澆注系統及排溢系統設計

1【本章要點與提示】知識要點目標要求學習方法澆注系統的結構熟悉注意區分不同類型壓鑄機用澆注系統的結構及組成。通過比較不同類型澆注系統的特征，熟悉其各自的適用范圍。澆注系統的設計掌握把握老師所介紹的重點內容，掌握適用于不同壓鑄機的三種直澆道的結構及基本技術要求；結合不同結構壓鑄件澆注系統的設計實例，理解消化澆注系統設計要點，初步領會一些相關的設計技巧。溢流、排氣系統掌握將溢流、排氣系統與澆注系統作為一個整體來考慮。通過對實例的分析理解，掌握溢流槽的位置選擇要求和排氣槽的結構形式。

2【導入案例

】

C區域：型腔部分，用來保證壓鑄件的形狀尺寸等要求；F區域：連接壓室（通過澆口套）和型腔并引導金屬液充模的通道；W區域：用來存儲涂料殘渣、混有氣體和被涂料殘余物污染的前流冷污金屬液，也作為氣體排出的通道。

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4【主要內容】

6.1澆注系統設計

6.1.1澆注系統的結構及分類6.1.2直澆道設計6.1.3橫澆道設計6.1.4內澆口設計

6.2溢流與排氣系統設計

6.2.1溢流槽設計6.2.2排氣槽設計

6.3壓鑄件澆注系統的實例分析

56.1澆注系統設計定義：在壓力作用下引導高速金屬液充填模具型腔的通道。組成：直澆道、橫澆道、內澆口和余料等。作用：澆注系統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節作用。

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8不同類型壓鑄機用澆注系統的結構組成1.澆注系統的結構熱壓室壓鑄機立式冷壓室壓鑄機臥式冷壓室壓鑄機全立式冷壓室壓鑄機采用側澆口采用中心澆口1-直澆道;2-橫澆道;3-內澆口;4-余料

9按金屬液進入型腔的部位和內澆口形狀，可分為:側澆道中心澆道頂澆道環形澆道縫隙澆道切線澆道多支澆道點澆道6.1.1澆注系統的結構及分類2.澆注系統的分類

10側澆道

澆口設于鑄件一側，是常見的澆口形式，適用于多數形狀的鑄件，便于在清理鑄件時除去。

(a)外側單支側澆道(b)外側雙支側澆道(c)內側多支側澆道側澆道的幾種不同形式

11中心澆道頂部帶有通孔的筒類或殼體類壓鑄件，內澆道開設在孔口處，同時在中心設置分流錐。可縮短金屬液在充模時的流程，并有利于較深型腔內氣體的通過分型面排出，澆注系統金屬液消耗少，可減少鑄件、澆注系統和排氣系統在分型面上的投影面積，減小鑄型輪廓，提高壓鑄機合模力的有效利用率。適用于立式冷室壓鑄機或熱壓室壓鑄機。

中心澆道

12直接澆道（或稱頂澆道）

把直澆道的底部直接作為內澆口，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。直接澆道

13不同形式的環形澆道環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困難。

14縫隙澆道

設在較高鑄件的側壁高度方向上，它有利于具有較深內腔、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。縫隙澆道

15切線澆道

又稱切向澆道，適用于環形鑄件，內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圓的型芯。切線澆道

16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。點澆道

17多支澆道適合于一模多腔。多支澆道

18直澆道的結構與壓鑄機的類型有關，分為：熱壓室壓鑄機用直澆道臥式冷壓室壓鑄機用直澆道立式冷壓室壓鑄機用直澆道6.1.2直澆道設計

19由壓鑄機上的噴嘴與壓鑄模上的澆道套、分流錐組成。1.熱壓室壓鑄機用直澆道1-動模套板；2-分流錐3-定模套板；4-定模座板5-壓鑄機噴嘴；6-澆口套

20設計要點根據壓鑄件的結構和質量選擇直澆道尺寸。根據內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澆道截面積的1.1~1.2倍。直澆道環形截面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°。

21為適應熱壓室壓鑄機高效率生產的需要，通常在澆道套和分流錐內部設置冷卻水道。1-澆口套2-分流錐3-冷卻水道

22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。2.臥式冷壓室壓鑄機用直澆道臥式冷室壓鑄機用直澆道示意圖1-壓室2-澆口套3-余料4-澆道鑲塊5-澆道推桿

23直澆道的直徑D根據壓鑄件所需的壓射比壓和壓室充滿度確定（一般壓室的充滿度在60%~80%，常取70%左右。

）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范圍的內孔上加工出1o30′～2o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。1）設計要點

