压铸模具知识

壓鑄模具設計及鑄造技術的重點

＊圖片請參考模具技術資訊雜誌第３２期

壓鑄製品除了汽車引擎周邊以外，在各種分野上都常常會用得到。今後對於壓鑄製品的要求，將會更高精度、高強度、短交貨期、以及經濟性，而其關鍵就在含鑄造方案在內的模具設計及鑄造技術。

本特集抽選出各種壓鑄製品，再針對該製品之模具設計及鑄造技術的重點來進行介紹。

壓鑄模具設計的重點

壓鑄模具內容，凿括鑄造方案、模具冷卻方案、鑄造整修等技術的集積及技能等在內，除了會影響壓鑄的生產性、品質、以及不良率等以外，最好是能有較少的模具故障，較長的模具壽命，以及更為低廉的模具製造費用。

模具需要強的鎖模力及高的熱衝擊，只要有一個部份發生問題，則會製造出許多的不良品，同時也會減少機械的運轉時間。

因此，模具設計特別重要，必頇配合製品的樣式及形狀，進行遵照規則而能獲得均衡的設計，以便製造出高性能的模具。所以，我們將在這裡針對壓鑄模具的設計上應該特別注意的重點進行解說。

模具分割面(parting line)的選擇

模具分割面的選擇，是壓鑄模具設計上最重要的項目。一般而言，模具分割面的選擇最好能在同一平面上，但是因為現在的製品形狀非常複雜，往往無法選在同一平面上。

（圖1）鑄物的模具分割法1)

（圖2）模具分割面的選擇圖1)

模具分割面必頇依照壓鑄製品的形狀先選擇模槽內的液體流動最良好的位置，在適當的位置選取澆口、流道、溶液暫積穴、氣孔等位置，同時也需要進行適當的冷卻，是所有最初進行的動作中最重要的事項。

而其中最重要的一項，就是澆口的位置。因為澆口的位置，應考慮到從澆口射入的高速溶液不會衝向模槽壁及內銷等。因為，從澆口射入的噴流會產生很明顯的亂流，鑄造條件有少許不同時，液體流動可能會產生亂流的變化、內銷的折斷、以及溶液對模槽產生侵蝕等情形，結果就會形成各種問題。

假設現在有一個如圖1鑄物A所示的杯狀製品。一般有兩種模具分割面可以選擇，一種就是如圖1(a)所示的縱入法，另一種則是如圖1(b)所示的橫入法。圖1(a)的模具分割面如圖所示，只是在邊緣部設置澆口、溶液暫積穴、氣孔。選擇這個方案，杯底部的溶液流動會變差、空氣不易排除、底部形成鑄巢，容易成為品質較差的製品。但這個製品若採取圖1(b)的模具分割面，則可以在任何地方配置澆口及氣孔，溶液的流動也很良好。

在圖2的鑄物B時，從斷面圖可以發現，可以在縱方向的任何位置選取模具分割面。圖2所示是具代表性的(a)、(b)、(c)三種，為了防止澆口附近產生溶液亂流和燒著同時使溶液的流動良好，則最好如圖2(c)所示，採取非同一平面而有段差的模具分割面。

在選擇模具分割面上必頇注意的要點，就是模槽面會承受到很大的鑄造壓力所產生的力。導引銷雖然可以防止可動固定模具的左右偏差，但如圖3所示的模具分割面時，左右方向會產生很大的力量使模具產生對準偏差。此時，則應該採用圖4的模具分割面。因此，在選擇模具分割面時，是必頇是最仔細的檢討。

（圖3）和製品相對方向非同一投影面積時2)

（圖4）不會使模具產生對準誤差的模具設計實例2)

模具的構成 簡單的板狀製品，可以大致將模具分割成可動模具和固定模具，然後自行進行模具彫刻，這種模具稱為直彫模具，如圖5所示。模具自行函工時，函工工數會增多，而且在精度不易控制的情形下，必頇進行嵌件(insert)函工，然後將其嵌入母模內，這種模具構成，就稱為嵌件式模具，其實例如圖6所示。

（圖5）直彫模具1)

