壓鑄模具排溢系統(tǒng)的設計

張耀雄

（湛江德利車輛部件有限公司，廣東湛江 524043）

0 引言

壓鑄技術是一項先進工藝，已有較長歷史，主要用于生產(chǎn)鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金等有色金屬零件，摩托車及汽車發(fā)動機的油底殼、缸體，箱體、節(jié)流閥體、發(fā)動機支架等零件應用較為廣泛，主要原理為通過壓鑄機將合金（鋁、鋅、鎂、銅合金等）在高速、高溫、高壓等條件下注入模具，其成型產(chǎn)品稱為壓鑄件，成型壓鑄件的模具稱為壓鑄模。壓鑄模是進行壓鑄生產(chǎn)的主要工藝設備，在經(jīng)濟批量生產(chǎn)中，鑄件質(zhì)量合格率高低，作業(yè)循環(huán)快慢、都與壓鑄模有很大關系，壓鑄模在試模生產(chǎn)中常會出現(xiàn)飛邊毛刺、欠鑄、冷隔、變形、粘模、拉傷、起皮、內(nèi)部氣縮孔等質(zhì)量缺陷。發(fā)生這些缺陷時，首先應調(diào)整壓鑄工藝，調(diào)查設備，檢查模具分型面配合等，其次重新檢討模具內(nèi)澆口設計是否合理。如果壓鑄工藝、壓鑄設備及模具內(nèi)澆口等關鍵影響因素都排除后仍無法解決，那么壓鑄模具的排溢系統(tǒng)應該是后續(xù)的主要改善方向。

1 排溢系統(tǒng)的作用及結構設計

排溢系統(tǒng)是熔融金屬填充型腔的過程中，排除空氣，容納殘留涂料，及最初填充冷合金的通道與地方，對鑄件的質(zhì)量起著極其重要的作用，主要由渣包、渣包口、排氣槽3 部分組成。

渣包的作用主要有以下7 個。

（1）容納壓鑄最初填充過程中產(chǎn)生的冷合金液，同時與排氣槽配合引出模具型腔內(nèi)的氣體，加強排氣效果。

（2）引導壓鑄合金填充流態(tài)分布，可減少鑄件局部填充缺陷，避免發(fā)生紊流。

（3）可把鑄件關鍵部位的氣縮孔，冷隔轉移到非關鍵部位，減少質(zhì)量風險。

（4）調(diào)整模具溫度不均勻分布，特別是鑄件重量體積小，填充末端模溫難以達標時，設置渣包也能升高及平衡模溫。

（5）可以增大包緊力。

（6）可以調(diào)整型腔金屬液的壓力。

（7）防止金屬液進入排氣槽。

在設計渣包時，應充分考慮它的目的和作用，而且最重要的是采用符合各種目的、條件、形狀和大小的渣包，甚至1 個渣包可起到2 個以上作用。

通常設置在合金液最后沖擊或最后充填的部位，以及合金液匯流、易裹入氣體和產(chǎn)生渦流的部位，或鑄件過厚、過薄的部位（圖1），渣包總容積占型腔體積的20%～50%。

圖1 渣包示意

2 渣包口的作用及設計原則

渣包口的作用主要是連接鑄件及渣包，也是排氣的主要通道之一。

（1）在一個單獨的渣包上不應開設多個渣包口，以免金屬液產(chǎn)生倒流。

（2）一般情況下模具渣包口的截面積設計為內(nèi)澆口截面積的30%～60%，盡量留有一定調(diào)整余量。

（3）渣包口與壓鑄件的連接處應設計成R0.3～0.5 圓角或設計成倒角C0.3～0.5，以免去渣包時鑄件掉肉。

（4）鋁合金渣包口厚度一般為（0.8～2.0）mm，鋅合金一般（0.6～1.0）mm。

（5）渣包口長度一般為（2.0～3.0）mm，寬度一般為（8.0～12.0）mm。

3 排氣槽設計主要原則

3.1 壓鑄模排氣槽的主要作用

排氣槽的主要作用有2 個：一是在壓鑄填充特別是低速填充時，排出熔杯及模具型腔內(nèi)氣體；二是及時排出脫模劑、沖頭顆粒在高溫下產(chǎn)生氣體（圖2）。在壓鑄成型過程中，若模具排氣不良，型腔內(nèi)的氣體受壓縮將產(chǎn)生很大的背壓，阻止合金液正常的高速充填，而且氣體還容易被包裹在鑄件內(nèi)部，這樣會造成深腔部位的充填不足和內(nèi)部的大量氣孔，鑄件厚壁部位，特別是在填充末端部位對模具排氣槽更要合理設計。一般來說，排氣槽的截面積要達到內(nèi)澆口截面積的20%～40%左右，建議30%為佳。

