压铸工艺与压铸模具设计要点说明

压铸工艺及压铸模具设计要点

摘要：压铸机、模具与合金三者，以压铸件为本，压铸工艺贯穿其中，有机地将它们整合为一个有效的系统，使压铸机与模具得到良好的匹配，起到优化压铸件结构，优选压铸机、优化压铸模设计、提高工艺工作点的灵活性的作用，从而为压铸生产提供可靠保证。所以，压铸工艺寓于模具中之说，涵之深不言而喻。

关键词：压铸机；模具；压铸工艺；模具设计

The Main Points of Die Casting Process and

Die Casting Die Design

PAN Xian-Zeng, LIU Xing-fu

Abstract: The die casting machine, die and alloy, the three on the basis of die castings, running through with the die casting process forms organically a whole and an effective system. Making the machines well to mate with dies, optimization of die casting construction, optimization of selecting die casting machine, optimization of die design and improving the flexibility of die casting process conveys in the die, this has a profound intension.

Key words: die casting machine; die; die casting process; die design

1 压铸机—模具—合金系统

压铸机、模具和合金这三个因素，在压铸件生产过程中，它们构成了一个系统，即压铸机-模具—合金系统，它是以压铸件为本，工艺贯穿其中，赋予系统活力与效率，而模具则是工艺进入系统的平台。压铸机、模具与合金三者关系形象地表示如图1所示。

压铸机-模具-合金系统主要表现为：

(1) 浇口的位置影响充填金属熔体的流动方向及状态，和充填型腔的质量，对模具结构和工艺产生决定性影响，这是关键所在。

(2) 选定最佳充型时间，这是非常重要的一步，影响到充型时的金属熔体的体积流量(Q)，也就是充型功率，并据此计算浇口尺寸。

(3) 选择排气、溢流的位置和尺寸，除正常的排气、排污和温度平衡外，还可减少冲击压力，避免金属飞溅和产生毛刺。

(4) 加热与冷却，平衡模具温度，保持工作温度。

2 压铸工艺与模具设计的关键技术

压铸时浇口的位置影响压铸件的结构设计、质量和压铸模具设计，通过查询资料可得到正确设置浇口位置的提示。由于铸件结构的多样性，要选择浇口的正确位置是很困难的，但也有一些基本要求，如普遍认为设置浇口要使充型时的金属射流尽可能地以自由射流在型腔中流过较长距离，也就是正确的浇口位置、形状、尺寸(流向角)配合压铸参数可获得金属射流沿型壁不断有序扩展、转向，并连续不断地扩展至尽头。型腔的大部分(即主干型腔)由射流充填完成，只有一小部分型腔(即非主干型腔)由金属熔体支流补充完成或由金属熔体股流相碰撞完成充填，并通过排溢系统排除残余。图2为浇位置与主干型腔示意图[1]”。

同一个压铸件选择不同的浇口位置和流向角，可以得到不同的主干型腔、非主干型腔和各自占有的面积百分数，图2中的壳体压铸时，由于浇口的位置不同，得出不同的主干型腔和非

主干型腔。图2a浇口垂直于一侧壁，由于零件顶部的长方孔把两侧壁分开，结果是只有一侧为主干型腔；要充填另一侧壁，必须经浇道两端连接处，最后两股液流汇聚完成填充，这一部分就是非主干型腔。因主干型腔所占面积百分比不高，因此会产生大量废品，如图2a1。在图2b中，浇口位置不作改变，只是把顶部长方孔用等壁厚的工艺筋连接起来，这样充填时金属熔体转向，沿筋板充填另一侧壁，使两侧壁都成了主干型腔，增大了主干型腔所占百分比，铸件质量也大幅度提高，如图2b1。在图2c中，零件与图2a相同，顶部方孔不加工艺筋，但将浇口设置在零件一端，这样金属熔体从两侧壁同时进行充填，从而扩大了主干型腔百分比，保证了质量，提高了合格率。这是同一零件三种浇口设置方案，证明浇口位置的关键性。

虽然计算机技术有助于选定浇口位置，但计算机技术仅是一种方法，而浇口位置设计仍不失为一项关键技术。

3 压铸工艺要点

3.1 pQ2图和压铸机的泵功率

3.1.1 金属压力、速度和流量之间的关系

在原理上压铸机是一台液态金属泵，它在压力下将金属熔体输送到压铸模型腔。泵的特性是输送功率(体积流量)，是压力的函数，这方面早在70年代，首先由澳大亚CSIRO做出有价值的开发工作，用pQ2图建立了一个有用的工具，根据铸件亦即模具的要求，决定机器的调整值，本来是用于热室压铸机的锌合金压铸件上，但很快就扩展到冷室机上。在原则上，现在从流体力学原理所熟知的压力与体积流量的关系，转移到压铸机的实际应用。

根据伯努力方程，按照似稳流，金属流动速度为：

式中：υ为流速，m/s；p为流动压力，N/m3（1 bas=105 N/m2=0.1 MPa）；ρ为液态金属密度，kg/m3。

由式（1）可得到

压铸机压射单元有两个液压系统：一个是压射蓄能器-压射驱动缸构成的液压系统；另一个是跟着这个系统随动的冲头-压室-喷嘴（热室机）-直浇道-横浇道-浇口组成的金属液压系统（metal-hydraulic system, metallhydraulisches System）。对于金属液压系统，浇口速度是υa，则式（2）变为：

金属压力愈高，在喷嘴及浇口处的金属熔体的流动速度也愈快，但也必须考虑克服由于流动截面变化、方向改变和型壁粗糙度存在而产生的流动阻力，用阻力系数ξ来表示这些阻力之和。因此，金属压力可写成下式：

如果已知无量钢系数ξ，就可以计算出一定浇口速度所需的金属压力，根据压铸合金和铸件要求，浇口速度有一经验值，应该遵守，见表1[2]，因此需要压铸机提供相应的速度。

表1 浇口速度的选取

Table 1 Choice of velocity at ingate

项目 A1 Mg Cu Zn

υa(m.s-1) 25-60 40-90 30-45 30-50

低值用于相对厚的铸件，高值用于相对薄的铸件，一般镁合金铸件的浇口速度比铝的高25%，真空压铸时的浇口速度为15-30m/s。

金属熔体的体积流量Q是速度υa和出流面积Sa的乘积，出流面积是指浇注装置的喷嘴面