消防洒水喷头是自动喷水灭火系统中的关键部件，可用来探测火灾并通过自动喷水来扑灭火灾。广泛应用于各种普通民用或高层民用、工业建筑中的轻、中危险及严重危险等级保护区的消防保护。

在实际应用中，消防洒水喷头应能承受3.0MPa的压力，所以要求喷头外观良好，内部无气孔、缩松、冷隔和夹杂。在铜合金压铸过程中，金属液的充填顺序是影响压铸件质量的关键因素之一。其中，典型的压铸缺陷如气孔、冷隔、夹杂都与充填顺序有关系。所以，在设计喷头的浇注系统时，应最大限度地把握铜合金液在模具型腔内的充填顺序，通过合理的流道设计，实现铜液有序充填，这样有利于气体排出。

为了最大限度地把握铜液充填顺序，本课题采用计算机数值模拟CAE技术，利用国产压铸仿真软件「智铸超云」进行模拟验证，研究浇注系统对充填顺序及铸件内部质量的影响，通过多次优化浇注系统，最终实现减少卷气、冷隔、缩松和夹杂。

01消防洒水喷头的结构特点

该产品是用在消防工程自动喷水灭火系统中的喷头，对产品内部质量和产品的互换性都有很高的要求。下面分别展示毛坯图、成品图和加工图。

图1、毛坯图图2、成品图图3、加工图

图中绿色面为螺纹面，需后期机加工；蓝色面为机加工面，为关键尺寸。

外形尺寸：72mmx41mmx25.4mm；

铸件平均壁厚：5mm；

铸件毛坯重量：克。

客户指定要用高压铸造的方式成型，要求产品内部不得有裂纹，夹渣，气孔。

02初始浇注系统设计及模拟

初始浇注设计主要思路是让铜合金液顺畅，平稳地充填进入模腔，目的是实现充型平稳，顺序凝固，以获得组织致密的产品。

根据以往经验，初步设计的浇注系统如下图，该方案暂时不设置溢流槽，考虑用压铸模拟软件智铸超云做压铸仿真计算后，由软件计算结果指导进行设置溢流槽。

图4、初始浇注系统设计

视频1是初始浇注系统方案的充填过程及内部卷气的展示。

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下图红框部分为有待改善的部位：

图5、内部卷气情况

可见，在初始方案中，喷头中间受力部位出现了高压卷气现象。此处出现气孔、夹渣的概率比其他地方都较大，这里是整个优化设计过程的一个关键控制点。

03优化浇注系统再模拟

结合初始浇注系统的仿真模拟结果，重新设计了第二个浇注系统，如图6示。

图6、浇注系统方案二

视频2是浇注系统方案二充填过程及内部卷气的展示。

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下图红框部分能够看出卷气得到一定待改善：

图7、内部卷气情况得到一定改善

经过优化后，原绿色区域（螺纹加工面）的卷气情况有改善，但是受力部位的卷气依然存在，改善不明显。

因为喷头的中心位置在模具中的肉厚较薄，不便增设溢流槽，但是为了能彻底解决受力位置的卷气现象，只能适当牺牲模具寿命，再次优化设计浇注系统，在喷头中心位置增设溢流槽，如图8。

图8、浇注系统方案三

视频3是浇注系统方案三充填过程及内部卷气的展示。

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下图能够看出卷气得到一定待改善：

图9、内部卷气情况得到明显改善

经过第3次在喷头中心部位增设溢流槽优化浇注系统，方案二中受力部位出现的卷气情况在最后的方案中得到了明显改善。

04结语

鉴于该产品尺寸的限制，质量要求较高，给浇注系统的设计增加了难度，溢流槽的位置确定，排气槽大小的确定都难以把握，但是通过使用「智铸超云」压铸模拟软件，一步步地指导优化浇注系统，最终很容易地实现了预期目的。

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作者：YHZ

资深压铸工艺工程师，对压铸工艺理论计算与生产实践相结合有深入的认知。

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