对压铸填充过程的实际探讨_就上UG网

压铸件应用极其广泛，随着它们的功能不同、形状 各异、大小不一、壁厚不均的特点，要取得高品质的压铸件，要求对压铸型腔填充过程进行理论分析，对金属液 在型腔中的流动进行研究，目的是提高金属液流动品 质，完成较好的金属液在型腔中的填充，满足压铸件力学性能、表面品质(含加工后表面品质)的要求。

1优质填充场

当金属液获得高压通过内浇道以高速充满型腔凝 固后得到品质良好的压铸填充范围(或面积)称为优质 填充场。优质填充场愈大愈好，遍及整个压铸件，则此 压铸件为优质品。按照理想流体规律，若把熔融金属液 作为理想流体，当它在压射冲头的作用下，通过内浇道 截面的面积和速度、时间的乘积，可以认为是压铸件带 排溢系统的金属液体积，即：



设计时V2是不一定的，需设计者经验给定，而V1 是无法改变的。 是设计给定的。

充型中，随着填充时间的增多，路程的延长，金属液 沿着型腔壁面流动的着力点经常改变，遇到型芯和突出 部分又要发生流向改变，形成互相冲击，造成金属液迥 转、折回、紊乱、裹人气体，所有这些现象，都要在不同程 度上降低金属液填充速度，另一方面填充过程一开始就 伴随着金属液温度下降、粘度上升、甚至沿型壁表面接 触生成晶体，金属液成为二相混合物，从而降低填充能 量，能量下降是一种固有的因素，对于高能充型的压锌 机可能没有太大变化，但合理设计浇注系统能减少能量 下降，减少能量损耗也就是提高了充型能量，合理的使 用压铸机所给与的能量。

在这里引入优质填充场的概念是必要的，压铸时要得 到优质填充场，就要减少动能的损耗，稳定压铸件工艺所 要求的填充速度值，减少金属液涡流，防止金属液紊乱而 发生缺陷。动能损耗来自于填充速度的下降．因为





从铝合金(A380)压铸试棒的力学性能与内浇道处金 属液填充速度的关系曲线(图1)表明50～60 m／s范围内为最好，这并非形状、壁厚不同的压铸件都是这样的结 果，但它提供了可参考的数据，薄壁件可略加提高，我们就此为根据确定填充速度，再计算内浇道截面积参考值。



上面两个关系式虽然可计算出浇注系统中内浇道 有关数据的近似值，但浇道位置的设计，对金属液的填 充路线尤其重要，否则也达不到预期的效果，不大可能得到较大范围的优质填充场。浇注系统的设计不是一 种简单问题，而是一种技艺，比如，从全局看它应该最大 限度地避免中间冲击，但有时巧妙的利用可能冲击处进 行分流，还能对整个填充布局有利。

影响优质填充场的因素很多，这里不一一列举。只 举出下列几点。

(1)金属或台金熔点及浇注温度与模具温度的差 值愈小愈好，高熔点压铸合金比起低熔点压铸合金这种 差值要大的多，由于填充过程中温度降来得很快，得到 优质填充场就小。

(2)模具不预热，温度过低，影响优质填充场形成， 通过压铸多模后，模温升高，优质填充场迅速得到改善和扩大。

(3)浇注系统的位置和A射角决定压铸时驱动金 属液填充型腔的路线，要做到所选择的填充路线使金属 液的填充速度损耗愈小愈好。

(4)金属液温度在填充过程中下降，粘度增加，内 磨擦力加大，传递压力受到阻滞，因此在内浇道凝固前 压力传递可及范围是有限的，存在一个从内浇道处到压 力传递可及范围的边缘由大到小的压力梯度，这在很 多现场上生产的压铸件很容易看到内浇道处密实的压 铸件表面和断面与同一压铸件远处的表面和断面有着 明显的差别。图2 a为近浇道处压铸件ADC12内部组织金相图，晶粒大小状况密实无气孔。图2 b为远离浇 道处同一压铸件内部组织金相图，晶粒大小状况粗大有气孔。图2 c为近浇道处同一压铸件ADC12近表皮的 断面组织金相图。

图2 a和图2 c都是近浇道的压铸件断面组织，其 内部和近表皮处并没有太大的晶粒尺寸的差别，而远离 浇道压铸件断面内部组织则差别很大，无论从晶粒尺寸 还是非金属夹杂物都显现出品质有很大的差异。



