普通的流道系统(Runner System)也称作浇道系统或是浇注系统,是铝液自射出机射嘴(Nozzle)到模穴的必经通道。流道系统包括主流道(Primary Runner)、分流道(Sub-Runner)以及浇口(Gate)。
1.主流道:也称作主浇道、注道(Sprue)或竖浇道,是指自射出机射嘴与模具主流道衬套接触的部分起算,至分流道为止的流道。此部分是铝液进入压铸模具后先流经的部分。
2.分流道:也称作分浇道或次浇道,随压铸模具设计可再区分为分流道(First Runner)以及第二分流道(Secondary Runner)。分流道是主流道及浇口间的过渡区域,能使铝液的流向获得平缓转换;对于多模穴模具同时具有均匀分配铝料到各模穴的功能。
3.浇口:也称为进料口。是分流道和模穴间的狭小通口,也是为短小肉薄的部分。作用在于利用紧缩流动面而使塑料达到加速的效果,高剪切率可使铝液流动性良好;黏滞加热的升温效果也有提昇料温降低黏度的作用。在成型完毕后浇口先固化封口,有防止铝液回流以及避免模穴压力下降过快使铝合金压铸件产生收缩凹陷的功能。成型后则方便剪除以分离流道系统及铝合金压铸件。
4.冷料井:也称作冷料穴。目的在于储存补集充填初始阶段较冷的铝料波前,防止冷料直接进入模穴影响充填品质或堵塞浇口,冷料井通常设置在主流道末端,当分流道长度较长时,在末端也应开设冷料井。
设计基本原则
模穴布置(Cavity Layout)的考虑
1.尽量采用平衡式布置(Balances Layout )。
2.模穴布置与浇口开设力求对称,以防止压铸模具受力不均产生偏载而发生撑模溢料的问题。
3.模穴布置尽可能紧凑以缩小模具尺寸。
流动导引的考虑
1.能顺利地引导铝液填满模穴,不产生涡流,且能顺利排气。
2.尽量避免铝液正面冲击直径较小的型芯,以防止型芯位移(Core Shift)或变形。
热量散失及压力降的考虑
1.热量损耗及压力降越小越好。
2.流程要短。
3.流道截面积要够大。
4.尽量避免流道弯折及突然改变流向(以圆弧角改变方向)。
5.流道加工时表面粗糙度要低。
6.多点进浇可以降低压力降及所需射压,但会有合模线问题。
流动平衡的考虑
1.一模多穴(Multi-Cavity)充填时,流道要平衡,尽量使塑料同时填满每一个模穴,以保证各模穴成型品的品质一致性。
2.分流道尽量采用自然平衡式的布置方式(Naturally-Balanced Layout)。
3.无法自然平衡时采用人工平衡法平衡流道。
废料的考虑
在可顺利充填同时不影响流动及压力损耗的前提下,减小流道体积(长度或截面积大小)以减少流道废料产生及回收费用。
冷料的考虑
在流道系统上设计适当的冷料井(Cold Slug Well)、溢料槽以补集充填初始阶段较冷的铝料波前,防止冷料直接进入模穴影响充填品质。
排气的考虑
应顺利导引铝料填满模穴,并使模空气得以顺利逃逸,以避免包封烧焦的问题。
铝合金压铸件品质的考虑
1.避免发生短射、毛边、包封、缝合线、流痕、喷流、残馀应力、翘曲变形、模仁偏移等问题。
2.流道系统流程较长或是多点进浇(Multiple Gating)时,由于流动不平衡、保压不足或是不均匀收缩所导致的成品翘曲变形问题应加以防止。
3.产品外观性质良好,去除修整浇口方便,浇口痕(Gate Mark)无损于铝合金压铸件外观以及应用。
生产效率的考虑
尽可能减少所需的后加工,使成形周期缩短,提高生产效率。
顶出点的考虑
需考虑适当的顶出位置以避免铝合金压铸件脱模变形。
使用塑料的考虑
黏度较高或L/t比较短的塑料避免使用过长或过小尺寸的流道。
