CN109304438A

CN109304438A - 压铸模具及压铸设备

Info

Publication number: CN109304438A
Application number: CN201710620040.XA
Authority: CN
Inventors: 周文科; 覃明
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-02-05

Abstract

本发明公开了一种压铸模具和压铸设备。压铸模具包含铸件型腔、外浇口型腔和溢流井型腔，所述铸件型腔和所述溢流井型腔之间通过所述外浇口型腔相连，压铸产生的冷污金属液从所述铸件型腔经过所述外浇口型腔流入所述溢流井型腔，所述外浇口型腔相对的两个内表面上分别布置凸起结构和对应的凹陷结构，其中，所述凸起结构和所述凹陷结构彼此面对面设置，所述凹陷结构的凹陷深度与所述凸起结构的凸出高度相等，所述凸起结构和所述凹陷结构在所述两个内表面上向所述外浇口型腔的其他内表面延伸。

Description

压铸模具及压铸设备

技术领域

本发明涉及压铸成型领域，具体涉及一种压铸模具和压铸设备。

背景技术

压力铸造，简称为压铸，是指将熔融合金在高压、高速条件下填充模具型腔，并在高压下冷却成型的铸造方法。

压铸件，以压力铸造工艺生产的铸造件。

溢流井，压铸工艺设计中容纳液流前端的冷污金属液，并促使型腔排气的设计，正如普通铸造设计中的冒口。

外浇口，压铸件连结溢流井的结构，设计目的为，使液流前端的冷污金属液和型腔气体尽可能多地顺利地进入溢流井中。

在现有生产实践中，在压铸件成型后，溢流井的去除主要是通过压铸操作员手工掰除的方式来完成。图1示出了现有压铸模具的型腔的示意图。使用图1所示的模具进行压铸后，通常断裂发生在外浇口上，但是压铸件和外浇口的连接处具有一定角度的拐角，在该拐角处容易形成应力集中，使得在压铸件的溢流井去除的过程中，断裂发生于铸件上的情况也很普遍，从而导致压铸件因为缺块而报废。目前，一部分工厂通过培训压铸操作员的方式来降低掰除时的报废率，但是效果并不明显，还有一部分工厂通过使用专业设备完成溢流井的去除，但是这样成本投入较大。

在压铸模具中，外浇口型腔虽然是一个相对简单的部件，但是却具有非常重要的作用。在设计外浇口型腔时，必须保证熔融液前端的冷污金属液能够平稳顺利的进入溢流井。因此，在不影响原有外浇口型腔的功能的情况下，对现有技术上进行改进是相对困难的。

发明内容

为了解决在掰除压铸件的溢流井的过程中压铸件缺块的问题。本发明的实施例提供一种压铸模具，该模具通过改进外浇口型腔的结构设计,即在外浇口上形成沟槽，来改变断裂发生位置，解决溢流井的去除时铸件缺块报废的问题。本发明的压铸模具能够在不增加投入成本的前提下，降低压铸件的报废率进而降低成本，并且节省了操作员的培训成本，提高了生产效率。

根据本发明的第一实施方式的压铸模具，该压铸模具包含铸件型腔、外浇口型腔和溢流井型腔，所述铸件型腔和所述溢流井型腔之间通过所述外浇口型腔相连，压铸产生的冷污金属液从所述铸件型腔经过所述外浇口型腔流入所述溢流井型腔，所述外浇口型腔相对的两个内表面上分别布置凸起结构和对应的凹陷结构，其中，所述凸起结构和所述凹陷结构彼此面对面设置，所述凹陷结构的凹陷深度与所述凸起结构的凸出高度相等，所述凸起结构和所述凹陷结构在所述两个内表面上向所述外浇口型腔的其他内表面延伸。