在壓鑄毛坯上如沒有表面質(zhì)量缺陷，鑄件內(nèi)部切開沒有明顯的氣縮孔，壓鑄件上沒有泄漏現(xiàn)象，一般可認為模腔內(nèi)的排氣槽設計是合理的。根據(jù)多年的壓鑄模調(diào)試改善及總結，排氣槽截面積最好在設計范圍內(nèi)逐步調(diào)大，不要一次到位，否則會造成模具飛邊、毛刺等缺陷。

3.2 排氣槽的具體設計原則

圖2 排氣槽示意

（1） 一般排氣槽與渣包口有一定錯開，以免過早封閉排氣槽，減弱排氣功能。

（2）排 氣槽截面積不小于內(nèi)澆口截面積的20%，而且不能大于渣包口截面積。

（3）原 則上要增加排氣槽截面積時，可增加寬度或增加數(shù)量，盡量不增加厚度。

（4）排氣槽應便于清理。

（5）避免相互貫通回流。

（6）排氣槽設計時應預留有20%～30%的修正量。

（7）排氣槽開設不能直接向模具兩邊直開，應有曲折再引出。

3.3 排氣槽開設方法

根據(jù)不同模具，模具排氣槽的開設有不同方式，但最終目的是將模具型腔內(nèi)氣體盡最大量排出。模具排氣槽的開設方式主要有以下8 種。

（1）從渣包上下左右方向直開排氣槽連通模板，簡稱直排，排氣槽深度最好≤0.12 mm，否則排氣槽會流進部分合金液，將排氣槽堵死。

（2）從鑄件外形直接引出排氣槽，該方式缺點是會導致飛邊毛刺，增加后道清理工序和成本。

（3）從滑塊底部引出排氣槽，該方式在鋅合金模具比較常見，鋁合金模具不提倡，滑塊底下排氣槽深度建議不超過0.1 mm，否則易發(fā)生小毛刺，導致運動滑塊卡死、尺寸超差，甚至裂開。

（4）簡易排氣塊方式，一般使用場合是鑄件內(nèi)部氣縮孔質(zhì)量要求較高，該方式排氣效果比普通直排好，缺點是會對壓鑄設備鎖模力要求提高，不利于減少回爐料重熔成本，同時會增加模具飛料風險，該方式也經(jīng)常在排氣通道末端堵塞，對設計水平要求較高。

（5）通過頂桿開設排氣槽，但現(xiàn)在壓鑄行業(yè)對成本要求越來越苛刻，頂桿排氣雖然有一定效果，但會發(fā)生孔口毛刺，相應增加后處理處理成本，同時頂桿硬度、表面處理及配合間隙設計要非常合理，否則模具生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生頂出發(fā)卡，模具故障頻繁，成本較高。

（6）在一些深腔部位，填充過程過易產(chǎn)生局部背壓，氣體不易排出，往往在深腔底部開設排氣型芯，型芯端面及配合段設計4 個方向的小排氣槽，該方式缺點也是會增加清理毛刺成本，但對細小深腔排氣效果明顯。

（7）通過滑塊配合間隙形成自然排氣通道，該方式對模具制造精度高，制造成本有一定增加。

（8）通過在排氣通道末端開設抽真空排氣，有簡易抽真空和精密抽真空2 種方式。其中，簡易抽真空又有排氣塊簡易抽真空及油缸抽芯抽真空2 種方式，排氣塊抽真空成本低，設計簡單，但易流入合金液堵死排氣通道，一些廠家用高度傳熱材料制作排氣塊，但成本過高，現(xiàn)階段沒有成熟推廣，易堵塞問題目前還沒有更好的解決方法。精密抽真空排氣方式效果良好，但無論是模具制造成本，還是使用維修成本都偏高，不利于大范圍推廣使用。排氣道開設不合理，無論是對產(chǎn)品質(zhì)量還是模具飛料、飛邊、毛刺的改善，都是百害無一利。

4 結論

一套設計合理的壓鑄模具排溢系統(tǒng)，可降低壓鑄機鎖模力、降低鑄造填充壓力、速度、加大工藝調(diào)整范圍，對鑄件質(zhì)量提高、模具飛料風險減少、模具故障減少、模具維修成本降低、停工臺時減少、生產(chǎn)效率提高等都有顯著效果。