真空压铸模具

真空压铸模具

真空压铸模具

真空压铸模具的设计取决于产品结构、质量等要求，需考虑的因素与传统被动排气模具是一致的。真空压铸模具的型腔抽真空时，模具分型面不需要增加密封圈，但要求模具表面平整，无飞料！所有内部排气通道都要求汇合于排气元件接口处，除了与排气元件相连的接口外，不容许出现任何其它排气口。同时，真空元件的排气点一定要设置在定模块上，否则会造成排气胶管拖动而过早损坏！如对传统排气模具进行真空模具的改造，除以上要求外，一定要将通往模具外的其它排气槽全部封死。

摘要 ：在当今的工业产品中，越来越多的有色金属零件采用了压铸工艺，使得压铸工业呈现出更加广阔的发展前途；同时产品结构更复杂，成品率也要求更高，这无疑对传统的压铸工艺提出了更为严峻的挑战。其中，影响铸件的机械性能，表面质量和气密性等最重要的因素——与气孔有关的缺陷，是最难解决的。

采用真空压铸工艺后，问题转化为压铸模具浇道及排气方案的设计。结合生产示例，探讨交流真空压铸模具设计过程及关键点。 引言

与砂型和重力铸造相比，传统压铸件的微观结构不尽人意，主要原因是高速金属流在浇口处的喷射，要比金属缓慢喂入砂型或金属模腔更容易接触型腔内的空气和烟气。真空压铸工艺的重点是尽量减少这种气液接触，因此将型腔内气体有效的排出是真空压铸模具设计的关键。

对于压铸模具，传统排气设计与真空排气设计并无本质区别。只是排气的方式上前者为被动排气，利用金属流动将气体排出，即所谓的正压压射；后者为主动排气，即由采用真空装置，随压射的进行将型腔内的气体抽出，也称为负压压射。就排气效果而言，相差甚远，正确的真空排气应用将会极大降低型腔内的气体含量，从而有效地提高产品的质量。本文将就真空模具方案设计所涉及的一些内容展开讨论，重点是排气方案设计。

1 真空压铸模具设计基础

了解和掌握产品和铸件方面的知识越多，真空模具设计方案越准确。首先要进行的是模具型腔布置，包括确定分型面、模穴数量和布置方式；其次要考虑的是可能的充型位置和方向等。其中最重要是浇口设计。为了确定正确的浇口面积，以下因素必须要先行考虑： - 铸件大小

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- 几何形状，包括壁厚，流动路径，最后充型点，排气点等等 - 优化的模具温度 - 去边操作可行性 - 铸件质量要求，包括整体性和局部性的安全性，气密性，表面处理和机加要求等 - 充型时间 - 浇口速度 其中铸件净重，充型时间，浇口速度是模具设计的最基本计算数据。锌和铝铸件的充型时间请分别参考表一及表二。 表一：锌合金充型时间选择经验数据 铸件净重 5克 壁厚 小于1毫米 大于3毫米 15克 小于1.1毫米 大于3毫米 50克 小于1.2毫米 大于3.5毫米 150克 小于1.2毫米 大于4毫米 500克 小于1.3毫米 大于5毫米 1000克 小于1.5毫米 大于6毫米 短流动路径 中流动路径 长流动路径 5 8 7 9 10 14 14 17 18 26 22 32 3 4 5 7 7 10 11 14 16 21 20 26 1 3 2 5 4 7 8 11 12 16 15 20 表二：铝合金充型时间选择经验数据 铸件净重 壁厚 短流动路径 中流动路径 长流动路径 6 10 10 17 24 38 34 50 58 75 94 150 4 8 8 13 19 28 29 37 50 65 85 110 2 5 6 9 12 21 22 30 38 53 65 92 30克 小于1.1毫米 大于3毫米 100克 小于1.2毫米 大于3.5毫米 500克 小于1.4毫米 大于4毫米 1000克 小于1.6毫米 大于4.5毫米 3000克 小于2毫米 大于5毫米 9000克 小于2.5毫米 大于7毫米 至于浇口速度，锌和铝铸件请参看表三和表四。 。

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表三：锌合金浇口速度选择经验数据

铸件壁厚 短充型路径 长充型路径 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：铝合金浇口速度选择经验数据 铸件壁厚 短充型路径 长充型路径 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 以上经验数据基于高质量压铸件的一个平均值。对于具体的设计，其它诸如壁厚突变，复杂几何形状，模温以及集渣包等因素也要考虑进去。 最困难的决定是将单穴模变成多穴模，模穴越多，变数越多。多穴模的设计要点是要使所有模穴同时充型，同时结束！但计算是从一个模穴开始的。 2 浇道方案设计 现举例说明单穴模浇道方案设计过程，见图1。 铝铸件净重： 2500克 壁厚： 最薄2.4毫米；最厚12毫米 几何形状： 复杂 模具温度： 定模180C，动模190-210C 优化充型时间：50毫秒 优化浇口速度：40米/秒 金属流量： 20.6升/秒 浇口面积： 518毫米 冲头直径： 90毫米 100毫米 110毫米 冲头充型速度： 3.30米/秒 2.70米/秒 2.25米/秒 浇道中间系数： 1.75 2oo。

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现在根据铸件的几何形状来分配浇口：确定充型流动方向和流量分配，由此可确定浇口的位置，导流方向，厚度及长度。本例中，浇口分为10段（最左边两个合为一个），每段面积都为51.8毫米2，厚度为2.8毫米，宽度为18.5毫米，见图2。

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浇口设置完毕后，进行浇道方案设计。需要考虑以下问题：怎样使得从浇道进入到浇口的热金属流无紊乱？其优化的截面积是多少？其最佳的几何形状是什么？

