原標(biāo)題：經(jīng)驗(yàn)總結(jié)！關(guān)于壓鑄合理充填流態(tài)的分析探討

導(dǎo)讀

根據(jù)壓鑄會(huì)出現(xiàn)的不良缺陷，分析了合金液在壓鑄模具型腔里應(yīng)該達(dá)到的理想充填效果。根據(jù)實(shí)際和理論進(jìn)行探討，提出了壓鑄合金液在壓鑄模具型腔里十一種合理的充填流動(dòng)狀態(tài)，并使用案例進(jìn)行了論證。

壓鑄件中的氣孔、冷隔及縮孔等缺陷，主要與合金液在型腔中充填流動(dòng)的狀態(tài)有關(guān)。只有合理的充填流態(tài)，才能較好的達(dá)到理想充填效果，才能生產(chǎn)出合格的壓鑄件。壓鑄工藝中，重要的是壓鑄模具的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，依靠澆注系統(tǒng)引導(dǎo)合金液在模具型腔里按預(yù)定的流程進(jìn)行流動(dòng)和充填。這里，從實(shí)際和理論分析，壓鑄合金液在型腔合理的充填流動(dòng)狀態(tài)及流動(dòng)充填要達(dá)到的理想效果。

1壓鑄合金液理想的充填效果

壓鑄合金液在型腔里流動(dòng)充填成型的目是獲得合格的鑄件，但不是任何流動(dòng)充填都能獲得合格的鑄件。由于鑄件的結(jié)構(gòu)和形狀多變，合金液在型腔中各個(gè)部位及各個(gè)階段的充填流動(dòng)狀態(tài)也是復(fù)雜多變的，只有合理的充填流態(tài)，才能接近達(dá)到理想的充填效果。壓鑄合金液一般有以下8種理想的充填效果：

①合金液持續(xù)有序流動(dòng)、順序充型，不卷氣；②合金液快速充填、短時(shí)充填，鑄件形狀完整，無冷隔；③型腔分區(qū)按計(jì)劃，合金液同時(shí)開始或先后開始，均勻充填，同時(shí)結(jié)束，鑄件質(zhì)量均勻有保障；④合金液穩(wěn)定流動(dòng)，各股合金液相互平穩(wěn)對(duì)接，不互沖，不產(chǎn)生渦流；⑤合金液充填過程有效排液、順利排氣，鑄件無疏松，不憋氣；⑥合金液順序凝固、有效補(bǔ)縮，無縮孔。⑦合金液在內(nèi)澆口霧化超高速噴射，合金液霧粒堆積充填，快速冷卻凝固，不形成大氣孔、大縮孔。⑧合金液在內(nèi)澆口和型腔超低速流動(dòng)充填，不包卷氣體。

2壓鑄合金液合理的充填流動(dòng)狀態(tài)

壓鑄各種充填流動(dòng)狀態(tài)，與鑄件結(jié)構(gòu)，澆注、溢流、排氣系統(tǒng)，模具溫度，模具結(jié)構(gòu)，壓鑄工藝，大氣環(huán)境等多方面綜合因素有關(guān)，是及其不確定和可變的，致使壓鑄件的質(zhì)量常常是波動(dòng)不穩(wěn)定的，所以，需要相關(guān)因素都處于受控狀態(tài)。

這里是從壓鑄實(shí)際和理論探討分析，要達(dá)到理想的充填效果，壓鑄合金液在壓鑄模具型腔里要具有的合理充填流動(dòng)狀態(tài)。

2.1 先充填難以充填和難以成型的部位（即先難后易充填）

深腔部位，盲孔部位（見圖1），薄壁部位，遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的部位，流動(dòng)阻礙多、阻力大影響流動(dòng)速度和流量的部位，需要曲折流動(dòng)才能到達(dá)的部位，需要繞行流動(dòng)才能到達(dá)的部位，（順著充填）肋、散熱片、螺紋等，都是難以充填的部位（見圖2），都需要合金液快速直接或間接噴射充填?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)內(nèi)澆口的多股合金液，集中充填或分別充填不同的區(qū)域。達(dá)到精確區(qū)域劃分、各自分配合金液集中充填、全面解決的目的。

