真空壓鑄模具設(shè)計方案探討-工程

1、真空壓鑄模具設(shè)計方案探討-工程真空壓鑄模具設(shè)計方案的探討葛小紅，秦云，艾巖迷你哥采用真空壓鑄工藝后，問題轉(zhuǎn)化為壓鑄模流道和排氣方案的設(shè)計。結(jié)合生產(chǎn)實例，論述了交流真空壓鑄模具的設(shè)計過程和要點。關(guān)鍵詞：真空壓鑄模具排氣方案實例驗證介紹與砂型鑄造和重力鑄造相比，傳統(tǒng)壓鑄件的顯微組織并不令人滿意。主要原因是澆口處高速金屬流的注入比緩慢注入砂型或型腔的金屬更容易接觸型腔內(nèi)的空氣和煙氣。真空壓鑄工藝的重點是盡量減少氣液接觸，因此型腔內(nèi)氣體的有效排出是真空壓鑄模具設(shè)計的關(guān)鍵。壓鑄模具的傳統(tǒng)排氣設(shè)計和真空排氣設(shè)計沒有本質(zhì)區(qū)別。只是在排氣的方式上，前者是被動排氣，利用金屬流動來排氣，也就是所謂的正壓噴射；后者

2、是主動排氣，即利用真空裝置將型腔內(nèi)的氣體隨注射抽出，也稱負壓注射。就排氣效果而言，任重道遠。真空排氣的正確應(yīng)用會大大降低模腔內(nèi)的氣體含量，從而有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。本文將討論真空模具方案設(shè)計中涉及的一些內(nèi)容，重點是排氣方案設(shè)計。1真空壓鑄模具的設(shè)計基礎(chǔ)對產(chǎn)品和鑄件的知識了解和掌握的越多，真空模具的設(shè)計方案就會越準確。首先要做的是模具型腔的排列，包括確定分型面、模具型腔數(shù)量和排列方式；其次，要考慮可能的填充位置和方向。最重要的是澆口設(shè)計。為了確定正確的澆口面積，必須首先考慮以下因素：-鑄件尺寸-幾何形狀，包括壁厚、流動路徑、最終填充點、排氣點等。-優(yōu)化的模具溫度-修整操作的可行性-鑄件質(zhì)量要求，包括

3、完整性和局部安全性、氣密性、表面處理和加工要求等。-填充時間-門速度其中，鑄件凈重、充型時間和澆口速度是模具設(shè)計最基本的計算數(shù)據(jù)。鋅鑄件和鋁鑄件的充型時間分別見表1和表2。表1:鋅合金填充時間選擇的經(jīng)驗數(shù)據(jù)鑄件凈重壁厚短流程介質(zhì)流動路徑長流程5克小于1毫米五三一個大于3毫米八四三15克小于1.1毫米七五2大于3毫米九七五50克小于1.2毫米10七四大于3.5毫米1410七10克小于1.2毫米1411八大于4毫米171411500克小于1.3毫米181612大于5毫米2621161000克小于1.5毫米222015大于6毫米322620真空壓鑄模具設(shè)計方案的探討葛小紅，秦云，艾巖迷你哥在當(dāng)今的工

4、業(yè)產(chǎn)品中，越來越多的有色金屬零件采用壓鑄技術(shù)，這使得壓鑄行業(yè)呈現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展前景。同時，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，成品率也更高，這無疑對傳統(tǒng)壓鑄工藝提出了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。其中，影響鑄件機械性能、表面質(zhì)量和氣密性的最主要因素，如，就是與氣孔有關(guān)的缺陷，也是最難解決的。采用真空壓鑄工藝后，問題轉(zhuǎn)化為壓鑄模流道和排氣方案的設(shè)計。結(jié)合生產(chǎn)實例，論述了交流真空壓鑄模具的設(shè)計過程和要點。關(guān)鍵詞：真空壓鑄模具排氣方案實例驗證介紹與砂型鑄造和重力鑄造相比，傳統(tǒng)壓鑄件的顯微組織并不令人滿意。主要原因是澆口處高速金屬流的注入比緩慢注入砂型或型腔的金屬更容易接觸型腔內(nèi)的空氣和煙氣。真空壓鑄工藝的重點是盡量減少氣液接觸，

5、因此型腔內(nèi)氣體的有效排出是真空壓鑄模具設(shè)計的關(guān)鍵。壓鑄模具的傳統(tǒng)排氣設(shè)計和真空排氣設(shè)計沒有本質(zhì)區(qū)別。只是在排氣的方式上，前者是被動排氣，利用金屬流動來排氣，也就是所謂的正壓噴射；后者是主動排氣，即利用真空裝置將型腔內(nèi)的氣體隨注射抽出，也稱負壓注射。就排氣效果而言，任重道遠。真空排氣的正確應(yīng)用會大大降低模腔內(nèi)的氣體含量，從而有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。本文將討論真空模具方案設(shè)計中涉及的一些內(nèi)容，重點是排氣方案設(shè)計。1真空壓鑄模具的設(shè)計基礎(chǔ)對產(chǎn)品和鑄件的知識了解和掌握的越多，真空模具的設(shè)計方案就會越準確。首先要做的是模具型腔的排列，包括確定分型面、模具型腔數(shù)量和排列方式；其次，要考慮可能的填充位置和方向。最

