锌合金压铸模具设计-锥形浇道系统设计方法

锌合金压铸浇注系统常采用锥形浇道（见图１），锥形浇道系统是应用水力学的一个基本原理，通过不断收缩的由喷嘴到内浇道的截面积，可以控制流体的速度，减少流道内压力的损失，并获得高的内浇道速度，缩短充填时间。这种设计还可以有效地降低空气混入浇注系统，以减少产生铸件气孔缺陷。相比于传统的浇注系统设计，锥形流道比较轻巧，节省金属，并在试模阶段不需要太多的修改，使用证明的确有助于生产高品质的压铸件。

１．选择整体前流的填充形式

       浇注系统设计的第一步是需要确定金属液以什么样的方式进入型腔并充填型腔，以锌合金压铸最理想的方式是整体前流，雾状充填，即让金属液有一个稳定的流动前沿（整体前流），快速、均匀地填充整个型腔，将型腔内的气体通过排气道排出模外，并避免金属回流产生涡流。雾状充填可把气体打碎成极微小的气泡，均匀弥散在压铸件中，通常不影响力学性能。图２所示的填充状态，箭头示意金属液进入型腔的方向。

模具设计1

２．金属液进入型腔的射流方向（射流角度）

（１）射流方向

       在锥形浇道中，金属液通过内浇道进入型腔，都是呈一定角度的，而不是直角射入，射流的角度由两个分速度决定（见图３）a、金属液沿横浇道方向前进的水平分速度；

模具设计2

b、由金属压力作用产生的垂直分速度。

（２）作用

       选择射流角度可以控制金属液进入型腔的方向。设计模具时，决定内浇道的截面积，选择合适的角度，试模时，发现问题，可以从这两方面进行调整、修正。锌合金充型速度一般是４０m/s左右，在高压高速的作用下，金属液开始进入型腔是以喷射流充型，在填充过程中受到碰撞、摩擦、阻力等不断损耗时，喷射流变成压力流，因此，喷射流充填的部位比由压力流充填的部位的表面质量要好，而缺陷的产生，尤其是花纹易出现于压力流充填的部位。

（３）射流角度确定

       为了使进入型腔的金属液按设想的方向迅速填充各部位，不留下死角，需确定射流角度。根据铸件的几何形状，以及所需要的射流方向来定，一般在25°－50°。

方法一：射流角度由（横浇道面积Ain）／（内浇道面积Ag）的比率而定（见图５中曲线）。

模具设计3

Ain－内浇道始端横浇道的面积（见图３）

Ag－内浇道截面积

例如Ain／Ag＝1.0时，射流角度为45°。（见图５）         

方法二：通过流道的位置设计来获得所需的射流方向。如在流道某些部位做成弯位，以改变金属的射流方向，如图４的浇道设计。从图２中箭头所示，可以看到，在浇道不同的位置上，金属液进入型腔的射流方向是不同的。

       射流角度是随着横浇道和内浇口截面积的变化而变化。控制射流角度，可改善铸件某一部位的欠铸情况，利于排气。

３．从直浇道到内浇道的设计

       整个浇注系统采用变截面形式，即从直浇道向内浇道逐渐收缩，以保证金属液连续保持充满浇注系统，最大限度减少涡流卷气。

       喷嘴出口处浇道截面积比分流锥形流道入口截面积大10%。

（１）直浇道

Ⅰ、直浇道截面积的收缩率在５%－10%；（见图７）。

Ⅱ、从直浇道到横浇道弯位，顺着金属液流动的方向把截面积缩减10%－30%（见图8）。当转弯半径R<10mm，缩减30%；当R>15mm，缩减10%，转弯半径越大，阻力越少，压力损耗越小。

（２）横浇道

        采用梯形截面积形状（图９），横浇道和内浇道的连接部分往往设计成10°－45°的角度，有利于增强散热，特别是模具两半都有型腔时，梯形截面形状可以增进流动效率，减少因摩擦造成的压力损失。

