壓鑄模設(shè)計―第七章 澆注系統(tǒng)及溢流、排氣系統(tǒng)設(shè)計

1、1,第七章 澆注系統(tǒng)及溢流、排氣系統(tǒng)設(shè)計,澆注系統(tǒng)設(shè)計 溢流與排氣系統(tǒng)設(shè)計,2,定義：金屬液在壓力的作用下充填型腔的通道。 組成：直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口和余料等。 作用：澆注系統(tǒng)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(diào)節(jié)作用。,第一節(jié) 澆注系統(tǒng)設(shè)計,3,注：1-直澆道； 2-橫澆道；3-內(nèi)澆道； 4-余料,圖7-1 各種類型壓鑄機澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),一、澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及分類,（一）澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),4,按金屬液進入型腔的部位和內(nèi)澆口形狀，可分為； 側(cè)澆道 中心澆道 頂澆道 環(huán)形澆道 縫隙澆道 多支澆道 點澆道,（二）澆注系統(tǒng)

2、的分類,5,側(cè)澆道 澆口設(shè)于鑄件一側(cè)，是常見的澆口形式，適用于多數(shù)形狀的鑄件，便于在清理鑄件時除去。,圖7-2 不同形式的側(cè)澆道,6,中心澆道 頂部帶有通孔的筒類或殼體類壓鑄件，內(nèi)澆道開設(shè)在孔口處，同時在中心設(shè)置分流錐。 可縮短金屬液在充型時的流程，并有利于較深型腔內(nèi)氣體的通過分型面排出，澆注系統(tǒng)金屬液消耗少，可減少鑄件、澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)在分型面上的投影面積，減小鑄型輪廓，提高壓鑄機合型力的有效利用率。 適用于立式冷式壓鑄機或熱壓室壓鑄機。,7,圖7-3 中心澆道,8,直接澆道（或稱頂澆道） 把直澆道的底部直接作為內(nèi)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

3、切除。,圖7-4 直接澆道,9,圖7-5 不同形式的環(huán)形澆道,環(huán)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(tǒng)困難。,10,縫隙澆口 設(shè)在較高鑄件的側(cè)壁高度方向上，它有利于具有較深內(nèi)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(tǒng)。,圖7-6 縫隙澆道,11,切線澆道 又稱切向澆道，適用于環(huán)形鑄件，內(nèi)澆口的兩條切線方向應(yīng)注意盡量不讓導(dǎo)引的金屬液沖刷形成鑄件內(nèi)圓的型芯。,圖7-7 切線澆道,12,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(jié)構(gòu)對稱壁厚均勻且在2.0-3.5mm之間的罩殼類零件。,圖7-8 點

4、澆道,13,多支澆道 適合于一模多腔。,圖7-9 多支澆道,14,內(nèi)澆口的作用是根據(jù)壓鑄件的結(jié)構(gòu)、形狀、大小，以最佳流動狀態(tài)把金屬液引入型腔而獲得優(yōu)質(zhì)壓鑄件。 主要是確定內(nèi)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(tài)，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。,二、內(nèi)澆口設(shè)計,15,（一）內(nèi)澆口的分類,16,有利于壓力的傳遞，內(nèi)澆道一般設(shè)置在壓鑄件的厚壁處。 有利于型腔的排氣。 薄壁復(fù)雜的壓鑄件宜采用較薄的內(nèi)澆道，以保證較高的充填速度；一般結(jié)構(gòu)的壓鑄件，宜采用較厚的內(nèi)澆道，使金屬液流動平穩(wěn)。 金屬液進入型腔后不宜正面沖擊型芯，以減少動能損耗，防

