《金屬壓鑄工藝與模具設計》第8章：澆注系統及排溢系統設計總結

《金屬壓鑄工藝與模具設計》第8章：澆注系統及排溢系統設計總結第一頁，共78頁。第8章澆注系統及排溢系統設計

澆注系統是熔融金屬在壓力作用下充填模具型腔的通道。排溢系統包括溢流槽和排氣槽。溢流槽的作用是儲存混有氣體和涂料殘渣的冷污金屬液，它與排氣槽配合，迅速引出型腔內的氣體。在金屬液充填的整個過程中，澆注系統與排溢系統是一個不可分割的整體，共同對充填過程起著控制作用，是決定壓鑄件質量的重要因素。因此，澆注系統和排溢系統的設計是壓鑄模設計的一個十分重要的環(huán)節(jié)。

第二頁，共78頁。第8章澆注系統及排溢系統設計

8.1澆注系統設計8.2溢流與排氣系統設計第三頁，共78頁。8.1澆注系統設計8.1.1直澆道設計8.1.2橫澆道設計8.1.3內澆口設計8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計第四頁，共78頁。8.1澆注系統設計壓鑄過程中，澆注系統除引導金屬液進入型腔之外，還對壓力、速度、溫度、排氣等起調節(jié)作用，所以澆注系統對壓鑄件質量起重要作用。生產中很多廢品是由于澆注系統設計不當造成的。因此，正確設計澆注系統是提高鑄件質量、穩(wěn)定壓鑄生產的關鍵之一。壓鑄機類型不同，澆注系統結構組成也不同，表8.1所示為各種結構的澆注系統。立式冷壓室壓鑄機的澆注系統由直澆道1、橫澆道2、內澆口3和余料4組成。在開模之前，余料必須由下沖頭先從壓室中切斷并頂出。臥式冷壓室壓鑄機的澆注系統由直澆道1、橫澆道2和內澆口3組成，余料與直澆道合為一體。開模時，整個澆注系統和壓鑄件隨動模一起脫離定模。全立式冷壓室壓鑄機的澆注系統組成與臥式冷壓室壓鑄機澆注系統組成相同，只是方向不同。熱壓室壓鑄機的澆注系統由直澆道1、橫澆道2和內澆口3組成。由于壓室和坩鍋直接連通，所以沒有余料。第五頁，共78頁。8.1澆注系統設計第六頁，共78頁。8.1.1直澆道設計直澆道是傳遞壓力的首要部分，直澆道形式與所選壓鑄機有關。1.立式冷壓室壓鑄機的直澆道立式冷壓室壓鑄機直澆道主要由壓鑄機上的噴嘴和模具上的澆口套、鑲塊、分流錐等組成，圖8.1所示為典型的立式冷壓室壓鑄機的直澆道。從噴嘴導入口處至最小環(huán)形截面(O—A截面)為直澆道的長度。直澆道尺寸大小影響金屬液流動速度和充填時間。直澆道直徑太小，金屬液流速很大，會產生嚴重的噴射現象，導致渦流、卷氣、氧化夾渣、冷隔等缺陷。直徑太大，則增加金屬消耗，而且儲氣增多，不利排氣。所以直澆道尺寸必須合適。第七頁，共78頁。8.1.1直澆道設計第八頁，共78頁。8.1.1直澆道設計第九頁，共78頁。8.1.1直澆道設計第十頁，共78頁。8.1.1直澆道設計第十一頁，共78頁。8.1.1直澆道設計(2) 形成直澆道的澆口套一般鑲在定模座板上。采用澆口套可以節(jié)省模具鋼并且便于加工。澆口套一個端面與噴嘴端面吻合，控制好配合間隙，不允許金屬液竄入接合面，否則將影響直澆道從定模中脫出。小批量生產用的簡易模具，直澆道直接在定模板上加工，省去澆口套。澆口套在模板上應固定牢固、裝拆方便。圖8.2所示為立式冷壓室壓鑄機澆口套。(3) 直澆道底部的孔是由分流錐形成的。分流錐的作用是防止金屬液進入型腔時直沖型壁；避免直澆道底部聚集過多金屬；使金屬液在轉角處流動平穩(wěn)以及可以利用分流錐尺寸變化來調整直澆道末端面積(圖8.1中A—A截面處環(huán)形面積)。分流錐單獨加工后裝在模板內，不允許直接在模板上加工出來(見圖8.3)。其結構應能起分流金屬液和帶出直澆道的作用。對直徑較大的分流錐可在中心設置推桿，如圖8.4所示。推桿能平穩(wěn)推出直澆道，其間隙有利排氣。2.臥式冷壓室壓鑄機直澆道臥式冷壓室壓鑄機直澆道由壓室和澆口套組成。壓室和澆口套可以制成整體，也可以分別制造，如圖8.5、圖8.6所示。若是兩者分開，則壓室是壓鑄機的附件(通用件)，澆口套設在定模板上，隨壓鑄零件不同而不同。壓室內徑D與壓射沖頭直徑d的配合是H7/e8；澆口套內徑與壓射沖頭直徑d的配合應制成F8/e8。壓室與澆口套在裝配時要求同軸度高，否則，壓射沖頭就不能順利工作。在設計直澆道時，要選用合適的壓室。壓室的選用應該考慮壓射比壓和壓室的充滿度。首先考慮的是壓射比壓，壓室直徑與壓射比壓的平方根成反比。對于鋁合金而言，壓射比壓范圍在25～100MPa內，壓射比壓大的可選較小直徑的壓室；壓射比壓小的可選較大直徑的壓室。直澆道的厚度H一般取直徑D的1/3～1/2。澆口套靠近分型面一端的內孔，長度在15～25mm范圍內時要加工出1°30′～2°的脫模斜度，與直澆道相連接的橫澆道一般設在澆口套的上方，防止金屬液在壓射前流入型腔。當臥式冷壓室壓鑄機采用中心澆口時，直澆道的設計與立式冷壓室壓鑄機相同。可在澆口套內制成2～3條螺旋角小于20°的螺旋槽，在壓射沖頭的作用下，余料隨著開模動作沿著澆口套中的螺旋槽旋轉，而從直澆道上扭斷，如圖8.7所示。第十二頁，共78頁。8.1.1直澆道設計圖8.2立式冷壓室壓鑄機澆口套第十三頁，共78頁。8.1.1直澆道設計圖8.3分流錐示意圖第十四頁，共78頁。8.1.1直澆道設計圖8.4中心設推桿的分流錐第十五頁，共78頁。8.1.1直澆道設計第十六頁，共78頁。8.1.1直澆道設計第十七頁，共78頁。8.1.1直澆道設計圖8.7螺旋槽扭斷澆口余料第十八頁，共78頁。8.1.1直澆道設計3．熱壓室壓鑄機直澆道熱壓室壓鑄機直澆道由壓鑄機噴嘴和模具上的澆口套及分流錐形成(見圖8.8)。直澆道尺寸見表8.3。直澆道內的分流錐較長，用于調整直澆道的截面積，改變金屬液的流向及減少金屬消耗量。為適應熱壓室壓鑄機高效率生產的需要，通常要求在澆口套及分流錐內部設置冷卻系統。第十九頁，共78頁。8.1.1直澆道設計第二十頁，共78頁。8.1.1直澆道設計第二十一頁，共78頁。8.1.2橫澆道設計

