壓鑄模澆注及排溢系統(tǒng)設計.ppt

1 壓鑄模澆注及排溢系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)設計排溢系統(tǒng)設計 2 定義 金屬液在壓力的作用下充填型腔的通道 組成 直澆道 橫澆道 內(nèi)澆口和余料等 作用 澆注系統(tǒng)對金屬液流動的方向 溢流排氣條件 壓力的傳遞 充填速度 模具的溫度分布 充填時間的長短等各個方面都起著重要的控制與調(diào)節(jié)作用 第一節(jié)澆注系統(tǒng)設計 3 注 1 直澆道 2 橫澆道 3 內(nèi)澆道 4 余料 圖6 1各種類型壓鑄機澆注系統(tǒng)的結構 一 澆注系統(tǒng)的結構及分類 一 澆注系統(tǒng)的結構 4 按金屬液進入型腔的部位和內(nèi)澆口形狀 可分為 側澆道中心澆道頂澆道 直接澆道 環(huán)形澆道縫隙澆道多支澆道點澆道 二 澆注系統(tǒng)的分類 5 側澆道澆口設于鑄件一側 是常見的澆口形式 適用于多數(shù)形狀的鑄件 便于在清理鑄件時除去 圖6 2不同形式的側澆道 6 中心澆道頂部帶有通孔的筒類或殼體類壓鑄件 內(nèi)澆道開設在孔口處 同時在中心設置分流錐 可縮短金屬液在充型時的流程 并有利于較深型腔內(nèi)氣體的通過分型面排出 澆注系統(tǒng)金屬液消耗少 可減少鑄件 澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)在分型面上的投影面積 減小鑄型輪廓 提高壓鑄機合型力的有效利用率 適用于立式冷式壓鑄機或熱壓室壓鑄機 7 圖6 3中心澆道 8 直接澆道 或稱頂澆道 把直澆道的底部直接作為內(nèi)澆口 故澆口面積較大 壓力傳遞很好 靠近澆口的鑄件上易生氣孔或縮松 澆道需要切除 圖6 4直接澆道 9 圖6 5不同形式的環(huán)形澆道 環(huán)形澆道可避免金屬液充型時對型芯的正面沖擊 改善充型和排氣條件 但鑄件清理時除去澆注系統(tǒng)困難 10 縫隙澆口設在較高鑄件的側壁高度方向上 它有利于具有較深內(nèi)腔 在壓鑄時不易排氣鑄件的排氣 但在清理鑄件時不易除去澆注系統(tǒng) 圖6 6縫隙澆道 11 切線澆道又稱切向澆道 適用于環(huán)形鑄件 內(nèi)澆口的兩條切線方向應注意盡量不讓導引的金屬液沖刷形成鑄件內(nèi)圓的型芯 切線澆道 12 點澆道點澆口是頂澆口的一種特殊形式 一般用于直徑大于200mm的桶形零件 結構對稱壁厚均勻且在2 0 3 5mm之間的罩殼類零件 圖6 7點澆道 13 多支澆道適合于一模多腔 多支澆道 14 內(nèi)澆口的作用是根據(jù)壓鑄件的結構 形狀 大小 以最佳流動狀態(tài)把金屬液引入型腔而獲得優(yōu)質(zhì)壓鑄件 主要是確定內(nèi)澆道的位置 形狀和尺寸 要善于利用金屬液充填型腔時的流動狀態(tài) 使得壓鑄件的重要部位盡員減少氣孔和疏松 才保證壓鑄件的表面要光潔完整無缺陷 二 內(nèi)澆口設計 15 一 內(nèi)澆口的分類 16 有利于壓力的傳遞 內(nèi)澆道一般設置在壓鑄件的厚壁處 有利于型腔的排氣 薄壁復雜的壓鑄件 宜采用較薄的內(nèi)澆道 以保證較高的充填速度 一般結構的壓鑄件 宜采用較厚的內(nèi)澆道 使金屬液流動平穩(wěn) 金屬液進入型腔后不宜正面沖擊型芯 以減少動能損耗 防止型芯沖蝕 二 內(nèi)澆口設計的原則 17 應使金屬液充填型腔時的流程盡可能短 以減少金屬液的熱量損失 內(nèi)澆道的數(shù)量以單道為主 以防止多道金屬液進入型腔后從幾路匯合 相互沖擊 產(chǎn)生渦流 裹氣和氧化夾渣等缺陷 壓鑄件上精度 表面粗糙度要求較高且不加工的部位 