压铸模具是压铸生产中重要的工艺设备。金属液在压铸模具中冷却凝固,终形成压铸件。压铸件的形状、尺寸、质量,以及压铸生产的顺畅性都与压铸模具密切相关,因此,正确合理地设计压铸模具至关重要。
一、压铸模具基本结构
常用的压铸模具有两个半模组成,分别称为定模和动模。也有更复杂的压铸模具,不止两个半模。压铸模具的组成部分如图1所示。
压铸模具组成部分的作用如下:
(1) 直浇道 联通压室或至横浇道,包括浇口套和分流锥等。
(2) 浇注系统 合金液进入型腔的通道,包括内浇道、横浇道及直浇道等。
(3) 型腔 在镶块上形成,形成压铸件的几何形状。
(4) 抽芯机构 完成活动型芯的抽出及插入动作,包括滑道、滑
块、油缸、斜杠等。
(5) 排溢系统 排出气体及存储冷金属残渣等。
(6) 温度控制系统 控制压铸模具的温度,包括冷却水管和加热油管等。
(7) 顶出机构 将压铸件从型腔中顶出,包括顶杆等。
(8) 动模框 连接及固定动模部件,包括套板、支撑板等。
二、压铸模具的设计
设计压铸模具要注意以下几个要点:
(1)要尽可能地采用先进简单的结构,保证动作稳定可靠及日常维护、维修。
(2)要考虑浇注系统的可修改性,在调试过程中可以进行必要的修改。
(3)合理选用各种公差、缩尺及加工余量,保证可靠的模件配合及要求的压铸件精度。
(4)选用合适的模具材料和可靠的热处理工艺,确保压铸模具的使用寿命。
(5)应具有足够的刚度及强度,能够承受锁模压力和涨型力,压铸生产过程中不产生变形。
(6)尽可能使用标准化的压铸模具零件,改善经济性及互换性。
在设计模具的时候,还要根据铸件的投影面积计算出压铸生产时的总投影面积、压射比压,来选择合适吨位的压铸机,公式如下:
F涨型力=100 P压射比压×S投影面积
F锁模力=F涨型力/K系数
式中,K系数一般选取0.85。
压铸机选好以后,根据压铸机的动、静行板及压射偏心位置等尺寸,设计模具的大小、中心位置、复位拉杆孔位等与压铸机相连接部分的尺寸。
随着我国汽车制造业的发展,越来越多的汽车零部件采用了铝合金材质,例如汽车发动机的缸体、缸盖、油底壳以及各类连接支架等。随着压铸技术的日益成熟,各汽车厂商对压铸件的内部质量要求越来越高,尤其以德国大众的要求为严格,每一种车型的发动机压铸件产品都有一套相应的技术要求,产品孔隙度的要求是每一种零部件所必须的要求。
一些零部件结构上非常复杂,需要在模具上做一些相应的结构才能实现批量压铸生产,例如零部件上有多种角度的螺纹孔,要保证加工后的产品质量,必须在模具的相应位置制作型芯,如图2所示。
图2中,A为定位孔,B是3个M8的螺纹孔,与定位孔呈10°角,其中右侧的两个螺纹孔是通孔;C是两个螺栓过孔,与定位孔呈5°角;D孔是与定位孔呈34°的螺纹孔,长度是38mm。
抽芯机构按驱动方式可分为机械式和液压式两种。机械式抽芯主要通过开合模过程中斜销、弯销、齿轮、齿条等实现抽芯与复位。液压抽芯机构的工作原理比较简单,直接利用液压缸进行抽芯及复位动作。液压抽芯机构可以根据抽芯力的大小及抽芯距离的长短选择液压缸的尺寸。图2产品在模具设计时首先考虑C、D三个孔要铸出来,可以分别用液压抽芯机构采取有角度的滑道的方式在生产中来实现孔的成形。图3是D孔的滑道机构示意,用这种办法可以将液压缸设计在模具外面,这样设计的好处是模具可以变薄,连续生产过程中便于维护。
在连续生产过程中,模具的抽芯孔会因为多次的滑动造成抽芯孔变形,在模具寿命的中后期,会经常出现抽芯研死的现象,为了解决这一问题,可以在抽芯孔的部位增加一个镶套,如果出现抽芯孔变形的情况,就可以更换镶套来解决(见图4)。这种办法也可以应用在模具的顶杆处,只要能加镶套的,就都可以做这个结构。
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