浇注和排溢系统设计优化方案

设计合理的浇注系统和排溢系统是压铸设计工作中的重要环节。浇注系统是引导熔融金属以一定的方式填充到模具型腔的通道，对熔融金属的流动方向、排气条件、模具的热分布、压力的传递、填充时间的长短和金属通过内浇口处的速度等方面起着重要的控制作用和调节作用。因此，浇注系统是决定填充状况的重要因素，也是决定压铸件内部质量的重要因素。同时，浇注系统对生产效率、模具寿命、压铸件清理都有很大影响。

1.浇注系统的组成和分类

浇注系统主要由直浇道、横浇道、内浇口及余料组成。各种类型的压铸机所采用的浇注系统的结构见表3-1。

浇注系统按金属液进入型腔的部位和内浇口形状，大体可分为下面几种类型：侧浇口、中心浇口、顶浇口、环形浇口、缝隙浇口和点浇口等，如图3-17所示。各种类型的浇注系统可以满足不同结构压铸件的需要。

表3-1 各种类型压铸机浇注系统的结构

注：1—直浇道；2—横浇道；3—内浇口；4—余料。

图3-17 压铸件浇注系统形式

a）侧浇口 b）中心浇口 c）顶浇口 d）环形浇口 e）缝隙浇口 f）点浇口

2.直浇道设计

直浇道的结构因压铸机的类型不同，可分立式冷室压铸机用直浇道、卧式冷室压铸机用直浇道和热室压铸机用直浇道3种。

（1）立式冷室压铸机用直浇道 立式冷室压铸机用直浇道主要由压铸机上的喷嘴和模具上的浇口套、镶块、分流锥等组成。图3-18所示为典型的立式冷室压铸机用直浇道结构。从喷嘴导入口处至最小环形截面（A—A截面）为直浇道的长度。直浇道中的d₁段由喷嘴形成，d段由浇口套形成，A—A段由模具镶块形成。A—A截面处的空腔由分流锥形成。直浇道在d₁处与余料相连。

图3-18 立式冷室压铸机用直浇道结构

D—余料直径 d—喷嘴出口处直浇道直径（浇口套导入口直浇道直径）d₁—喷嘴导入口处直浇道小端直径 d₂—直浇道底部环形截面外径 d₃—直浇道底部分流锥直径

喷嘴在压铸机附近，备有多种不同规格以供选用。

1）直浇道的设计要点。

①根据压铸件质量，选择喷嘴导入口直径d₁，如图3-18及表3-2所示。

表3-2 压铸件质量和喷嘴导入口直径

注：压铸件质量包括浇注系统，不包括余料及溢流槽的质量。

②处于浇口套部分直浇道的直径d应比喷嘴部分直浇道的直径d₁每边放大0.5～1mm。

③喷嘴部分的脱模斜度取1°30′，浇口套的脱模斜度取1°30′～3°。

④分流锥处环形通道的截面积一般为喷嘴导入口的1.2倍左右，直浇道底部分流锥的直径d₃一般情况下可按下式计算

式中 d₂——直浇道底部环形截面处的外径（mm）；

d₁——直浇道小端（喷嘴导入口处）直径（mm）。要求

⑤直浇道与横浇道连接处要求圆滑过渡，通常其圆角半径R=5～20mm，以便金属液流动顺畅。

2）直流道部分浇口套的结构形式。

①浇口套如图3-19a所示，一般镶在定模座板上，采用浇口套可以节省模具钢且便于加工。

图3-19 立式冷室压铸机用浇口套

②浇口套的一个端面A与喷嘴端面相吻合，控制好配合间隙不允许金属液流入接合面，否则将影响直浇道从定模中脱出。浇口套的另一端面B与定模镶块相接，接触面上的镶块孔比浇口套孔大1～2mm。

③小批量生产用的简易模具，直浇道直接在定模镶块上加工，以省去浇口套，如图3-19b所示。

④直浇道部分由浇口套一体构成，金属液流动顺畅，拆装方便，如图3-19c所示。

3）分流锥的结构形式

①分流锥单独加工后装在镶块内，不允许在模具镶块上直接做出，如图3-20所示。

②分流锥的结构应起到分流金属液和带出直浇道的作用。

③对直径较大的分流锥，可在中心设置推杆，如图3-21所示。推杆的导向效果好，且能平稳推出直浇道，其间隙有利于排气。

图3-20 分流锥

图3-21 中心设置推杆的分流锥

④圆锥形分流锥（图3-20）的导向效果好、结构简单、使用寿命长，因此应用较为广泛。

（2）卧式冷室压铸机用直浇道 卧式冷室压铸机用直浇道由压室和浇口套形成，其结构如图3-22所示。压室和浇口套可以制成整体，也可以分别制造。若为后者，压室是压铸机的附件、浇口套装在定模上。直浇道的设计要求直浇道直径D根据压铸件所需压射比压来选定。