5、止型芯沖蝕。,（二）內(nèi)澆口設(shè)計的原則,17,應(yīng)使金屬液充填型腔時的流程盡可能短，以減少金屬液的熱量損失： 內(nèi)澆道的數(shù)量以單道為主，以防止多道金屬液進入型腔后從幾路匯合，相互沖擊，產(chǎn)生渦流、裹氣和氧化夾渣等缺陷。 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(shè)置內(nèi)澆道。 內(nèi)澆道的設(shè)置應(yīng)便于切除和清理。,（二）內(nèi)澆口設(shè)計的原則（續(xù)）,18,合理,不合理,不合理,圖7-10 壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例,壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例（a）,19,圖7-10 壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例,壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例（b）,合理,不合理,不合理,b),20,圖7-10 壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例,壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)

6、計方案示例（c）,合理,不合理,c),21,圖7-10 壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例,壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例（d）,合理,不合理,d),22,圖7-10 壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例,壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例（e）,e),合理,不合理,23,圖7-10 壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例,壓鑄件內(nèi)澆口設(shè)計方案示例（f）,合理,不合理,f),24,1、流量計算法,（三）內(nèi)澆口截面積計算,式中：A內(nèi)內(nèi)澆口面積（cm2） V 壓鑄件體積和溢流槽體積（cm3） t 充型時間（s） v充 推薦的充填速度（cm/s）見表7-1 液態(tài)金屬的密度（g/cm3） G 壓鑄件和溢流槽的質(zhì)量（g） 。,25,表7-1 充型速度推薦

7、值,26,計算內(nèi)澆道截面積的經(jīng)驗公式很多，根據(jù)不同的條件可得出不同的經(jīng)驗公式。 例如，達伏克對內(nèi)澆道截面積和壓鑄件質(zhì)量之間的關(guān)系提出的經(jīng)驗公式：,2、經(jīng)驗公式,式中：A內(nèi)內(nèi)澆口面積（mm2） G 壓鑄件的質(zhì)量（g） 。,27,內(nèi)澆道的形狀除點澆道、直接澆道為圓形，中心澆道、環(huán)型繞道為圓環(huán)形外，基本上為扁平矩形狀。 根據(jù)充填理論可知，內(nèi)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(nèi)在質(zhì)量，因此，內(nèi)澆口的厚度是一個重要尺寸。,（四）內(nèi)澆道尺寸,28,內(nèi)澆道的最小厚度不應(yīng)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(nèi)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

8、會使內(nèi)澆道截面積發(fā)生很大的波動； 會使內(nèi)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(nèi)澆道厚度,29,（1）內(nèi)澆道厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù),30,圖7-11 內(nèi)澆道厚度d與凝固模數(shù)M的關(guān)系,（2）內(nèi)澆道厚度與凝固模數(shù)的關(guān)系,31,式中：M是凝固模數(shù)(cm)； V是壓鑄件體積(cm3)； A是壓鑄件表面積(cm2)。,凝固模數(shù)的計算公式：,32,內(nèi)澆道的厚度確定后，根據(jù)內(nèi)澆道的截面積即可計算出內(nèi)澆道的寬度。根據(jù)經(jīng)驗，矩形壓鑄件內(nèi)澆道寬度一般取邊長的0.60.8倍，圓形壓鑄件一般取直徑的0.40.6倍。 金屬液充填型腔時內(nèi)澆道處的阻力最大，為了減少壓力損失，應(yīng)盡量減少內(nèi)澆道的長

9、度，般取23mm。,2、內(nèi)澆道的寬度和長度,33,圖7-12 內(nèi)澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式,（五）內(nèi)澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式,34,圖7-12 內(nèi)澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式,35,圖7-12 內(nèi)澆道與壓鑄件和橫澆道的連接方式,36,直澆道的結(jié)構(gòu)與壓鑄機的類型有關(guān)，分為： 立式冷壓室壓鑄機用直澆道 臥式冷壓室壓鑄機用直澆道 熱壓室壓鑄機用直澆道,三、直澆道設(shè)計,37,立式冷壓室壓鑄機用直澆道主要的組成： 壓鑄機上噴嘴 模具上的澆口套 鑲塊 分流錐,（一）立式冷壓室壓鑄機用直澆道,38,圖7-10 立式冷壓室壓鑄機用直澆道 1余料 2噴嘴 3澆道套 4定模鑲塊 5分流錐,39,根據(jù)內(nèi)

