感应式高真空压铸模具设计

　　文/宁波大红鹰学院、张玉玺

　　摘要:众所周知，在压铸生产过程中，铸件成型受到充填时间的限制，所以必须使用高速高压充型。换句话说，在合金液凝固之前将其充满型腔才能保证铸件成型。至于在充型过程中，模具型腔内有多少气体来不及排放，以致使铸件内部形成多少气孔，在很多时候都无法顾及，那么，如何做出高品质的铸件，便成了业界人士不断追求的课题。本篇介绍了感应式高真空压铸模具设计的要点，它是有效提高铸件质量的方法之一，供大家参考。

　　关键词: 感应式、高减压、压铸模具

　　1.引言

　　顾名思义，感应式高真空压铸模就是配有感应器及抽真空装置的压铸模具，又称高减压压铸模具。在压铸机压射系统高速高压的作用下，合金液强行充填模具型腔，由于模具型腔内空气来不及排放，使模腔内压力突然剧增，型腔内这种突然蓄积的空气压力严重阻碍了压铸充型，所以需要快速高效地释放型腔内压力，以降低这种阻力对充型的影响，这样，配有高减压装置的模具便问世了。值得一提的是：高减压装置不能说成是高速减压装置，高减压装置的作用是减小模具型腔里形成阻碍充型的压力，以使压铸过程实现无阻力充型。

　　2.压铸生产减压过程分析

　　2.1以往减压对策

　　以往的减压对策：是在模具型腔的充型末端安装附有抽真空装置的排气板，其目的是降低型腔内压力，我们从排气板的结构和尺寸来分析型腔减压效果，动、定模排气板形成的排气通道如图1所示，通道最小截面积为排气板波浪通道处，该处间隙为0.4mm，宽度为70mm，则其截面积为28mm2，这种排气方式在铸件成型质量方面起到一定的作用，但是，由于截面积不够大，所以铸件质量的提高受到限制，要想在传统排气板上改善减压效果，只有增大排气板的最小截面积，首先考虑加大排气板宽度尺寸，但是，如果宽度尺寸加大，模具分型面上浇铸投影面积会变大，在压射比压不变的情况下，模具会因胀型力变大而跑料，铸件质量和生产安全都会受到影响，其次是加大排气板通道的深度尺寸，但是，如果深度尺寸加大，在充型过程中，合金液就会很顺利地充满整个排气板通道并堵塞抽真空阀口，生产无法正常进行，目前的深度尺寸0.4mm是自然充型时的安全深度尺寸，也就是说：“在一定的压射比压条件下，以这种安全深度尺寸作保证，合金液会在排气板通道的中途会凝固下来，抽真空阀口不会受到威胁，可以确保生产过程连续”。经分析可以看出，传统的减压对策在以前为压铸生产起到了一定的作用，但是，在改善减压效果方面受到限制。

　　2.2 高减压对策

　　高减压对策：是在传统压铸模排气板原理的基础上进行的改进，其减压效果发生了质的变化。感应式高减压排气板形成的排气通道如图2所示，最小通道宽度为20mm，深度为9.5mm，通道最小截面积为190mm2，高减压排气板通道最小截面积是传统方法的6.8倍，显然，排气板的改善效果毋庸置疑。那么，高减压对策下的模具胀型力和抽真空阀口的堵塞情况如何呢?从图2可以看出，分型面上浇铸投影面积不但没有增加，还略有减少，所以模具胀型力得到控制，再看抽真空阀口情况，我们从图2所标注的排气板尺寸可以得到答案，排气板上自感应器中心至抽真空阀口中心的排气通道全长为40mm+31.5mm+90mm+26.31mm+18.12m+32.5mm+30mm+96.29mm+46mm=410mm，如果一副压铸模具的内浇口截面积在190mm2左右，内浇口处充型速度为30m/s，且抽真空阀口关闭的反应时间为0.012s，可以看出，由于型腔入口、出口的最小截面积相当，在充型过程中，型腔不会形成过大的阻力，若假设排气通道的合金液流速也是30m/s，则在阀口关闭的反应时间内,合金液流动距离为0.012X30000=36mm,不难看出：410mm的排气道全长是安全的，可以确保生产连续，排气量约为标准大气压下68ml的空气量，当然若将感应器设置到模具溢流槽与该装置入口之间的路径上的话，反应时间还可延长，排气能力更会显著提高。

