厦门理工学 院(Xiamen University of Technology) 副教授 葛晓宏 (Ge Xiaohong)
瑞士方达瑞（Fondarex SA）驻亚洲技术销售经理 秦耘 （Qin Yun）
瑞士方达瑞真空应用技术经理 阎•爱米尼哥（Jan Emmenegger）
摘要 ：在当今的工业产品中，越来越多的有色金属零件采用了压铸工艺，使得压铸工业呈现出更加广阔的发展前途；同时产品结构更复杂，成品率也要求更高，这无疑对传统的压铸工艺提出了更为严峻的挑战。其中，影响铸件的机械性能，表面质量和气密性等最重要的因素——与气孔有关的缺陷，是最难解决的。
采用真空压铸工艺后，问题转化为压铸模具浇道及排气方案的设计。结合生产示例，探讨交流真空压铸模具设计过程及关键点。
关键词：真空压铸，模具，排气方案，实例验证
引言
与砂型和重力铸造相比，传统压铸件的微观结构不尽人意，主要原因是高速金属流在浇口处的喷射，要比金属缓慢喂入砂型或金属模腔更容易接触型腔内的空气和烟气。真空压铸工艺的重点是尽量减少这种气液接触，因此将型腔内气体有效的排出是真空压铸模具设计的关键。
对于压铸模具，传统排气设计与真空排气设计并无本质区别。只是排气的方式上前者为被动排气，利用金属流动将气体排出，即所谓的正压压射；后者为主动排气，即由采用真空装置，随压射的进行将型腔内的气体抽出，也称为负压压射。就排气效果而言，相差甚远，正确的真空排气应用将会极大降低型腔内的气体含量，从而有效地提高产品的质量。本文将就真空模具方案设计所涉及的一些内容展开讨论，重点是排气方案设计。
1 真空压铸模具设计基础
了解和掌握产品和铸件方面的知识越多，真空模具设计方案越准确。首先要进行的是模具型腔布置，包括确定分型面、模穴数量和布置方式；其次要考虑的是可能的充型位置和方向等。其中最重要是浇口设计。为了确定正确的浇口面积，以下因素必须要先行考虑：
- 铸件大小
- 几何形状，包括壁厚，流动路径，最后充型点，排气点等等
- 优化的模具温度
- 去边操作可行性
- 铸件质量要求，包括整体性和局部性的安全性，气密性，表面处理和机加要求等
- 充型时间
- 浇口速度
其中铸件净重，充型时间，浇口速度是模具设计的最基本计算数据。锌和铝铸件的充型时间请分别参考表一及表二。
表一：锌合金充型时间选择经验数据
|
铸件净重 |
壁厚 |
短流动路径 |
中流动路径 |
长流动路径 |
|
5克 |
小于1毫米 |
5 |
3 |
1 |
|
大于3毫米 |
8 |
4 |
3 |
|
|
15克 |
小于1.1毫米 |
7 |
5 |
2 |
|
大于3毫米 |
9 |
7 |
5 |
|
|
50克 |
小于1.2毫米 |
10 |
7 |
4 |
|
大于3.5毫米 |
14 |
10 |
7 |
|
|
150克 |
小于1.2毫米 |
14 |
11 |
8 |
|
大于4毫米 |
17 |
14 |
11 |
|
|
500克 |
小于1.3毫米 |
18 |
16 |
12 |
|
大于5毫米 |
26 |
21 |
16 |
|
|
1000克 |
小于1.5毫米 |
22 |
20 |
15 |
|
大于6毫米 |
32 |
26 |
20 |
表二：铝合金充型时间选择经验数据
|
铸件净重 |
壁厚 |
短流动路径 |
中流动路径 |
长流动路径 |
|
30克 |
小于1.1毫米 |
6 |
4 |
2 |
|
大于3毫米 |
10 |
8 |
5 |
|
|
100克 |
小于1.2毫米 |
10 |
8 |
6 |
|
大于3.5毫米 |
17 |
13 |
9 |
|
|
500克 |
小于1.4毫米 |
24 |
19 |
12 |
|
大于4毫米 |
38 |
28 |
21 |
|
|
1000克 |
小于1.6毫米 |
34 |
29 |
22 |
|
大于4.5毫米 |
50 |
37 |
30 |
|
|
3000克 |
小于2毫米 |
58 |
50 |
38 |
|
大于5毫米 |
75 |
65 |
53 |
|
|
9000克 |
小于2.5毫米 |
94 |
85 |
65 |
|
大于7毫米 |
150 |
110 |
92 |
至于浇口速度，锌和铝铸件请参看表三和表四。
表三：锌合金浇口速度选择经验数据
|
铸件壁厚 |
短充型路径 |
长充型路径 |
|
0.6-3毫米 |
42-46米/秒 |
45-56米/秒 |
|
2-6毫米 |
40-44米/秒 |
40-48米/秒 |
|
5-14毫米 |
36-42米/秒 |
38-45米/秒 |
表四：铝合金浇口速度选择经验数据
|
铸件壁厚 |
短充型路径 |
长充型路径 |
|
1-5毫米 |
40-44米/秒 |
42-52米/秒 |
|
4-10毫米 |
38-42米/秒 |
40-45米/秒 |
|
8-18毫米 |
32-40米/秒 |
36-43米/秒 |
以上经验数据基于高质量压铸件的一个平均值。对于具体的设计，其它诸如壁厚突变，复杂几何形状，模温以及集渣包等因素也要考虑进去。
最困难的决定是将单穴模变成多穴模，模穴越多，变数越多。多穴模的设计要点是要使所有模穴同时充型，同时结束！但计算是从一个模穴开始的。
2 浇道方案设计
现举例说明单穴模浇道方案设计过程，见图1。
铝铸件净重： 2500克
壁厚： 最薄2.4毫米；最厚12毫米
几何形状： 复杂
模具温度： 定模180oC，动模190-210oC
优化充型时间：50毫秒
优化浇口速度：40米/秒
金属流量： 20.6升/秒
浇口面积： 518毫米2
冲头直径： 90毫米 100毫米 110毫米
冲头充型速度： 3.30米/秒 2.70米/秒 2.25米/秒
浇道中间系数： 1.75
现在根据铸件的几何形状来分配浇口：确定充型流动方向和流量分配，由此可确定浇口的位置，导流方向，厚度及长度。本例中，浇口分为10段（最左边两个合为一个），每段面积都为
浇口设置完毕后，进行浇道方案设计。需要考虑以下问题：怎样使得从浇道进入到浇口的热金属流无紊乱？其优化的截面积是多少？其最佳的几何形状是什么？