进一步地，所述凹陷结构的剖面为U形。根据本结构，压铸模具凹陷处不会形成较大的应力集中，不会影响压铸模具的使用寿命。

进一步地，所述凸起结构的剖面为V形。根据本结构，外浇口压铸件的沟槽顶部尖角处更容易形成较大的应力集中，并且使裂纹发生在沟槽底部尖角处。

进一步地，所述凸起结构的顶部尖角为60度至90度角，且所述顶部尖角的两条边的长度相等。

进一步地，所述凸起结构的高度为0.34mm至0.4mm。

根据本发明的第二实施方式所述的压铸模具，其中，所述凸起结构的剖面为U形。

进一步地，所述凸起结构的剖面为半圆形。

根据本发明实施方式所述的压铸模具，进一步地，所述凹陷结构的剖面为半圆形。

进一步地，所述凸起结构和所述凹陷结构分别与所述铸件型腔之间具有规定间隔。其结果，能够确保在掰除压铸件的溢流井时，避免压铸件缺块的发生。

根据本发明的另一方面，提供一压铸设备，该设备包括如上述各方面所述的压铸模具。

附图说明

图1A示出了现有技术的压铸模具的压铸产品的示意图。

图1B示出了根据本发明实施例的压铸模具的压铸产品的示意图。

图2A示出了根据本发明实施例的实例性的压铸模具的剖视图。

图2B示出了根据本发明实施例的实例性的压铸模具的型腔的剖视图。

图3示出了根据本发明实施例的压铸模具的外浇口型腔的结构示意图。

图4示出了根据本发明另一实施例的压铸模具的型腔的剖视图。

图5示出了根据本发明另一实施例的压铸模具的型腔的剖视图。

图6示出了根据本发明实施例的压铸模具的变型的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了方便理解本发明的实施例，首先在此介绍实施例描述中引入的几个要素：

湍流：又称紊流，是流体的一种流动状态。指流体的流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡。湍流具有无序性、耗能性和扩散性。

型腔：用于铸件成型的腔体，是组成铸件轮廓的空腔部分。

应力集中系数：又称应力集中因子，反映了应力集中的程度，为大于1的系数。

以下，将利用如图所示的XYZ三维正交坐标系来进行说明。

这里，X轴方向是外浇口型腔中金属液大体流动的前后方向，例如，X轴方向同样也可称为相对于地面的水平方向。Y轴方向为外浇口型腔中金属液大体流动的左右方向。Z轴方向为外浇口型腔中金属液大体流动的上下方向，例如，Z轴方向同样也可以称为相对于地面的竖直方向。

图2A-2B示出了根据本发明实施例的实例性的压铸模具和型腔的剖视图。

具体地，如图2B和图3所示，该剖视图的剖面平行于X-Z平面，视角沿+Y方向。压铸模具20包括：压铸件型腔21、外浇口型腔22和溢流井型腔23。在X轴方向上，压铸件型腔21通过外浇口型腔22与溢流井型腔23连接。作为一个实例，外浇口型腔22上表面分别与压铸件型腔21和溢流井型腔23连接的两端之间的距离为外浇口型腔的长度L，那么，外浇口型腔22沿Z轴方向的上下两个表面之间的距离为外浇口型腔22的高H，外浇口型腔22沿Y轴方向的左右两个表面之间的距离为外浇口型腔22的宽。

主要考虑压铸件表层为激冷层，相对于基体内部强度较高，应力集中对于表面状态比较敏感。因此，根据本发明的实施例，外浇口型腔22设置有凸起结构221和凹陷结构222，该凸起结构221与凹陷结构222面对面设置在外浇口型腔22的两个相对的内表面上，例如，凸起结构221与凹陷结构222分别设于外浇口型腔22的上下两个表面，而且在Z轴方向上，凸起结构221和凹陷结构222处于同一平面，且该平面垂直于X-Y平面。凸起结构221和凹陷结构222分别沿Y轴方向延伸并被外浇口型腔22的左右两个表面限定。

进一步地，压铸件型腔21和外浇口型腔22的连接处，以及凸起221和凹陷结构222分别和上下表面的连接处都为圆钝角构造。

利用压铸模具20对金属液压铸后，在外浇口能够形成对应于凸起结构221的沟槽和对应于凹陷结构222的凸出部，该沟槽的应力集中大于外浇口与铸件连接处的应力集中的峰值。这样在溢流井掰除时，可较好的促使断裂发生在外浇口沟槽底部，并扩展到下方外浇口下表面与凸出部所形成的应力集中处，以此降低压铸件本身出现缺块的概率。此外，凹陷结构222起流道高度补偿作用。具体地，由于凸起结构221的存在，使凸起结构221处的外浇口型腔的流道高度变小，这样会导致金属液产生湍流，使冷污金属液返会流入压铸件型腔21中，导致压铸件报废。因此，在凸起结构221相对的表面设有凹陷结构222，使外浇口型腔的流道高度大体不变，避免产生湍流，使冷污金属液能够平稳流入溢流井。