10、澆道截面積選擇噴嘴導(dǎo)入口直徑。 A、B、C各段均有脫模斜度，A段為130，B段為1303，C段的斜度根據(jù)鑲塊厚度來確定，鑲塊厚斜度小，反之則大。 直澆道各段連接處的直徑單邊放大0.51.0mm。,1、直澆道的設(shè)計要點,40,由定模鑲塊與分流錐構(gòu)成的環(huán)形通道截面積一般為噴嘴導(dǎo)入口的1.2倍左右。分流錐直徑為： 式中：d2是直澆道底部環(huán)型截面處的外徑(mm)；d1是直澆道小端(噴嘴導(dǎo)入口）處直徑(mm)。 直澆道與橫澆道連接處要求圓滑過渡。,1、直澆道的設(shè)計要點（續(xù)）,41,澆口套一般鑲在定模座板上，采用澆口套可以節(jié)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

11、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(yīng)固定牢固，拆裝方便。,2、澆口套設(shè)計要點,42,圖7-11 立式壓鑄機用澆口套示意圖,43,分流錐單獨加工后裝在鑲塊內(nèi)，不允許在模具鑲塊上直接做出。 分流錐的結(jié)構(gòu)應(yīng)能起到分流金屬液和帶出直澆道的作用。,3、分流錐設(shè)計要點,44,圖7-12 分流錐的結(jié)構(gòu)形式,頂桿,45,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。,（二）臥式冷壓室壓鑄機用直澆道,46,圖7-13 臥式冷室壓鑄機用直澆道示意圖,

12、47,直澆道的直徑D根據(jù)壓鑄件所需的壓射比壓和壓室充滿度確定 直澆道厚度H，一般取直徑D的1/31/2。 澆口套靠近分型面一端在長度15 25mm范圍的內(nèi)孔上加工出130 2的脫模斜度。 與直澆道相連接的橫澆道一般設(shè)置在澆口套的上方，防止金屬液在壓射前流入型腔。,直澆道設(shè)計要點,48,當(dāng)臥式冷壓室壓鑄機采用中心澆口時，直澆道的設(shè)計同立式冷壓室壓鑄機。要求直澆道位于澆道套內(nèi)孔的上方，防止金屬液在壓射前流入型腔。,直澆道設(shè)計要點（續(xù)）,49,熱壓室壓鑄機用直澆道是由壓鑄機上的噴嘴與壓鑄模上的澆道套、分流錐組成。,（三）熱壓室壓鑄機用直澆道,50,直澆道設(shè)計要點,根據(jù)壓鑄件的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量選擇直澆道尺寸

13、。 根據(jù)內(nèi)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(nèi)澆道截面積的1.11.2倍。 直澆道環(huán)形戴面A-A處的壁厚h，對于小型壓鑄件取23mm，中型壓鑄件取35mm。 直澆道的脫模斜度一般取2 6。,51,直澆道設(shè)計要點（續(xù)）,為適應(yīng)熱壓室壓鑄機高效率生產(chǎn)的需要，通常在澆道套和分流錐內(nèi)部設(shè)置冷卻水道。,52,定義：橫澆道是連接直澆道和內(nèi)澆口的通道。 作用： 把金屬液從直澆道引入內(nèi)澆口內(nèi)； 橫澆道中的金屬液還能改善模具熱平衡，在壓鑄件冷卻凝固時起到補縮與傳遞靜壓力的作用。,四、橫澆道設(shè)計,53,（一）橫澆道的結(jié)構(gòu)形式,橫澆道的結(jié)構(gòu)形式和尺寸，主要取決于壓鑄件的形狀、大小、型腔個數(shù)，以及

