本发明属于微型薄壁金属零件成形加工技术领域，具体的说，涉及一种异形光纤模组真空压铸的浇注系统及其压铸工艺，它尤其适用于非均质、异型铝合金壳体压铸件。
背景技术：
铝合金零件的压铸成型是将熔融的液态铝合金浇入压铸机的压室中，通过压射冲头的运动，在高压作用下，以较高的速度填充入压铸模型腔内,并使铝合金在压力下凝固成型为铝合金压铸件的方法。制得的压铸件尺寸精度高、表面光洁、轮廓清晰。铝合金压铸产品另一个最大的市场是通讯产业，而目前在汽车零部件、电子外壳零件、电动工具等行业,这类大型铝合金压铸件有着许多的应用。此类大型压铸零件一般形状都比较复杂，而且大多为壳体类压铸件模具的浇道结构需要根据产品的结构特性来综合布局,需要保证铝液在型腔内的流动平顺性，避免产品内部的气孔缺陷,同时需要降低铝水对模具型芯的冲刷,减轻产品的拉伤缺陷并提高模具寿命，因此合理的浇注系统对于铝合金压铸来说极其重要，既能降低现场工艺调试难度，也能保证产品质量、提高压铸产品的合格率,增加企业效铝合金压铸件最常见的缺陷是表面起泡、结构松散，从而导致强度降低、电导率下降，不能达到质量标准，致使产品不良率高，严重影响产品的正常生产。更为严重的是，某些缺陷在压铸件半成品中难以检查出来，而在其后的加工工艺中显露出来，如电镀中才会显露出来，这无疑给生产造成了更为严重的损失。造成上述缺陷的原因是多方面的，但是现有技术中都采用模具浇注系统设计及压铸工艺改善，但是，尚无法解决根本问题，因此，除模具浇注系统设计及压铸工艺改善外，需对压锋材料的精炼与细化作详细研究。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中的缺点，提供了一种异形光纤模组真空压铸的浇注系统及其压铸工艺，其具有结构简单，制造成本低，有效减少金属液在充型过程中与空气混合，而产生的涡流、卷气进而使产品充型完整，表面气泡和流纹减少，表面光洁度提高，产品合格率提高的特点。
为了解决上述技术问题，本申请是通过以下技术方案实现的：
一种异形光纤模组真空压铸的浇注系统，包括依次连接的直浇道、横浇道和内浇道，所述内浇道通过内浇口而与模具型腔连接，
所述内浇道的宽度在金属液的流动方向上逐渐增大，所述内浇道的宽度范围s为83mm～130mm，厚度范围d为2mm～4mm；所述内浇口位于模具型腔的最前端，并且所述内浇口朝向所述模具型腔的长度方向开设；所述内浇道的下端面朝上倾斜，以供金属液通过内浇道方向与所述内浇口所在平面之间设置有30°至45°锐角的射流角度；所述内浇道的截面积在金属液的流动方向上逐渐递减，所述内浇道与所述模具型腔的连接线临近所述模具型腔的上表面，使得金属液的入射位置邻近所述模具型腔的上表面；
所述模具型腔上连接有排气通道，所述排气通道连通有真空通道，真空通道通过连通真空泵而对模具型腔进行抽真空，其中，所述真空通道上设置有真空阀。
优选地，所述内浇道的横截面呈等腰梯形设置。
优选地，在压铸前，真空泵对所述模具型腔内进行抽真空。
优选地，所述模具型腔的侧端，以及远离所述直浇道的后端设置有多个排气通道，多个所述排气通道的汇集一起且连接所述真空通道，使得合模且真空启动后，抽真空时间小于压射时间。
本发明还提出一种压铸工艺，该压铸工艺用于上述的异形光纤模组真空压铸的浇注系统；
其中，该压铸工艺步骤包括如下：
步骤100，铝合金材料的选择：按质量分数选取硅10％、铁13.5％、铜小于1％、锰小于0.55％,锌小于0.15％，以及铝含量在80％～88％；
步骤200，合金熔液的制备：将步骤100得到的合金原料在630～680℃熔融，对合金先采用精炼剂将夹杂精炼干净，再加入细化剂，接着施加超声将细化剂分散于熔体内，同时将合金溶液气体去除，静置，保温待用；
步骤300，模具预热：开启压铸机将压铸机的模具预热到150～200℃，预热到制定温度后保温10～15分钟，使压铸机内的压铸模具各部分的温度一致；
