壓鑄模具的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾陽

摘要：本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對鋁合金帶輪壓鑄件進(jìn)行壓鑄模工藝及模具設(shè)計(jì)。鑄件材料為YL303。在設(shè)計(jì)中，對此壓鑄件進(jìn)行了工藝分析，其外形、尺寸、材料等均符合鋁合金壓鑄模的工藝要求。通過工藝分析與計(jì)算，確定為三板式中心澆口壓鑄成型，采用一模一腔的形式。

【關(guān)鍵詞】：帶輪;鋁合金;壓鑄工藝;模具設(shè)計(jì)

1.概述

本次設(shè)計(jì)為鋁合金帶輪壓鑄模澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，鋁合金帶輪主要用于遠(yuǎn)距離傳送動(dòng)力的場合，例如，小型柴油機(jī)、機(jī)械加工設(shè)備、農(nóng)業(yè)機(jī)械和包裝機(jī)械等傳動(dòng)機(jī)械。

壓鑄是壓力鑄造的簡稱。壓力鑄造是將熔融的合金液注入壓鑄機(jī)的壓室中，壓室中的壓射沖頭以高壓、高速將其充填到金屬模具的型腔中，并在高壓下冷卻凝固成型為金屬零件的一種方法。壓鑄工藝是一種高效率的，少、無切削金屬成型的工藝方法[1]。

2.壓鑄件工藝性分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)壓鑄模之前，要對壓鑄件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并判斷其是否滿足壓鑄工藝的要求，分析壓鑄件的結(jié)構(gòu)能否保證鑄件質(zhì)量及有利成型。如圖1所示為鋁合金帶輪壓鑄件工程圖。鑄件的質(zhì)量為182.22g，鑄件投影面積為60cm2，屬于中小型壓鑄件;鑄件是直徑為200mm和直徑為164mm的環(huán)形盤類壓鑄件，總高度為52mm，中心是直徑為20mm和直徑為10mm的圓柱形孔，由寬為15mm，高為2mm的肋條將其與環(huán)形連接，鑄件平均厚度為2mm，壁厚相對較薄，設(shè)置合理的澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)防止氣孔和縮孔的產(chǎn)生;壓鑄件基本上不采用機(jī)械加工，若需要留有機(jī)械加工余量，則本設(shè)計(jì)留有的機(jī)械加工單面余量為0.3mm。綜上所述，分析鋁合金帶輪壓鑄件均符合壓鑄工藝要求。

2.1壓鑄件材料選擇

本設(shè)計(jì)為鋁合金帶輪壓鑄件，帶輪被用于動(dòng)力的傳遞，工作強(qiáng)度較大，故選擇YL303（YZAlMg5Si1），抗拉強(qiáng)度為220MPa，布氏硬度為70HBS，適用壓鑄各種薄壁件及高強(qiáng)度下工作的鑄件。鑄件公差按IT12級，用壓鑄方法生產(chǎn)該零件完全能達(dá)到尺寸要求。

2.2 鑄件型腔數(shù)及分型面的確定

由于鑄件最大直徑為200mm，為了便于脫模和生產(chǎn)，可確定為一模一件的單型腔模具。

根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)分析，一個(gè)分型面不能滿足要求，需采用多分型面的結(jié)構(gòu)形式，如圖2 所示。分型面Ⅰ-Ⅰ的設(shè)置是為了取出直澆道凝料。開模時(shí)，在順序分型脫模機(jī)構(gòu)的作用下，首先從Ⅰ-Ⅰ處分型，拉斷并推出直澆道余料后，才從Ⅱ-Ⅱ處分型。我們將Ⅱ-Ⅱ稱為主分型面，分型面Ⅰ-Ⅰ稱為輔助分型面。綜上分析決定選?。╞）為該鑄件的分型面[2]。

2.3澆口類型選擇

該零件在臥式冷壓室壓鑄機(jī)上壓鑄成型。零件為中心為圓柱形孔的環(huán)形盤類零件，須進(jìn)行側(cè)向抽芯，因此，可采用中心澆口的澆注系統(tǒng)。如圖3所示為臥式冷壓室壓鑄模的澆注系統(tǒng)。這是實(shí)踐中最常用的一種形式，故本設(shè)計(jì)也采用它。它由直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口和溢流槽、排氣道組成。

3.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

壓鑄模澆注系統(tǒng)是將壓鑄機(jī)壓室內(nèi)熔融的金屬液在高溫高壓高速狀態(tài)下，填充入壓鑄模型腔的通道。它主要包括直澆道、橫澆道、內(nèi)澆口以及溢流排氣系統(tǒng)等。

3.1內(nèi)澆口的設(shè)計(jì)

在內(nèi)澆口設(shè)計(jì)中，確定內(nèi)澆口的位置和方向以及內(nèi)澆口的截面尺寸，預(yù)測熔融金屬的流動(dòng)狀態(tài)并分析出現(xiàn)的死區(qū)或裹氣的位置。

本設(shè)計(jì)為鋁合金帶輪壓鑄件，幾何中心帶有通孔，可采用中心內(nèi)澆口的澆注系統(tǒng)。將內(nèi)澆口開在通孔上，在成型的型芯上設(shè)置分流錐，金屬液從型腔中心部位導(dǎo)入。在清除澆口凝料時(shí)，為保證壓鑄件內(nèi)孔的完整，在設(shè)置分流錐的直面高出壓鑄件端面h=0.5～1mm[3]，如圖4所示。