橫澆道是連接直澆道和內澆口的通道，橫澆道的作用就是把金屬液從直澆道引入內澆口內。橫澆道的結構形式和尺寸取決于內澆口的結構、位置、方向和流入口的寬度，而這些因素是根據壓鑄件的形狀、結構、大小、澆注位置和型腔個數來確定的。1.橫澆道設計原則(1) 橫澆道截面積應大于內澆口截面積，否則用壓鑄機壓力-流量特性曲線進行的一切計算都是無效的。(2) 為了減少流動阻力和回爐橫澆道，橫澆道的長度應盡可能地短，轉彎處應采取圓弧過渡。(3) 金屬液通過橫澆道時的熱損失應盡可能地小，保證橫澆道比壓鑄件和內澆口后凝固。(4) 橫澆道的截面積應從直澆道開始向內澆口方向逐漸縮小。這一點臥式壓鑄機較立式壓鑄機易于做到。如果在澆道中出現節(jié)流現象，金屬液流過時會產生負壓，必然會吸入分型面上的空氣，從而增加了金屬液流動過程中的渦流，降低了內澆口前的壓射壓力，致使金屬液供應不充分，充填結束時增壓上升緩慢。但實際上，橫澆道的設計在許多情況下并沒有遵循這一原則，尤其在那些大而扁平的壓鑄件上進行橫澆道截面積和內澆口截面積協調是比較困難的。但是，在一般情況下應盡可能不違背這一原則。2.橫澆道尺寸的確定推薦鋁合金系列的橫澆道截面形狀如圖8.9所示。與橫澆道最小深度t相對應的內澆口截面積和橫澆道允許長度見表8.4。亦有推薦橫澆道形狀如圖8.10所示。通常橫澆道尺寸可按表8.5進行選擇。橫澆道與內澆口和壓鑄件之間的連接方式見表8.6。第二十二頁，共78頁。8.1.2橫澆道設計