圖1合金液集中射向深腔

圖2 合金液射向鑄件復(fù)雜的部位

2.2 從深腔向分型面充填（即從深腔向外充填）

（1）內(nèi)澆口設(shè)置在深腔部位，讓合金液從深腔向分型面充填，減小流程、沖擊、曲折和迂回，便于排氣（見圖3和圖4）。

圖3 合金液從深腔向分型面充填

圖4 合金液從深腔向分型面充填

（2）有需要從分型面一處把合金液直接射向深腔，再讓合金液從深腔流向其它幾處分型面（見圖5，圖6）。

圖5合金液直接射向深腔再從深腔流向分型面

圖6合金液直接射向深腔再從深腔流向分型面

2.3 從內(nèi)向外、從中間向外圍充填（即從里向外充填）

（1）內(nèi)澆口設(shè)置在型腔的中間部位，讓合金液從型腔中間向周圍分型面充填，便于排氣，并減小合金液的流程（見圖7~圖9）。

圖7 中心澆口從中間向外圍充填

圖8  中間澆道從中間向外圍充填

圖9 中間壓射室從中間向外圍充填

（2）有需要把內(nèi)澆口的合金液直接射向型腔中間，再讓合金液從型腔中間分散流向外圍分型面，這有利于先充填好鑄件中間復(fù)雜的部分，再充填外圍簡(jiǎn)單的部分（見圖10~圖12）。

圖10  合金液直接射向型腔中間，再流向外圍

圖11 合金液直接射向型腔中間，再流向外圍

圖12 合金液直接射向型腔中間，再流向外圍

2.4  從厚壁向薄壁處充填（從厚向薄充填）

（1）如果合金液先充填滿厚壁部位，在壓力作用下充填薄壁部位，合金液不易產(chǎn)生噴射（見圖13），也有利于順序凝固和增壓補(bǔ)縮；但由于初始充填薄壁的速度和動(dòng)力不夠大，只適合充填較小和不是很薄的薄壁鑄件；又因大量的合金液在厚壁部位停留加熱模具，厚壁部位容易形成縮孔。

圖13 合金液先充填滿厚壁部位再充填薄壁部位

（2）如果合金液直接從內(nèi)澆口穿過厚壁部位，直接噴射充填進(jìn)薄壁部位，合金液有較大的沖擊力，利于充填較大和較薄的薄壁鑄件，也有利于順序凝固和增壓補(bǔ)縮（見圖14）；但鑄件的厚壁部位會(huì)最后才充填滿，容易包卷氣體。

圖14 合金液穿過厚壁直接噴射充填進(jìn)薄壁部位

2.5 從較厚壁厚向很厚壁厚及熱節(jié)處充填（從厚向更厚充填）

從較厚壁厚向很厚壁厚及熱節(jié)處充填見圖15。由于很厚的壁厚和熱節(jié)部位，合金液的熱量比較多，容易形成縮孔，如果內(nèi)澆口設(shè)置在很厚的部位，更加劇了熱節(jié)的程度，會(huì)促使形成更大的縮孔。由于內(nèi)澆口比較薄，會(huì)早于厚壁處凝固，更會(huì)早于很厚壁厚處凝固，所以不能對(duì)很厚和熱節(jié)處進(jìn)行徹底的補(bǔ)縮。在很厚壁厚及熱節(jié)附近的厚壁處設(shè)置內(nèi)澆口，增壓的合金液可以通過厚壁有效的傳遞到很厚處進(jìn)行補(bǔ)縮。

圖15  從較厚壁厚向很厚壁厚及熱節(jié)處充填

2.6 厚壁件充填有噴射充填和慢速推進(jìn)充填

（1）壁件充填一般是先噴射到遠(yuǎn)端，然后快速回流，再充填內(nèi)澆口附近位置（見圖1,6）。要注意增加內(nèi)澆口附近處的排氣能力。

圖16 厚壁件先噴射到遠(yuǎn)端充填，然后再回流充填

（2）如果厚壁件充填先近后遠(yuǎn)，慢速向前充填（見圖17）。要防止冷隔、棱角不清晰、流痕和渦流卷氣。認(rèn)為，目前壓鑄內(nèi)澆口充填速度劃分是，超低速小于1 m/s，低速1～6 m/s，中速6～20 m/s,高速20～70 m/s,超高速70～12 0m/s。鋁合金壓鑄，雖然30～40 m/s是不容易出現(xiàn)粘模，能夠壓鑄好普通鑄件的內(nèi)澆口安全速度。但是，利用目前良好的模具材料、模具涂層處理和模具溫度控制，做到不出現(xiàn)內(nèi)澆口沖擊粘模的情況下，對(duì)于有孔隙率要求的鑄件，很多都使用40～70 m/s的內(nèi)澆口速度。

