1、真空壓鑄模具真空壓鑄模具 真空壓鑄模具的設(shè)計取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等要求，需考慮的因素與傳統(tǒng)被動排氣模具是一致的。真空壓鑄模具的型腔抽真空時，模具分型面不需要增加密封圈，但要求模具表面平整，無飛料！所有內(nèi)部排氣通道都要求匯合于排氣元件接口處，除了與排氣元件相連的接口外，不容許出現(xiàn)任何其它排氣口。同時，真空元件的排氣點一定要設(shè)置在定模塊上，否則會造成排氣膠管拖動而過早損壞！如對傳統(tǒng)排氣模具進(jìn)行真空模具的改造，除以上要求外，一定要將通往模具外的其它排氣槽全部封死。  摘要 ：在當(dāng)今的工業(yè)產(chǎn)品中，越來越多的有色金屬零件采用了壓鑄工藝，使得壓鑄工業(yè)呈現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展前途；同時產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，

2、成品率也要求更高，這無疑對傳統(tǒng)的壓鑄工藝提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其中，影響鑄件的機(jī)械性能，表面質(zhì)量和氣密性等最重要的因素與氣孔有關(guān)的缺陷，是最難解決的。采用真空壓鑄工藝后，問題轉(zhuǎn)化為壓鑄模具澆道及排氣方案的設(shè)計。結(jié)合生產(chǎn)示例，探討交流真空壓鑄模具設(shè)計過程及關(guān)鍵點。引言與砂型和重力鑄造相比，傳統(tǒng)壓鑄件的微觀結(jié)構(gòu)不盡人意，主要原因是高速金屬流在澆口處的噴射，要比金屬緩慢喂入砂型或金屬模腔更容易接觸型腔內(nèi)的空氣和煙氣。真空壓鑄工藝的重點是盡量減少這種氣液接觸，因此將型腔內(nèi)氣體有效的排出是真空壓鑄模具設(shè)計的關(guān)鍵。對于壓鑄模具，傳統(tǒng)排氣設(shè)計與真空排氣設(shè)計并無本質(zhì)區(qū)別。只是排氣的方式上前者為被動排氣，利用金

3、屬流動將氣體排出，即所謂的正壓壓射；后者為主動排氣，即由采用真空裝置，隨壓射的進(jìn)行將型腔內(nèi)的氣體抽出，也稱為負(fù)壓壓射。就排氣效果而言，相差甚遠(yuǎn)，正確的真空排氣應(yīng)用將會極大降低型腔內(nèi)的氣體含量，從而有效地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。本文將就真空模具方案設(shè)計所涉及的一些內(nèi)容展開討論，重點是排氣方案設(shè)計。 1  真空壓鑄模具設(shè)計基礎(chǔ)了解和掌握產(chǎn)品和鑄件方面的知識越多，真空模具設(shè)計方案越準(zhǔn)確。首先要進(jìn)行的是模具型腔布置，包括確定分型面、模穴數(shù)量和布置方式；其次要考慮的是可能的充型位置和方向等。其中最重要是澆口設(shè)計。為了確定正確的澆口面積，以下因素必須要先行考慮：-  

4、60;  鑄件大小-     幾何形狀，包括壁厚，流動路徑，最后充型點，排氣點等等-     優(yōu)化的模具溫度-     去邊操作可行性-     鑄件質(zhì)量要求，包括整體性和局部性的安全性，氣密性，表面處理和機(jī)加要求等-     充型時間-     澆口速度其中鑄件凈重，充型時間，澆口速度是模具設(shè)計的最基本計算數(shù)據(jù)。鋅和鋁鑄件的充型時間請分別參考表一

5、及表二。表一：鋅合金充型時間選擇經(jīng)驗數(shù)據(jù)鑄件凈重壁厚短流動路徑中流動路徑長流動路徑5克小于1毫米531大于3毫米84315克小于1.1毫米752大于3毫米97550克小于1.2毫米1074大于3.5毫米14107150克小于1.2毫米14118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 表二：鋁合金充型時間選擇經(jīng)驗數(shù)據(jù) 鑄件凈重壁厚短流動路徑中流動路徑長流動路徑30克小于1.1毫米642大于3毫米1085100克小于1.2毫米1086大于3.5毫米17139500克小于1.4毫米2