　　3.减压装置设计

　　3.1 减压装置的工作原理

　　减压装置工作流程图如图3所示：

　　高减压装置的工作原理是：压铸合金液经模具型腔至溢流槽，进入模具排溢道汇合之后，进入图4所示装置的1区，1区在动模侧抽真空排气板上开设，1区为装置入口;合金液经过深度方向转折进入2区，2区开设在定模侧感应器型芯上，型芯做成凹面，该型芯埋设两支感应棒，合金液流过之前，感应器承断开状态，一旦合金液流过，便似以导线的形式将两支感应棒接通，于是感应器将信号发给高速油缸控制器，高速油缸带动封口锥体执行关闭阀口动作;由于信号传递及各元器件反应时间的限制，阀口不能马上关闭，合金液将经深度方向的转折继续前行至3区，3区在动模侧抽真空排气板上开设，且在该区内以等深度曲直路线前行;在3区经多次转折进入4区，4区为环形路线，环形路径在定模侧贴合型芯面上开设;由于路径设计经过实验获取，所以合金液在进入5区之前阀口刚好可以关闭，合金液也停止流动;即使有少许合金液流入5区，也会因合金液的反弹肋推作用，迫使封口锥体关闭阀口。由于抽真空装置是在充型结束时关闭的，也就是说在整个充型过程中型腔的空气一直在被抽排着，又由于合金液在装置中的多次转折而使能量消耗殆尽，所以该装置高速减压效果非常显著。

　　3.2 减压装置分型面密合结构设计

　　抽真空模具制造精度要求都比较高，但是要确保压铸生产安全、可靠、连续，仅靠制造精度是不行的，在结构设计方面非常关键，对于抽真空压铸模来说，一旦分型面合不严，将造成分型面处溢料，不仅无法实现连续生产，真空装置也将会被失控的合金液冲塞，要想确保整个分型面的理想密合是困难的，为此有必要在减压装置周边实现高度密合。该减压装置分型面密合结构如图5所示，通过采用蝶型弹簧密合结构，以实现局部拥有强大贴合力，在合模前定模侧的贴合型芯微凸出分型面，凸出尺寸可控，以0.1mm为宜，只有这种可靠的密合才能保证模具型腔内的空气被有效抽排出去，以达成提升压铸件品质的目的。

　　3.3 减压装置抽真空阀口闭锁机构设计

　　减压装置抽真空阀口闭锁时间的控制是决定能否实现无阻力充型的关键，关闭时间过早，型腔空气被抽排的量少;如何即能保证抽排出更多的型腔内空气又能使装置安全可靠?该装置以抽排固定时间T的方式确保每模抽排出恒量的空气，以实现压铸件品质的稳定，在安全可靠方面，该装置的设计是通过预设的流量、抽排气道截面面积逆向计算路径长度，再加安全值或乘以安全系数，对这样获得的抽排气道的空间体积再经校核，确保在同一时间内装置处容纳抽排空气体积足够大;最后还以多次实验的方法确定路径及其长度，该装置抽真空阀闭锁结构如图6所示，封口锥体与高速油缸相连，动作控制器与感应器信号相连，抽真空动作与压铸机系统相连;在时间控制方面：慢压射开始，压射延时打开，冲头通过压室入料口之后，抽真空装置开始动作直至充型结束才关闭，这样确保能抽排出更多的型腔空气;另外，由于封口锥体在关闭阀口时是以锥面配合的，所以装置封闭性可靠。

　　装置抽真空阀闭锁机构设计步骤：

　　① 计算装置抽排路径长度

　　式中Q：预设模具流量(cm3/s );

　　装置抽排气道截面面积(cm2 );

　　T：预设的抽排空气时间(S); ：

　　路径安全值，一般取5-10cm ;

　　②校核在同一时间T之内，装置抽排空

　　气体积和冲头在中压室中前进的空间体

　　积装置抽排体积：

　　式中 ：抽排气道处合金液速度，

　　一般取 ;

　　3.4减压装置排气道结构尺寸设计

　　该减压装置是经过多次实验之后，最终确定下来的方案，抽排气道三维实体结构如图7所示。

　　排气道结构尺寸确定方法：

　　①一副模具设计好的同时，也知道了使用这副模具进行压铸时的压铸合金液流量，及各处速度;

　　②根据压铸件结构设置排气道截面形状及尺寸，也可使用通用截面尺寸;

　　③根据真空阀受控及反应时间的快慢，逆向计算在该时间范围内金属液流程;

　　④由金属液流程加安全距离50mm-100mm，确定排气道长度尺寸;

　　⑤在抽真空板上布置排气道路线，

　　⑥设置动定模侧的多次转化及曲线转折以消耗能量，使用阀口环线充分利用空间;

　　⑦二维及三维数据化处理，以确认各处衔接。

　　4.结束语

　　高减压装置装在模具上的状态如图8所示，压铸过程是一个转换过程，用合金液体转换型腔内的空气，转换得越充分，压铸件的品质才可能越好，人们常把压铸过程与漏斗现象比对，通过漏斗向小口瓶中注油，总觉得流得太慢，其实是瓶中空气排不出阻碍了油的注入，如果在漏斗的外壁上设计出沟槽以供排气的话，注油的效果将大不一样，压铸模具也是一样，高减压装置就象是外壁上开了沟槽的漏斗，开了沟槽的漏斗价格不会贵很多，但是会很好用，大家不妨一试。