壓鑄模具設計：壓鑄件的成功一步 澆口位置必須找準
一副壓鑄模具的順利投產(chǎn)是一個壓鑄件成功開發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)，而澆道系統(tǒng)的良好設計是保證壓鑄模具正常生產(chǎn)的前提。特別是一些有特殊要求(如氣密性、表面粗糙度等)的產(chǎn)品，批量生產(chǎn)時，這些特殊要求往往成了考核一個壓鑄模具成功與否的關鍵指標。我們在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，雖然影響壓鑄件特殊要求質(zhì)量的因素較多，但澆口位置的設置往往是一個不可忽視的環(huán)節(jié)，不恰當?shù)臐部谖恢迷O置會造成一副模具的整體報廢，或者模具生命周期大打折扣。本文以生產(chǎn)實踐中壓鑄模澆口位置的設置對壓鑄件質(zhì)量的影響做一簡要的闡述。
壓鑄件澆道系統(tǒng)的設計需要通過對鑄件的結構分析，并確定各種要求以后進行。設計澆注系統(tǒng)的一般過程是：
(1)選擇澆口的位置。
(2)考慮引導金屬流的流向。
(3)劃分澆口的股數(shù)。
(4)設置澆道的形狀和尺寸。
(5)確定內(nèi)澆道的截面積。
在實際設計中，除澆口位置的選擇是首先考慮的一步外，上述順序只是一個大概考慮的步驟，先后次序并不是十分嚴格。其實，上述這幾方面是互相影響、互相制約的。在考慮后一個步驟時，很可能要對前一個步驟已作的設計進行改變和調(diào)整。因此，必須根據(jù)具體情況全面地加以綜合考慮，從而設計出符合要求的澆注系統(tǒng)。由于澆道系統(tǒng)的設計對壓鑄件質(zhì)量影響的因素較多，本文僅就涉及澆口位置的選擇對壓鑄件質(zhì)量的影響進行討論。
一、 澆口位置的選擇原則
在模具設計時，澆口位置的選擇，往往受到合金種類、鑄件結構和形狀、壁厚變化、收縮變形、機型類別(臥式、立式)，以及鑄件的使用要求等方面的限制，因此對壓鑄件來說，理想的澆口位置是很少的。在這些需要考慮的因素中，只能以滿足最主要的需求來確定澆口位置，特別是一些特殊的需要。澆口位置首先受到壓鑄件外形所限定，同時還要考慮其他一些因素。一般來講需要注意以下幾個方面的問題。
(1)澆口位置應取在金屬液填充流程最短、流至型腔各部位的距離盡量相近的部位，使填充路徑減少曲折和避免過多的迂回。建議盡量采用中心澆口。
(2)澆口位置放在壓鑄件壁厚最厚的部位有利于最終壓力的傳遞。同時，澆口開設在厚壁部位，對內(nèi)澆道厚度的增加也留有余地。
(3)澆口位置應使型腔溫度場的分布符合工藝要求，盡量滿足金屬液流至最遠端的填充條件。
(4)澆口位置取在金屬液流進入型腔不起旋渦且排氣順暢的部位，有利于型腔內(nèi)氣體的排除。生產(chǎn)實踐中，要排除出全部氣體是十分困難的，但針對鑄件形狀設法盡量多地排除氣體則是設計時應考慮的問題。排氣問題對有氣密性要求的鑄件應特別引起重視。
(5)對于框形鑄件，澆口位置可以放在鑄件投影范圍內(nèi)(見圖1)，若單個澆口填充良好，沒必要采用多股澆口。
(6)澆口位置盡可能取在金屬液流不正面沖擊型芯的部位，應避免使金屬流撞擊型芯(或型壁)。因為撞擊型芯后，金屬液動能耗散劇烈，同時也易形成分散液滴與空氣相混，使鑄件缺陷增多。型芯被沖蝕后，產(chǎn)生粘模，嚴重時，被沖蝕的部位形成凹陷，影響鑄件脫模。
(7)澆口位置應設置在鑄件成形后容易去除或沖切澆口的部位。
(8)對有氣密性要求或不允有氣孔存在的壓鑄件，內(nèi)澆道應設置在金屬液最終都能保持壓力的部位。
二、澆口位置影響壓鑄件質(zhì)量的實例
2.汽車空調(diào)壓縮機下殼體
如圖2所示，是一款汽車空調(diào)壓縮機的下殼體，該產(chǎn)品采用ADC12 合金，在DCC400壓鑄機上生產(chǎn)，沖頭直徑70mm，產(chǎn)品凈重1040 g，渣包重量267 g，模具溫度180～220℃，鋁液溫度650～680℃。
經(jīng)過幾次小批量生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，在圖2所示的三個部位會出現(xiàn)數(shù)量不等的漏氣現(xiàn)象，綜合漏氣比例甚至高達20%～30%。雖然一些滲漏的產(chǎn)品件后續(xù)經(jīng)過浸滲處理能達到客戶的檢驗標準，但是每次的浸滲費用較高，導致生產(chǎn)成本大幅上升，模具無法投入正常的生產(chǎn)。