第二十三頁，共78頁。8.1.2橫澆道設計

第二十四頁，共78頁。8.1.2橫澆道設計

第二十五頁，共78頁。8.1.2橫澆道設計

第二十六頁，共78頁。8.1.2橫澆道設計

第二十七頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

內澆口是指橫澆道末端至鑄件之間的一段澆道。內澆口的作用是根據壓鑄件的結構、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)質壓鑄件。整個澆注系統設計中最重要的就是內澆口設計。因為影響它的因素最多，它對壓鑄件質量的影響也最大，所以設計方案也多。1.內澆口分類按內澆口在鑄件上的位置分，有頂澆口(鑄件頂部無孔)、中心澆口(鑄件頂部有孔)和側澆口。按內澆口橫截面形狀分，有扁梯形、長梯形、環(huán)形、半環(huán)形、縫隙形(縫隙澆口)、圓點形(點澆口)和壓邊形。按引入金屬液的方向分，有切線、割線、徑向和軸向。常用的內澆口大致可分為下列幾種形式：側澆口、中心澆口、頂澆口、環(huán)形澆口、縫隙澆口、多支澆口和點澆口(見圖8.11)。(1) 側澆口：側澆口一般開設在分型面上，設置在壓鑄件最大輪廓處的內側或外側。這種形式的澆口不僅適合板類壓鑄件，也適合盤蓋類、型腔不太深的殼體類壓鑄件；不僅適用于單型腔模，也適用于多型腔模。此種澆口去除方便，適應性強，所以應用最為普遍。(2) 中心澆口：當有底的筒類或殼類壓鑄件的中心或接近中心部位帶有通孔時，內澆口就開設在孔口處，同時中心設置分流錐。由于金屬液從型腔端面的中心部位流向分型面，因此有利于克服深腔處氣體不易排出的缺點，排氣通暢。同時，從澆口到型腔各部位的流程最短，流動距離基本接近，金屬液分配均勻，也有利于模具的熱平衡。這種澆口形式使壓鑄件和澆注系統在分型面上的投影面積最小，模具結構緊湊，金屬液消耗量小，壓鑄機受力均勻。其缺點是切除澆口比較困難，在大批量生產中，一般需采用機械加工方法將澆口切除。第二十八頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

圖8.11常見壓鑄件澆注系統形式(a)側澆口；(b)切線澆口；(c)縫隙澆口；(d)環(huán)形澆口(1—全環(huán)形；2—半環(huán)形)；(e)中心澆口；(f)頂澆口；(g)點澆口；(h)多支澆口第二十九頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