14、內(nèi)澆道的形式、位置、方向和流入口的寬度等因素。,54,圖7-14 橫澆道的結(jié)構(gòu)形式,c)“T”形式,平直式,扇形式,圓弧收縮式,平直分支式,“T”形分支式,分叉式,圓角多支式,55,橫澆道截面積應(yīng)從直澆道向內(nèi)澆道方向逐漸縮小。 橫澆道截面積都不應(yīng)小于內(nèi)澆道截面積。 橫澆道應(yīng)具有一定的厚度和長度。 金屬液通過橫澆道時的熱損失應(yīng)盡可能地小，保證橫澆道比壓鑄件和內(nèi)澆口后凝固。 根據(jù)工藝需要可設(shè)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。,（一）橫澆道的設(shè)計原則,56,圖7-15 橫澆道的截面形狀,（二）橫澆道的截面形狀和尺寸,57,表7-2 橫澆道截面尺寸的選擇,58,（一

15、）圓盤類壓鑄件 1、號盤座壓鑄件的結(jié)構(gòu)特征： 壓鑄件為80mm圓盤形，兩面均有圓環(huán)形凸緣和厚薄不均勻的凸臺，中心孔和B處鑲有銅嵌件。壓鑄件總高度為18mm，最薄處壁厚為1.8mm。采用YL102鋁合金，壓鑄件上不允許有冷隔和夾渣等缺陷。,四、典型壓鑄件澆注系統(tǒng)的設(shè)計,59,圖7-16 號盤座,60,2、澆注系統(tǒng)分析,61,采用擴張后帶收縮式的外側(cè)澆口，內(nèi)澆口寬度取壓鑄件直徑的90% ，將金屬液引向壓鑄件的中心部位，對順利地排渣、排氣較為有利。但由于金屬流聚集在中心部位時，相互沖擊，液流紊亂，故中心部位仍有少量欠鑄和夾渣等缺陷。,62,采用夾角較小的擴散式外側(cè)澆口，內(nèi)澆口寬度一般為壓鑄件直徑的6

16、0%，內(nèi)澆口設(shè)置在靠近凸臺處，將金屬液首先填充凸臺和中心部位，使氣體、夾渣擠向內(nèi)澆口兩側(cè)，從設(shè)置在兩側(cè)的溢流槽、排氣槽中排除，改善了填充、排氣和壓力傳遞的條件，效果較好。,63,1、表蓋壓鑄件的結(jié)構(gòu)特征,壓鑄件平均壁厚為4mm，局部壁厚達11mm。蓋上需鉆18.2mm的兩個孔和M2mm螺孔八個。厚壁處不允許有縮孔和氣孔。采用YL102鋁合金。,（二）圓蓋類壓鑄件,64,圖7-17 表蓋壓鑄件,65,內(nèi)澆口設(shè)置在厚壁處，以利于壓力的有效傳遞。但由于內(nèi)澆口和橫澆道均過薄，厚壁處氣孔、縮孔仍為嚴(yán)重。,2、澆注系統(tǒng)分析,66,內(nèi)澆口設(shè)置在厚壁處，同時將內(nèi)澆口和橫澆道厚度增大，有利于靜壓力的傳遞，使厚壁

17、處質(zhì)量得到改善。,67,1、結(jié)構(gòu)特征 壓鑄件外圓有凸紋，其上不允許有氣孔。平均壁厚為3mm，質(zhì)量為100g，采用ZLl07鋁合金。,（三）圓環(huán)類壓鑄件,圖7-18 接插件壓鑄件,68,平面直注式澆口，金屬液正面沖擊型芯，易造成粘模，損壞壓鑄件表面質(zhì)量，降低模具使用壽命。,69,平面切線式澆口，金屬液首先封閉分型面，影響溢流排氣系統(tǒng)作用的發(fā)揮，深腔部位仍有氣孔。,70,反切線式澆口，金屬液首先充填深腔處，將氣體擠向分型面，從溢流排氣系統(tǒng)中排除，不正面沖擊型芯，又不過早封閉分型面，充填排氣條件良好，改善鑄件質(zhì)量，提高模具壽命。,71,圖7-19所示導(dǎo)管壓鑄件為長筒管狀，壁厚均勻。要求有較小的表面粗

