CN113102690A - 一种铸造模具的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铸造模具的设计方法，涉及金属铸造加工技术领域。铸造模具设计方法为模具中设置圆柱筒状型腔和连通型腔且均布在其外周的N个组合式浇道，圆柱筒状型腔的底面周长为S，壁厚为a，组合式浇道包括圆浇道和方浇道，沿圆柱筒状型腔的径向向外分别为方浇道和圆浇道，圆浇道的直径为d，方浇道沿径向方向上的长度为b，宽度为c，其中，已知S和a，可确定b=12～40mm，c=（0.7～2.5）a，d=（2～7）c，N=（0.1～0.162）S/c。按照上述设计方法制得的圆柱筒状金属件的充型补缩效果好，成型质量高。

Description

一种铸造模具的设计方法

技术领域

本发明涉及金属铸造加工技术领域，具体涉及一种铸造模具的设计方法。

背景技术

常见的薄壁筒状金属件的浇注系统为筒状型腔以及连通在其上方的浇道，从上方的浇口注入高温金属液，由于重力作用使金属液流到筒状型腔的底部，随着金属液注入量的增加，型腔的空间被占据，空气被逐渐排出，筒状型腔自下而上被金属液填充，然后将模具进行冷却使高温金属液凝固成筒状金属件。但是，由于自上而下地向浇注系统中注入金属液，在浇注系统的流道中容易发生紊乱以及夹杂空气，不利于顺序充型，而且在金属液冷却凝固时，难以对收缩部分进行有效地补缩，最终造成了薄壁筒状金属件成型质量高、易形成气孔的问题。

目前铸造工艺的浇注系统所用浇道种类繁多，没有统一的规格及要求，主要以方形浇道和圆形浇道为主。方形浇道的有效截面积小，浇注时充型速度快，金属液流动容易紊乱，金属件成型的质量低；圆形浇道的截面积大，在金属件冷却凝固时产生的热影响更大，不利于成型时的顺序补缩。而且在浇注前根据浇注工件的形状和大小设计浇道时，方形浇道和圆形浇道均没有统一的浇注系统计算方法，随意性大，过于依赖以往经验。通常需要经过多次的试验不断调整浇道的数量和形状大小，即使经过反复尝试改变浇道参数，最后所得到的最佳参数也未必是浇注效果最好的设计，而且每次浇注不同的筒状工件都需要进行反复的试验，浪费了大量时间，增加工人的重复劳动，存在模具设计效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸造模具的设计方法，以解决模具设计效率低的问题。

为实现上述目的，本发明的铸造模具的设计方法的技术方案是：

铸造模具的设计方法为模具中设置圆柱筒状型腔和连通且均布在其外周的N个组合式浇道，圆柱筒状型腔的底面周长为S，壁厚为a，组合式浇道包括圆浇道和方浇道，沿圆柱筒状型腔的径向向外分别为方浇道和圆浇道，圆浇道的直径为d，方浇道沿径向方向上的长度为b，宽度为c，其中，已知S和a，可确定b＝12～40mm，c＝(0.7～2.5)a，d＝(2～7)c，N＝(0.1～0.162)S/c。

有益效果：使用时，金属液先进入组合式浇道再进入圆柱筒状型腔中，随着金属液的不断注入液面逐渐升高，将圆柱筒状型腔中的空气排出，避免了金属件成型过程中夹杂气孔，由于圆浇道远离圆柱筒状型腔，圆浇道中的金属液对成型金属件的热影响更小，并且对模具降温时，金属液在凝固过程中体积收缩，导致在金属件和圆柱筒状型腔之间形成的空隙，圆浇道中容纳更多的金属液可对收缩部分及时填补，使金属液始终充满整个筒状型腔的空间，提高了模具的补缩能力。其中，组合式浇道的数量N和圆柱筒状型腔的底面周长S与方浇道的宽度c之比相关，方浇道的宽度c与圆柱筒状型腔的壁厚a相关，圆浇道的直径d与方浇道的宽度c相关，当所设计模具的各参数落在对应的范围中，实际浇注得到的金属件成型质量最高，大大提高了设计模具的效率。

为了提高补缩效果，对设计方法进一步限定，所述组合式浇道的两端部均超出圆柱筒状型腔的上、下端面。

为了实现金属液自下而上填充模具的空腔，对设计方法进一步限定，所述铸造模具中还设置与圆浇道的下端连通呈放射状分布的横浇道，横浇道交于圆柱筒状型腔的轴线上，横浇道的截面积之和小于组合式浇道的截面积之和。