不宜設置內(nèi)澆道 內(nèi)澆道的設置應便于切除和清理 二 內(nèi)澆口設計的原則 續(xù) 18 合理 不合理 不合理 圖6 8壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 a 19 圖6 8壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 b 合理 不合理 不合理 b 20 圖6 8壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 c 合理 不合理 c 21 圖6 8壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 d 合理 不合理 d 22 圖6 8壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 e e 合理 不合理 23 圖6 8壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 壓鑄件內(nèi)澆口設計方案示例 f 合理 不合理 f 24 1 流量計算法 三 內(nèi)澆口截面積計算 式中 A內(nèi) 內(nèi)澆口面積 cm2 V 壓鑄件體積和溢流槽體積 cm3 t 充型時間 s v充 推薦的充填速度 cm s 見表7 1 液態(tài)金屬的密度 g cm3 G 壓鑄件和溢流槽的質(zhì)量 g 25 充型速度推薦值 26 計算內(nèi)澆道截面積的經(jīng)驗公式很多 根據(jù)不同的條件可得出不同的經(jīng)驗公式 例如 達伏克對內(nèi)澆道截面積和壓鑄件質(zhì)量之間的關系提出的經(jīng)驗公式 2 經(jīng)驗公式 式中 A內(nèi) 內(nèi)澆口面積 mm2 G 壓鑄件的質(zhì)量 g 27 內(nèi)澆道的形狀除點澆道 直接澆道為圓形 中心澆道 環(huán)型繞道為圓環(huán)形外 基本上為扁平矩形狀 根據(jù)充填理論可知 內(nèi)澆口的厚度極大地影響著充填的形式 亦即影響著壓鑄件的內(nèi)在質(zhì)量 因此 內(nèi)澆口的厚度是一個重要尺寸 四 內(nèi)澆道尺寸 28 內(nèi)澆道的最小厚度不應小于0 15mm 最大厚度一般不大于相連的壓鑄件壁厚的一半 內(nèi)澆道過于薄 加工時則難以保證精度 壓鑄時分型面形成的披縫會使內(nèi)澆道截面積發(fā)生很大的波動 會使內(nèi)澆道處金屬液凝固過快 在壓鑄件凝固期間壓力不能有效地傳遞到壓鑄件上 1 內(nèi)澆道厚度 29 1 內(nèi)澆道厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 30 圖6 9內(nèi)澆道厚度d與凝固模數(shù)M的關系 2 內(nèi)澆道厚度與凝固模數(shù)的關系 31 式中 M是凝固模數(shù) cm V是壓鑄件體積 cm3 A是壓鑄件表面積 cm2 凝固模數(shù)的計算公式 32 內(nèi)澆道的厚度確定后 根據(jù)內(nèi)澆道的截面積即可計算出內(nèi)澆道的寬度 根據(jù)經(jīng)驗 矩形壓鑄件內(nèi)澆道寬度一般取邊長的0 6 0 8倍 圓形壓鑄件一般取直徑的0 4 0 6倍 金屬液充填型腔時內(nèi)澆道處的阻力最大 為了減少壓力損失 應盡量減少內(nèi)澆道的長度 般取2 3mm 2 內(nèi)澆道的寬度和長度 33 圖6 10內(nèi)澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式 五 