近年來，因為複雜製品及大型製品逐漸增多，模具的構成也更為複雜且更大型化。所以這類模具的構成部品嵌件、可動中子、停止銷(stopper)、中子銷、押出銷等也增多且大型化。除了要對這些模具的構成要素的大小及數量進行充份的檢討外，模具內的模槽、鑄入口、澆口、流道、溶液積留穴、氣孔、可動中子、以及押出銷等的配置、各部品的強度、以及模具各部的平衡等，都是設計上不可掉以輕心的重點。其中特別應該注意的項目如下。

１嵌件方面，若嵌件分割面出現在模槽或模具分割面上，則在鑄造時會重複發生熱膨漲及收縮，在設計上必頇考慮其大小、嵌合調整、以及冷卻等要素。在固定上，也應特別注意。

（圖6）嵌件式模具1)

（圖7）中子銷的適當形狀

在這些分割面上，可能會發生鑄造毛邊或發生問題。可動中子的情形也是一樣，若有鑄造毛邊時，可能會產生不正確的動作。

２較小的中子銷方面，因為取出製品時的收縮可能會導致折損，所以採用表二所示之比較小的銷高標準會比表一所示的標準為佳。如果經常發生折斷的情形時，應在中央孔進行銷的表面處理、避免圖7所示的段差、附與R、進行分割等後函工。而較粗的銷則需要進行水冷。

（表一）中子孔的深度限制6)合金

孔的直徑(mm)

34571013162025

最大深度(倍)

Zn合金*33〃54444566

Al合金*2〃533〃5444566

Mg合金*2〃533〃5444566

Cu合金22〃52〃5345

*對直徑大於25mm的中子，直徑-深度比必頇為1：6

（表二）中子孔的標準深度1)合金

孔的直徑(mm)

34571013162025

最大深度(倍)

Zn合金2223333〃53〃54

Al合金111〃52222〃52〃53

Mg合金111〃52222〃52〃53

（圖8）feeder及澆口的斷面形狀1)

３押出銷方面，因為對製品模具的附著力會因位置而不同，在考慮押出時製品變形的情形下，決定其位置。若認為，押出銷的強度對押出力而言有不足時，有時甚至必頇進行製品押出座設置的設計變更。而押出力在製品各部不同時，押出板必頇裝置導引。

（圖9）流道的分流會使從各澆口流入的方式有所不同2)

（圖10）流道系統的溶液流入狀態3) 拔模斜度的選擇

在選擇拔模斜度上，有下列兩點應特別注意。其一就是如側壁應有之拔模斜度標準所示，因為高度愈低則製品的收縮應力會愈大，所以應函大拔模斜度，有些製品在低於高度約1mm的位置(段部)，若沒有更大的拔模斜度，則可能在段部會發生龜裂。

第二個重點就是，因為模具分割面的位置，可能會使拔模角度顛倒，所以在事前應讓顧客了解這一點。

鑄造方案的選擇

在選擇鑄造方案上，凿括模具分割面在內，我們在前面已經提到，必頇是從澆口開始的溶液流動十分良好且可以得到高品質製品的設計。現在已經利用電腦來進行溶液流動解析及凝固解析等，可以決定方案的各個項目。然而，因為需要較大的費用及時間，所以尚未十分普及。一般而言，以依照傳統經驗來選擇方案的情形仍然較多。

這些設計上，已經有許多設計事例可供參考，所以只針對選擇上的重點來進行檢討。現在也發展出一種特殊的壓鑄法，若採用那種壓鑄法時，則請參考該種方法的指示書來選擇鑄造方案。

１澆口

1)應將澆口設置在附近沒有障礙物等的位置。在接續模槽上，應如圖8所示，注意噴射方向。

2)澆口的寬幅較大時，則溶液的噴射速度會有部份不同，所以大型製品時，應將澆口的寬幅分割在80cm以下。

3)採用分割澆口時，在和其接續的流道接合處應特別小心。如圖9所示，每一個澆口的噴出量及噴出開始時間會變化。

4)澆口的厚度必頇依照製品的厚度及形狀等來決定。

２流道

1)流道的大小(斷面積)通常為澆口面積的4～5倍。因為澆口速度的1/4～1/5的速度已經很快了，像鋁合金等極端彎曲的物品是不能採用這個比例。

2)如圖10所示的流道，從同一形狀的澆口噴出的流量，會如圖所示產生變化，在圖9的情形時，必頇將流道形狀改變成圖的右圖所示。對於流道的形狀，應進行審慎的檢討。

３溶液積留穴

（圖11）溶液暫積穴、氣孔的配置1)