6、41912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7565539000克小于2.5毫米948565大于7毫米15011092 至于澆口速度，鋅和鋁鑄件請參看表三和表四。表三：鋅合金澆口速度選擇經(jīng)驗數(shù)據(jù)鑄件壁厚短充型路徑長充型路徑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 表四：鋁合金澆口速度選擇經(jīng)驗數(shù)據(jù)鑄件壁厚短充型路徑長充型路徑1-5毫米40-44米/秒42-52米/秒4-10毫米38-42米/秒4

7、0-45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)量壓鑄件的一個平均值。對于具體的設(shè)計，其它諸如壁厚突變，復(fù)雜幾何形狀，模溫以及集渣包等因素也要考慮進(jìn)去。最困難的決定是將單穴模變成多穴模，模穴越多，變數(shù)越多。多穴模的設(shè)計要點是要使所有模穴同時充型，同時結(jié)束！但計算是從一個模穴開始的。 2        澆道方案設(shè)計現(xiàn)舉例說明單穴模澆道方案設(shè)計過程，見圖1。鋁鑄件凈重：   2500克壁厚：      

8、0; 最薄2.4毫米；最厚12毫米幾何形狀：       復(fù)雜模具溫度：       定模180oC，動模190-210oC優(yōu)化充型時間：50毫秒優(yōu)化澆口速度：40米/秒金屬流量：       20.6升/秒澆口面積：       518毫米2沖頭直徑：         

9、;     90毫米 100毫米      110毫米沖頭充型速度：      3.30米/秒    2.70米/秒    2.25米/秒澆道中間系數(shù)：      1.75現(xiàn)在根據(jù)鑄件的幾何形狀來分配澆口：確定充型流動方向和流量分配，由此可確定澆口的位置，導(dǎo)流方向，厚度及長度。本例中，澆口分為10段（最左邊兩個合為一個），每段面積都為51.8毫米2

10、，厚度為2.8毫米，寬度為18.5毫米，見圖2。 澆口設(shè)置完畢后，進(jìn)行澆道方案設(shè)計。需要考慮以下問題：怎樣使得從澆道進(jìn)入到澆口的熱金屬流無紊亂？其優(yōu)化的截面積是多少？其最佳的幾何形狀是什么？澆道的設(shè)計，其截面積應(yīng)該是從壓室開始朝著澆口方向逐步遞減，最實用和簡捷的方法是在澆道截面積上使用厚度系數(shù)來確定。一般說來，對于厚壁件，系數(shù)為1.8至2.2；中等厚度件為1.5至1.8；薄壁件為1.3至1.6。本案例選擇了1.75作為中間優(yōu)化系數(shù)，從壓室至澆口間，以1.9開始，1.5結(jié)束。見圖3。 從能量損失方面考慮，澆道的最佳幾何形狀應(yīng)是圓形，考慮到便于加工等原因，常采用其近似的梯形來代替，見圖4

11、。2        排氣方案設(shè)計真空壓鑄模具排氣方案設(shè)計，主要包括真空系統(tǒng)選型即真空機(jī)及排氣元件的選擇、排氣元件的安裝、排氣接口及排氣通道的設(shè)置。 3.1真空系統(tǒng)選型 首先選擇排氣元件，瑞士方達(dá)瑞（FONAREX）公司的排氣元件按結(jié)構(gòu)形式有真空閥或真空冷卻塊，其選擇取決于產(chǎn)品質(zhì)量要求和經(jīng)濟(jì)性。產(chǎn)品質(zhì)量要求高的需采用真空閥。按規(guī)格和排氣能力分為超小型、小型、中型、大型和超大型。然后是選擇真空機(jī)，其排氣能力要與排氣元件的大小相匹配，這樣才能發(fā)揮出所選用的真空排氣元件的特點與能力。真空閥和真空機(jī)選擇的原則見表5。冷卻塊的