2合理的填充路线

任何形状的压铸件，都会有一个最好的或较好的填 充路线，金属液由这条填充路线填充相对于其他填充路线填充，所得的压铸件质量要好，少量压铸件可能有多 种选择性，浇道开到哪里都可以。较小的压铸件或低熔点压铸件往往不需要过多的考虑浇注系统开设位置，但 是中等大小以上的铝合金压铸件就必须考虑浇注系统 的开设位置，保证金属液填充路线。但任何填充路线在 同一个压铸件上，都要产生两个填充区域，那就是优质 填充区域和金属液互相冲击区域，只不过合理填充路线 产生的优质填充区域面积要大，金属液互相冲击区域所占面积要小。优质填充场它既包含整个优质填充区域， 也包含一部分金属液互相冲击区域，要把金属液互相冲击区域整个都变成优质填充场的一部分，还要看排溢系 统的开设情况和压铸工艺参数合理的程度。合理的填充路线就是在设计时把优质填充区域与压铸型的主干型腔相吻合，保证压铸件的主要面的成形。，把金属液互 相冲击区域，使其发生在较小的非主干型腔填充区域内，利用排溢系统和工艺参数保证其全面成形。由浇注 系统进人型腔的金属液起初只能是覆盖部分投影面积 向前推进，到了推进方向的尽头，金属液不改变形态继 续填充与原填充面相交成直角或一定角度的面，直到连 续相交的面都填充完毕，金属液改变形态转向其余面积 填充，原有方向填充的金属液逐步覆盖面加宽，直到和 已转向填充的金属液会合充满整个型腔为止，在充满型 腔的一刹那，产生冲击压力。这里说的是金属液充满型 腔同时发生金属液给型腔壁产生的冲击压力，是由于压 射冲头的惯性和被压射冲头驱驶在型腔中流动的金属 液的惯性所导致的金属液压冲击，它的压力峰值比快压 射压力高好几倍，是不包含压射油缸所建立高压对型腔 的增压。很多压铸件或者说增压来得很慢的压铸机，冲 击填充也能起很大作用，有些小的压铸件在增压来得很 慢的压铸机上压铸，有时也能取得成功。

不同形状的压铸件有不同的填充路线，不同的浇注 系统导致出不同金属液填充方向和金属液流形态，试图提出一个共同的填充原则，是本文的议题，使我们在进行压铸型设计时，事先就考虑属于基础工艺在模具上得 到固定的那一部分，以便在理论上做到心中有数，同时在工艺参数调整时，比较容易进行，便于得到既有好的表面质量又有好的力学性能的压铸件。

(1)主干型腔的填充

对于任何几何形状的型腔，都可以从宏观上划分两 个区域，但无论怎样设计浇注系统，也都脱离不开这两 个区域：即主干型腔和非主干型腔，什么是主干型腔? 就是从内浇道高速填充以某种角度进入型腔的金属液， 沿着填充面不断改变着力点，顺势改变填充方向，金属 液仍以此形态填充与原型面相连接的面，如此相继填充 一直到末端，金属液开始作横向流动，这个区域称为主 干型腔。在主干型腔里流动着的金属液，很少有互相冲 击，互相会合，金属液流动除有少数型芯阻碍促使流向 有些改变外，金属液流线基本平稳。应该认为压铸时主 干型腔最终填充的金属液是质量最高的，能量消耗最 少，温度下降也少，得到的增压也最大。因为从主干型 腔经过的金属液后来都填充到非主于型腔的型面上，部 分排溢到溢流槽里去了。因此在设计上作为主干型腔 的面应该是该压铸件最重要的面，且经验证明表面积应 该占整个压铸件表面积70％以上为最好。这样才有利 于整个压铸件填充质量。在大多数情况下，正确选择主 干型腔，确定浇道位置，压铸件质量基本得到保证。浇 道位置要比浇道尺寸重要得多，浇道位置定下来就比较 难更改，而浇道尺寸便于修理。

不同形状的压铸件，其表面积分布状况有所不同， 作为主干型腔的面积应该按实际情况来划分，大多数盖 类压铸件，一般是以面对浇道的3个面作为主干型腔， 其余二僦2个面则作为非主干型腔来考虑，其表面积比 例视具体情况而定。