內(nèi)澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式 34 圖6 10內(nèi)澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式 35 圖6 10內(nèi)澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式 36 直澆道的結構與壓鑄機的類型有關 分為 立式冷壓室壓鑄機用直澆道臥式冷壓室壓鑄機用直澆道熱壓室壓鑄機用直澆道 三 直澆道設計 37 立式冷壓室壓鑄機用直澆道主要的組成 壓鑄機上噴嘴模具上的澆口套鑲塊分流錐 一 立式冷壓室壓鑄機用直澆道 38 圖6 13立式冷壓室壓鑄機用直澆道1 余料2 噴嘴3 澆道套4 定模鑲塊5 分流錐 39 根據(jù)內(nèi)澆道截面積選擇噴嘴導入口直徑 A B C各段均有脫模斜度 A段為1 30 B段為1 30 3 C段的斜度根據(jù)鑲塊厚度來確定 鑲塊厚斜度小 反之則大 直澆道各段連接處的直徑單邊放大0 5 1 0mm 1 直澆道的設計要點 40 由定模鑲塊與分流錐構成的環(huán)形通道截面積一般為噴嘴導入口的1 2倍左右 分流錐直徑為 式中 d2是直澆道底部環(huán)型截面處的外徑 mm d1是直澆道小端 噴嘴導入口 處直徑 mm 直澆道與橫澆道連接處要求圓滑過渡 1 直澆道的設計要點 續(xù) 41 澆口套一般鑲在定模座板上 采用澆口套可以節(jié)省模具鋼和便于加工 澆口套一個端面A與噴嘴端面相吻合 控制好配合間隙不允許金屬液竄入接合面 澆口套的另一端面B與定模鑲塊相接 接觸面上的鑲塊孔比澆口套孔大1 2mm 應固定牢固 拆裝方便 2 澆口套設計要點 42 立式壓鑄機用澆口套示意圖 43 分流錐單獨加工后裝在鑲塊內(nèi) 不允許在模具鑲塊上直接做出 分流錐的結構應能起到分流金屬液和帶出直澆道的作用 3 分流錐設計要點 44 圖6 14分流錐的結構形式 頂桿 45 臥式冷壓室壓鑄機用直澆道是由壓室和澆口套形成 壓室和澆口套可以制成整體 也可以分別制造 若為后者 壓室是壓鑄機的附件 澆口套裝在定模上隨壓鑄零件不同而不同 二 臥式冷壓室壓鑄機用直澆道 46 圖6 11臥式冷室壓鑄機用直澆道示意圖 47 直澆道的直徑D根據(jù)壓鑄件所需的壓射比壓和壓室充滿度確定直澆道厚度H 一般取直徑D的1 3 1 2 澆口套靠近分型面一端在長度15 25mm范圍的內(nèi)孔上加工出1 30 2 的脫模斜度 與直澆道相連接的橫澆道一般設置在澆口套的上方 防止金屬液在壓射前流入型腔 直澆道設計要點 48 當臥式冷壓室壓鑄機采用中心澆口時 直澆道的設計同立式冷壓室壓鑄機 要求直澆道位于澆道套內(nèi)孔的上方 防止金屬液在壓射前流入型腔 直澆道設計要點 續(xù) 49 熱壓室壓鑄機用直澆道是由壓鑄機上的噴嘴與壓鑄模上的澆道套 分流錐組成 三 熱壓室壓鑄機用直澆道 50 直澆道設計要點 根據(jù)壓鑄件的結構和質(zhì)量選擇直澆道尺寸 根據(jù)內(nèi)澆道截面積選擇噴嘴口小端直徑 一般噴嘴口小端直徑面積為內(nèi)澆道截面積的1 1 1 2倍 直澆道環(huán)形戴面A A處的壁厚h 對于小型壓鑄件取2 3mm 中型壓鑄件取3 5mm 直澆道的脫模斜度一般取2 6 51 直澆道設計要點 續(xù) 為適應熱壓室壓鑄機高效率生產(chǎn)的需要 通常在澆道套和分流錐內(nèi)部設置冷卻水道 52 定義 橫澆道是連接直澆道和內(nèi)澆口的通道 作用 把金屬液從直澆道引入內(nèi)澆口內(nèi) 橫澆道中的金屬液還能改善模具熱平衡 在壓鑄件冷卻凝固時起到補縮與傳遞靜壓力的作用 四 橫澆道設計 53 一 橫澆道的結構形式 橫澆道的結構形式和尺寸 主要取決于壓鑄件的形狀 大小 