凸起结构221和凹陷结构222并不限于设在外浇口22的上下表面，还可以设于左右表面。

需要说明的是，本发明中的金属液是铸件成型前的金属熔融液，其中金属可以是铝、锌、镁、铅、铜等熔点低于铁的金属以及这些金属各自的合金。

图3出了根据本发明实施例压铸模具的外浇口型腔的结构示意图。

如图3所示，作为一个实例，对于铝合金来说，通常外浇口型腔的高度H设计为1.5mm到2mm，外浇口型腔的长度L为1.5mm到2mm，且通常设计为直连结构，以便于压铸过程中的排气和排渣。

根据本发明的实施例，在图3中，外浇口型腔22的长度L为2mm，厚度H为1.8mm。在本实施例中，凸起结构221的剖面为V形，V形向+Z方向开口。凹陷结构222设置在与凸起结构221相对的型腔22表面上，凹陷结构222的剖面为U形。V形结构能够使外浇口的沟槽形成较大的应力集中，并且使裂纹发生在沟槽底部尖角处。另外，U形结构能够相对地减小应力集中，降低外浇口型腔在压铸过程中从凹陷结构222处开裂的概率。

顺便提及，因为压铸工艺会使压铸件金属的内部充有气泡，所以压铸件的延伸率一般在1％左右，因此压铸件能够近似认为是脆性材料。

根据FEM(Finite Element Method，有限单元方法)数值模拟试验，在去除溢流井时，当力沿-Z方向作用于溢流井上表面时，压铸件与外浇口连接处的应力集中因子k₁为2。一般地，需要使沟槽底部尖角处的应力集中因子k₂至少比k₁大20％。

如图3所示，将V形剖面顶部尖角θ的顶点到尖角θ相对的凸起结构221底部的距离表示为a，并且将尖角θ所夹的凸起结构221底部的长度的一半表示为b，且2×b≤L，那么a、b和k₂的关系可以由下述公式(1)来表示：

k₂≥1+2×(a/b) (1)

因此，当k₂＝k₁×(1+20％)＝2.4时，a/b≤0.7。

进一步地，凹陷结构222的U形剖面的下凹深度应大致与a相同，例如，当该U形剖面为半圆形时，半径r与a相等。这样能够避免金属液流产生湍流，能够避免熔渣反冲。

作为一个实例，顶部尖角θ的两条边相等，即，凸起结构221的V形截面为等腰三角形。那么，顶部尖角θ的角度范围可以是为60度到90度，并且根据高度H的大小，对应地将a的范围控制在0.34mm到0.4mm。这样能够保证在去除溢流井时，外浇口压铸件的沟槽处的应力集中至少大于压铸件与外浇口连接处的应力集中的1.2倍，基本使裂纹发生在沟槽底部尖角处。

进一步地，作为一个实例，在掰除溢流井时，为了完全避免压铸件缺块的发生，将凸起结构221和凹陷结构222设置在远离压铸件型腔21和外浇口型腔22的连接处。在外浇口型腔的长度L为2mm的情况下，当凸起结构221和凹陷结构222相对于该连接处的最近点与该连接处的距离为0.5mm时，就可以完全避免压铸件缺块的发生。此外，当凸起结构221和凹陷结构222设置在靠近溢流井型腔23的地方时，能够引导金属液向溢流井型腔23底部流动，进而有效地将溢流井型腔内气体与金属液分隔，提高溢流井排气效果。

上文结合图2A-B和图3详细描述了根据本发明实施例的压铸模具20，下面将结合图4描述根据本发明另一实施例的压铸模具。

图4示出了根据本发明另一实施例的压铸模具40的型腔的剖视图。

如图4所示，图中压铸模具40与上述压铸模具20基本相同。不同之处仅在于，压铸模具40的凸起结构421的剖面为U形。

进一步地，根据上述公式(1)的相应变型，优选地，该U形底部的弧的弦长不大于0.5mm，并且，当凸起结构421设计为半圆结构时，设定该半圆的半径为0.4mm。这样在压铸过程中能够使金属液更好的流动，特别是在高速压铸和/或复杂铸件的压铸过程中，能够避免金属液在外浇口型腔内的湍流，防止冷污金属液反冲。