1-澆口套2-壓室3-冷凝層4-金屬液5-沖頭壓室的充滿情況

24當臥式冷壓室壓鑄機采用中心澆口時的直澆道2）澆口套與壓室的連接

25立式冷壓室壓鑄機用直澆道主要組成：壓鑄機上噴嘴模具上的澆口套分流錐3.立式冷壓室壓鑄機用直澆道

261-動模套板；2-分流錐；3-定模套板；4-定模座板；5-澆口套；6-噴嘴；7-余料；8-反料沖頭

27d1為噴嘴入口小端直徑，mm；Ag為內澆口的截面積，mm2；d3為直澆道底部分流錐的直徑，mm；d2為直澆道底部環型截面處的外徑，mm；d1為噴嘴入口小端直徑，mm。1）設計要點

28澆口套一般鑲在定模座板上，采用澆口套可以節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。立式壓鑄機用澆口套示意圖2）澆口套

29分流錐單獨加工后裝在鑲塊內，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。分流錐的結構形式3）分流錐

30定義：橫澆道是金屬液從壓室通過直澆道之后流向內澆口之間的一段通道。用于連接直澆道和內澆口。作用：把金屬液從直澆道引入內澆口內；橫澆道中的金屬液還能改善模具熱平衡，在壓鑄件冷凝時起到補縮與傳遞靜壓力的作用。1.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，以及內澆道的形式、位置、方向和流入口的寬度等因素。6.1.3橫澆道設計

31臥式冷壓室壓鑄機用橫澆道的結構形式“T”形式平直式扇形式圓弧收縮平直分支“T”形分支分叉圓角多支

322.橫澆道的截面形狀和尺寸1）常用橫澆道的截面形狀

(a)梯形(b)梯形拼合(c)圓形(d)U形(e)環形

332）橫澆道截面尺寸的選擇（一般）α=5°~10°r=2~4（最小）h——橫澆道深度，mm；w——橫澆道寬度，mm；t——壓鑄件平均壁厚，mm；Ag——內澆口的截面積，mm2；α——脫模斜度；r——圓角半徑，mm。

34橫澆道截面積應從直澆道向內澆道方向逐漸縮小。橫澆道截面積都不應小于內澆道截面積。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澆口后凝固。根據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。3.橫澆道的設計原則

1-壓鑄件；2-橫澆道；3-盲澆道

35內澆口的作用是根據壓鑄件的結構、形狀、大小，以最佳流動狀態把金屬液引入型腔而獲得優質壓鑄件。主要是確定內澆道的位置、形狀和尺寸，要善于利用金屬液充填型腔時的流動狀態，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。6.1.4內澆口設計

361.內澆口的形式

372.內澆口的位置內澆口位置的選擇是設計澆注系統時首先要考慮的問題。在確定內澆口位置時要綜合考慮壓鑄件的結構特征、壁厚大小、收縮變形情況、合金種類、壓鑄機特性、模具分型面以及壓鑄件使用性能等方面的因素，分析金屬液充填時的流動狀態、充填速度的變化，預計充填過程中可能出現的死角、裹氣和產生冷隔的部位，以便布置合適的溢流和排氣系統。

38在選擇內澆口的位置時，一般應考慮以下原則：（1）有利于壓射壓力的傳遞，內澆口一般設置在壓鑄件的厚壁處。（2）有利于型腔的排氣，金屬液進入型腔后應先充填深腔難以排氣的部位，而不宜立即封閉分型面、溢流槽和排氣槽，否則會造成排氣不良。（3）流入型腔的金屬液盡量減少曲折和迂回，避免產生過多的渦流及減少包卷氣體；流程盡可能短，以減少金屬液的熱量損失。

39（4）金屬液進入型腔后不宜正面沖擊型芯或型壁，尤其應避免沖擊細小型芯或螺紋型芯，以減少動能損失，防止沖蝕及產生粘模。（5）盡量減少金屬液在型腔中的分流。（6）壓鑄件上精度、表面粗糙度要求較高且不加工的部位，不宜設置內澆口。（7）內澆口的設置應考慮模具溫度場的分布，以便使遠端充填良好。（8）內澆口凝料應便于切除和清理，同時考慮到清除內澆口對壓鑄件產生的影響。