为了防止浇注时金属液形成紊流，对设计方法进一步限定，所述铸造模具中还设置连通横浇道的直浇道，直浇道的截面积之和小于横浇道的截面积之和。

附图说明

图1为本发明的铸造模具的设计方法中模具内部空腔的俯视示意图；

图2为图1的主视示意图；

图3为图1的立体结构示意图；

图4为图1的剖视示意图；

图5为图4中A处的局部放大示意图；

图中：1-圆柱筒状型腔、2-方浇道、3-圆浇道、4-模具、5-横浇道、6-直浇道。

具体实施方式

下面结合附图1-5对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的铸造模具的设计方法的具体实施例1，采用的铝合金熔液是按照GB/T1173-2013《铸造铝合金》成分标准配制的ZL104，铸件满足GB/T 9438-2013《铝合金铸件》I类要求，结构件为外径D为1200mm，壁厚a为10mm，高度为1500mm的圆柱筒状结构件，铸造工艺设置为开放式浇注系统：直浇道的截面积之和：横浇道的截面积之和：组合式浇道的截面积之和＝1:1.5:2.1。

一、计算设计

通过模具设计公式可计算得出，本实施例的设计模具内部浇道的参数，其中，b＝12～40mm，选择b＝25mm；c＝(0.7～2.5)×10＝7～25mm，选择c＝20mm；d＝(2～7)c＝(2～7)×20＝40～140mm，选择d＝55mm；N＝(0.1～0.162)S/c＝(0.1～0.162)×1200×3.14/55＝18.84～30.52，选择N＝20。

根据以上设计模具内部浇道的参数，模具中组合式浇道中方浇道的尺寸(长度×宽度)为25×20mm，圆浇道的直径尺寸为55mm，组合式浇道的数量为20根。

二、加工制备

金属件浇注成型的过程包括如下步骤：将上述设计参数的模具制作成铸型，对铸型预热后合箱，金属液由模具的直浇道加压注入，待金属液充满整个模具的空腔后停止浇注，降温凝固后脱模，最后得到圆柱筒状金属件1。

对比例1

设计模具内部浇道的参数为：模具中组合式浇道中方浇道的尺寸(长度×宽度)为25×30mm，圆浇道的直径尺寸为55mm，组合式浇道的数量为20根，其他参数均与实施例1的对应尺寸保持一致，并采用相同的浇注成型步骤和方法，制得圆柱筒状金属件2。

对比例2

设计模具内部浇道的参数为：模具中组合式浇道中方浇道的尺寸(长度×宽度)为25×30mm，圆浇道的直径尺寸为55mm，组合式浇道的数量为18根，其他参数均与实施例1的对应尺寸保持一致，并采用相同的浇注成型步骤和方法，制得圆柱筒状金属件3。

三、比较分析

1)分别测量具体实施例1和对比例1、2的圆柱筒状金属件的进行X射线探伤检测，检测结果见表1，其中缩松级别代表成型的圆柱筒状金属件的内部质量的高低。

项目	具体实施例1	对比例1	对比例2
				缩松级别	I级	III级	III级

表1

表1结果显示，具体实施例1中制得的圆柱筒状金属件的内部质量最高，并满足GB/T 9438-2013《铝合金铸件》Ⅰ类铸件要求。

2)分别对具体实施例1和对比例1、2的圆柱筒状金属件的表面粗糙度进行测试，测试结果见表2，其中表面粗糙度代表成型的圆柱筒状金属件的表面质量的高低。

项目	具体实施例1	对比例1	对比例2
				表面粗糙度	6.3	12.5	12.5

表2

表2结果显示，具体实施例1中制得的圆柱筒状金属件的表面质量最高。

综上所述，与采用对比例1、2设计模具所得圆柱筒状金属件相比，具体实施例1中所得的圆柱筒状金属件具有良好综合质量。

Claims (4)

1.一种铸造模具的设计方法，其特征是，模具中设置圆柱筒状型腔和连通且均布在其外周的N个组合式浇道，圆柱筒状型腔的底面周长为S，壁厚为a，组合式浇道包括圆浇道和方浇道，沿圆柱筒状型腔的径向向外分别为方浇道和圆浇道，圆浇道的直径为d，方浇道沿径向方向上的长度为b，宽度为c，其中，已知S和a，可确定b=12～40mm，c=（0.7～2.5）a，d=（2～7）c，N=（0.1～0.162）S/c。

2.根据权利要求1所述的铸造模具的设计方法，其特征是，所述组合式浇道的两端部均超出圆柱筒状型腔的上、下端面。

3.根据权利要求2所述的铸造模具的设计方法，其特征是，所述铸造模具中还设置与圆浇道的下端连通呈放射状分布的横浇道，横浇道交于圆柱筒状型腔的轴线上，横浇道的截面积之和小于组合式浇道的截面积之和。

4.根据权利要求3所述的铸造模具的设计方法，其特征是，所述铸造模具中还设置连通横浇道的直浇道，直浇道的截面积之和小于横浇道的截面积之和。

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