文：莆田市荣兴机械有限公司翁飞龙

摘要薄壁深腔压铸件在压铸过程中极易产生缺陷，很多压铸件的内外缺陷与浇注系统有密切关系，同时有些传统的浇注系统设计思路也不利于铸件质量的提高，通过改进温度调控回路，优化导温管路，减少资源消耗，利用高温油循环温度控制机及RS485通信功能，开发适于模具温度调节的嵌入式压铸熔杯（也称料简、压射室、熔杯）、浇口套和分流锥。在生产实验研究的基础上设计出一种压铸模的新型恒温式浇注系统，阐述了新型恒温式浇注系统的设计要点及结构，结合合理的压铸工艺，最后生产出品质优良的压铸件。

关键词薄壁深腔；浇注系统；熔杯；浇口套；分流锥；液态金属温度

随着节能和机动车轻量化需求的日益增长，越来越受压铸行业的关注。而此类压铸件在压铸时经常存在充型困难、气孔率高、缩孔严重等问题，一般的压铸模重点考虑模具型腔部分的恒温，忽视了浇注系统的恒温，在采用常规的两边进料浇口时，由于浇道较长，液态金属冷却较快，铸件较易产生冷隔、充不满、薄壁严重变形等缺陷。因此有必要控制熔杯内的液态金属温度，把适温的液态金属高压快速压射注入模具型腔内，以提高压铸件质量，可以很好地解决上述问题。

1、薄壁深腔铸件压铸模的新型恒温式浇注系统

1.1薄壁深腔铸件的技术要求

一些特殊结构形状的薄壁深腔压铸件，如图1所示的LEAD125后货架，铸件材料要求ADC12铝合金，属Al-Si-Cu系合金，化学成分如表1所示。

其主要特点是壁厚只有2.5mm，总长度为520mm，高度为200mm，显U字形，U形两侧延伸较高，为了增加其载重强度，设计成曲面，如图1（d）所示。采用常规的压铸方法，成型时液态金属的流动性差，铸件容易产生冷隔、充不满、薄壁严重变形、气孔率和缩孔严重等缺陷。该后货架定位为高端豪华型，作为全新运动型载物架，造型亮眼，被视为销售亮点向市场销售推广，其外观品质的良莠会直接影响整车的品质。因此，为提升材料的流动性，需要提高合金熔液的温度、充型压力及充型速度，这会导致铸件内部卷气，工艺条件要求提高更增加了设计浇注系统的难度。本文针对此问题，提出了解决方案和方法。

1.2新型恒温式浇注系统的设计方法

后货架压铸成型，选用卧式冷压室压铸机DCC800。优化浇注系统设计是提高铸件质量的关键。浇注系统不仅是液体金属充填压铸型的通道，还对熔体的流动速度、压力的传递、排气条件、压铸型腔热平稳等因素有调节作用，浇注系统的设计取决于铸件的结构特点、技术要求、合金种类及其特性。

综合考虑LEAD125后货架零件的形状特征与浇注系统设计理论结构特点，设计出新型恒温式浇注系统，调节压铸型腔的热平稳，对稳定液态金属流动性有重要的作用。在依据过往经验的基础上，本文给出一种带恒温装置的“U”式的浇注系统，初步设计了一种浇注方案，浇注系统和溢流系统设计如图2所示。

由于铸件填充时，液态金属通过料勺取料后（在勺内大约降30℃），从浇注开始到结束，大约降温100℃左右，到压射时大约降100℃～160℃，之后液态金属在冲头的推动下先慢后快的流经设计好的浇道，有方向地被冲头快速推射到浇道的内浇口，冲头高速高压强制将液态金属注入型腔内，由于内浇口截面积最小，即阻力最大，所以液态金属在压室、横浇道和内浇口前沿形成堆聚，压射压力因内浇口处的阻力而增升，冲头的速度按调定的大速度向前移动，推动液态金属突破内浇口从而以高的速度（内浇口速度）填充入模具型腔，型腔内的气体难于排净，铸件内部易产生卷气，形成缩孔或气孔。

因该铸件的结构为长薄壁深腔，设计的浇道过长，在充填过程中与模具接触，的液态金属冷却极快，铸件深腔表面易形成冷隔，以及铸件横浇口进入前方深腔处与其接熔，有明显的卷气回流现象，容易产生熔接痕、缩孔等缺陷。为了解决这一问题，本文提出在浇注系统的直浇道上设计出新型恒温装置如图3所示，采取对熔杯（压室）、浇口套及分流锥进行恒温控制，其设计如下：

1）熔杯的恒温结构设计。本文提出设计熔杯的恒温系统，即在熔杯本体的侧壁内设置恒温通道、测温控制安装点及3个冲头油注入孔，如图3所示。通过油温机加热或冷却至（300±10）℃，恒温通道的进口与油温机的输出口相连通，通过油温机控制恒温通道预设温度，使熔杯本体的温度保持在250℃～300℃之间，当液态金属经过熔杯本体时，可保持液态金属温度稳定不变，处于最佳的流动状态直接进入浇注系统的直浇道，以便于控制液态金属的流动性，最大限度地减小液态金属流动过程的热量损失。