圖17  厚壁件慢速先近后遠(yuǎn)充填

2.7 中等壁厚鑄件

中等壁厚鑄件，一般是全壁厚推進(jìn)充填，有利于排氣和防止渦流卷氣（見圖18）。要注意讓近端的各股合金液盡早匯流，遠(yuǎn)端的排液和排氣。

圖18 中等壁厚鑄件全壁厚充填

2.8 薄壁鑄件直接向遠(yuǎn)端噴射充填，易于成形

注意合金液到達(dá)遠(yuǎn)端的先后順序，防止渦流包氣，加強(qiáng)排出冷料和排氣。圖19產(chǎn)品是薄壁鑄件，使用較寬的內(nèi)澆口全面充填，為了排氣，鑄件周邊較多的開設(shè)了溢流口進(jìn)行排氣。注意這個(gè)澆注系統(tǒng)不是錐形澆道。橫澆道的寬度與產(chǎn)品寬度基本一樣，饋送澆道連在一起形成很寬的澆道，致使合金液在饋送澆道中流動(dòng)速度嚴(yán)重下降，影響內(nèi)澆口初始充填速度的提高。

圖19  薄壁鑄件直接向遠(yuǎn)端噴射充填

2.9 合金液不要先充填分型面（見圖20、圖21）

能夠排氣的部位最后充填，利于排液排氣。合金液應(yīng)該先進(jìn)入易憋氣的盲區(qū)部位、凹坑部位，再充填能夠排氣的部位，最后向能夠排氣的分型面方向充填。合金液最后充填的部位，要能排出最后封堵在型腔里的氣體。

圖20  合金液先充填分型面，鑄件有氣孔和冷隔

圖21  合金液先充填深腔，鑄件無氣孔和冷隔

2.10 盡早匯流，平穩(wěn)匯流

（1）相鄰的內(nèi)澆口的合金液，進(jìn)入型腔后應(yīng)盡早平行、平穩(wěn)匯流到一起（見圖22）。合并向前充填，齊頭并進(jìn)，避免回流、流痕出現(xiàn)，防止包卷氣體。盡量避免金屬流匯流時(shí)相互沖擊，盡量不要在距離內(nèi)澆口很遠(yuǎn)處匯流。

圖22  相鄰的內(nèi)澆口的合金液應(yīng)盡早平穩(wěn)匯流到一起

（2）定向、定部位平穩(wěn)匯流：如果多股內(nèi)澆口的合金液，在型腔中朝向預(yù)定的方向、位置或末端匯流，不僅要盡量同時(shí)匯流，還要注意匯流后的流向和排液排氣位置、大小，消除渦流、冷隔缺陷。見圖23，各個(gè)內(nèi)澆口的流向及匯流，沒有集中到產(chǎn)品中間的過橋上；過橋后應(yīng)該在兩橋之間匯流及在在兩橋之間設(shè)置溢流槽。

圖23 定向、定部位平穩(wěn)匯流

（3）相反方向流動(dòng)的合金液不應(yīng)在薄壁區(qū)域相遇、匯流，以免產(chǎn)生冷隔。如果在薄壁區(qū)域匯流，需加大溢流槽和排氣槽。

2.11 合金液從內(nèi)澆口直接噴射充填鑄件氣孔和表面質(zhì)量要求高的部位。

合金液從鑄件氣孔要求高的部位，向氣孔要求低的部位流動(dòng)充填。讓之后充填的、新鮮純凈的合金液，充填氣孔要求高的部位。讓包卷氣體、被氧化污染的合金液，充填其它部位。

內(nèi)澆口直接射向鑄件壁厚有氣孔和表面質(zhì)量要求的那一側(cè)面，可以防止該側(cè)面有冷隔及精加工時(shí)出現(xiàn)氣孔，見圖24中j、k、e饋送澆道調(diào)節(jié)的合金液流向比較好。

圖24  內(nèi)澆口直接射向鑄件壁厚有氣孔和表面質(zhì)量要求的那一側(cè)面

3總結(jié)

根據(jù)合金液充填需要達(dá)到的理想充填效果，靈活使用11種比較合理的充填流動(dòng)狀態(tài)，設(shè)計(jì)壓鑄模具的澆注系統(tǒng)，引導(dǎo)合金液在型腔里按計(jì)劃的路線、順序、流向和充填流態(tài)，充填型腔的各個(gè)部位，這樣就能使模具設(shè)計(jì)成功，能夠壓鑄出良好的鑄件。

作者：

劉遵建
蘇州優(yōu)尼昂精密金屬制造有限公司
本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰(zhàn)略合作伙伴