1、压铸模浇道系统科学设计过程刘广富摘要 所谓压铸模浇道系统科学设计，是相对常用的经验设计而言的。其特点是：用 PQ2 图技术确定浇口面积，以达到压铸工艺需要与压铸机压射能力的匹配。按所预计的充填区域充型需要，分配分浇口的面积，以避免互相干涉。根据充填区域的特征，选用适当的馈送浇道形式，并按需要计算馈送浇道尺寸。从压室出口到馈送浇道进口，浇道截面积递减，实现充型金属液流动速度递增，最大限度减少气体进入的机会。关键词 浇道系统科学设计；P Q 2 图技术；馈送浇道。 正文压铸技术先进的国家，在 20 世纪 70 年代末 80 年代初，完成了压铸模浇道系统设计从经验设计向科学设计的转化。国外有人把它称
2、之为“一次压射成功的技术” 。20 世纪 80 年代初我们刚听到这种说法时，一致认为他们在吹牛。后来经过他们的系统培训，又经过 10 几年的压铸模设计实践证实，虽然不能说百分之百的“一次压射成功” ，一次压射成功率非常非常高，确是事实。“一次压射成功的技术” ，是一整套压铸技术。包括 PQ2 图技术，馈送浇道技术，横浇道（简称浇道）技术。其核心技术是 PQ2 图技术。PQ 2 图技术，可以做到把我们设计的模具，模拟地装到一台预选的压铸机上，在这台压铸机允许的压射能力（压射速度、压射压力、压室直径）范围内设定压铸机，看看用这个浇口面积，和预期的压铸工艺参数浇口速度和充型时间（经验数据或专家推荐数
3、据） ，在选择的压铸机上能否实现。耐心调整压铸机设定和浇口面积，一般都能得到满意的结果。再配合一套科学的浇道系统设计计算，按我们的要求控制金属液流动。这样，就非常可能实现试模“一次压射成功” 。要把这套技术讲明白，恐怕需要写一本书，再加上适当的培训。这不是本文的任务。本文只想借一个实际设计个案为例，简单介绍压铸模浇道系统科学设计的过程，读者自己去比较一下，与经验设计有什么不同，体验一下为什么可以实现或接近实现一次压射成功。零件名称：灯具框。轮廓尺寸：520555150；壁厚：2.5；材料 ：y102 ；质量 ：1500g，加溢流槽质量 25% ，1500 1.25 1875g 。一 确定浇口面
4、积 Ga 用流量计算法粗略计算浇口面积 Ga 计算公式 Ga Vt式中，G a 为浇口面积 ，c m2 ；G 为压铸件加溢流槽质量 ，g ； 为压铸合金液态密度 ，g / c m3 ，铝硅合金 2 . 4 ；V 为浇口速度 ，c m / s ，取 32 m/s = 3200 cm /s ；t 为充型时间 ，s ，取0.038s 。Ga 6 . 43038.2.175以选用的充型时间 t ，和可以实际应用的压铸机快压射速度 Vj ，计算压室直径 D。压铸机有负荷快压射速度，铝合金压铸一般不会超过 3 m/s 300 cm/s ，取小一点比较可靠。这里取 2.5m/s。国产压铸机有负荷快压射速度一
5、般不会超过 3 m/s，甚至达不到 2 m/s。 （分两步计算）计算压室截面积 A A = 82 .24 cm2 jtVG25038.417计算压室直径 D D 2 2 10 .23 10 c mA4.8用 PQ 2 图技术验证上面的计算，和与压铸机的匹配。按预期的工艺参数计算出需要的金属压力和金属流量。计算需要的金属压力 Pn 。浇口速度与金属压力的关系式 V C d = Cd n22nP式中，V 为浇口速度，m/s；Cd 为流出量系数，铝合金压铸建议取 0.50.6； 为金属液液态密度，铝硅合金取 2.4g/cm3 =2400 kg / m3 ；P n 为快压射阶段的压室内冲头作用在金属液
6、的压力，简称金属压力（或充型压射比压） ，Mpa 。 C d 取 0.5，公式前两项计算结果为 0.5 0.0144240已知 V 32 m/s ，计算 P n 。 P n 4.94 M Pa 2014.3计算需要的金属流量 Q n 。 t s nG式中，G 为压铸件加溢流槽质量； Qn 实际需要的金属液流量， m3 / s。已知，时间 t 0.038 ，压铸件（包括溢流槽）质量 G 1875g = 1.875kg ，= 2400kg/m 3 。Qn 0.0206 m3 / s = 20600 cm3 / st038.24751选定压铸机 ：国产 J 11100 ，增压前压射力 450 KN
7、, 压室直径 100 mm。计算最大金属压力 P P = 45.84 MPa Akj508.4式中，P j 为 压铸机增压前压射力 450 KN = 450000 N ，系数 k 取 0.8 ；A 为压室截面积，压室直径 10 c m=100mm。P 为快压射终了还没有增压时，压室内冲头作用在金属液的压力。把以上计算结果绘入 PQ2 图 。P = 45.84 压力 P MPa Pn = 4.94 Qn = 0.0206 Q = 0.0218流量 Q m3 / s 连接 P 点和匹配点，与横坐标相交于 Q 。这条线就是我们需要设定的压铸机 PQ2 图。 计算 Q 点流量和相应的设定快压射速度 V