型腔個數(shù) 以及內(nèi)澆道的形式 位置 方向和流入口的寬度等因素 54 圖6 17橫澆道的結構形式 c T 形式 平直式 扇形式 圓弧收縮式 平直分支式 T 形分支式 分叉式 圓角多支式 55 橫澆道截面積應從直澆道向內(nèi)澆道方向逐漸縮小 橫澆道截面積都不應小于內(nèi)澆道截面積 橫澆道應具有一定的厚度和長度 金屬液通過橫澆道時的熱損失應盡可能地小 保證橫澆道比壓鑄件和內(nèi)澆口后凝固 根據(jù)工藝需要可設置盲澆道 以達到改善模具熱平衡 容納冷污金屬液 涂料殘渣和空氣的目的 一 橫澆道的設計原則 56 圖6 18橫澆道的截面形狀 二 橫澆道的截面形狀和尺寸 57 表6 3橫澆道截面尺寸的選擇 58 一 圓盤類壓鑄件1 號盤座壓鑄件的結構特征 壓鑄件為 80mm圓盤形 兩面均有圓環(huán)形凸緣和厚薄不均勻的凸臺 中心孔和B處鑲有銅嵌件 壓鑄件總高度為18mm 最薄處壁厚為1 8mm 采用YL102鋁合金 壓鑄件上不允許有冷隔和夾渣等缺陷 四 典型壓鑄件澆注系統(tǒng)的設計 59 圖6 19號盤座 60 2 澆注系統(tǒng)分析 61 采用擴張后帶收縮式的外側澆口 內(nèi)澆口寬度取壓鑄件直徑的90 將金屬液引向壓鑄件的中心部位 對順利地排渣 排氣較為有利 但由于金屬流聚集在中心部位時 相互沖擊 液流紊亂 故中心部位仍有少量欠鑄和夾渣等缺陷 62 采用夾角較小的擴散式外側澆口 內(nèi)澆口寬度一般為壓鑄件直徑的60 內(nèi)澆口設置在靠近凸臺處 將金屬液首先填充凸臺和中心部位 使氣體 夾渣擠向內(nèi)澆口兩側 從設置在兩側的溢流槽 排氣槽中排除 改善了填充 排氣和壓力傳遞的條件 效果較好 63 1 表蓋壓鑄件的結構特征 壓鑄件平均壁厚為4mm 局部壁厚達11mm 蓋上需鉆 18 2mm的兩個孔和M2mm螺孔八個 厚壁處不允許有縮孔和氣孔 采用YL102鋁合金 二 圓蓋類壓鑄件 64 圖6 20表蓋壓鑄件 65 內(nèi)澆口設置在厚壁處 以利于壓力的有效傳遞 但由于內(nèi)澆口和橫澆道均過薄 厚壁處氣孔 縮孔仍為嚴重 2 澆注系統(tǒng)分析 66 內(nèi)澆口設置在厚壁處 同時將內(nèi)澆口和橫澆道厚度增大 有利于靜壓力的傳遞 使厚壁處質(zhì)量得到改善 67 1 結構特征壓鑄件外圓有凸紋 其上不允許有氣孔 平均壁厚為3mm 質(zhì)量為100g 采用ZLl07鋁合金 三 圓環(huán)類壓鑄件 圖接插件壓鑄件 68 平面直注式澆口 金屬液正面沖擊型芯 易造成粘模 損壞壓鑄件表面質(zhì)量 降低模具使用壽命 69 平面切線式澆口 金屬液首先封閉分型面 影響溢流排氣系統(tǒng)作用的發(fā)揮 深腔部位仍有氣孔 70 反切線式澆口 金屬液首先充填深腔處 將氣體擠向分型面 從溢流排氣系統(tǒng)中排除 不正面沖擊型芯 又不過早封閉分型面 充填排氣條件良好 改善鑄件質(zhì)量 提高模具壽命 71 圖6 24所示導管壓鑄件為長筒管狀 壁厚均勻 要求有較小的表面粗糙度 四 筒類壓鑄件 圖6 24導管壓鑄件 72 澆注系統(tǒng)的分析 平直側澆道 金屬液從平直方向注入 在兩端設置環(huán)型溢流槽 由于金屬液直接沖擊型芯 流態(tài)離紊亂 壓鑄件表面容易出現(xiàn)流花紋等缺陷 73 切線端部側澆道 金屬液從一端切線方向充填型腔 在另一端設置環(huán)型溢流槽 并采用盲澆道改善模具熱平衡狀態(tài) 充填 排氣條件較好 有利于提高壓鑄件質(zhì)量 去除澆道方便 但增加了金屬液消耗量 74 環(huán)型澆道 金屬液從一端環(huán)型澆道注入 另一端設置溢流槽 順著型芯方向充填 在另一端設置溢流槽 充填 排氣條件良好 有利于提高壓鑄件質(zhì)量 75 