6、重要的是澆口設(shè)計。為了確定正確的澆口面積，必須首先考慮以下因素：-鑄件尺寸-幾何形狀，包括壁厚、流動路徑、最終填充點、排氣點等。-優(yōu)化的模具溫度-修整操作的可行性-鑄件質(zhì)量要求，包括完整性和局部安全性、氣密性、表面處理和加工要求等。-填充時間-門速度其中，鑄件凈重、充型時間和澆口速度是模具設(shè)計最基本的計算數(shù)據(jù)。鋅鑄件和鋁鑄件的充型時間分別見表1和表2。表1:鋅合金填充時間選擇的經(jīng)驗數(shù)據(jù)鑄件凈重壁厚短流程介質(zhì)流動路徑長流程5克小于1毫米五三一個大于3毫米八四三15克小于1.1毫米七五2大于3毫米九七五50克小于1.2毫米10七四大于3.5毫米1410七10克小于1.2毫米1411八大于4毫米17

7、1411500克小于1.3毫米181612大于5毫米2621161000克小于1.5毫米222015大于6毫米322620表2:鋁合金充型時間選擇的經(jīng)驗數(shù)據(jù)鑄件凈重壁厚短流程介質(zhì)流動路徑長流程30克小于1.1毫米六四2大于3毫米10八五100克小于1.2毫米10八六大于3.5毫米1713九500克小于1.4毫米241912大于4毫米3828211000克小于1.6毫米342922大于4.5毫米5037303000克小于2毫米585038大于5毫米756553900克小于2.5毫米94八十五65大于7毫米15011092至于澆口速度，鋅鑄件和鋁鑄件請參考表3和表4。表3:鋅合金澆口速度選擇的經(jīng)驗

8、數(shù)據(jù)鑄件壁厚短填充路徑長填充路徑0.6-3毫米42-46米/秒45-56米/秒2-6毫米40-44米/秒40-48米/秒5-14毫米36-42米/秒38-45米/秒表4:鋁合金澆口速度選擇的經(jīng)驗數(shù)據(jù)鑄件壁厚短填充路徑長填充路徑1-5毫米40-44米/秒42-52米/秒4-10毫米38-42米/秒40-45米/秒8-18毫米32-40米/秒36-43米/秒以上經(jīng)驗數(shù)據(jù)基于高質(zhì)量壓鑄件的平均值。具體設(shè)計時，還應(yīng)考慮壁厚突變、復(fù)雜幾何形狀、模具溫度和集渣袋等其他因素。最難的決定是把單腔模具改成多腔模具?？斩丛蕉啵償?shù)就越多。多型腔模具設(shè)計的關(guān)鍵是使所有模具型腔同時充滿和結(jié)束。但是計算是從一個空腔開始

9、的。雙流道方案設(shè)計現(xiàn)在舉例說明單腔模具流道方案的設(shè)計過程，如圖1所示。鋁鑄件凈重：2500克壁厚：最薄2.4mm最多12毫米厚。幾何圖形：復(fù)雜模具溫度：定模180度，動模190-210度優(yōu)化灌裝時間：50毫秒最佳澆口速度：40米/秒金屬流量：20.6升/秒澆口面積：518平方毫米沖頭直徑：90毫米100毫米110毫米沖頭填充速度：3.30米/秒2.70米/秒2.25米/秒跑道中間系數(shù)：1.75圖1單模腔流道方案現(xiàn)在根據(jù)鑄件的幾何形狀分配澆口：確定充型流動方向和流量分配，由此可以確定澆口的位置、分流方向、厚度和長度。本例中，大門分為10段(最左邊兩段為一段)，每段面積為51.8mm2，厚度為2.

10、8mm，寬度為18.5mm，如圖2所示。圖2閘門分配方案澆口設(shè)定后，設(shè)計流道方案。需要考慮以下幾個問題：如何讓鐵水從流道流向澆口而不出現(xiàn)紊亂？最佳橫截面積是多少？最好的幾何形狀是什么？在設(shè)計流道時，橫截面積應(yīng)該從壓力室到澆口逐漸減小。最實用簡單的方法是用厚度系數(shù)來確定流道的截面積。一般來說，對于厚壁零件，系數(shù)為1.8至2.2；中厚件為1.5至1.8；薄壁件為1.3至1.6。在這種情況下，選擇1.75作為中間優(yōu)化系數(shù)，從壓力室到澆口從1.9開始，到1.5結(jié)束。參見圖3。圖3轉(zhuǎn)輪橫截面積分布考慮到能量損失，轉(zhuǎn)輪的最佳幾何形狀應(yīng)為圓形?？紤]到加工方便等原因，常以其近似梯形代替，如圖4所示。圖4圓形和