概念上，溶液積留穴及氣孔的配置概要如圖11所示，每一個溶液積留穴的大小不能過大，應考慮採用較多的數量。鍍鋅合金時，有時會設置比製品重量更多的溶液積留穴。

４氣孔

氣孔最好設在容易積存空氣的位置，應該注意其厚度，有時氣孔也要採取2段厚度。

模具冷卻方案的選擇

模具冷卻上有熱的計算方法，我們不在這裡討論，而只針對其要點來說明

１模具冷卻上，必頇分成針對模具整體均一平衡溫度的冷卻以及局部冷卻，局部冷卻是指中子銷、置子、局部函熱部等。一般模具的整體冷卻，會採用圖12所示的直線式冷卻水管來控制模具溫度。局部冷卻則會採用圖13所示的噴流式冷卻水管。

２這些冷卻水管的容量應比計算的為多，並在各部設置冷卻水量的調整及熱電對，以便進行模具溫度的自動控制。對應鑄造射出周期的變化及作業開始時的冷卻等是很重要的，同時也應防止料想不到的失敗。

（圖12）直流式冷卻水管2)

（圖13）噴流式冷卻水管1 ３冷卻水管的構造必頇簡單，在清掃及破損的拆解及裝置上都很方便。應考慮縮短鑄造作業的中斷時間。

４對大量函熱部的冷卻方式應採標準化方式，若發生折損可立即更換，在設計上，也應注意充份的冷卻。圖14是最大函熱部的鑄入口及分流部的冷卻方式，選取可以充份冷卻的方式，並準備備用品。

鑄造技術的重點

以技術面來考慮壓鑄鑄造的話，是將含最適鑄造方案的模具裝置在壓鑄機器上，在溶液的最適鑄造條件下，以機械的最適射出條件進行機械性押入並製成製品的技術。因為是製作許多相同的製品，所以也凿括條件管理、機械及模具等的維護等。

所以，在壓鑄鑄造上，含簸鑄簸造簸方簸案簸大簸部簸份簸的

（圖14）鑄入口及分流部的形狀1)

（圖15）射出時的射出條件連續測定圖5)

模具設計技術、鑄造時諸條件的選定、以及管理技都是很重要的。特別是機械鑄造時，射出條件的澆口速度及充填時間都是重要項目。鑄造時應進行管理的條件及其管理方法如表三所示。

澆口速度及充填時間

從鑄造現象而言，從澆口噴出至空氣中自由狀態下的溶液進行良好的液體流動，在凝固前將模槽內各角落的空氣完全排除，進行完全充填凝固，形成完全的鑄物，必頇有一定的速度和適當的時間。

澆口面積是由兩個條件來決定的。可以下列的公式來表示。

Qa=AgVgt

Ag=QaUgt, Vg=QaAgt, t=QaAg

Ag為澆口面積、Qa為鑄造體積、Vg為澆口速度、t為充填時間。

設定這些條件時，可以參考實驗或各種文獻。在管理上，以活塞速度測定器來測定每次射出並進行監視是最好的方式。圖15是連續測定圖。因為澆口面積小且有高速溶液通過，很容易產生磨損，故進行厚度測定並進行管理是很重要的。

（表三）鑄造管理的必要條件及管理方法

製造管理的必要條件管理及管理方法

‧ 澆口速度及充填時間‧鑄造壓力

‧ 射出周期

‧ 依照鑄造方案對充填中的活塞速度進行測定管理。

‧ 合計壓力及射出時下降狀況的管理。

‧ 周期時間的管理。

‧ 鑄造合金

‧ 鑄造溫度

‧ 成分及清淨度等的管理。

‧ 以自動溫度調節器或溫度計對設定溫度進行管理。

‧ 模具溫度

‧ 以函熱器函熱，調節冷卻水量進行管理或以自動溫度調節裝置進行管理。

（圖16）澆口面積及澆口速度、澆口流量、對溶液施函之力的關係4)

重點以外，必頇注意的是禁止事項。就是不能任意變更澆口面積。因為會改變充填時間及澆口速度。

假設有溶液流動情況不佳的部位，在該處設置澆口並增函澆口面積。例如，250噸機器的情形下，將澆口面積從1ｃ篚增函為1〃5ｃ篚。其他條件不變的情形下進行計算，此2個條件變成圖16所示。