步骤400，浇注及压射：将预热后的模具温度再次升高至工作温度为180～210℃，开启压铸机进行压射，压射比压为950～1000bar，压射冲头的速度3.8～4.8m/s，最终在模具型腔内成型；在浇注过程中，型腔处于抽真空状态；
步骤500，开模及抽取芯件：冲型完成后开模取出铸件；
步骤600，表面处理：将步骤500取出的铸件置于空气中自然冷却，并对铸件的表面进行打磨，去毛边等后处理。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请所述的一种异形光纤模组真空压铸的浇注系统，其浇注系统结构简单，设计合理，在浇道中，金属液通过内浇道进入模具型腔，是呈一定角度的，而不是直角射入，金属液进入模具型腔的射流角度，使其在30度至45度之间，金属液进入模具型腔的方向是受控制的，进而有效控制熔融金属液通过浇注系统进入模腔的流动过程，减少其与空气混合的程度，使得金属液在模具中整体充填良好，降低了锌合金薄壁件产品表面起泡、表面流纹、结构松散、强度低、电导率下降的比例，提高产品的合格率。其次，设计真空压铸系统，压铸产品致密性比常规压铸产品致密性好，气孔率低。其三，压铸合金经过超声溶炼处理，含气量少，无夹杂，产品力学性能好
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为根据流体动力学方程、能量守恒定律、动量守恒、连续方程设计的浇注系统；
图2为图1中Ⅰ处的局部放大图；
图3为图1中的结构的俯视图；
图4为图1和图3中的结构根据流体力学流动方程计算流动方向各处流道的横截面；
图5为根据流动方程设计浇注系流动模拟充型29ms时充型结果；
图6为合金原料在不同溶炼工艺处理后的物性对比图；
图7是本发明异形光纤模组真空压铸的浇注系统连接抽真空装置的结构示意图；
图8为本发明异形光纤模组真空压铸的浇注系统连通真空通道的的结构示意图；
图9a为真空浇注过程的示意图，其中，压射冲头未封闭浇料口；
图9b为真空浇注过程的示意图，其中，压射冲头运动至封闭浇料口，同时型腔内进行抽真空；
图9c为真空浇注过程的示意图，其中，金属液填完全充型腔；
图10a为传统工艺铝合金铸件的金相组织图；
图10b为传统工艺铝合金铸件的金相组织图；
图10c为采用本发明的异形光纤模组真空压铸的浇注系统以及用于该浇注系统的压铸工艺制得的铝合金铸件的金相组织图；
图10d为采用本发明的异形光纤模组真空压铸的浇注系统，以及用于该浇注系统的压铸工艺制得的铝合金铸件的金相组织图。
附图标号说明：
1—模具型腔，2—内浇口，3—横浇道，4—直浇道，5—内浇道，6—排气道，7—模具，8—真空阀，9—负压罐，10—真空泵，11—真空通道，12—压射冲头，P—浇料口。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，请参阅附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
(1)浇注系统的计算与模拟；
如图1至图3所示，本申请所述的一种异形光纤模组真空压铸的浇注系统，包括依次连接的直浇道4、横浇道3、内浇道5和模具型腔1，内浇道5与模具型腔1之间通过内浇口2连通，直浇道4、横浇道3、内浇道5和内浇口2的横截面面积沿金属液流动方向逐渐缩小，具体各点(A点至V点)处的横截面面积的大小如图1、图3和图4所示。由此，增大金属液的流速，使得靠近内浇口2的金属液流速达到充型良好所要求的流速。其中，内浇道的横截面积可以是多种形状，如方形、椭圆形或者梯形等，本申请中，优选为等腰梯形设置。