18、糙度。,（四）筒類壓鑄件,圖7-19 導(dǎo)管壓鑄件,72,澆注系統(tǒng)的分析,平直側(cè)澆道，金屬液從平直方向注入，在兩端設(shè)置環(huán)型溢流槽。由于金屬液直接沖擊型芯，流態(tài)離紊亂，壓鑄件表面容易出現(xiàn)流花紋等缺陷。,73,切線端部側(cè)澆道，金屬液從一端切線方向充填型腔，在另一端設(shè)置環(huán)型溢流槽，并采用盲澆道改善模具熱平衡狀態(tài)。充填、排氣條件較好，有利于提高壓鑄件質(zhì)量，去除澆道方便，但增加了金屬液消耗量。,74,環(huán)型澆道，金屬液從一端環(huán)型澆道注入，另一端設(shè)置溢流槽，順著型芯方向充填，在另一端設(shè)置溢流槽。充填、排氣條件良好，有利于提高壓鑄件質(zhì)量。,75,環(huán)型澆道，金屬液從一端環(huán)型澆道注入，另一端設(shè)置溢流槽，順著型芯方向

19、充填，在另一端設(shè)置溢流槽，盲澆道改善模具熱平衡狀態(tài)。此系統(tǒng)充填、排氣條件良好，壓鑄件質(zhì)量好，表面光潔，但增加了金屬液消耗量。,76,（四）殼體類壓鑄件,圖7-19 罩殼壓鑄件,77,頂澆道，金屬液流程短而均勻，充填條件良好。模具結(jié)構(gòu)緊湊，外形較小，模具熱平衡狀態(tài)和壓鑄機受力狀態(tài)均良好，壓鑄模有效面積利用率高，澆注系統(tǒng)消耗金屬量較少。但直澆道和壓鑄件連接處熱量集中，易導(dǎo)致縮松和粘附，澆道需要切除。,78,點澆道，除具有頂澆道的優(yōu)點外，去除澆道方便，但模具需要兩次分型，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。對于較深的型腔，采用點澆道時，四側(cè)花紋較嚴(yán)重。,79,端部側(cè)澆道，金屬液流程長，轉(zhuǎn)折多，遠(yuǎn)離澆道的一端充填條件不良，

20、易產(chǎn)生流痕、冷隔。設(shè)置大容量溢流槽，可改善模具熱平衡狀態(tài)，壓鑄件質(zhì)量有所提高，去除澆道較為方便。,80,橫向側(cè)澆道，金屬液流程要短些，但轉(zhuǎn)折仍多，澆道對面的一側(cè)易產(chǎn)生流痕、冷隔。為改善頂部和對面一側(cè)充填、排氣條件，首先將金屬液引向壓鑄件頂部，以排除深腔部位的氣體，在最后充填部位設(shè)置大容量溢流槽，效果更好,81,溢流槽和排氣槽的采用和設(shè)置是提高壓鑄件質(zhì)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(tǒng)設(shè)計不合理而帶來的鑄造缺陷。 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(jié)構(gòu)形式等。,第二節(jié) 溢流與排氣系統(tǒng)設(shè)計,82,（一）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(tài)，防止局部產(chǎn)生渦流。 調(diào)節(jié)模具型腔的溫度場，改善模具的熱平衡狀態(tài)。 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。,一、溢流槽設(shè)計,83,1、設(shè)置在分型面上的溢流槽,（二）溢流槽的結(jié)