第三章 浇注系统的设计与计算[1]

浇注系统浇注系统的构成: 浇注系统的构成如下图所示, 有主流道、分流道、浇口及冷料井组成。

从注射机喷嘴至模具模穴的熔融塑料路径称之为流道,其中,浇口套内塑料流动称之为主流道,其余部分称之为分流道。

分流道末端通向模穴的节流孔称之为浇口,在不通向模穴的分流道的末端设置冷料井。

一、 主浇道的设计方式:主流道的形状一般为圆形。

(1) 、垂直式主浇道及其设计参数:D-d =0.5~1.0 (mm) R>rα=1~3°(2) 、倾斜式主浇道a. 单倾斜式主浇道的设计参数主流道 分流道冷料井浇口a的取值主要与塑料性能有关a=30°(对于PE.PP.PA)a=20°(对于PS.SAN.ABS.PC.POM.PMMA)b.双倾斜式主浇道的设计参数R的值由所选射出成型机决定a最大可取15°注:表中的注塑量指注塑机一次的注射量,d为主流道入口直径, D为主流道出口直径。

二、分浇道的设计方式:确定分流道尺寸应考虑如下因素●制品的体积和壁厚●主流道至浇口的距离●流道的冷却方法●成型树脂的流动性●便于采用自动切除浇口装置●分流道的截面厚度要大于制品的壁厚●分流道的长度要尽量短, 不能短时, 其截面尺寸应相应长度增大●对于含有玻璃纤维等流动性较差的树脂, 流道截面要大一些●流道方向改变的拐角处, 应适当设置冷料井(1)、成品布置方式(按浇道的形状分)a、“H”形分布”b、“I”形分布:C、“X” 形分布:d、“O” 形分布:(3)B=1.25D Smax—制品最大壁厚常用塑料推荐的分流道直径:塑料名称分流道直径/mm 塑料名称分流道直径/mm 塑料名称分流道直径/mm PE 3~10 PMMA 8~10 PBT 3~8PP 4.8~10 硬PVC 6.4~16 PBT(含玻纤) 3~10 PS 3.2~10 PA (含玻纤) 4~12 PC 4.8~10 HIPS 3.2~10 PA 3~10 PC(含玻纤)5~13 ABS 3.2~10 PPS 6.4~10 PU 6.4~8 SAN 3.2~10 PPO 6.4~10POM 3.2~10 PES 6.4~10分流道直径还可以按以下公式计算:D =式中: D――分流道直径mm;W――制品塑料的质量，g;L――流道长度,mm;分流道直径还可以按图查取:分流道直径图表G –制品质量,g; S –制品肉厚,mm; D –分流道参考直径 ,mm;(4)各种截面形式的优缺点比较a、圆形截面流道:优点: 表面积与体积之比最小,压力损失及温度损失小,有利于塑料的流动及压力传递缺点: 必须在公母模上各分一半,给模具加工带来一定困难b、“U”形截面流道:优点: 其截面形式接近圆形截面,同时只需在模具的一面加工缺点: 与圆形截面相比,热损失较大,流道废料多c.梯形截面流道优点: 便于流道的加工及刀具选择缺点: 热量损失较大三、浇口的设计方式:(1)、各种浇口的优缺点比较(2)、各种浇口的设计参数值及其适用场合(3)、浇口位置的选择应注意的事项b.浇口应设在制品的最大壁厚处,使塑料从厚壁流向薄壁,并保持浇口至型腔处处的流程基本一致c.防止浇口产生喷射尔在充填过程中产生蛇形流d.浇口位置应设在制品的主要受力方向上,因为塑料的流动方向上所承受的拉应力和压应力最高.特别是带填料的增强塑料e.选择浇口位置时应考虑制品的尺寸要求,因为塑料经浇口充填型腔时在塑料的流动方向与垂直于流动方向上的收缩不尽相同,所以应考虑到变形和收缩的方向性对于窄长成品,浇口位置常设在其长度2/3的位置对于有肋的制品,浇口应与肋的方向一致,且不能正对肋,要错开四、排气槽的设计方式:(2)在公模仁中割出对插形式的排气入子(3)将深肋或圆柱割成入子,以便排气五、热流道系统设计:选择冷流道与热流道系统的原则在冷﹑热流道系统的选择上, 应根据成型制品的生产总量, 成型树脂的特性, 制品的形状, 模具制造与维护费用等各个方面综合考虑, 然后确定那种方式. 一般情况下, 首先考虑采用冷流道系统能否成型. 冷流道系统能否成型的条件如下:●成型制品是否在冷流道系统允许的成型树脂流动的距离范围之内●对成型后影响的程度如何●所产生的熔接痕影响制品的使用强度否,预定注塑面的开启行程和能否满足模具所需开启距离的要求若采用冷流道系统无法满足上述条件, 则考虑采用热流道系统, 对于冷﹑热流道系统都能满足成型要求时, 则需对比如下项目, 从经济角度确定采用那种方式●缩短成型周期产生的经济效益●节约树脂产生的经济效益●机械手取冷流道系统增加的模具制造与维护费用3.1.4 采用热流[道系统需考虑的事项●选择匹配成型目的系统●设计无树脂滞留, 流动通畅的集流腔歧系统●采取矫正;在热膨胀产生口错位的措施.●防止树脂泄漏的措施●吸收集流腔加热板膨胀量与应力处理的措施●采用阀式结构浇口时应桷保阀杆运动灵活且无树脂泄漏外加热方式的优点●流道内树脂可均匀加热●容易更换树脂, 容易抱色外加热方式的缺点●热损失大●热流道板的温度高, 需采取针对膨胀的对策●热浇口套采用处热方式时, 需要有加热器安装空间, 并会造成浇口端部温度不足的情况内加热方式的优点●热损失小●热流道板的温度低, 一般不需要采取热膨胀对策●浇口附近的温度容易控制内加热方式的缺点是●树脂流道壁面和加热器外表面的温度差大●树脂流路截面积不易过大, 树脂流道阻力较大●流道壁面容易产生固化层, 更换树脂及换色较困难●成型树脂必须清洁无杂物●浇口套的内加热装置需经常更换热流道板采用管状加热,器进行外热时应考虑如下事项●管状加热器与热流道配合孔的配合暗隙应小于0.2mm●应使用多个功率加热器做到热流道板整体温均衡, 不能造成局部过热●结构上要便于加热器更换●热流道板的加热器安装孔内不能存留油●需设置加热器电压控制装置●热电偶要设在热,扣失小的部位, 量接近流道六、主浇道的拉料形式:F>A*P式中: F――注塑机的锁模力,KN;A――包括流道在内的塑料总投影面积,C㎡P ――模穴中塑料平均压力,Mpa;常用塑料模穴中的平均压力/Mpa:注射周期为每两次闭模之间的时间间隔，其中包括:充模时间: Ti升压及保压时间: Tn冷却时间: Tc开闭模及取件时间: TrT = Ti + Tn +Tc + Tr (S)(1)、充模时间依塑件大小、塑件种类、每次注射量而异。