金属液通过内浇道5进入模具型腔1的方向与内浇口2所在平面之间设置有30度至45度锐角的射流角度，且内浇道5中的金属液的入射位置邻近模具型腔1的上端面，配合入射角度，便于模具充型完整。具体请参阅图2，内浇口2的开设方向朝X方向，同时内浇道5的下端面朝上倾斜，使得金属液通过内浇道5的射流方向W与X向之间呈夹角α设置，其中α的取值可以是30°至60°，优选30°至45°，例如30°、33°、35°、40°和45°等。进而，当金属液流入内浇口2后，具有沿Y方向的分速度，因此更加完整的进行充型。
另外，请继续参阅图1，内浇口2的与模具型腔1的连接线到模具型腔1的上端面的距离为2～5mm，优选为3mm。金属液在内浇口2处流速过大时缓冲模具受到的冲击，减少模具腐蚀。
金属液通过内浇道5进入模具型腔1的射流的角度是影响产品品质的一大因素。射流的角度由两个分速度决定，如图2所示：X方向为金属液沿横浇道方向前进的水平分速度；Y方向为由金属液压力作用产生的垂直分速度，W为射流角度。
(2)抽真空系统设计；
图6为根据真空设计基础理论帕斯卡原理、伯努利定律、连续式方程及产品结构图设计真空模具真空系统。在本发明方案中，按照气道总截面积计算公式：
Fq＝(2.24*10-3Vq)/(tq*K)
式中：Fq—排气道总截面积，mm2；
Vq—模具型腔、浇注系统及压室浇入金属液后尚未充满部分的整体系统体积，cm3；
tq—气体的排出时间，s；
K—填充过程中，排气道仍然开放的百分比。
因此，由式中看出，Fq与tq成反比，因此增大排气道6的总面积，以减小抽真空时间，进而时间抽真空时间小于压射时间。在本发明实施例中，请参阅图3，远离直浇道4的一侧均设置多个有排气道6，排气道6通过流路连通至模具型腔1的两侧以及远离直浇道4的一端由此增大排气道6的总面积设计，进而达到合模时真空启动，真空时间小于压射时间的目的。
多个排气道6的末端连通有真空通道11(请参阅图8)，进而请参阅图7，真空通道11连通负压罐9，负压罐9连通真空泵10，同时真空通道11上设置有真空阀8，进而模具7合模后，打开真空阀8，开启真空泵10，以对模具型腔1进行抽真空。随后，实现真空浇注，真空浇注过程具体参阅图9a至图9c，图9a为压射冲头12未封闭浇料口P，图9b为压射冲头12运动至封闭浇料口P，同时型腔内进行抽真空，图9c为金属液填充型腔后的示意图。
(3)铝合金材料的选择；
根据产品特点及力学等性能要求，结合压铸工艺，设计Al-Si系合金作为压铸材料。其中，按质量分数选取硅10％、铁13.5％、铜小于1％、锰小于0.55％,锌小于0.15％，以及铝含量在80％～88％。
(4)合金熔炼；
将上述合金原料在630～680℃熔融，其中，请参阅图6，在不同的熔炼工艺处理下，铸件的物性也不同：
方法1(Method1)：铝合金材料直接熔融后直接进行浇注，成型后的铸件性能如图6中的曲线所示；
方法2(Method2)：铝合金材料熔融后进行超声处理，具体超声处理是将超声波仪器的工具头伸入铝合金熔液，以对熔液产生超声处理的效果；经过该方式得到的铸件的物性曲线如图6所示。
方法3(Method3)：铝合金材料熔融后加入精炼剂精炼，同时进行超声处理；该方法得到的铸件的物性曲线如图6所示。
方法4(Method4)：铝合金材料熔融后加入精炼剂将夹杂精炼干净，然后进行细化处理，再施加超声将细化剂分散于熔体内，该方法得到的铸件的物性曲线如图6所示。
综上，由图6可知，方法3和方法4所得到的铸件的性能较佳，最佳为通过方法4所得到的铸件，其次为方法3所得到的铸件。因此，下述压铸工艺的合金熔液的制备优选采用方法4进行解释说明。
另外由于铝合金材料本身含气量极大，同时回炉料及原料内存在一定夹杂及氧化物，对压铸件的性能有极大影响，因此务必对其除杂、除气，提高原材料的纯净度及产品良率，最终提高产品力学性能。
(5)模具加热系统设计；
