壓鑄模澆道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)過程

1、壓鑄模澆道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)過程 劉廣富摘要 所謂壓鑄模澆道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)，是相對(duì)常用的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)而言的。其特點(diǎn)是：用PQ2 圖技術(shù)確定澆口面積，以達(dá)到壓鑄工藝需要與壓鑄機(jī)壓射能力的匹配。按所預(yù)計(jì)的充填區(qū)域充型需要，分配分澆口的面積，以避免互相干涉。根據(jù)充填區(qū)域的特征，選用適當(dāng)?shù)酿佀蜐驳佬问剑葱枰?jì)算饋送澆道尺寸。從壓室出口到饋送澆道進(jìn)口，澆道截面積遞減，實(shí)現(xiàn)充型金屬液流動(dòng)速度遞增，最大限度減少氣體進(jìn)入的機(jī)會(huì)。關(guān)鍵詞 澆道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)；P Q2 圖技術(shù)；饋送澆道。 正文壓鑄技術(shù)先進(jìn)的國家，在 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初，完成了壓鑄模澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向科學(xué)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化。國外有人把它稱之

2、為“一次壓射成功的技術(shù)”。20 世紀(jì) 80 年代初我們剛聽到這種說法時(shí)，一致認(rèn)為他們?cè)诖蹬！：髞斫?jīng)過他們的系統(tǒng)培訓(xùn)，又經(jīng)過 10 幾年的壓鑄模設(shè)計(jì)實(shí)踐證實(shí)，雖然不能說百分之百的“一次壓射成功”，一次壓射成功率非常非常高，確是事實(shí)?！耙淮螇荷涑晒Φ募夹g(shù)”，是一整套壓鑄技術(shù)。包括PQ2圖技術(shù)，饋送澆道技術(shù)，橫澆道（簡(jiǎn)稱澆道）技術(shù)。其核心技術(shù)是 PQ2 圖技術(shù)。PQ2 圖技術(shù)，可以做到把我們?cè)O(shè)計(jì)的模具，模擬地裝到一臺(tái)預(yù)選的壓鑄機(jī)上，在這臺(tái)壓鑄機(jī)允許的壓射能力（壓射速度、壓射壓力、壓室直徑）范圍內(nèi)設(shè)定壓鑄機(jī)，看看用這個(gè)澆口面積，和預(yù)期的壓鑄工藝參數(shù)澆口速度和充型時(shí)間（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)＜彝扑]數(shù)據(jù)），在選擇的

3、壓鑄機(jī)上能否實(shí)現(xiàn)。耐心調(diào)整壓鑄機(jī)設(shè)定和澆口面積，一般都能得到滿意的結(jié)果。再配合一套科學(xué)的澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算，按我們的要求控制金屬液流動(dòng)。這樣，就非?？赡軐?shí)現(xiàn)試模“一次壓射成功”。要把這套技術(shù)講明白，恐怕需要寫一本書，再加上適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)。這不是本文的任務(wù)。本文只想借一個(gè)實(shí)際設(shè)計(jì)個(gè)案為例，簡(jiǎn)單介紹壓鑄模澆道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)的過程，讀者自己去比較一下，與經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)有什么不同，體驗(yàn)一下為什么可以實(shí)現(xiàn)或接近實(shí)現(xiàn)一次壓射成功。零件名稱：燈具框。輪廓尺寸：520×555×150；壁厚：2.5；材料 ：y102 ；質(zhì)量 ：1500g，加溢流槽質(zhì)量 25% ，1500 ×1.25 1875g

4、 。一 確定澆口面積 Ga 用流量計(jì)算法粗略計(jì)算澆口面積 Ga 計(jì)算公式 Ga 式中，Ga 為澆口面積 ，c m2 ；G 為壓鑄件加溢流槽質(zhì)量 ，g ；為壓鑄合金液態(tài)密度 ，g / c m3 ，鋁硅合金 2 . 4 ；V 為澆口速度 ，c m / s ，取 32 m/s = 3200 cm /s ；t 為充型時(shí)間 ，s ，取0.038s 。 Ga 6 . 43以選用的充型時(shí)間 t ，和可以實(shí)際應(yīng)用的壓鑄機(jī)快壓射速度Vj ，計(jì)算壓室直徑 D。壓鑄機(jī)有負(fù)荷快壓射速度，鋁合金壓鑄一般不會(huì)超過3 m/s 300 cm/s ，取小一點(diǎn)比較可靠。這里取2.5m/s。國產(chǎn)壓鑄機(jī)有負(fù)荷快壓射速度一般不會(huì)超過3

