浇注系统组成部分设计

1.内浇口设计

内浇口是指横浇道到型腔的一段浇道，其作用是使横浇道输送出来的低速金属液加速并形成理想的流态而顺序地充填型腔，它直接影响金属液的充填形式和铸件质量，因此是一个主要浇道。

（1）内浇口的设计要点。设计内浇口时，主要是确定内浇口的位置和方向，并预计合金充填过程的流态、可能出现的死角区和裹气部位，以便设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，就构成完整的浇注系统。内浇口的设计要点如下。

图6-2　浇注系统的基本形式

（a）切向浇口；（b）径向浇口；（c）中心浇口；（d）顶浇口；（e）侧浇口；（f）环形浇口；（g）缝隙浇口；（h）点浇口；（i）扇形浇道系统；（j）锥形切线浇道系统

①从内浇口进入型腔的金属液应首先充填深腔处难以排气的部位，然后充填其他部位，并应注意不要过早地封闭分型面和排气槽，以便型腔中的气体能够顺利排除。

②金属液进入型腔后，不正面冲击型壁和型态，力求减少动能损耗，避免因冲击而受侵蚀发生粘模现象，致使该处过早损坏。

③应尽可能采用单个内浇口而少用分支浇口（大型铸件、箱体和框架类以及结构形状特殊的铸件除外），以避免多路金属液汇流互相撞击，形成涡流，产生裹气和氧化物夹杂等缺陷。对有加强肋的铸件，应使内浇口导入金属液的流向与加强肋方向一致。

④形状复杂的薄壁铸件应采用较薄的内浇口，以保证有足够的充填速度。对一般结构形状的铸件，为保证最终静压力的传递作用，应采用较厚的内浇口，并设在铸件的厚处。

⑤内浇口设置位置应使金属液充填压铸模型腔各部分时流程最短，流向改变少，以减少充填过程中能量的损耗和温度降低。

（2）内浇口的分类。内浇口的分类如表6-2所示。

表6-2　内浇口的分类

（3）内浇口的尺寸确定。内浇口最合理的截面积计算涉及多方面的因素，目前尚无切实可行的精确计算方法。在生产实践中，主要结合具体条件按经验选用，常用的经验公式为

式中　Ag——内浇口截面积，m2；

G——通过内浇口的金属液质量，kg；

ρ——液态金属的密度，kg·m-3；

vg——充填速度，m/s；

t——型腔的充填时间，s。

内浇口的厚度对金属液的充型影响较大。一般情况下，当铸件较薄并要求外观轮廓清晰时，内浇口厚度要求较薄。但内浇口过薄，金属液喷射严重，甚至会堵塞排气通道，使铸件表面出现麻点和气孔，在压铸铝合金、铜合金时粘模严重。当铸件表面质量要求高、组织要求致密时可采用较厚的内浇口，但内浇口太厚，充填速度过低而降温大，可能导致铸件轮廓不清，切除内浇口也麻烦。内浇口厚度的经验数据如表6-3所示。

表6-3　内浇口厚度的经验数据　mm

内浇口宽度也应适当选取，宽度太大或太小会使金属液直冲浇口对面的型壁，产生涡流，将空气和杂质包住而产生废品。

内浇口的长短直接影响铸件质量，内浇口太长，影响压力传递，降温大，铸件表面易形成冷隔花纹等。内浇口太短，进口处温度容易升高，加快内浇口磨损，且易产生喷射现象。

内浇口宽度和长度的经验数据如表6-4所示。

表6-4　内浇口宽度和长度的经验数据

2.直浇道设计

直浇道是传递压力的首要部位。在立式压铸机和热室压铸机上，直浇道是指从浇口套起到横浇道为止的一段浇道。其尺寸可以影响金属液的流动速度、充填时间、气体的储存空间和压力损失的大小，起着能否将金属液平稳引入横浇道和控制金属液充填条件的作用。

（1）立式冷压室压铸机直浇道。立式压铸机直浇道主要由压铸机上的喷嘴和模具上的浇口套组成，图6-3所示为立式压铸机用直浇道的结构。

图6-3　立式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

立式压铸机用直浇道的设计要点如下。

①根据浇注系统内浇口截面积，选择喷嘴导入口直径。喷嘴导入口小端截面积一般为内浇口截面积的1.2～1.4倍。可按下式计算喷嘴导入口小端直径

式中　d1——喷嘴导入口小端直径，mm；

Ag——内浇口截面积，mm2。

②位于浇口套部分的直浇道的直径应比喷嘴部分直浇道的直径每边放大0.5～1mm。

③喷嘴部分的脱膜斜度取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一般情况下可按下式计算

式中　d3——直浇道底部分流锥直径，mm；

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，其圆角半径一般取R5～20mm，以使金属液流动顺畅。

采用浇口套可以节省模具钢且便于加工。直浇道部分浇口套的结构形式如图6-4所示。浇口套一般镶在定模座板上，如图6-4（a）所示。浇口套一个端面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。小批量生产用简易模具的直浇道直接在定模镶块上加工，以省去浇口套，如图6-4（b）所示。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6-4（c）所示。