浇道的设计，其截面积应该是从压室开始朝着浇口方向逐步递减，最实用和简捷的方法是在浇道截面积上使用厚度系数来确定。一般说来，对于厚壁件，系数为1.8至2.2；中等厚度件为1.5至1.8；薄壁件为1.3至1.6。本案例选择了1.75作为中间优化系数，从压室至浇口间，以1.9开始，1.5结束。见图3。

从能量损失方面考虑，浇道的最佳几何形状应是圆形，考虑到便于加工等原因，常采用其近似的梯形来代替，见图4。

2 排气方案设计

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真空压铸模具排气方案设计，主要包括真空系统选型—即真空机及排气元件的选择、排气元件的安装、排气接口及排气通道的设置。 3.1真空系统选型 首先选择排气元件，瑞士方达瑞（FONAREX）公司的排气元件按结构形式有真空阀或真空冷却块，其选择取决于产品质量要求和经济性。产品质量要求高的需采用真空阀。按规格和排气能力分为超小型、小型、中型、大型和超大型。 然后是选择真空机，其排气能力要与排气元件的大小相匹配，这样才能发挥出所选用的真空排气元件的特点与能力。真空阀和真空机选择的原则见表5。冷却块的选择见表6。依本例，根据铝铸件净重，选择中型单腔真空机和中型冷却块，见图5。 表5 真空阀和真空机选择的原则 真空阀 铝合金净重 锌合金净重 镁合金净重 压铸机 直到250 t 对应的真空机 所有型 所有型 所有型 大型 大型 超小 0.05 – 0.3 kg 0.15 – 0.8 kg 0.03 -0.2 kg 小型 0.1 – 0.6 kg 0.25 – 1.6 kg 0.06 – 0.35 kg 直到 400 t 中型 0.6 – 4.0 kg 1.6 – 10 kg 0.3 – 2.4 kg 200 – 800 t 大型 超大 4 – 8 kg 8 – 16 kg – – 2.4 – 4.5 kg 600 – 2000 t 4.5 – 9.5 kg 1600 – 4000 t 表6 冷却块型号 排气面积 排气能力 冷却块型号 高X宽X厚（毫米） 冷却块间隙 （毫米） 对应真空阀 （毫米） （升/秒） 标准型： SCS30小型 SCS60中型 SCS100大型 150x63x50 250x100x50 300x140x60 0.65 0.8 0.9 30 108 1.5 3.5 6.5 小型阀 中型阀 大型阀 。

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3.2. 排气元件安装

排气元件最佳安装位置是在模框内，如果安装在模框外，其背面与模板之间需增加支撑块，以防止压射时排气元件涨开；同时尽量靠近铸件排气接口。至于放在上面还是侧面，不影响排气效果。本例中图6，排气冷却块设计在上模框内。

3.3 排气接口的设置原则

铸件金属液最后充型处和重要控制点都应设置排气接口，接口的截面积总和至少要等于相应的排气元件的面积和。本例中中型冷却块的排气面积为平方毫米，而排气接口面积总和为72平方毫米。

3.4 排气通道的设置

设排气元件的接口处为100%，以下的分支总和至少按1.1倍递增。见图6。排气通道的脱模斜度为12-15度。如果按15度考虑，采用中型真空冷却块SCS60，其尺寸分配为： 1）12×6；2）9×6.6；3）7.6×5；4）7×4；5）6×3.6；6）5×3；7）4×3

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本例的真空排气设计方案见图7。有关排气元件的详细安装尺寸，请参见瑞士方达瑞公司提供的相关型号设计手册。

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4 应用示例

图8展示的是平板铸件真空压铸模具浇注系统及排气方案的设计要点。左半部展示的是标准的真空压铸排气接口及通道的设计图，右半部展示的是带集渣包的真空压铸排气通道的设计图。

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图9展示的是一铸件真空压铸设计错误的浇注系统和排气通道设计，应按细线条标明的位置及要求做修改，才能保证真空压铸的效果。

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图10和图11展示的是典型的圆筒形压铸件，采用双冷却块的浇注系统及排气方案设计。

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5 结论

真空压铸模具的设计取决于产品结构、质量等要求，需考虑的因素与传统被动排气模具是一致的。真空压铸模具的型腔抽真空时，模具分型面不需要增加密封圈，但要求模具表面平整，无飞料！所有内部排气通道都要求汇合于排气元件接口处，除了与排气元件相连的接口外，不容许出现任何其它排气口。同时，真空元件的排气点一定要设置在定模块上，否则会造成排气胶管拖动而过早损坏！如对传统排气模具进行真空模具的改造，除以上要求外，一定要将通往模具外的其它排气槽全部封死。 一般来讲，采用与铸件重量匹配的单个排气元件最经济；但由于受到铸件形状的，或排气通道过长的影响，换成两个低一级的排气元件，效果更佳！严格来说，即使在排气面积一样的情况下，设计合理的冷却块排气，其效率仅为机械式真空阀的60%左右。但从一次性投资成本以及维护成本上考量，冷却块比机械阀占优。

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瑞士方达瑞真空系统设计应用范围较宽：可用于设计新模，或旧模改造；可用于铝，锌，镁合金等有色金属生产；可用于冷室和热室压铸机；可用于有自动化数据控制要求的压铸工艺中。对于特殊的应用，如低压、低速压铸等，作适当的调整后也可采用。

总之，真空压铸生产是一个影响因素众多，彼此干涉交错而非常复杂的工艺。真空压铸模具的设计，既有一定规律可循，也要具体问题具体分析，灵活掌握。要做到基本数据、信息收集全面，分析透彻，尽可能充分考虑所有的外部条件。确保设计优质的模具，才能生产高质量压铸件

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