11、梯形轉(zhuǎn)輪的橫截面3排氣方案設(shè)計真空壓鑄模具排氣方案的設(shè)計主要包括真空系統(tǒng)的選擇即真空機和排氣部件的選擇、排氣部件的安裝、排氣接口和排氣通道的設(shè)置。3.1真空系統(tǒng)的選擇然后，選擇真空機，其排氣能力應(yīng)與排氣部件的大小相匹配，以顯示所選真空排氣部件的特性和能力。真空閥和真空機的選擇原則見表5。冷卻塊的選擇見表6。根據(jù)本例，根據(jù)鋁鑄件凈重，選用中型單腔真空機和中型冷卻塊，如圖5所示。表5真空閥和真空機的選擇原則真空閥鋁合金凈重鋅合金凈重鎂合金的凈重壓鑄機相應(yīng)的真空機超小型0.050.3千克0.150.8千克0.03-0.2公斤高達250噸所有類型小型的0.1-0.6千克0.251.6千克0.060.3

12、5千克高達400噸所有類型中型的0.64.0千克1.610千克0.32.4千克200-800噸所有類型大規(guī)模的4-8公斤2.44.5千克600至2000噸大規(guī)模的超大號8-16公斤4.59.5千克1600至4000噸大規(guī)模的表6冷卻塊型號冷卻塊模型x寬度x厚度(毫米)冷卻塊間隙(毫米)排氣面積(毫米)抽氣能力(升/秒)相應(yīng)的真空閥標準類型：SCS30小型150 x63x500.65301.5微型管SCS60培養(yǎng)基250 x100 x500.8643.5中型閥門SCS100大型300 x140 x600.91086.5大型閥門圖5中真空機和冷卻塊3.2.排氣部件的安裝排氣部件的最佳安裝位置是在模

13、架中。如果安裝在模架外面，模架背面和模板之間要加支撐塊，防止排氣部件在注射時膨脹。同時，盡可能靠近鑄件的排氣口。不管是放在頂部還是側(cè)面，都不影響排氣效果。在圖6所示的示例中，排氣冷卻塊設(shè)計在上模架中。3.3排氣接口的設(shè)置原則排氣接口應(yīng)設(shè)置在熔融金屬的最終充型位置和重要控制點，接口的橫截面積之和應(yīng)至少等于相應(yīng)排氣元件的面積之和。在這個例子中，中型冷卻塊的排氣面積是64平方毫米，總排氣界面面積是72平方毫米。3.4排氣通道的設(shè)置設(shè)排氣部件接口為100%，以下支路之和至少增加1.1倍。參見圖6。排氣道的脫模斜度為12-15度。如果考慮15度，采用中型真空冷卻塊SCS60，其尺寸分布如下：1)126;

14、2)96.6;3)7.65;4)74;5)63.6;6)53;7)43圖6排氣通道接口和尺寸設(shè)計這個例子的真空排氣設(shè)計方案如圖7所示。排氣部件的詳細安裝尺寸請參考瑞士方達瑞公司提供的相關(guān)車型設(shè)計手冊。圖7真空排氣方案設(shè)計4應(yīng)用示例圖8示出了平鑄件的澆注系統(tǒng)和真空壓鑄模具排。燃氣方案設(shè)計要點。左圖為真空壓鑄標準排氣口和排氣道的設(shè)計，右圖為帶集渣袋的真空壓鑄排氣道的設(shè)計。圖8平板c真空壓鑄模具澆注系統(tǒng)及排氣方案圖11雙冷卻塊排氣筒鑄件結(jié)論5真空壓鑄模具的設(shè)計取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的要求，需要考慮的因素與傳統(tǒng)的被動排氣模具相同。真空壓鑄模具型腔抽真空時，模具的分型面不需要加密封圈，但模具表面要光滑無飛料！所有內(nèi)部排氣通道要求在排氣部件接口處匯合，除了與排氣部件連接的接口外，不允許有其他排氣口。同時，真空元件的排氣點必須設(shè)置在固定模塊上，否則排氣軟管會過早被拖壞！比如傳統(tǒng)排氣模具用真空模具改裝，除了上述要求外，其他所有通向模具外部的排氣槽都必須密封。一般來說，使用與鑄件重量相匹配的單個排氣元件是最經(jīng)濟的；但是由于鑄件形狀的限制或者排氣道太長的影響，還是換成兩個級別低一點的排氣組件比較好！嚴格來說，即使排氣面積相同，設(shè)計合理的冷卻塊排氣效率也只有機械真空閥的60%左右。但考慮到一次性投資成本和維護成本，冷卻塊優(yōu)于機械