為改善這一狀況，我們對幾次試制的壓鑄工藝進行了認真的計算分析，對該模具來說，原有的壓鑄工藝參數(shù)基本上都調(diào)整到了最佳的狀態(tài)，是否是由于模具澆排系統(tǒng)的原因造成的這一問題呢?隨即，我們便采用目前流行的壓鑄模擬流動分析軟件對該模具的填充過程做模流分析，如圖3所示。
從模流填充圖上，我們可以看出，由于澆口開在產(chǎn)品件的端面上，在金屬液填充時，圖2所示的漏氣部位B和C兩處，恰好是金屬液填充最末端所在的部位，由于這個產(chǎn)品的底部較厚，圓周的桶壁厚度較薄，金屬液填充的末端在最后的增壓階段無法得到有效的補縮，內(nèi)部存在組織疏松，最終造成鑄件在此處漏氣，氣密性不合格。
由上述分析可知，該模具的澆口位置設置欠妥，導致了鑄件氣密性檢測不合格，通過調(diào)整工藝參數(shù)僅能夠?qū)β獾谋壤鸬叫》纳疲荒軓母旧辖鉀Q鑄件漏氣的問題。為徹底解決下殼體的漏氣問題，我們決定對該模具的澆口位置進行更改，更改澆道位置后的鑄件三維毛坯如圖4所示。
同時，我們對新的設計方案做了模擬填充分析，結果如圖5所示。
從更改澆口位置后所作的模擬分析可以看出，在新的填充方案中，金屬液基本上是順序填充，流動平穩(wěn)，同時，在金屬液流動的最末端還設計有一個較大的集渣包及一定面積的排氣槽;從模擬結果上來看，更改后的方案要明顯優(yōu)于原有的設計方案。
隨后，我們根據(jù)新的設計方案，對模具的澆口位置進行更改，經(jīng)過小批試模，產(chǎn)品件的綜合漏氣率下降到了3.3%左右，達到了預期的更改效果。
2. 汽車機油泵殼體氣密性的改善
圖6所示的鑄件是汽車上使用的一種機油泵的殼體，圖示區(qū)域有氣密性的要求，該產(chǎn)品是一個比較成熟的產(chǎn)品，已多次開過模具，在歷次的模具使用過程中都存在產(chǎn)品氣密性不良的問題，為改進原有模具存在的這個難題，我們決定從更改壓鑄模具的澆口位置入手，重新設計該產(chǎn)品的澆道系統(tǒng)。
(1)根據(jù)澆口位置的選擇原則可知，中心澆口的使用，可以使金屬液的流程最短，同時有利于型腔內(nèi)氣體的排出，有利于鑄件的氣密性的提高。由于該產(chǎn)品的中間部位恰好有一個直徑約40mm的通孔，完全可以采用中心進料的方式開模。對采用中心澆口的方案，我們作了模擬填充分析，圖7為中心進料填充的機油泵殼體模擬
從圖7可以看出，采用中心澆口后，恰恰是有氣密性要求的區(qū)域發(fā)生了填充不良，大面積的氣體被包裹進去，此方案對提高鑄件的質(zhì)量及氣密性沒有大的改善，有可能還會帶來不良的后果，因此這個方案最終被否定了。經(jīng)過大家的討論研究，我們重新制定了第二套澆口位置的方案。
(2)根據(jù)壓鑄件的使用要求，采用多股分支澆道，將兩個分支開設在有氣密性要求的部位，加強對這一區(qū)域的填充和補縮。根據(jù)設計方案，新的澆道模擬結果如圖8所示。
由圖8可以看出，金屬液進入型腔后對有氣密性要求的區(qū)域的填充，是平穩(wěn)推進的，沒有噴射、卷氣等現(xiàn)象發(fā)生，且澆口開設在有氣密性要求的區(qū)域，在填充完畢后，能夠很好地完成對該區(qū)域的增壓補縮作用，可大大提高鑄件此區(qū)域的的致密度，有效地減少氣孔、縮孔的發(fā)生，對提高鑄件的氣密性非常的有益。
新開模具時參照第二套設計方案，重新開設了澆道位置和內(nèi)澆道參數(shù)，經(jīng)過試模和批量生產(chǎn)，該產(chǎn)品的氣密性得到了很大的改善，漏氣率下降到5%以內(nèi)。
結語
通過上述分析，我們可以看到，一副模具澆道位置的設計存在許多不同的設計方案，如何從諸多的設計方案中遴選出最佳的設計方案，是設計精良的壓鑄模具必然要經(jīng)歷的一個過程，隨著現(xiàn)代軟件技術的發(fā)展，依靠先進的壓鑄模擬軟件，可以幫助設計人員對澆道位置做出更好的選擇，從而能避免模具使用后才發(fā)現(xiàn)的問題，再進行模具更改的尷尬，同時也能為企業(yè)節(jié)約一筆可觀的模具更改費用。
來源：《金屬加工（熱加工）》轉(zhuǎn)載請注明出處
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向客服提問上一篇： 天哪，原來這些壓鑄缺陷都與模溫有關？
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