1）直浇道厚度H一般取直径D的1/3～1/2。

2）为保证压射冲头动作顺畅，有利于压力的传递且金属液填充平稳，压室内径与浇口套内径应保持同轴度。

3）为了使直浇道从浇口套中顺利脱出，可在靠近分型面一端长度为15～25mm范围的内孔处，设有1°30′～2°的脱模斜度。

4）与直浇道相连接的横浇道一般设置在浇口套上方，以防止金属液在压射前流入型腔。

图3-22 卧式冷室压铸机用直浇道结构

3.横浇道设计

横浇道是连接直浇道和内浇口的通道。横浇道的作用是把金属液从直浇道引入内浇口。横浇道的结构形式和尺寸取决于内浇口的结构、位置、方向和流入的宽度，而这些因素常根据压铸件的形状、结构、大小，浇注位置和型腔个数来确定。

（1）横浇道设计要点

1）为了减少金属液流动阻力，达到均衡流速，保持等截面积，横浇道不宜突然收缩和扩张。

2）横浇道应具有一定的厚度和长度，以便液体金属通过横浇道时，热量损失尽可能小。

3）对于立式冷室压铸机和热室压铸机上所选用的横浇道截面积，单型腔时一般取直浇道导入口截面积的1.2倍左右；对于卧式冷室压铸机上的横浇道截面积，单型腔时一般取直浇道（余斜）截面积的1/2左右；对于多型腔模具则不受此限制。

4）对于卧式冷室压铸机，在一般情况下，横浇道应处于直浇道的正上方或上侧方，以防止压室中的金属液过早流入横浇道。

（2）横浇道尺寸的选择 横浇道的截面形状根据压铸件的结构特点而定，一般以扁梯形为主，特殊情况下采用双扁梯形、长梯形、窄梯形、圆形或半圆形。通常，横浇道尺寸可按表3-3进行选择。

（3）横浇道与内浇口和压铸件之间的连接方式 横浇道与内浇口和压铸件之间的连接方式见表3-4。

4.内浇口设计

内浇口的作用是根据压铸件的结构、形状和大小，以最佳流动状态将金属液导入型腔而获得优质压铸件。

表3-3 横浇道尺寸的选择

表3-4 横浇道与内浇口和压铸件之间的连接方式

注：1.表内图中符号的含义：L₁—内浇口长度（mm）；L₂—内浇口延伸段长度（mm）；h₁—内浇口厚度（mm）；

h₂—横浇道厚度（mm）；h₃—横浇道过渡处厚度（mm）；r₁—横浇道倾斜段圆角半径（mm）；r₂—横浇道出

口段与内浇口相连接处的圆角半径（mm）；H—压铸件壁厚（mm）。

2.相互关系为：

（1）内浇口的分类 内浇口按金属液的导入口位置、导入口形状和导入口方向进行分类，如图3-23所示。

（2）内浇口的设计要点 设计内浇口时，最重要的是确定内浇口的位置和方向，预计金属填充时的流态填充速度，分析填充过程中有可能出现的死角区和裹气部位，以便布置适当的溢流和排气系统。在设计合理的横浇道和直浇道结构形式和尺寸后，就构成了完整的浇注系统。

内浇口设计要点如下：

1）从内浇口导入的金属液，应首先填充深腔处难以排气的部位，而不宜立即封闭分型面，造成排气不畅。(www.xing528.com)

图3-23 内浇口的分类

2）除特大压铸件、箱体及框架类压铸件和结构比较特殊的压铸件外，内浇口的数量以单道为主，以防止进入型腔后的金属液相互冲击，产生涡流、裹气和氧化夹渣等缺陷。

3）除低熔点合金外，从内浇口进入型腔的金属液，不应正面冲击型芯，以减少动能损耗，防止被冲击部位因受侵蚀而产生粘模现象。

4）内浇口位置选择填充型腔各部分时，应具有最短流程，以防止金属液在填充过程中热量损失过多，造成压铸件花纹冷隔或其他缺陷。

5）对于薄壁复杂压铸件，宜采用较薄的内浇口，以保持必要的填充速度。一般结构的压铸件以取较厚的内浇口为主，使静压力有效地传递，填充平稳，有利于改善排气条件。

6）内浇口的设置部位，有时布置在压铸件的热节处，在较厚的内浇口的配合下，提高补缩效果。

7）内浇口处的热量较集中，温度较高，凡在型腔中带有螺纹的部位不宜直接布置内浇口，以防螺纹被冲击而受侵蚀。

8）根据压铸件的技术要求，凡精度要求较高、表面粗糙度值小且不加工的部位，不宜布置内浇口，以防除去浇口后留下痕迹。

9）布置内浇口时应考虑压铸件切边或采用其他清理方法的可能性。

（3）内浇口的尺寸选择

1）内浇口厚度的经验数据见表3-5。

表3-5 内浇口厚度的经验数据

2）内浇口的宽度和长度的经验数据见表3-6。

表3-6 内浇口的宽度和长度的经验数据

3）内浇口截面积的计算。内浇口截面积的确定是内浇口设计过程中重要环节之一，确定最合理的内浇口截面积涉及多方面的因素。计算内浇口截面积的经验公式很多，以下所介绍的计算方法，是使金属液以一定的速度和在预定的时间内充满型腔而得来的。