12、選擇見表6。依本例，根據(jù)鋁鑄件凈重，選擇中型單腔真空機(jī)和中型冷卻塊，見圖5。 表5 真空閥和真空機(jī)選擇的原則 真空閥鋁合金凈重鋅合金凈重鎂合金凈重壓鑄機(jī)對應(yīng)的真空機(jī)超小0.05 0.3 kg0.15 0.8 kg0.03 -0.2 kg直到250 t所有型小型0.1 0.6 kg0.25 1.6 kg0.06 0.35 kg直到 400 t所有型中型0.6 4.0 kg1.6 10 kg0.3 2.4 kg200 800 t所有型大型4 8 kg 2.4 4.5 kg600 2000 t大型超大8 16 kg 4.5 9.5 kg1600 4000 t大型 

13、60;表6  冷卻塊型號冷卻塊型號高X寬X厚（毫米）冷卻塊間隙 （毫米）排氣面積 （毫米）排氣能力（升/秒）對應(yīng)真空閥標(biāo)準(zhǔn)型：     SCS30小型150x63x500.65301.5小型閥SCS60中型250x100x500.8643.5中型閥SCS100大型300x140x600.91086.5大型閥3.2. 排氣元件安裝排氣元件最佳安裝位置是在模框內(nèi)，如果安裝在模框外，其背面與模板之間需增加支撐塊，以防止壓射時排氣元件漲開；同時盡量靠近鑄件排氣接口。至于放在上面還是側(cè)面，不影響排氣效果。本例中圖6，排氣冷卻塊設(shè)計在上模框內(nèi)。&

14、#160;3.3 排氣接口的設(shè)置原則鑄件金屬液最后充型處和重要控制點都應(yīng)設(shè)置排氣接口，接口的截面積總和至少要等于相應(yīng)的排氣元件的面積和。本例中中型冷卻塊的排氣面積為64平方毫米，而排氣接口面積總和為72平方毫米。 3.4 排氣通道的設(shè)置設(shè)排氣元件的接口處為100%，以下的分支總和至少按1.1倍遞增。見圖6。排氣通道的脫模斜度為12-15度。如果按15度考慮，采用中型真空冷卻塊SCS60，其尺寸分配為：1）12×6；2）9×6.6；3）7.6×5；4）7×4；5）6×3.6；6）5×3；7）4×3本例的真空排氣設(shè)計方

15、案見圖7。有關(guān)排氣元件的詳細(xì)安裝尺寸，請參見瑞士方達(dá)瑞公司提供的相關(guān)型號設(shè)計手冊。4     應(yīng)用示例圖8展示的是平板鑄件真空壓鑄模具澆注系統(tǒng)及排氣方案的設(shè)計要點。左半部展示的是標(biāo)準(zhǔn)的真空壓鑄排氣接口及通道的設(shè)計圖，右半部展示的是帶集渣包的真空壓鑄排氣通道的設(shè)計圖。圖9展示的是一鑄件真空壓鑄設(shè)計錯誤的澆注系統(tǒng)和排氣通道設(shè)計，應(yīng)按細(xì)線條標(biāo)明的位置及要求做修改，才能保證真空壓鑄的效果。圖10和圖11展示的是典型的圓筒形壓鑄件，采用雙冷卻塊的澆注系統(tǒng)及排氣方案設(shè)計。5  結(jié)論真空壓鑄模具的設(shè)計取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等要求，需考慮的因素與傳統(tǒng)被

16、動排氣模具是一致的。真空壓鑄模具的型腔抽真空時，模具分型面不需要增加密封圈，但要求模具表面平整，無飛料！所有內(nèi)部排氣通道都要求匯合于排氣元件接口處，除了與排氣元件相連的接口外，不容許出現(xiàn)任何其它排氣口。同時，真空元件的排氣點一定要設(shè)置在定模塊上，否則會造成排氣膠管拖動而過早損壞！如對傳統(tǒng)排氣模具進(jìn)行真空模具的改造，除以上要求外，一定要將通往模具外的其它排氣槽全部封死。一般來講，采用與鑄件重量匹配的單個排氣元件最經(jīng)濟(jì)；但由于受到鑄件形狀的限制，或排氣通道過長的影響，換成兩個低一級的排氣元件，效果更佳！嚴(yán)格來說，即使在排氣面積一樣的情況下，設(shè)計合理的冷卻塊排氣，其效率僅為機(jī)械式真空閥的60%左右。但從一次性投資成本以及維