2）浇口套和分流锥的恒温结构设计。通常情况下，浇口套和分流锥分别装在定模和动模上，与压铸上的熔杯形成浇注系统的直浇道，依据以往的设计经验，为了利于提高生产率，其浇口套和分流锥接触液态金属侧设置冷却水道进行通水冷却，使产品快速冷凝，同时液态金属流动阻力随着温度下降而增大，其结果是：后货架产生冷隔或充不满型腔或熔接不良，降低了产品强度；冷却收缩大，薄壁两侧变形大，造成两侧壁之间的间距严重缩小，影响产品的安装及强度。若采取关闭冷却系统，由于浇口套和分流锥是压铸充型过程中最先直接接触液态金属的地方，并与熔杯紧密配合，也是温度最高的地方，因此容易造成液态金属飞溅、卷气或者拉伤浇口套，其结果是：后货架安装孔内部产生气孔或缩孔，影响产品内部质量、降低生产效率、增加成本。

为了解决液态金属恒温浇注这一难题，本文提出了在浇口套的前端半段处设置螺旋形恒温通道，同时在分流锥中增加恒温通道，如图4所示。两者与熔杯的恒温通道相连，使液态金属保持最佳温度经过横浇道后，顺利分流至两侧的内浇口进入型腔。该恒温浇注系统解决了压射冲头的消耗，避免了浇口套的拉伤，在合金充填型腔时，能够保持均衡进料，保证液态金属进料时的流动状态，避免产生冷隔、熔接不良、内部产生气孔等不良现象。同时，由于加压补缩作用好，铸件制品收缩小且均衡，内应力小，使后货架两侧长臂翘曲变形小，两侧壁之间的间距缩小可以忽略不计，大大提高了铸件制品质量，降低了废品率，提高了生产效率。

3）浇注系统设计。采用夹角扩散式外侧浇道，缩短支横浇道的长度，减少了金属液流动过程中的能量损失，减少金属液浪费。通过CAE软件分析，液态金属从两侧夹角凸缘处充填型腔，中间两侧凸缘处同时充填型腔中心部位，同时向四周进行充填，液态金属先与型腔边缘冲撞，再向两侧折回，充填顺序也是自型腔下部向上部流动，铸件中心部位较早充满，流动状态比较平稳，通过两侧壁内侧设置的溢流槽，将金属流汇合处的气体排出，如图5所示，最终获取最佳的铸件质量。由此可见，采用本文所设计的浇注系统具有品质保障，决定采用本方案的浇注系统进行量产。

1.3新型恒温式浇注系统的工作原理及优点

综合以上分析，采取本方案的浇注系统，进行模具设计与制造，在熔杯、浇口套及分流锥配置恒温装置，可以较好地保证铸件本体的质量要求。在压铸成型填充时，油温机控制熔杯本体温度，对熔杯本体下方部分加热，同时也对浇口套及分流锥进行加热，使熔杯温度、浇口套和分流锥的温度保持在250℃～300℃之间，减小液态金属热量的散失，以控制液态金属温度在570℃～620℃的范围内，使液态金属在瞬间充填过程中保持顺畅，顺利抵达直浇道末端，排出气体，防止金属降温过快，产生冷凝层。

在液态金属凝固成型阶段，由于熔杯、浇口套及分流锥的温度快速上升，通过热电偶传递信号，反馈至高温油循环温度控制机RS485通信端，控制升降驱动机构驱动排水块下降，如图6所示，让冷却水迅速上升，直接冷却出油管，达到快速降温的效果。

2、薄壁深腔铸件的产品质量分析

按照新型恒温浇注系统的方案开模进行量产，其量产压铸工艺参数如表2和表3所示。采用本文上述系统和方法生产的薄壁深腔压铸件（LEAD125后货架含浇注和溢流系统）如图7（a）所示。由图7（a）可以看出，铸件表面光滑完整、无冷隔、无流痕、无注不满等缺陷。

经过现场实践证明，液态金属在恒温的填充状态下，提高了铸件的充满度，并满足快速压射完毕之后有效的增压补缩；对铸件内部进行X光探伤检测显示，内部没有明显的卷气缺陷，表面冷隔及内部气孔得到有效的控制，如图7（b）所示。铸件经抛丸和表面涂装处理后，如图7（c）所示，满足产品质量要求，保证了薄壁深腔压铸件的质量。

3、结束语

本文设计的新型恒温式浇注系统，适用于生产形状复杂的薄壁深腔压铸件，通过液态金属恒温注射填充，提高金属液在型腔内的流动性，可以平稳灌满型腔，有利于防止薄壁深腔处产生冷隔、铸不满、缩孔、变形等缺陷。通过研究总结出了一种液态金属在压铸型腔内的流动特征和经验的设计方法，以获取优质铸件品质，从根本上解决薄壁深腔零件难成型的技术关键问题。长期生产应用表明：该恒温浇注系统生产性能稳定、使用可靠，并大大提高了生产合格率，行业内推广前景广阔。