40（9）不同結構特征的壓鑄件選擇合適的內澆口①薄壁復雜的壓鑄件，宜采用較薄的內澆口，以保證較高的充填速度；一般結構的壓鑄件，宜采用較厚的內澆口，使金屬液流動平穩，有利于傳遞壓力和排氣。②對于復雜的壓鑄件，內澆口應盡量位于壓鑄件型腔的中心位置上，這樣，金屬液充填的情形總是比內澆口設置在側面有利。③帶有大肋面的壓鑄件，設置的內澆口應使金屬液沿著肋的方向流動，避免產生流線和肋的不完整。④窄而長的壓鑄件，內澆口應開設在端部，而不是從中間引入金屬液，防止造成旋渦，卷入氣體。⑤管狀及筒狀壓鑄件，最好在端部設置環形內澆口，以形成良好的充填狀態和排氣條件。

41壓鑄件內澆口設計方案示例——盤蓋類壓鑄件

42壓鑄件內澆口設計方案示例——圓環類壓鑄件

43壓鑄件內澆口設計方案示例——導管類壓鑄件

441）理論估算3.內澆口的截面積Ag為內澆口的截面積，mm2；V為壓鑄件與溢流槽的體積之和，即通過內澆口的金屬液體積，mm3；

v為內澆口處金屬液的充填速度，mm/s；t為充填時間，s；G為壓鑄件與溢流系統總質量，即通過內澆口的金屬液質量，g；ρ為液態合金的密度，g/cm3。

45W·Davok對內澆道截面積和壓鑄件質量之間的關系提出的經驗公式：2）經驗公式A內—內澆口面積（mm2）G—壓鑄件的質量（g）

適用于質量不大于150g的鋅合金壓鑄件和中等壁厚的鋁合金壓鑄件。適用于所有壓鑄合金的經驗公式：Ag為內澆口的截面積，cm2；V為壓鑄件與溢流槽的體積之和，即通過內澆口的金屬液體積，cm3。

46內澆道的形狀除點澆道、直接澆道為圓形，中心澆道、環型繞道為圓環形外，基本上為扁平矩形狀。根據充填理論可知，內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在質量，因此，內澆口的厚度是一個重要尺寸。4.內澆口的尺寸

47內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澆道截面積發生很大的波動；會使內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）內澆道厚度

48內澆道厚度的經驗數據壓鑄件壁厚0.6～1.51.5～33～6＞6合金種類復雜件簡單件復雜件簡單件復雜件簡單件為壓鑄件壁厚的百分數%內澆口厚度鉛、錫0.4～0.80.4～1.00.6～1.20.8～1.51.0～2.01.5～2.020～40鋅鋁、鎂0.6～1.00.6～1.20.8～1.51.0～1.81.5～2.51.8～3.040～60銅-0.8～1.21.0～1.81.0～2.01.8～3.02.0～4.0

49內澆道厚度與凝固模數的關系a線為鋁合金的關系線b線為鋅合金的關系線c線為鎂合金的關系線M為凝固模數，cm；V為壓鑄件體積，cm3；A為壓鑄件表面積，cm2

50內澆道的厚度確定后，根據內澆道的截面積即可計算出內澆道的寬度。根據經驗，矩形壓鑄件內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澆道處的阻力最大，為了減少壓力損失，應盡量減少內澆道的長度，—般取2~3mm。2）內澆道的寬度和長度

515.內澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式

52溢流槽和排氣槽的采用和設置是提高壓鑄件質量、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設計不合理而帶來的鑄造缺陷。6.2溢流與排氣系統設計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。

531.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，防止局部產生渦流。調節模具型腔的溫度場，改善模具的熱平衡狀態。6.2.1溢流槽設計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。

541)設置在分型面上的溢流槽2.溢流槽的結構形式

552)設置在型腔內的溢流槽1-推桿；2-溢流槽1-型芯；2-溢流槽1-推桿；2-溢流槽；3-型芯；4-排氣鑲塊

56溢流槽設置的部位，通常是金屬液最先沖擊的位置、最后充填的部位、兩股或多股金屬液匯流的位置、壓鑄件局部過厚或過薄的部位等，這些都是容易裹入氣體、夾雜或產生渦流的位置。溢流槽的設置應有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。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生熱節。一個溢流槽上不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。3.溢流槽的設計要點

57溢流槽的設置示例

58溢流槽的設置示例（續）1-主橫澆道；2-溢流槽；3-推桿；4-支橫澆道

591）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，每個區的一端為金屬液的入口，另一端設置溢流槽。4.溢流槽的容積和尺寸在理想狀態下，流入一個區的金屬液僅停留在這個區內，或通過這個區進入到設置在另一端的溢流槽里。各個區之間沒有明顯的金屬液流動。

60溢流槽的容積與相鄰型腔區容積關系壓鑄件壁厚/mm溢流槽容積占相鄰型腔區容積的百分比（%）壓鑄件具有較低的表面粗糙度壓鑄件表面允許少量折皺0.90150751.30100501.8050252.5025253.20——注：1.特殊情況下，表中所列的數據應進行調整。