同于压铸件产品结构厚度不均匀且壁薄，铝合金在因模温不均匀极易在凝固阶段析出第二相MgSi,对产品的性能及后处理发生一系列不良影响，因此务必对模具加热及冷却系统进行精确控制，提高产品直通率。其中，模具预热到150～200℃，预热温度可以是160°、165°、170°或者175°等。预热到制定温度后保温10～15分钟，使压铸机内的压铸模具各部分的温度一致。
(6)压铸工艺设计；
具体的，以铝合金光纤模组薄壁件压铸模具结构为例,铸件成型工艺参数如下：
名称：光纤模组薄壁件
材质：铝合金
熔炼温度：670℃
模具温度：180℃
铸件单重：157g
水口重量：309g
模具型腔真空度：-10-5Pa
图1是铸件的整体铸胚图，两铸件在整个铸坯中所占比例很小。整体铸胚重量为466g，而铸件的单重仅为157g。根据铸件的单重及形状，设计计算出直浇道4、横浇道3、内浇道5和内浇口2的形状和尺寸规格。
根据铸件的结构，分析其流动性，作出如下五种浇注系统方案，五种方案的直浇道4、横浇道3、内浇道5和内浇口2的尺寸和形状都一样，通过改变内浇道5和内浇口2，改变金属液通过内浇道5流向模具型腔1的方向与内浇口2的所在平面之间的夹角，射流角度α分別为45°、40°、35°、33°、30°。
通过数字模拟分析铸件成型过程，对上述五种铸件方案，用流动模拟软件对铸件的充填过程进行数字模拟，得出如下模拟结果：
当射流角度为45°时，通过充填过程影片分析，可以看到铸件的温度场变化较小,金属液汇合区域较小，卷气较少，涡流极少，整体充填状态较好，品质较好。
当射流角度为40°时，通过充填过程影片分析，铸件的温度场变化较小,金属液在铸件上汇合区域较小，卷气极少，涡流极少，铸件整体充填状态良好。
当射流角度为35°时，通过充填过程影片分析，温度场变化很小，金属液在铸件上汇合区域非常小，卷气极少，没有涡流，铸件整体充填状态良好。
当射流角度为33°时，通过充填过程影片分析，温度场变化极小，金属液在铸件上的汇合区域较小，且没有卷气、涡流，整体充填状态良好。
当射流角度为30°时，通过充填过程影片分析，温度场变化极小，金属液最后在一个极小范围区域汇合，整体充填状态良好，没有卷气和涡流现象。
从数字模拟的角度看铸件的充型状况，当射流角度为30°时的充填效果无疑是最佳的。
试模产品效果比较：
根据每一种铸件的工艺图，设计出相应的模具，在压铸机上试模，得到如下样品：
射流角为45°试模样品，表面气泡较少，气泡体积较小，表面有少量流纹现象，铸件表面光洁度较好；
射流角为40°试模样品，表面气泡较少，气泡体积较小，表面有少量流纹现象，铸件表面光洁度较好；
射流角为35°试模样品，表面气泡少，气泡体积较小，表面有少量流纹现象，铸件表面光洁度较好；
射流角为33°试模样品，表面气泡极少，气泡体积小，表面没有流纹现象，铸件表面光洁度较好；
射流角为30°试模样品，表面气泡极少，气泡体积小，表面没有流纹现象，铸件表面光洁度较好。
通过上述对铸件的充型过程进行数字分析，对比充填結果，再结合试模后的样品，可以看出对于微型铝合金薄壁铸件，金属充填模具型腔1时为非垂直角度，且射流角度在30°至45°之间时，金属液在模具中充填良好，因此，在设计模具7时，要保证内浇道5与模具型腔1之间的夹角在30°至45°之间，得到的铝合金薄壁件产品表面气泡少、气泡体积小，强度高、电导率正常，提高了产品的合格率。当射流角度为30°时，铸件的充填效果最优，得到的产品良率最高。
最后，请参阅图5，图5为采用本发明的异形光纤模组真空压铸的浇注系统在模拟充型29ms时的充型结果图。
图10a和图10b是采用传统浇注系统和工艺成型的铝合金件，可以看出，图中的铝合金件的孔洞很多。而图10c和图10d为采用本发明异形光纤模组真空压铸的浇注系统以及用于该浇注系统的压铸工艺所成型得到的铸件，从图中可以看出铸件的孔洞基本没有。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。