本設(shè)計(jì)鋁合金帶輪壓鑄模屬于中小型壓鑄模，又為單件小批量生產(chǎn)，且中心內(nèi)澆口可聚集不良和多余的金屬液，并且可以起到排氣的效果，故可不單獨(dú)設(shè)計(jì)溢流槽和排氣系統(tǒng)，選擇中心內(nèi)澆口可起一舉多得的效果。

（1）內(nèi)澆口截面積的計(jì)算

內(nèi)澆口的截面積直接決定著內(nèi)澆口速度和填充時(shí)間。

當(dāng)金屬液的總質(zhì)量確定后，決定內(nèi)澆口截面積的主要因素是內(nèi)澆口速度vn和填充時(shí)間t兩個(gè)壓鑄工藝參數(shù)。

查表得，鋁合金密度為2.4g/cm3，通過內(nèi)澆口的金屬液（壓鑄件加溢流槽）總質(zhì)量為238g。壓鑄件的質(zhì)量為183g，溢流槽為55g.

查表可初步確定鋁合金的充填速度為20～60m/s，當(dāng)外壁薄且表面質(zhì)量要求高時(shí)，選填充速度值較高;抗拉強(qiáng)度和致密度較高時(shí)，選擇的值更低。由于鋁合金帶輪表面質(zhì)量不高，鑄件的壁厚較薄，但抗拉強(qiáng)度要求較高，故確定充填速度為40m/s。

由于影響確定內(nèi)澆口截面積的影響因素較多。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)澆口的初始尺寸應(yīng)選取較小值，為以后在試模后進(jìn)行必要的修正和調(diào)整留余地。確定內(nèi)澆口截面積An為7cm2。

表2和表3分別為內(nèi)澆口厚度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和內(nèi)澆口寬度和長度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本設(shè)計(jì)鋁合金帶輪壓鑄件為圓環(huán)形，根據(jù)表2.由壓鑄件的平均壁厚為2mm，結(jié)構(gòu)較為簡單，則內(nèi)澆口的壁厚應(yīng)為1.0～1.8mm，確定內(nèi)澆口壁厚為1.5mm;壓鑄件為圓環(huán)形，由表3.可知，內(nèi)澆口的寬度應(yīng)為91～109mm，確定內(nèi)澆口的寬度為95mm;長度為2～3mm;內(nèi)澆口以切線進(jìn)入。

3.2橫澆道設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)鋁合金帶輪壓鑄件為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，最大外徑尺寸為200mm，內(nèi)澆口的選擇為中心澆口，以切線方向進(jìn)入，為單型腔模具，故選擇的橫澆道形式為環(huán)形橫澆道。

由于壓鑄件為環(huán)形，采用圖5的形式，在型芯的對應(yīng)位置開設(shè)環(huán)形澆道，并設(shè)置分流錐，形成環(huán)形橫澆道。在向內(nèi)澆口過渡時(shí)，均采用截面積逐漸收斂的形式。

橫澆道與內(nèi)澆口的連接形式?jīng)Q定了金屬液的進(jìn)料方式和進(jìn)料方向。由于鋁合金帶輪為環(huán)形壓鑄件并且金屬液是從切線方向?qū)胄颓唬刹捎脠D5的連接形式。它避免了金屬液對型芯的正面沖擊，同時(shí)從切線方向進(jìn)料，使型腔內(nèi)的氣體有序地排出，提高填充的實(shí)際效果。

由圖可知，L為內(nèi)澆口長度2～3mm，h1為內(nèi)澆口厚度，確定內(nèi)澆口厚度為1.5mm。

3.3直澆道設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用的澆口套為中心澆口的螺旋澆口套，在澆口套內(nèi)加工2～3條螺旋槽，在壓射沖頭的作用下，隨著開模動(dòng)作余料沿著澆口套中螺旋槽方向旋轉(zhuǎn)，將余料從直澆道上扭斷。這樣可節(jié)省剪去澆口凝料的工序，提高生產(chǎn)效率[4]。

澆口套的配合精度有：澆口套外徑與模板孔的配合精度為D1（H7/h6）;定模座板或澆口套的定位孔與壓鑄機(jī)壓室定位法蘭的配合精度為D2（E8）[11]。

根據(jù)所選壓鑄機(jī)類型和型號，可確定澆口套的直徑為 。澆口套長度小于壓鑄機(jī)壓射沖頭的跟蹤距離;為了便于澆注余料從澆口套順利脫模，直澆道前端設(shè)有一段斜度為5?的圓錐面;直澆道開在橫澆道下方，其下沉距離大于直澆道直徑的2/3以上，防止在壓鑄前金屬液預(yù)填充;澆口套與澆道鑲塊均與高溫金屬液直接接觸，都采用耐熱鋼制造。如3Cr2W，其熱處理硬度為44～48HRC;直澆道的內(nèi)孔表面粗糙度不大于Ra0.2μm。

4.結(jié)語。

本設(shè)計(jì)為鋁合金帶輪壓鑄模設(shè)計(jì)，采用的是三板式中心澆口壓鑄模。成型零件的結(jié)構(gòu)形式為整體組合式結(jié)構(gòu)，使用臺肩或螺栓固定。模具采用斜銷抽芯時(shí)的兩瓣組合形式。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 林柏年主編. 特種鑄造. 杭州[M]：浙江大學(xué)出版社，2014.1

[2] 田雁晨，田寶善，王文廣主編. 金屬壓鑄模設(shè)計(jì)技巧與實(shí)例[M]. 北京：化工工業(yè)出版社，2006.3

[3] 姜銀方主編.壓鑄成型工藝及模具設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[4] 王鵬駒，殷國富主編.壓鑄模具設(shè)計(jì)師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.