图6-4　立式冷室压铸机用浇口套示意图

分流锥起分流金属液和带出直浇道的作用。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6-5所示。圆锥形分流锥的导向效果好、结构简单、使用寿命长，因此应用较为广泛。对直径较大的分流锥，可在中心设置推杆，如图6-6所示。推杆的导向效果好，能平稳推出直浇道，其间隙有利于排气。

（2）卧式冷压室压铸机直浇道。卧式压铸机的压铸件的浇注系统上可以说没有直浇道，或者说直浇道与压室内腔合并为一体。其结构如图6-7所示，它由压铸机上的压室和压铸模上的浇口套组成，在直浇道上的这一段称为余料，其设计要点如下。

①根据所需压射比压和压室充满度选定压室和浇口套的内径D。

②浇口套的长度一般应小于压铸机压射冲头的跟踪距离，以便余料从压室中脱出。

图6-5　分流锥

图6-6　中心设置推杆的分流锥

③横浇道入口应开设在压室上部内径2/3以上部位，避免金属液在重力作用下进入横浇道而提前开始凝固。

④分流器上形成余料的凹腔的深度等于横浇道的深度，直径与浇口套相等，沿圆周的脱模斜度约为5°。

⑤有时将压室和浇口套制成一体，形成整体式压室。整体式压室内孔精度好，压射时阻力小，但加工较复杂，通用性差。(www.xing528.com)

⑥采用深导入式直浇道（见图6-8）可以提高压室的充满度，减小深型腔压铸模的体积，当使用整体式压室时，有利于采用标准压室或现有的压室。

⑦压室和浇口套的内孔应在热处理和精磨后，再沿轴线方向进行研磨，其表面粗糙度不大于Ra0.2μm。

图6-7　卧式冷室压铸机用直浇道

1—压室；2—浇口套；3—分流器；4—余料

图6-8　深导入式直浇道结构示意

直浇道部分浇口套的结构形式如图6-9所示。图6-9（a）所示的结构装拆方便，压室同浇口套同轴度偏差较大。图6-9（b）所示的结构装拆方便，压室同浇口套同轴度偏差较小，但浇口套耗料较多。图6-9（c）所示的结构装拆不便，压室同浇口套同轴度偏差较大。图6-9（d）所示的结构浇口套通冷却水，模具热平衡好，有利于提高生产率。图6-9（e）所示为采用整体压室时点浇口的浇口套。图6-9（f）所示为卧式冷压室压铸机采用中心浇口的浇口套。

压室和浇口套的连接方式如图6-10所示。图6-10（a）所示为压室和浇口套分别制造，为防止加工误差影响同轴度，导致冲头不能正常运行，可适用放大浇口套的内径。图6-10（b）所示为压室和浇口套制成整体，内孔精度容易保证，但伸入定模套板段的长度不能调节。

图6-9　浇口套的结构形式

图6-10　压室和浇口套的连接方式

（a）连接式压室；（b）整体式压室

（3）热室压铸机用直浇道。图6-11所示为热室压铸机用直浇道的结构，它一般由压铸机上的喷嘴和压铸模上的浇口套、分流锥组成。

热室压铸机用直浇道的设计要点如下。

①根据铸件的结构和质（重）量等要求选择压铸机压室的尺寸。

②根据内浇口截面积选择喷嘴出口小端直径d0。一般喷嘴出口处小端的面积为内浇口截面积的1.1～1.2倍。

图6-11　热室压铸机用直浇道

③直浇道中心一般设置分流锥，以调整直浇道的截面积，改变金属液的流向，便于从定模带出直浇道。

④直浇道的单边斜度一般取2°～6°，浇口套内孔表面粗糙度不大于Ra0.2μm。

⑤为适应高效率热室压铸机生产的需要，在浇口套和分流锥内部应设置冷却系统（见图6-12）。

图6-12　在分流锥和浇口套中设置冷却水道

1—浇道套；2—分流锥；3—冷却水套

直浇道部分的典型结构形式如图6-13所示。图6-13（a）中的喷嘴与浇口套同轴，分流锥与浇口套斜度相同，直浇道截面积朝底部方向逐渐增大，易卷入气体，设计和制造较简单。B处的截面积为内浇口截面积的1.1～1.2倍。D-E处的截面积约为内浇口截面积的2倍，F-G处的截面积为内浇口截面积的3～4倍，C＝B1＋1（mm），α＝4°～6°。