模具设计4

（３）三角连接区设计

       三角区的主要作用是将一条主流道分为两支流道，或将一模多腔分别填充，也可以将一个型腔分成几个区域填充。三角区域范围几何形状及尺寸良好的设计：是使浇道截面积朝金属液流动逐渐减缩。分支弯位成椭圆曲线，减少阻力；转向时利用圆角使压力损失控制在10－20%；减少金属液流经三角区的距离；减少困在分支流道内的空气量。         

     （主流道截面积）／（两条支流道截面积之和）＝1.3－1.5

       当内浇道长度是A时，弯位椭圆半径R分别是0.65A、0.5A、1.2A。三角区有内浇道时其深度同样是0.2－0.3mm，如果试模时发觉从三角区流进的金属液不足，（例如铸件从三角区进水地方有冷纹或大孔隙）可把横过三角区范围角度增大（最高可增加５°）以改善流程。如图10所示。

模具设计5

（４）内浇口及缓冲器

      由于浇道截面逐渐减少，速度越来越大（如A点：60m/s、B点：100m/s），当内浇口被填充时，为减少金属液高速冲击内浇口末端。设置缓冲器可减少冲击，同时接纳冷的金属液，困住气体。

     a    缓冲器形式：顺圆周方向切线

     b    缓冲器流道面积：２mm×２mm

     c    缓冲器深：２mm

     d    缓冲器表面积A≥流道入口Ain         

模具设计6

内浇口设计：

      a   内浇口厚度：薄件：0.2－0.5mm，正常：0.5－0.8mm；  厚件：0.8－1.0mm。设计时取小一些，试模时再调整。

      b   由于内浇口截面积×充填速度＝充头速度×压室面积，所以一定的金属量进入型腔时，内浇口截面积越小，金属液的充填速度越大，对成型越有利。

      c    内浇口的厚度不一定要均一。有时内浇口部分位置可以厚过其他位置，目的使对应铸件壁较厚的区域有更多的金属液流入。

      d    对薄件采用长而薄的内浇口，以减少金属液在型腔流动路径。

      e    对厚件可采用短而厚的内浇口（最厚不超过１mm），使内浇口不要过早凝固，有利于补缩。

      f    对于厚、薄不均铸件，金属流动方向可从薄壁部分流入壁厚部分。有利于模具热平衡，铸件同时凝固。

（５）排气通道

     排气通道设在金属液最后填充的部位。

     A    排气通道截面积应是内浇口截面积的10－20%；

     B    排气通道的厚度为0.05mm；

     C     排气通道的总长＝（内浇口截面积的10－20%）／0.05

（６）溢流槽

       作用：a  排出杂物，排出气体；b  保持温度平衡；c  改善流动方向（引流）；d  作顶出平台。

模具设计7

       开设位置：在金属液最先流到的地方；在突出位型芯的背面；多股液流汇合之处；由于铸件形状而出现的涡流部位；金属液最后流到的位置；水口两侧充型不到的死角位置；大平面上易产生缺陷的区域；一般铸件温度较低的区域；料位厚而易产生收缩的区域；难于排气的部位（增加排气道位置）；作顶出平台作用；需引流而不使分形面过早封闭的部位。

       尺寸：总体积：占合金量的10－30%

　　数量：根据需要位置的多少决定

　    溢口面积：为水口面积的60－75%（max）

　　溢口厚度：0.25－0.5mm，溢口厚度不应大于水口厚度，以保证增压效果。溢流槽与          排气槽连接，减少型腔内压力，排出气体。

浇口面积计算方法--经验数据

       内浇口的截面积、内浇口速度、充型时间的数据组合要以选定的金属压力和金属流量为基础。根据铸件重量的大小和选择的内浇口速度及充型时间来计算出内浇口截面积（经验数据）。

          高质量电镀压铸件：内浇口速度：40－50m/s　充型时间：0.01－0.02s

　　　其他压铸件：内浇口速度：40－50m/s　充型时间：0.01－0.04s