浇注系统的设计与计算摘要:本文主要讲述了计算机在浇注系统中辅助应用,为铸造工艺设计的科学化、精确化,提供了良好的工具。

关键词:设计原则设计顺序设计方法及计算公式在铸造工艺设计过程中,有许多繁贞的数字计算和大量的查表选择工作,仅凭工艺设计人员的个人经验和手工操作,不但要发费很多时间,而且设计结果往往因人而异,很难保证铸件质量。

60年代以来,特别是进入80年代后,随着电子计算机技术的迅猛发展,计算机辅助设计技术在工业中得到愈来愈广泛的应用,也为铸造工艺设计的科学化、精确化提供了良好的工具,成为铸造技术开发和生产发展的重要内容之一。

浇注系统是在砂型中开设的引导金属液进入型腔和冒口的通道,是铸型充填系统中的一个组成部分,通常由四部分(组元)组成:外浇道(浇口杯、浇口盆)、直浇道、横浇道和内浇道。

如图(1)所示。

设计浇注系统主要是选择浇注系统的结构类型,确定引入位置,计算浇注系统各组元的截面尺寸。

成功的浇注工艺,取决于金属本身的特性、铸型的性质和把金属液引入型腔的浇注系统的结构。

设置浇注系统是铸造技术人员和工人用以控制金属液充型的主要手段。

因此,这是一项重要的技术工作。

1-浇口杯2-直浇道3-横浇道4-内浇道图(1)浇注系统结构示意图一、浇注系统的设计原则所谓浇注系统的设计原则就是确定这些浇注系统的形状、尺寸和浇注条件。

如果浇注系统设计不合理就有可能造成以下铸造缺陷,如气孔、砂眼、渣眼、缩孔、裂纹、浇不足和冷隔等缺陷,因此浇注系统时必须遵守以下原则:(1)液体金属的温度在流动中应不降低太多。

(2)应不卷入空气或铸型与液体金属的界面上发生反应所生成的气体。

(3)应不损坏铸型。

(4)应防止掉砂和熔渣流入型腔。

(5)应防止液体金属过度加热铸型。

(6)应有助于方向性凝固。

(7)应不降低工艺出口率(型腔体积对包括浇注系统在内的整铸型型腔体积之比)。

(8)凝固以后应该容易去除。

二、浇注系统设计顺序不同的铸造方法、工厂、技术人员可能采用不同的浇注系统设计方法。

第三章锌合金压铸浇注系统设计* 浇注系统包括鹅颈、射咀、分流锥、浇道、浇口和排气系统；*常用有扇形浇道和锥形浇道兩種；*设计原则：浇注系统内的金属液能有效的、平稳的流动，并避免气体混入。