5、 m/s，甚至達(dá)不到2 m/s。（分兩步計(jì)算）計(jì)算壓室截面積 A A = 82 .24 cm2 計(jì)算壓室直徑 D D 2 2 10 .23 10 c m 用 PQ 2 圖技術(shù)驗(yàn)證上面的計(jì)算，和與壓鑄機(jī)的匹配。按預(yù)期的工藝參數(shù)計(jì)算出需要的金屬壓力和金屬流量。計(jì)算需要的金屬壓力Pn 。澆口速度與金屬壓力的關(guān)系式 V C d × = Cd × × 式中，V為澆口速度，m/s；Cd為流出量系數(shù)，鋁合金壓鑄建議取0.50.6；為金屬液液態(tài)密度，鋁硅合金取 2.4g/cm3 =2400 kg / m3 ；Pn 為快壓射階段的壓室內(nèi)沖頭作用在金屬液的壓力，簡(jiǎn)稱金屬壓力（或充型壓

6、射比壓），Mpa 。 C d 取0.5，公式前兩項(xiàng)計(jì)算結(jié)果為 0.5 × 0.0144已知 V 32 m/s ，計(jì)算 P n 。 P n 4.94 M Pa 計(jì)算需要的金屬流量 Q n 。 t s 式中，G為壓鑄件加溢流槽質(zhì)量；Qn實(shí)際需要的金屬液流量，m3 / s。已知，時(shí)間 t 0.038 ，壓鑄件（包括溢流槽）質(zhì)量 G 1875g = 1.875kg ，= 2400kg/m3 。 Qn 0.0206 m3 / s = 20600 cm3 / s選定壓鑄機(jī) ：國產(chǎn) J 11100 ，增壓前壓射力 450 KN , 壓室直徑 100 mm。計(jì)算最大金屬壓力 P P = 45.84

7、MPa 式中，Pj 為 壓鑄機(jī)增壓前壓射力 450 KN = 450000 N ，系數(shù)k 取 0.8 ；A為壓室截面積，壓室直徑 10 c m=100mm。P 為快壓射終了還沒有增壓時(shí)，壓室內(nèi)沖頭作用在金屬液的壓力。把以上計(jì)算結(jié)果繪入 PQ2 圖 。 P = 45.84 壓力P MPa Pn = 4.94 Qn = 0.0206 Q = 0.0218 流量 Q m3 / s 連接 P 點(diǎn)和匹配點(diǎn)，與橫坐標(biāo)相交于 Q 。這條線就是我們需要設(shè)定的壓鑄機(jī)PQ2 圖。 計(jì)算Q點(diǎn)流量和相應(yīng)的設(shè)定快壓射速度 Vj ： Q = = = 0.0218 m3 / s =21800cm3 / s 計(jì)算設(shè)定的壓鑄機(jī)

8、快壓射速度 Vj ：（無負(fù)荷快壓射速度） Vj 277c m / s 2 . 77 m / s 計(jì)算實(shí)際的壓鑄機(jī)快壓射速度 V n ：（有負(fù)荷快壓射速度）Qn = 0.0206m3/s = 20600cm3/s V n 262c m / s 2 . 62 m / s 計(jì)算澆口面積。 Qn = Ga × V Ga = Ga = = 6.44 = 644 mm2澆口面積確定結(jié)果 澆口面積 ：6 . 44 c m2 644 m m2 ； 預(yù)期澆口速度 ：32 m / s ； 充型時(shí)間 ： 0 . 038 s ； 建議選擇壓鑄機(jī) ：國產(chǎn) J11100 ； 建議設(shè)定快壓射速度 ：2 . 77

9、m / s ； 預(yù)計(jì)實(shí)際快壓射速度 ：2 .62 m / s ； 建議設(shè)定不增壓壓射力 ： 450 kn ； 壓室直徑 ：100 m m 。試模前，按PQ2 圖技術(shù)確定的壓鑄機(jī)預(yù)期數(shù)據(jù)，調(diào)整設(shè)定壓鑄機(jī)參數(shù)。如果用函數(shù)計(jì)算器計(jì)算，上述算法比較快捷。如果有PQ2 圖技術(shù)計(jì)算軟件，可以直接在電腦上用PQ2 圖技術(shù)，確定澆口面積、壓室直徑和壓鑄機(jī)參數(shù)設(shè)定。 確定澆口數(shù)、位置和每個(gè)分澆口面積澆道系統(tǒng)示意圖 1 2 4 3 5 大型方框形壓鑄件充型比較困難，因?yàn)椴徽撛谛颓荒囊贿叿艥部?，充型金屬液都要分成兩股，在型腔?nèi)長(zhǎng)距離多次改變方向流動(dòng)，兩股金屬流達(dá)到對(duì)邊相匯時(shí)，很難達(dá)到很好的融合，極易形成鑄造缺陷?，F(xiàn)