8、j ：Q = = = 0.0218 m3 / s =21800cm3 / s nnP2 94.8.5026.计算设定的压铸机快压射速度 Vj ：（无负荷快压射速度）Vj 277c m / s 2 . 77 m / s A52180计算实际的压铸机快压射速度 V n ：（有负荷快压射速度）Qn = 0.0206m3/s = 20600cm3/sV n 262c m / s 2 . 62 m / s AQ5206计算浇口面积。Qn = Ga V Ga = Ga = = 6.44 = 644 mm2n3206浇口面积确定结果 浇口面积 ：6 . 44 c m 2 644 m m2 ； 预期浇口速度
9、：32 m / s ； 充型时间 ： 0 . 038 s ；建议选择压铸机 ：国产 J11100 ； 建议设定快压射速度 ：2 . 77 m / s ； 预计实际快压射速度 ：2 .62 m / s ； 建议设定不增压压射力 ： 450 kn ； 压室直径 ：100 m m 。试模前，按 PQ2 图技术确定的压铸机预期数据，调整设定压铸机参数。如果用函数计算器计算，上述算法比较快捷。如果有 PQ2 图技术计算软件，可以直接在电脑上用 PQ2 图技术，确定浇口面积、压室直径和压铸机参数设定。确定浇口数、位置和每个分浇口面积浇道系统示意图1 2 43 5 大型方框形压铸件充型比较困难，因为不论在型
10、腔哪一边放浇口，充型金属液都要分成两股，在型腔内长距离多次改变方向流动，两股金属流达到对边相汇时，很难达到很好的融合，极易形成铸造缺陷。现在我们把它化大为小，化繁为简，把一个方框形压铸件分割成 5 个简单的长条形“压铸件” ，用 5 个浇口对 5 个小“压铸件”分别充型 ，每个浇口位置在各自“型腔”的中间。计算每个分浇口的面积。计算每个分浇口的面积的基本原则是：浇口面积与该部分的压铸件质量成比例。计算分割后每个部分的质量，再计算每部分占总质量的百分比，再按质量百分比分配浇口面积。结果是：部分 1 占 43 . 5% ，部分 2 、4 各占 17 % ，部分 3、5 各占 11. 2% 。 浇口
11、面积分别是： 浇口 1： 280mm2 ；浇口 2 、4 ：110mm 2 ；浇口 3 、 5 ：72 mm 2 。二 确定金属液进入型腔的方向和馈送浇道形式馈送浇道是指浇道向浇口过渡的那一段金属流通道。压铸技术先进的国家和地区，把馈送浇道作为浇道系统中一项独立内容，进行了大量的研究实验，取得重要成果。研究 、实验和压铸生产实践都证实，把简单的比较随意的“浇道 、浇口与铸件的连接” ，提高到科学地馈送浇道设计，能有效地控制整个浇口宽度上金属液流出量特征和金属液流出方向。设计工程师可以针对压铸件特征，有目的地选用馈送浇道形式，提高浇口充型能力。馈送浇道有两种基本形式：扇形馈送浇道和切向馈送浇道。
12、扇形馈送浇道又分为喇叭形馈送浇道和漏斗形馈送浇道。切向馈送浇道又分为双切向馈送浇道和单切向馈送浇道。双切向馈送浇道又分为对称的双切向馈送浇道，和不对称的双切向馈送浇道。针对每个浇口负责填充区域的特征，确定馈送浇道形式。本案例的 5 个 小“压铸件”都是长条形型腔，使用对称的双切向馈送浇道 。因为切向馈送浇道， 可 以 控 制充型金属液以小于 45角的任意角度流入角 进入型腔。本案例全部使用 45流入角。确定流入角以后 ，计算馈送浇道各处截面积和具体尺寸 。对称的双切向馈送浇道把浇口面积平均分为左右俩部分， 馈送浇道进口处截面积也要平均分为左右俩部分。所以，我们只需要计算双切向馈送浇道左半部分或
13、右半部分各处截面积和具体尺寸。另一部分与这一部分完全相同。例如，计算浇口 1 右半部分的馈送浇道进口处截面积 Ta 。Ta = Ga n = 140 = 140 mm2 ttan451式中，G a n 为由 Ta 所控制的浇口截面积，即右半部分浇口面积 140 mm2 。 切向馈送浇道截面形状如下图。注：d浇口厚度切向馈送浇道截面尺寸计算。H = 0.8 = 9.5 mmaTW = 2.176 H = 20.7 mm切向馈送浇道末尾处截面积，取进口处的十分之一。截面尺寸计算方法与进口处相同。减震槽形状为圆柱形，直径为末尾处 W 的 23 倍，这里取 16 mm。深度为末尾处深度 H 的 11.5 倍，这里取 4 mm。出模斜度 10。三 浇道设计严格按从压室出口到馈送浇道进口，浇道截面积逐渐减小的原则，计算各段浇道截面积和宽、深尺寸。这样做的好处是，金属液在浇道内的压力逐渐加大，流动速度逐渐增加。不给或少给空气进入金属液的机会。本例中，从馈送浇道进口到压室出口，浇道每做一个 90转弯，浇道截面积增加 25% 。浇道截面形状为正梯形，出模斜度 10，宽、深比一般取 13 ：1。具体计算非常简单，不再赘述。下图是这套模具的浇道系统示意图。试模和生产中，从没有做过任何修改。而且，生产效率和产品合格率极高。