中心澆口一般適用于單型腔模，多用于立式冷壓式壓鑄機或熱壓室壓鑄機。如果要用于臥式冷壓室壓鑄機，設計時應注意直澆道小端進料口應設置在壓室的上方，防止壓室中澆入金屬液后，壓射沖頭尚未工作金屬液就流入型腔，造成壓鑄件冷隔或充填不足。同時，定模部分要定距分型，以便取出余料。(3) 頂澆口(又稱直接澆口)：頂澆口是直澆道直接開設在壓鑄件頂面的一種澆注系統形式。一般情況下，壓鑄件頂部沒有通孔，不可設置分流錐，直澆道與壓鑄件的連接處即為內澆口。頂澆口是中心澆口的一種特殊形式。因此，它具有中心澆口的一系列優(yōu)點。但由于金屬液從內澆口進入型腔后直接沖擊型芯，容易造成粘模，影響模具壽命。而且壓鑄件與內澆口連接處形成熱節(jié)，容易產生縮孔缺陷。所以設計直澆道時宜采用比較小的錐角。此外，當壓鑄件頂部壁較薄時，脫模時容易造成頂面變形。為防止變形，可增加頂面壁厚或在頂面澆口處內側設置環(huán)狀凸肋。這種澆口切除也較困難。(4) 環(huán)形澆口：環(huán)形澆口主要用于圓筒形或中間帶孔的壓鑄件。金屬液在充滿環(huán)形澆道后，再沿整個環(huán)形斷面自壓鑄件的一端向另一端充填。這樣，在整個圓周上流速大致相同，充填狀態(tài)很理想?？杀苊鉀_擊型芯，提高模具壽命。金屬液流動通暢，型腔中氣體容易排出，壓鑄件內部及表面質量都較高。采用這種澆口時，往往在澆口的另一端開設環(huán)形的溢流槽，在環(huán)形溢流槽處可設置推桿，使壓鑄件不留推桿的痕跡。缺點是金屬的消耗量較大，澆口去除困難。(5) 縫隙澆口：這種澆口金屬液流入型腔的形式與側澆口類似。不同之處在于這種內澆口的深度方向尺寸大大超過寬度方向尺寸，內澆口沿型腔深度引入金屬液，形成長條縫隙順序充填。這種形式的澆口排氣條件較好，且有利于壓力的傳遞。適用于型腔比較深的模具。為便于加工，常在型腔部分垂直分型。如有可能，在內澆口對面開設縫隙式溢流槽，則充填效果更佳，但這類澆口去除也困難。(6) 點澆口：點澆口適用于壓鑄件外形基本對稱、壁厚均勻、高度不大、頂部無孔的殼類壓鑄件，尤其是圓柱形壓鑄件。它克服了頂澆口與壓鑄件連接部位面積大，澆口處易縮松的缺點，使壓鑄件表面光潔、內部結晶致密。內澆口直徑一般為3～4mm，便于在順序分型開模時自動被拉斷。為了取出澆注系統凝料，在定模部分必須設計順序分型機構，模具構造復雜。因此，生產中這類澆口的應用受到一定的限制。第三十頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

2.內澆口設計原則設計內澆口時，應考慮以下幾方面：(1) 從金屬液流方向考慮。應首先充填深腔難以排氣的部位，而不應先流向分型面，以免封閉分型面上的排氣槽，影響排氣。除低熔點合金外，進入型腔的金屬液不應正面沖擊型芯，以減少動能損耗，防止型芯被金屬液沖擊而受侵蝕。(2) 從設置內澆口的部位考慮。內澆口位置應選擇在充填型腔各部分時具有最短流程的部位，防止金屬液在充填過程中熱量損失過多而產生冷隔或花紋等缺陷。同時應考慮設置在壓鑄件的厚壁或熱節(jié)處，同時以較厚內澆口與之配合，以提高補縮效果。因內澆口處熱量較集中，溫度較高，所以型腔中帶有螺紋的部位不宜直接布置內澆口，以防止螺紋被沖擊、受侵蝕。(3) 內澆口數量以單個為主，以防止多道金屬液流入型腔后相互沖擊，產生渦流、卷氣、夾渣等缺陷。而大型壓鑄件、箱體及框架類壓鑄件和結構比較特殊的壓鑄件則可采用多道澆口。(4) 薄壁復雜壓鑄件宜采用較薄的內澆口，以保持必要的充填速度。一般結構的壓鑄件以取較厚的內澆口為主，使金屬液充填平穩(wěn)，有利于排氣和有效地傳遞靜壓力。(5) 對于壓鑄件上精度要求高和表面粗糙度的數值小且不加工的部位，不宜布置內澆口，以防在去除澆口后留下痕跡。(6) 布置內澆口時應考慮采用壓鑄件切邊或其他清理方法的可能性。圖8.12所示為幾種內澆口位置設置方案的對比。第三十一頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第三十二頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第三十三頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第三十四頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第三十五頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第三十六頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第三十七頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