環(huán)型澆道 金屬液從一端環(huán)型澆道注入 另一端設置溢流槽 順著型芯方向充填 在另一端設置溢流槽 盲澆道改善模具熱平衡狀態(tài) 此系統(tǒng)充填 排氣條件良好 壓鑄件質(zhì)量好 表面光潔 但增加了金屬液消耗量 76 四 殼體類壓鑄件 圖6 25罩殼壓鑄件 77 頂澆道 金屬液流程短而均勻 充填條件良好 模具結構緊湊 外形較小 模具熱平衡狀態(tài)和壓鑄機受力狀態(tài)均良好 壓鑄模有效面積利用率高 澆注系統(tǒng)消耗金屬量較少 但直澆道和壓鑄件連接處熱量集中 易導致縮松和粘附 澆道需要切除 78 點澆道 除具有頂澆道的優(yōu)點外 去除澆道方便 但模具需要兩次分型 結構較為復雜 對于較深的型腔 采用點澆道時 四側花紋較嚴重 79 端部側澆道 金屬液流程長 轉(zhuǎn)折多 遠離澆道的一端充填條件不良 易產(chǎn)生流痕 冷隔 設置大容量溢流槽 可改善模具熱平衡狀態(tài) 壓鑄件質(zhì)量有所提高 去除澆道較為方便 80 橫向側澆道 金屬液流程要短些 但轉(zhuǎn)折仍多 澆道對面的一側易產(chǎn)生流痕 冷隔 為改善頂部和對面一側充填 排氣條件 首先將金屬液引向壓鑄件頂部 以排除深腔部位的氣體 在最后充填部位設置大容量溢流槽 效果更好 81 溢流槽和排氣槽的采用和設置是提高壓鑄件質(zhì)量 消除局部紊流帶來的疵病的重要措施之一 有時還可以彌補由于澆注系統(tǒng)設計不合理而帶來的鑄造缺陷 效果取決于溢流槽和排氣槽在型腔周圍的布局 容量大小以及本身的結構形式等 第二節(jié)溢流與排氣系統(tǒng)設計 82 一 溢流槽的作用排除型腔中的氣體 儲存混有氣體和涂料殘渣的前流冷污金屬液 控制金屬液的流動狀態(tài) 防止局部產(chǎn)生渦流 調(diào)節(jié)模具型腔的溫度場 改善模具的熱平衡狀態(tài) 作為壓鑄件脫模時推桿推出的位置 可增大壓鑄件對動模鑲塊的包緊力 作為鑄件存放 運輸及加工裝夾或定位的附加部分 一 溢流槽設計 83 1 設置在分型面上的溢流槽 二 溢流槽的結構形式 圖6 26設置在分型面上的溢流槽 84 2 設置在型腔內(nèi)的溢流槽 圖6 27設置在型腔內(nèi)的溢流槽 85 溢流槽的設置應行利于排除型腔中的氣體 排除混有氣體和被涂料殘余物污染的前流冷污金屬液 改善模具的熱平衡狀態(tài) 應便于從壓鑄件上去除溢流槽 并盡量不損壞壓鑄件的外觀 注意避免在溢流槽與壓鑄件之間產(chǎn)生熱節(jié) 一個溢流槽上個應外設多個溢流口或一個很寬的溢流口 以免進入溢流槽的金屬液倒流回型腔 二 溢流槽的設計要點 86 表6 11溢流槽的設置示例 87 88 89 90 91 1 溢流槽的容積 按照充填型腔時金屬液的流動方向和路徑 將型腔劃分為若干個區(qū) 每個區(qū)的一端為金屬液的入口 另一端設置溢流槽 三 溢流槽的容積和尺寸 92 表6 12溢流槽的容積與相鄰型腔區(qū)容積關系 93 2 溢流槽的尺寸 94 設置排氣槽的目的是為了在金屬液充填過程中將型腔中的氣體盡可能多地排出模具 以減少和防止壓鑄件中氣孔缺陷的產(chǎn)生 對于給定截面的排氣槽 其結構和形狀對壓鑄件質(zhì)量沒有明顯的影響 二 排氣槽設計 95 1 分型面上排氣槽的結構形式 一 排氣槽的結構形式 96 97 98 2 利用型芯和推桿間隙設置排氣槽的結構形式 99 100 表6 16排氣槽的尺寸 二 排氣槽的尺寸 101 排氣槽的截面積一般為內(nèi)澆道截面積的20 50 也可按下式進行計算 三 排氣槽的截面積 式中 Aq是排氣槽截面積 mm2 V是型腔和溢流槽的容積 cm3 t是氣體的排出時間 s 可近似按充填時間選取 K是充型過程中排氣槽的開放系數(shù) K 0 1 1