式中 S_n——内浇口截面积（cm²）；

m——压铸件质量（g）；

ρ——液态金属的密度（g/cm³），锌合金为6.40g/cm³，铝合金为2.4g/cm³，镁合金

为1.65g/cm³，铜合金为7.5g/cm³；

v——内浇口处金属液的流速（m/s）；

T——填充型腔的时间（s），见表3-7。

表3-7 推荐的压铸件平均壁厚与填充时间、内浇口速度的关系

（续）

注：1.压铸件平均壁厚b₀，按下式计算

式中 b₁，b₂，b₃…——压铸件某个部位的壁厚（mm）；

S₁，S₂，S₃…——对应壁厚b₁，b₂，b₃…部位的面积（mm²）。

2.表中数值以铝合金为基础，同样适用于其他合金；实际的填充时间以锌合金为最短，内浇口速度以镁合金为最高。

5.排溢系统设计

在整个型腔填充过程中，溢流槽、排气槽和浇注系统是一个不可分割的整体。通过设置溢流槽和排气槽，可以提高压铸件质量，弥补某些缺陷，其效果取决溢流槽和排气槽在型腔周围或局部布局、位置和数量的分配、尺寸和容量大小及本身的结构形式。溢流槽和排气槽还可以弥补由于浇注系统设计不合理而带来的缺陷。

（1）排溢系统的组成 排溢系统由排气槽和溢流槽两大部分组成，如图3-24所示。

（2）溢流槽的设计

1）溢流槽的作用。

①排除型腔中的气体，储存混有气体涂料残渣的冷污金属液，与排气槽配合迅速引出型腔内的气体，增强排气效果。

②控制金属液填充流态，防止局部产生涡流，转移缩孔、缩松、涡流裹气和产生冷隔的部位。

③调节模具各部位的温度，改善模具热平衡状态，减少压铸件流痕、冷隔和浇不足现象。

④在推杆推出的位置，防止压铸件变形或在压铸件表面留有推杆痕迹。

图3-24 排溢系统的组成

1—型腔 2—溢口 3—溢流槽 4—排气槽 5—推杆

⑤在动模上布置溢流槽，增大对型芯的包紧力，使压铸件在开模时随动模带出。

⑥作为压铸件存放、运输及加工时支承、吊挂、装夹或定位的附加部分。

2）溢流槽的设计要点。溢流槽的设计要点如图3-25所示。

①设在金属流最初冲击的地方，以排除端部进入型腔的冷凝金属流。容积比该冷凝金属流稍大一些（图3-25a）。

②设在两股金属流汇合的地方，以消除压铸件的冷隔。容积相当于出现冷隔范围部位的金属容积（图3-25b）。

③布置在型腔周围，其容积应能足够排除混有气体的金属液及型腔中的气体（图3-25c）。

④设在压铸件的厚实部位处，其容积相当于热节或出现缩孔缺陷部位的容积的2～3倍（图3-25d）。

⑤设在容易出现涡流的地方，其容积相当于产生涡流部分的型腔容积（图3-25e）。

⑥设在模具温度较低的部位，其容积大小以取得改善模具温度分布为宜（图3-25f）。

⑦设在内浇口两侧的死角处，其容积相当于出现压铸件缺陷处的容积（图3-25g）。

⑧设在排气不畅的部位，设置后兼设推杆（图3-25h）。

⑨设置整体溢流槽，以防止压铸件变形（图3-25i）。

图3-25 溢流槽的设计要点

3）溢流槽的尺寸计算。溢流槽的容积见表3-8；单个溢流槽尺寸见表3-9。

表3-8 溢流槽的容积

表3-9 单个溢流槽的尺寸

注：1.一般情况下采用形式Ⅰ。形式Ⅱ及形式Ⅲ的容积较大，常用于改善模具热平衡或其他需要采用大容积溢流槽的部位。

2.溢流口总截面积，一般为内浇口截面积的50%～70%。如果溢流口过大，则与型腔同时充满，不能充分发挥溢流排气作用，故溢流口的厚度和截面积应小于内浇口的厚度和截面积。

3.溢流口的截面积一般为排气槽面积的50%，以保证溢流槽有效地排出气体。

（3）排气槽的设计 排气槽一般与溢流槽配合，布置在溢流槽后端以加强溢流和排气效果。在某些情况下也可在型腔的必要部位单独布置排气槽。

设置排气槽的目的是为了能排除浇道、型腔及溢流槽内的混合气体，以利于填充、减少和防止压铸件中气孔缺陷的产生。

通常情况下，排气槽设在分型面上，如图3-26所示。由分型面上直接从型腔中引出平直曲折的排气槽，也可在溢流槽后端部位布置排气槽。型腔深处可在型芯头上开设排气槽或特设推杆排气。排气槽不能被金属流堵塞，排气槽相互间不应连通。

图3-26 分型面上布置排气槽

排气槽的尺寸见表3-10。

表3-10 排气槽的尺寸