4.內澆口尺寸內澆口形狀除點澆口、頂澆口是圓形，中心澆口和環(huán)形澆口是環(huán)形之外，其余的基本上是矩形。通過對充填理論的研究可知，內澆口厚度極大地影響著充填形式，亦即影響壓鑄件內在質量。因此，內澆口厚度是一個重要尺寸。為保證金屬液均勻地在內澆口整個寬度上流過，就要確定一個最小厚度。內澆口厚度過小，金屬液中雜質可能把內澆口堵住一部分，內澆口有效流動面積變小。厚度過大，去除澆口困難，容易損傷壓鑄件。內澆口最小厚度不應小于0.15mm，最大不超過壓鑄件壁厚的一半。圖8.13和圖8.14表示了內澆口厚度Sn與凝固模數M之間的關系。第三十八頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第三十九頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第四十頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第四十一頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

已知內澆口面積和厚度，可以計算出內澆口寬度。內澆口寬度一般取壓鑄件邊長或周長的0.4～0.6倍。內澆口長度一般取2～3mm，也有資料介紹越短越好。表8.9為內澆口寬度和長度的經驗數據。第四十二頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第四十三頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第四十四頁，共78頁。8.1.3內澆口設計

第四十五頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

每一個壓鑄件的澆注系統都可以有多個方案進行比較選擇。第四十六頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第四十七頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第四十八頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第四十九頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第五十頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第五十一頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第五十二頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第五十三頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

4.接插件(見圖8.19)壓鑄件外圓有凸紋，其上不允許有氣孔。平均壁厚為3mm，質量為100g。采用ZL107鋁合金。接插件澆注系統分析見表8.13。第五十四頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

圖8.19接插件第五十五頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第五十六頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第五十七頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第五十八頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第五十九頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第六十頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第六十一頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第六十二頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第六十三頁，共78頁。8.1.4典型壓鑄件澆注系統設計

第六十四頁，共78頁。8.2溢流與排氣系統設計8.2.1溢流槽設計8.2.2排氣槽設計第六十五頁，共78頁。8.2溢流與排氣系統設計模具設計中要將溢流槽、排氣槽和澆注系統作為一個整體來考慮。這是因為溢流槽和排氣槽的采用和設置是提高壓鑄件質量，消除局部紊流帶來缺陷的重要措施之一，有時還可以彌補由于澆注系統設計不合理而帶來的鑄造缺陷。其效果取決于溢流槽和排氣槽在型腔周圍的布局、容量的大小以及本身的結構形式等。

第六十六頁，共78頁。8.2.1溢流槽設計

溢流槽又稱集渣包，是壓鑄模上的一個重要組成部分。1.溢流槽的作用溢流槽的主要作用如下：(1) 容納最先進入型腔的冷金屬液和混入其中的氣體與氧化夾雜，防止壓鑄件產生冷隔、氣孔和夾渣，提高壓鑄件的質量。(2) 溢流槽可與澆注系統一起控制金屬液充填的流動狀態(tài)，防止局部產生渦流。(3) 溢流槽內的金屬作為熱源的一部分，改善模具型腔溫度場的分布，減少鑄件流痕、冷隔和澆不足的現象。(4) 作為壓鑄件脫模時推桿推出的位置，防止壓鑄件變形及避免壓鑄件表面留有推桿的痕跡。(5) 型腔分別處于動、定模兩側的壓鑄件，當對動、定模兩側的包緊力接近時，為了防止壓鑄件留在定模，可在動模上設置溢流槽，增大壓鑄件對動模的包緊力，使開模時壓鑄件能留在動模，便于推出機構脫模。(6) 對于真空壓鑄和定向抽氣壓鑄，溢流槽常作為引出氣體的起始點。此外，溢流槽還可作為壓鑄件存放、運輸、加工時的支承、吊掛、裝夾或定位的附加部分。第六十七頁，共78頁。8.2.1溢流槽設計2.溢流槽的位置溢流槽一般布置在如下的位置(表8.17)：(1) 金屬液流入型腔后最先沖擊的部位。(2) 受金屬液沖擊的型芯后面或多股金屬液相匯合處容易產生渦流、卷氣或氧化夾雜的部位。(3) 金屬液最后充填的部位。(4) 型腔溫度較低的部位。(5) 內澆口兩側或其他金屬液不能直接充填的“死角”部位。(6) 其他需要控制局部金屬液流動狀態(tài)以消除缺陷的部位。為使溢流槽能充分發(fā)揮作用達到其應有的效果，不致消耗過多的金屬，增加投影面積，影響鑄件尺寸精度，降低充填型腔的有效壓力，甚至影響和打亂充填形態(tài)或引起其他反作用，應在布置