10、在我們把它化大為小，化繁為簡(jiǎn)，把一個(gè)方框形壓鑄件分割成 5 個(gè)簡(jiǎn)單的長(zhǎng)條形“壓鑄件”，用 5 個(gè)澆口對(duì) 5 個(gè)小“壓鑄件”分別充型 ，每個(gè)澆口位置在各自“型腔”的中間。計(jì)算每個(gè)分澆口的面積。計(jì)算每個(gè)分澆口的面積的基本原則是：澆口面積與該部分的壓鑄件質(zhì)量成比例。計(jì)算分割后每個(gè)部分的質(zhì)量，再計(jì)算每部分占總質(zhì)量的百分比，再按質(zhì)量百分比分配澆口面積。結(jié)果是：部分 1 占 43 . 5% ，部分 2 、4 各占 17 % ，部分 3、5 各占 11. 2% 。 澆口面積分別是： 澆口 1： 280mm2 ；澆口 2 、4 ：110mm2 ；澆口 3 、 5 ：72 mm2 。二 確定金屬液進(jìn)入型腔的方向

11、和饋送澆道形式饋送澆道是指澆道向澆口過渡的那一段金屬流通道。壓鑄技術(shù)先進(jìn)的國家和地區(qū)，把饋送澆道作為澆道系統(tǒng)中一項(xiàng)獨(dú)立內(nèi)容，進(jìn)行了大量的研究實(shí)驗(yàn)，取得重要成果。研究 、實(shí)驗(yàn)和壓鑄生產(chǎn)實(shí)踐都證實(shí)，把簡(jiǎn)單的比較隨意的“澆道 、澆口與鑄件的連接”，提高到科學(xué)地饋送澆道設(shè)計(jì)，能有效地控制整個(gè)澆口寬度上金屬液流出量特征和金屬液流出方向。設(shè)計(jì)工程師可以針對(duì)壓鑄件特征，有目的地選用饋送澆道形式，提高澆口充型能力。 饋送澆道有兩種基本形式：扇形饋送澆道和切向饋送澆道。扇形饋送澆道又分為喇叭形饋送澆道和漏斗形饋送澆道。切向饋送澆道又分為雙切向饋送澆道和單切向饋送澆道。雙切向饋送澆道又分為對(duì)稱的雙切向饋送澆道，和

12、不對(duì)稱的雙切向饋送澆道。針對(duì)每個(gè)澆口負(fù)責(zé)填充區(qū)域的特征，確定饋送澆道形式。本案例的5個(gè) 小“壓鑄件”都是長(zhǎng)條形型腔，使用對(duì)稱的雙切向饋送澆道 。因?yàn)榍邢蝠佀蜐驳溃?可 以 控 制充型金屬液以小于45°角的任意角度流入角 進(jìn)入型腔。本案例全部使用45°流入角。確定流入角以后 ，計(jì)算饋送澆道各處截面積和具體尺寸 。對(duì)稱的雙切向饋送澆道把澆口面積平均分為左右倆部分， 饋送澆道進(jìn)口處截面積也要平均分為左右倆部分。所以，我們只需要計(jì)算雙切向饋送澆道左半部分或右半部分各處截面積和具體尺寸。另一部分與這一部分完全相同。例如，計(jì)算澆口 1右半部分的饋送澆道進(jìn)口處截面積 Ta 。 Ta =

13、Ga n × = 140 × =140 mm2 式中，Ga n 為由Ta 所控制的澆口截面積，即右半部分澆口面積 140 mm2 。 切向饋送澆道截面形狀如下圖。 注：d澆口厚度切向饋送澆道截面尺寸計(jì)算。H = 0.8 × = 9.5 mm W = 2.176 × H = 20.7 mm切向饋送澆道末尾處截面積，取進(jìn)口處的十分之一。截面尺寸計(jì)算方法與進(jìn)口處相同。減震槽形狀為圓柱形，直徑為末尾處 W的23倍，這里取16 mm。深度為末尾處深度H的11.5倍，這里取4 mm。出模斜度10°。三 澆道設(shè)計(jì)嚴(yán)格按從壓室出口到饋送澆道進(jìn)口，澆道截面積逐漸減小的原則，計(jì)算各段澆