壓鑄模流道設(shè)計(jì)中，錐形流道設(shè)計(jì)是比較常見的。錐形流道由直澆道，橫澆道，三角區(qū)，內(nèi)澆口，緩沖包組成，如圖1所示。

并且，從直澆道開始到內(nèi)澆口，其截面積是逐漸縮小的,如圖2所示，N1>R1>(R2+R3)>(G1+G2)，且N1≈1.25~1.7(G1+G2)。

這樣設(shè)計(jì)的好處有：

1.保證整個澆注系統(tǒng)內(nèi)金屬液處于充滿狀態(tài)，有效降低氣體卷入，使金屬液的流動速度加快，有利于在金屬未凝固前完成充填；

2.設(shè)置的緩沖包可用于吸納金屬液的沖擊能量，接納冷，污金屬液；

3.此類形式的澆注系統(tǒng)輕巧，可節(jié)省金屬液的消耗量。

接下來就用智鑄超云模擬金屬液在錐形流道里的充填過程，直觀形象地理解橫澆道變截面設(shè)計(jì)的原因，以及緩沖包吸納功能的直接體現(xiàn)。

從圖1展示的充填過程可以看出，金屬液始終以充滿流道的狀態(tài)逐步到達(dá)內(nèi)澆口，不會在橫澆道內(nèi)形成翻卷，并且最前端的金屬液也流進(jìn)了緩沖包內(nèi)，有效避免了冷、污金屬進(jìn)入型腔。

圖2所示的鑄件結(jié)構(gòu)是典型的錐形流道結(jié)構(gòu)，盡管我們都期望金屬液以圖示的方向進(jìn)入型腔，但是，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，壓鑄件總是會在圖中所標(biāo)識的地方產(chǎn)生困氣，這表明一個現(xiàn)象，錐形流道設(shè)計(jì)中，金屬液進(jìn)入型腔的射流是呈一定角度的，而不是直角射入。金屬液的進(jìn)入方向與重力方向形成的角度也稱作“射流角度”，如圖3所示。

射流的角度由兩個方面的因素決定：

1.沿著流道方向的水平分速度；

2.由于金屬壓力作用產(chǎn)生的垂直分速度。

確切地說，是橫澆道入口處的截面積Ain和內(nèi)澆口面積Ag決定了射流角度值的大小。這三者的關(guān)系可由式1和圖4表明。
$$射流角度(\theta )=f\left(\frac{A_{in}}{A_g}\right)$$
▲式1

本例中的鑄件的澆道系統(tǒng)形狀參數(shù)是：
$$A_{in}=240m{m}^2，A_g=242m{m}^2$$
$$\frac{A_{in}}{A_g}\approx 1$$
結(jié)合圖4：射流角度-橫澆道截面積/內(nèi)澆口的關(guān)系圖，能確定具體的射流角度值為45°。

由式1表達(dá)的關(guān)系可以得出，若保持橫澆道入口處的尺寸不變，當(dāng)內(nèi)澆口面積正向變大時，射流角度就會越大。

為了直觀表達(dá)這個變化過程，可通過設(shè)置不同的 與 比值，設(shè)計(jì)相對應(yīng)的鑄件模型，通過壓鑄模擬軟件的計(jì)算結(jié)果來觀察這個變化過程。

模型一
$$cot\left(\theta \right)=A_{in}/A_g=412/240\approx 1.7$$
理論圖示：

智鑄超云模擬圖示：

充型完成時間：0.0110s

模型二
$$cot\left(\theta \right)=A_{in}/A_g=240/242\approx 1$$
理論圖示：

智鑄超云模擬圖示：

充型完成時間：0.0152s

模型三
$$cot\left(\theta \right)=A_{in}/A_g=126/240\approx 0.53$$
理論圖示：

智鑄超云模擬圖示：

充型完成時間：0.0263s

此外，在錐形流到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，內(nèi)澆口的有效面積也是需要考慮的，因?yàn)樯淞鹘嵌鹊拇笮⊥瑯訒绊憙?nèi)澆口的有效面積值。射流角度與內(nèi)澆口有效面積和實(shí)際面積之間有如下關(guān)系：
$$有效面積A=內(nèi)澆口實(shí)際面積A_g\times \cos \left(\theta \right)$$
從以上三個模型對比中可以看出，在同樣的內(nèi)澆口面積條件下，射流角度大，則有效面積減小，即實(shí)際的充填時間會比理論設(shè)計(jì)的充填時間長，鑄件出現(xiàn)冷紋、流痕的概率就會比預(yù)期高。

/ End.

參考文獻(xiàn)： 《壓鑄技術(shù)手冊》第二版，吳春苗，廣東科技出版社

作者：YHZ

資深壓鑄工藝工程師，對壓鑄工藝?yán)碚撚?jì)算與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合有深入的認(rèn)知。

總結(jié)

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