3.1澆注系统对填充条件的影响金属液在压铸过程中的充型状态是由压力、速度、时间、温度、排气等因素综合作用形成的，因而水口系统与压力传递、合金流速、填充时间、凝固时间、模具温度、排气条件有着密切的关系。

a.压力传递一方面要保证水口处金属液以高压、高速充填型腔，另一方面又要保证在流道和水口截面内的金属液先不凝固，以保证传递最终压力。

这样就需要最佳的流道和水口设计，最小的压力损失。

b.水口面积过大或过小都会影响填充过程，过大的水口充填速度低，金属过早凝固，甚至充填不足，过小的水口又会使喷射加剧，增加热量损失，产生涡流并卷入过多气体，减短模具寿命。

c.气体的排出主要取决于金属液的流动速度与流动方向，以及排溢系统的开设能否使气体顺畅排出，排气面积是否足够。

排气是否良好，将直接影响铸件的外形和强度。

d.模具温度的控制对铸件的质量产生很大的影响，同时影响生产的速度和效率，水口的合理设计可以对模具的温度分布起调节作用。

e.模具寿命除了取决于良好的钢材外，又与模具的工作状态有关，良好的水口系统设计也是为了使模具各部分热平衡处于最佳状态，而不是恶劣的状态下，这样才能得到压铸生产的最大经济效益。

3.2浇注系统位置的选择1．使金属液充型路径减少曲折，避免过多迂回，避免卷气，散失热量，压力损耗。

2．尽量使金属液流至各部位距离相等，如开中心水口。

3．使温度分布符合工艺要求（模温、铸件温度）、尽量选择最短流程。

4．尽量采用单个水口，避免各水口的射流产生对撞，当需多处水口时，考虑射流相互促进，避免卷气，能量损耗。

5．尽量避免正面冲击型芯或型壁，减少动能损耗、卷气、流向混乱、粘模。

6．减少铸件收缩变形的倾向，使易收缩部位得到补缩、增压。

7．有利于排气。

第三章浇注系统设计3.1概述1概念2组成铸型中引导液态金属进入型腔的通道之总称。

1)浇口杯2)直浇道3)横浇道4)内浇道3对浇注系统的基本要求1)能控制铸件的温度场分布2)保证在规定时间内充满铸型型腔3)保证铸件轮廓、棱角清晰4)控制金属液流动的速度和方向5)具有良好的撇渣功能6)简化生产，降低成本4浇注系统的类型及特点1)按浇注系统各组元截面比例关系分类(1)封闭式浇注系统(2)开放式浇注系统(3)半开放半封闭式浇注系统S直>S 横>S内S直<S横<S内S直>S横，S内>S横2)按内浇道在铸件上的位置分类分类(1)顶注式浇注系统液态金属从铸型型腔(铸件)顶部注入(2)底注式浇注系统内浇道设置在铸件底部的浇注系统(3)中间注入式浇注系统从铸件中间某一高度上开设内浇道的浇注系统(4)阶梯式浇注系统在铸件不同高度上开设两层或两层以上内浇道的浇注系统(5)缝隙式浇注系统沿着整个铸件高度上开设垂直缝隙状内浇道的浇注系统3.2液态金属在浇注系统中流动的水力学特性1在砂型中流动的水力学特点合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机械作用和化学作用，属于多相流动，一般呈紊流状态，是不稳定流过程。

2浇口杯中的流动1)浇口杯作用承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔；2)浇口杯分类漏斗形浇口杯(用于中、小型铸件)和盆(池)形浇口杯(用于中、大型铸件3)影响浇口杯内水平漩涡的主要因素是浇口杯内液面的深度，其次是浇注高度、浇注方向和浇口杯的结构等3直浇道中的流动1)直浇道的作用将来自浇口杯的金属液引入横浇道、内浇道或直接导入型腔，并提供充型过程所必需的压力2)直浇道形状通常是上大下小的圆锥形，有时为等截面圆柱形、上小下大的倒圆锥形、蛇形和片状形等形状3)液态金属在直浇道中存在充满式流动或非充满式流动两种流态4直浇道窝1)直浇道窝作用缓冲，缩短直浇道—横浇道拐弯处的高度紊流区；改善内浇道流量分布，减少横浇道—内浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失；浮出金属液中的气体。

浇注系统的设计1主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流经通道。

它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响。

主流道通常设计在模具的浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，锥角a 取3度，流道的表面粗糙度Ra(1)主流道尺寸1）主流道长度：小型模具的L 主应小于等于60mm ，本次设计中取50mm.2)主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=(2+1）mm=3mm.（查课本P81表5.1）3)主流道大端直径：D=d+2L 主tana ≈8.24mm4)主流道球面半径：SR=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=(12+2)=14mm.5)球面配合高度：h=3mm.（2）主流道的凝料体积222233=) 3.14/350 4.12+1.5+4.12 1.5=1329.5 1.333V L R r R r mm cm π++=⨯⨯⨯=主主主主主主（（）（3）主流道当量半径4.12 1.5 2.8122R r Rn mm ++===（4）主流道浇口套形式由于注射机与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，易磨损。

因此，设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。

主流道衬套为标准件可选购。

对材料的要求较严格，因而,尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑到上述因素，仍将其分开设计，以便于拆卸更换。

同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。

材料一般采用碳素工具钢（T8A 或T10A),热处理淬火表面硬度为50~55HRC.2分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。

分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。

（1）分流道的布置形式在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此，采用平衡式分流道。