸 92 表6 12溢流槽的容积与相邻型腔区容积关系 93 2 溢流槽的尺寸 94 设置排气槽的目的是为了在金属液充填过程中将型腔中的气体尽可能多地排出模具 以减少和防止压铸件中气孔缺陷的产生 对于给定截面的排气槽 其结构和形状对压铸件质量没有明显的影响 二 排气槽设计 95 1 分型面上排气槽的结构形式 一 排气槽的结构形式 96 97 98 2 利用型芯和推杆间隙设置排气槽的结构形式 99 100 表6 16排气槽的尺寸 二 排气槽的尺寸 101 排气槽的截面积一般为内浇道截面积的20 50 也可按下式进行计算 三 排气槽的截面积 式中 Aq是排气槽截面积 mm2 V是型腔和溢流槽的容积 cm3 t是气体的排出时间 s 可近似按充填时间选取 K是充型过程中排气槽的开放系数 K 0 1 1