(2)非主干型腔的填充——扩充填充

当主干型腔范围内的金属液，在压射冲头驱驶的后 续金属液推动下，改变金属液流形态，作横向流动填充 主干型腔以外的其余型腔，金属液不再是原来填充主干 型腔时的流向，而且金属液经过互相冲击，互相会台，在 很短时间内充满整个型腔。当两股或两股以上的金属 液冲击会合后没有显现出冲击会合后的痕迹，即金属液 凝固后不在压铸件表面形成缺陷，说明两股或两股以上 金属液在冲击会合时还有充分的能量进行浸没流动。 在这个流动过程中产生适应压铸件非主干型腔形状新 的填充流向。事实证明，若非主干型腔面积过大，就会 显现出冲击会台后的流动痕迹，造成压铸件在流动末端 产生冷隔和流痕。非主干型腔的填充是金属液互相冲 击区域，无论在能量分配方面和压铸合金质量、台金温 度都比主干型腔要差，所以它的面积一定要小，并且通 过在金属液流动末端开设溢流槽辅助非主干型腔处的 成形。如果非主干型腔比主干型腔面积还要大，必然导 致中间冲击次数增多，金属液不同的流向会合，一方面 消耗各自的能量，一方面又需要更多的时间、更大的能 量去浸没数股金属液会合时的紊乱状态，否则在压铸件 表面和内部质量将严重下降。目前模拟金属液填充过 程的试验，通过透明模具能看到液体填充型腔的状态， 对于流体充型的认识，起了很大作用。但由于模拟不了 铝合金金属液填充型腔时的温度降和由温度降所引起 的粘度变化和金属液逐渐凝固带来的流动状态改变，因 为它是不凝固的液体或者是填充场很大的低熔点合金 简单压铸件。

在同一个压铸件上，选择不同的浇注系统位置和入 射角，可以得出不同的主干型腔和非主干型腔区域划分 和各自所占的面积百分数，图3所示壳体零件压铸时由 于浇注系统开设的位置不同，得出不同的主干型腔和非 主干型腔区域的划分。图3 a浇注系统垂直于一侧壁， 由于中间的长方孔把两侧壁分开，结果只能是一侧壁是主干型腔，金属液耍填充另一侧壁，只能通过二端连接 处，经过二次横向流动，最后冲击会合在另一侧壁，造成 90％“上废品。



图3 b浇道不作改变，把中间长方孔用等壁厚连接起来，垂直于侧壁的浇注系统的金属液可以通过中间连 接壁直接填充过去，虽经过二次改向，但并不改变金属 液填充形态，所以二侧壁都是主干型腔，质量有所提高， 最后因为中间连接壁要增加工序进行加工，这个方案就 没有采用。图3 c不改变原零件形状保留长方通孔，把 浇道设计在后面尾部两侧，既保证了两侧壁都是主干型 腔，又保证了原有零件形状，中间长方孔不用连接起来， 经生产90％以上合格。这是同一个压铸件3种设计方 案，说明主干型腔和非主于型睦划分的例子和对生产质 量的影响情况。

(3)入射角的选择的重要性

前面已经叙述过人射角主要是保证金属流的填充方 向，是保证填充能量以最少的损耗和合理的高速而又均匀 的束流完成主干型腔的填充。要避免超前流动，依其起始 填充面的长短和下—个填充面的大小来确定入射角大小， 从而确定金属液流和填充方向。要使金属液进入型腔不 正面冲击型壁，造成散溅填充，损失能量，且局部过热而粘 模，而且得到非常少的优质填充场，在很大程度上减少了 主干型腔的区域面积，对整个压铸件极为不利。

(4)胀型和增压阶段

在充型即将结束的时候，受冲击压力和增压压力相 继作用的型腔中金属液发生蠕动，产生胀型和被紧密的 压实，使压铸件轮廓进一步清晰起来。型腔中的气体大 部分排溢到溢流槽和排气槽并经分型面排溢到大气里 去了，残存的气体在高压作用下集聚到最后凝固的压铸 件壁的中心，弥散分布在50—200 微米晶粒之间的隙缝 之中，部分集中成为较大的气孔。

型腔里气体量的多少，取决于下列几个方面。① 内浇口填充速度在40 m/s左右，气体先于金属液从型 腔中排出，>40 m／s金属液超前流动，残存气体量有所 增加，80～100 m／s残存气体量直线上升。②涂料用量 过大或涂完不吹净，堆积在型面上，造成发气量过大。 ③压室充填率的百分比过小，压室金属液上面空间过 大，冲头位移速度过高，使涂料混合气体在压室就裹人 金属液之中，混合进入型腔，很难排出。气体残存量过 大严重割裂晶粒和晶粒之间的结合面积，从而降低压铸 件力学性能。

3结论

(1)通过对压铸填充过程的观察分析，无论浇注系 统如何设计，从金属液流动过程自然形成主干型腔和非 主干型腔两个区域，这是客观存在的，不同的浇注系统 只不过是它们的面积比例不一样。主干型腔大质量就 好，反之就不好。

(2)既然是客观存在，为何不选择压铸件最主要的 面或重要的面通过浇注系统设计进一步诱导出该压铸 件70％以上的型腔为主干型腔，从而获得的整个压铸 件是高品质的。

(3)要得到优质压铸件，就要在压铸时得到优质填 充场。要得到优质填充场，就必须有合理的填充路线， 有了合理的填充路线的浇注系统设计，在压铸工艺的密 切配合下，台理的调节工艺参数，这才是提高压铸件质 量的根本途径。