图6-13（b）所示为无分流锥式直浇道，结构简单，用于小型模具。为避免直浇道从定模中脱出发生困难，可采用喷嘴分离式压铸工艺，即每次压射后喷嘴与浇口套在开模时分离，使直浇道从喷嘴中脱出；或在直浇道底部设置较短的顶杆（低于分型面），帮助直浇道脱出。B处的截面积为内浇口截面积的1.1～1.2倍，C＝B1＋0.7（mm）。

图6-13（c）所示的喷嘴端部为球形，直浇道与喷嘴呈3°～5°交角，造成喷嘴出口与浇口套偏心，应适当放大浇口套入口直径C，使金属液流动顺畅。B处的截面积为内浇口截面积的1.1～1.2倍，D-E处的截面积约为内浇口截面积的2倍，F-G处的截面积为内浇口截面积的3～4倍。

图6-13　直浇道部分的典型结构形式

图6-13（d）所示为在分流锥上开出一个或数个金属液通道，形成通道式直浇道。在合模状态，分流锥和直浇道之间留有0.5～1mm的间隙，以容纳从喷嘴上掉下的金属液及其他杂物。浇口套的长度较短，而脱模斜度较大，一般为10°以上，在分流锥上开出的通道截面积之和应小于喷嘴口截面积。通道式直浇道金属液流动阻力小，不易卷入气体。B处的截面积＞内浇口截面积的1.4倍，D处的截面积≤B处的截面积，E处的截面积＜D处的截面积，C＝B1＋1（mm）。

3.横浇道设计

横浇道是直浇道的末端到内浇口前端的连接通道，它的作用是将金属液从直浇道引入内浇口，并可以借助横浇道中的大体积金属液来预热模具，当铸件冷却收缩时用来补缩和传递静压力。有时横浇道可划分为主横浇道和过渡横浇道（见图6-14）。

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。横浇道的设计要点如下。

（1）横浇道的截面积应从直浇道到内浇口保持均匀或逐渐缩小，不允许有突然的扩大或缩小现象，以免产生涡流。对于扩张式横浇道，其入口处与出口处的比值一般不超过1∶1.5，对于内浇口宽度较大的铸件，可超过此值。圆弧形状的横浇道可以减少金属液的流动阻力，但截面积应逐渐缩小，防止涡流裹气。圆弧形横浇道出口处的截面积应比入口处减小10%～30%。

（2）横浇道应平直或略有反向斜角，如图6-15所示。而不应该设计成曲线，如图6-16（a）、（b）所示，以免产生包气或流态不稳。

图6-14　主横浇道和过渡横浇道

1—主横浇道；2—过渡横浇道

图6-15　开放式横浇道

图6-16　横浇道形状

（a）不合理；（b）不合理；（c）合理；（d）合理
1—横浇道；2—余料；3—包住气体；4—型腔；5—推杆

（3）对于小而薄的铸件，可利用横浇道或扩展横浇道的方法来使模具达到热平衡，容纳冷污金属液、涂料残渣和气体，即开设盲浇道，如图6-17所示。

（4）横浇道应具有一定的厚度和长度，若横浇道过薄，则热量损失大；若过厚，则冷却速度缓慢，影响生产率，增大金属消耗。保持一定长度的目的主要是对金属液起到稳流和导向的作用。

（5）横浇道截面积在任何情况下都不应小于内浇口截面积。多腔压铸模主横浇道截面积应大于各分支横浇道截面积之和。

图6-17　盲浇道的设置

1—盲浇道；2—铸件；3—余料；4—横浇道

（6）对于卧式压铸机，一般情况下工作时，横浇道在模具中应处于直浇道（余料）的正上方或侧上方，多型腔模也应如此，以保证金属液在压射前不过早流入横浇道，如图6-18所示。根据压铸机的结构特点，其他压铸机则无此要求。

（7）对于多型腔的情况，有时将横浇道末端延伸，布置溢流槽，以利于排除冷料和残渣，且有利于改善排气条件。

图6-18　卧式冷室压铸机横浇道位置

（a）扩张式；（b）圆弧收缩式；（c）多道式；（d）扩张分支式

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，横浇道的截面尺寸可按表6-5进行选择。

表6-5　横浇道尺寸的选择

横浇道的长度（见图6-19）可按下式计算

式中　L——横浇道长度，mm；

D——直浇道导入口处直径，mm。

横浇道的长度L一般取30～40mm，L过大消耗压力，降低金属液温度，影响铸件成形并容易产生缩松。L过小则金属液流动不畅，在转折处容易产生飞溅，导致铸件内部形成硬质点。