下面，将结合图5描述根据本发明另一实施例的压铸模具。

图5示出了根据本发明另一实施例的压铸模具50的型腔的剖视图。

如图5所示，图中压铸模具50与上述压铸模具20基本相同。不同之处仅在于，压铸模具50的凸起结构521的剖面为V形和U形的结合。

进一步地，凸起结构521顶端的弧被形成V形剖面的两条侧边的延长线所夹。凸起结构521的规格基本与凸起结构221相同。这样在外浇口沟槽保证形成较大应力集中的前提下，降低湍流发生的概率。

此外，需要说明的是，本发明实施例中凸起结构和凹陷结构并不限于沿Y轴方向布置，凸起结构和凹陷结构也可以沿与Y轴呈一定角度的方向布置；并且，凸起结构和凹陷结构在轴向上也不限于是一直线，也可以是诸如弧线、波纹线或锯齿线的曲线。

变型

在本发明的上述实施例中，压铸件型腔与外浇口型腔的连接方式为直连。然而，本发明不限于此，例如，如图6所示，压铸件型腔与外浇口型腔的连接方式也能够是搭接。

进一步的，本发明还提供一种压铸成型设备，包括如上述实施例中描述的压铸模具。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“联接”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是机械联接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文描述了一些实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳方式。当然，通过阅读前述描述，这些所述实施例的变型对于本领域普通技术人员将是显而易见的。本发明人预期技术人员会视情况采用这些变型，并且本发明人预期本发明能以不同于本文具体所述的方式实施。因而，本说明书和权利要求按照适用法律所允许的那样包括在所附权利要求书中所述主题的所有修改形式和等同形式。此外，本说明书和权利要求涵盖其所有可能变型中上述要素的任意组合，除非本文另外指明或上下文明显矛盾。

最后，应当理解，本文所公开的实施例是对本发明原理的示例。可采用的其他修改形式也在本发明的范围内。因此，以举例的方式而非限制，可根据本文的教导内容来利用另选构型。因此，本发明不限于明确所示和所述的内容。

Claims

1.一种压铸模具，包含铸件型腔、外浇口型腔和溢流井型腔，所述铸件型腔和所述溢流井型腔之间通过所述外浇口型腔相连，压铸产生的冷污金属液从所述铸件型腔经过所述外浇口型腔流入所述溢流井型腔，其特征在于，

所述外浇口型腔相对的两个内表面上分别布置凸起结构和对应的凹陷结构，其中，所述凸起结构和所述凹陷结构彼此面对面设置，所述凹陷结构的凹陷深度与所述凸起结构的凸出高度相等，所述凸起结构和所述凹陷结构在所述两个内表面上向所述外浇口型腔的其他内表面延伸。

2.根据权利要求1所述的压铸模具，其特征在于，所述凹陷结构的剖面为U形。

3.根据权利要求2所述的压铸模具，其特征在于，所述凸起结构的剖面为V形。

4.根据权利要求3所述的压铸模具，其特征在于，所述凸起结构的顶部尖角为60度至90度角，且所述顶部尖角的两条边的长度相等。

5.根据权利要求4所述的压铸模具，其特征在于，所述凸起结构的高度为0.34mm至0.4mm。

6.根据权利要求2所述的压铸模具，其特征在于，所述凸起结构的剖面为U形。

7.根据权利要求6所述的压铸模具，其特征在于，所述凸起结构的剖面为半圆形。

8.根据权利要求2-7任一项所述的压铸模具，其特征在于，所述凹陷结构的剖面为半圆形。

9.根据权利要求1-7任一项所述的压铸模具，其特征在于，所述凸起结构和所述凹陷结构分别与所述铸件型腔之间具有规定间隔。

10.根据权利要求8所述的压铸模具，其特征在于，所述凸起结构和所述凹陷结构分别与所述铸件型腔之间具有规定间隔。

11.一种压铸设备，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的压铸模具。