2.金屬液每流過澆道和型腔250mm，溢流槽的容積還要在表中所列數據的基礎上追加20%

612）溢流槽的尺寸

62通常半圓形溢流槽用于壁厚較薄的壓鑄件，較厚的壓鑄件往往采用梯形或雙梯形溢流槽。全部溢流槽的溢流口截面積的總和應等于內澆口截面積的60%~75%，溢流口的厚度要小于內澆口的厚度，以保證溢流口比內澆口早凝固，以切斷正在凝固的金屬與外界的通道，得到最終壓射比壓的作用。設計時可根據壓鑄件內澆口截面積確定溢流口尺寸，再按內澆口尺寸選擇溢流槽尺寸。2）溢流槽的尺寸

63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生。給定截面的排氣槽，其結構和形狀對壓鑄件質量沒有明顯的影響。6.2.2排氣槽設計

641）分型面上排氣槽的結構形式1.排氣槽的結構形式平直式曲折式1-溢流口2-溢流槽3-排氣槽

652）利用型芯和推桿間隙設置排氣槽的結構形式δ約為0.05mmL取10~15mmδ取0.04～0.06mm

L取6～10mmL取8~15mmδ=0.04～0.06mm

66分型面上排氣槽的尺寸mm2.排氣槽的尺寸合金種類排氣槽深度排氣槽寬度備注鉛合金0.05~0.108~25鋅合金0.05~0.12鋁合金0.10~0.15鎂合金0.10~0.15銅合金0.15~0.20黑色金屬0.20~0.30排氣槽在離開型腔20~30mm后，可將其深度增大至0.3~0.4mm，以提高其排氣效果。

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1）排氣槽的截面積一般為內澆道截面積的20％~50％，也可按下式進行計算：式中：Aq是排氣槽截面積(mm2)；

V是型腔和溢流槽的容積(cm3)；

τ是氣體的排出時間(s)，可近似按充填時間選取；

λ是充型過程中排氣槽的開放系數，λ＝0.1~1。3.排氣槽的設計要點

683.排氣槽的設計要點（2）排氣槽盡可能設置在分型面上且在同一半模上，便于制造。（3）溢流槽尾部必須開設排氣槽，以利于金屬液無阻力順利進入溢流槽。（4）排氣量大時，以增大排氣槽的寬度和數量為宜，不宜過分增加其深度，以防止金屬液向外噴出。（5）型芯或推桿與鑲塊之間的間隙也具有排氣的作用，但設計時可不列入排氣總面積。

696.3壓鑄件澆注系統的實例分析6.3.1無油泵定子蓋壓鑄模澆注系統

706.3壓鑄件澆注系統的實例分析6.3.2機蓋體壓鑄模澆注系統

716.3.2機蓋體壓鑄模澆注系統

示意簡圖分析說明

中心澆口:金屬液流程短，充填排氣條件均較好，但由于受壓鑄件結構所限，直澆道只能設置在壓鑄件頂面上，這樣側面抽芯均在定模部分，使得模具結構復雜。

外側澆口:金屬液流程較長，但可以將三面抽芯均設置在動模部分，有利于模具制造和使用，采用平直反向頂面的側澆口，使金屬液首先引向壓鑄件頂面，分型面排氣條件好，能獲得較好的成型效果。

726.3壓鑄件澆注系統的實例分析6.3.3真空泵油箱壓鑄模澆注系統

736.3壓鑄件澆注系統的實例分析6.3.4罩殼壓鑄模澆注系統

746.3.4罩殼壓鑄模澆注系統

頂澆口，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，模具熱平衡狀態和壓鑄機受力狀態均良好，壓鑄模有效面積利用率高，澆注系統消耗金屬量較少。但直澆道和壓鑄件連接處熱量集中，易導致縮松和粘模，澆口需要切除。點澆口，除具有頂澆口的優點外，去除澆口方便，但模具需要兩次分型，結構較為復雜。對于較深的型腔，采用點澆口時，四側花紋較嚴重。

756.3.4罩殼壓鑄模澆注系統

端部側澆口，金屬液流程長，轉折多，遠離澆口的一端充填條件不良，易產生流痕、冷隔。設置大容量溢流槽，可改善模具熱平衡狀態，壓鑄件質量有所提高，去除澆口較為方便。

橫向側澆口，金屬液流程比端部側澆口短些，但轉折仍多，澆口對面的一側易產生流痕、冷隔。為改善頂部和對面一側的充填、排氣條件，首先將金屬液引向壓