真空压铸模具设计方案探讨

优胜设计史勇老师

与砂型和重力铸造相比，传统压铸件的微观结构不尽人意，主要原因是高速金属流在浇口处的喷射，要比金属缓慢喂入砂型或金属模腔更容易接触型腔内的空气和烟气。真空压铸工艺的重点是尽量减少这种气液接触，因此将型腔内气体有效的排出是真空压铸模具设计的关键。

对于压铸模具，传统排气设计与真空排气设计并无本质区别。只是排气的方式上前者为被动排气，利用金属流动将气体排出，即所谓的正压压射；后者为主动排气，即由采用真空装置，随压射的进行将型腔内的气体抽出，也称为负压压射。就排气效果而言，相差甚远，正确的真空排气应用将会极大降低型腔内的气体含量，从而有效地提高产品的质量。本文将就真空模具方案设计所涉及的一些内容展开讨论，重点是排气方案设计。

1、真空压铸模具设计基础

了解和掌握产品和铸件方面的知识越多，真空模具设计方案越准确。首先要进行的是模具型腔布置，包括确定分型面、模穴数量和布置方式；其次要考虑的是可能的充型位置和方向等。其中最重要是浇口设计。为了确定正确的浇口面积，以下因素必须要先行考虑：

-铸件大小

-几何形状，包括壁厚，流动路径，最后充型点，排气点等等

-优化的模具温度

-去边操作可行性

-铸件质量要求，包括整体性和局部性的安全性，气密性，表面处理和机加要求等

-充型时间

-浇口速度

其中铸件净重，充型时间，浇口速度是模具设计的最基本计算数据。锌和铝铸件的充型时间请分别参考表一及表二。





至于浇口速度，锌和铝铸件请参看表三和表四。





以上经验数据基于高质量压铸件的一个平均值。对于具体的设计，其它诸如壁厚突变，复杂几何形状，模温以及集渣包等因素也要考虑进去。

最困难的决定是将单穴模变成多穴模，模穴越多，变数越多。多穴模的设计要点是要使所有模穴同时充型，同时结束！但计算是从一个模穴开始的。

2、浇道方案设计

现举例说明单穴模浇道方案设计过程，见图1。

铝铸件净重： 2500克

壁厚： 最薄2.4毫米；最厚12毫米

几何形状： 复杂

模具温度： 定模180℃，动模190-210℃

优化充型时间：50毫秒

优化浇口速度：40米/秒

金属流量： 20.6升/秒

浇口面积： 518毫米2
冲头直径： 90毫米 100毫米 110毫米

冲头充型速度： 3.30米/秒2.70米/秒 2.25米/秒

浇道中间系数：1.75



现在根据铸件的几何形状来分配浇口：确定充型流动方向和流量分配，由此可确定浇口的位置，导流方向，厚度及长度。本例中，浇口分为10段（最左边两个合为一个），每段面积都为51.8毫米2，厚度为2.8毫米，宽度为18.5毫米，见图2。


浇口设置完毕后，进行浇道方案设计。需要考虑以下问题：怎样使得从浇道进入到浇口的热金属流无紊乱？其优化的截面积是多少？其最佳的几何形状是什么？

浇道的设计，其截面积应该是从压室开始朝着浇口方向逐步递减，最实用和简捷的方法是在浇道截面积上使用厚度系数来确定。一般说来，对于厚壁件，系数为1.8至2.2；中等厚度件为1.5至1.8；薄壁件为1.3至1.6。本案例选择了1.75作为中间优化系数，从压室至浇口间，以1.9开始，1.5结束。见图3。



从能量损失方面考虑，浇道的最佳几何形状应是圆形，考虑到便于加工等原因，常采用其近似的梯形来代替，见图4。



3、排气方案设计

真空压铸模具排气方案设计，主要包括真空系统选型—即真空机及排气元件的选择、排气元件的安装、排气接口及排气通道的设置。

3.1真空系统选型

首先选择排气元件，排气元件按结构形式有真空阀或真空冷却块，其选择取决于产品质量要求和经济性。产品质量要求高的需采用真空阀。按规格和排气能力分为超小型、小型、中型、大型和超大型。

然后是选择真空机，其排气能力要与排气元件的大小相匹配，这样才能发挥出所选用的真空排气元件的特点与能力。真空阀和真空机选择的原则见表5。冷却块的选择见表6。依本例，根据铝铸件净重，选择中型单腔真空机和中型冷却块。





3.2. 排气元件安装

排气元件最佳安装位置是在模框内，如果安装在模框外，其背面与模板之间需增加支撑块，以防止压射时排气元件涨开；同时尽量靠近铸件排气接口。至于放在上面还是侧面，不影响排气效果。本例中图5，排气冷却块设计在上模框内。

3.3 排气接口的设置原则

铸件金属液最后充型处和重要控制点都应设置排气接口，接口的截面积总和至少要等于相应的排气元件的面积和。本例中中型冷却块的排气面积为64平方毫米，而排气接口面积总和为72平方毫米。

3.4 排气通道的设置

设排气元件的接口处为100%，以下的分支总和至少按1.1倍递增。见图6。排气通道的脱模斜度为12-15度。如果按15度考虑，采用中型真空冷却块SCS60，其尺寸分配为：

1）12×6；2）9×6.6；3）7.6×5；4）7×4；5）6×3.6；6）5×3；7）4×3



本例的真空排气设计方案见图6。



4、应用示例

图7展示的是平板铸件真空压铸模具浇注系统及排气方案的设计要点。左半部展示的是标准的真空压铸排气接口及通道的设计图，右半部展示的是带集渣包的真空压铸排气通道的设计图。



图8展示的是一铸件真空压铸设计错误的浇注系统和排气通道设计，应按细线条标明的位置及要求做修改，才能保证真空压铸的效果。



图9和图10展示的是典型的圆筒形压铸件，采用双冷却块的浇注系统及排气方案设计。





5、 结论

真空压铸模具的设计取决于产品结构、质量等要求，需考虑的因素与传统被动排气模具是一致的。真空压铸模具的型腔抽真空时，模具分型面不需要增加密封圈，但要求模具表面平整，无飞料！所有内部排气通道都要求汇合于排气元件接口处，除了与排气元件相连的接口外，不容许出现任何其它排气口。同时，真空元件的排气点一定要设置在定模块上，否则会造成排气胶管拖动而过早损坏！如对传统排气模具进行真空模具的改造，除以上要求外，一定要将通往模具外的其它排气槽全部封死。

一般来讲，采用与铸件重量匹配的单个排气元件最经济；但由于受到铸件形状的限制，或排气通道过长的影响，换成两个低一级的排气元件，效果更佳！严格来说，即使在排气面积一样的情况下，设计合理的冷却块排气，其效率仅为机械式真空阀的60%左右。但从一次性投资成本以及维护成本上考量，冷却块比机械阀占优。

总之，真空压铸生产是一个影响因素众多，彼此干涉交错而非常复杂的工艺。真空压铸模具的设计，既有一定规律可循，也要具体问题具体分析，灵活掌握。要做到基本数据、信息收集全面，分析透彻，尽可能充分考虑所有的外部条件。确保设计优质的模具，才能生产高质量压铸件。

转载声明：文章内容来源于网络。