壓鑄工藝及壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)_四_

1、 (上接 2007年第 7期 703頁 (3最大空壓射速度 最大空壓射速度 v ot max 是壓室內(nèi)無金屬且調(diào)速閥 全 開的情況下 , 單位時(shí)間內(nèi)沖頭的位移。它是冷室壓鑄 機(jī) 的 重 要 技 術(shù) 參 數(shù) , 對 有 金 屬 充 型 時(shí) 的 沖 頭 速 度 v 0(即三級壓射系統(tǒng)中第二級壓射速度 、內(nèi)澆道速度 v a 和 壓鑄件品質(zhì)有重要影響。(a壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)所能提供的功率 壓 鑄 機(jī) 壓 射 系 統(tǒng) 所 能 提 供 的 功 率 9見 公 式 (16 (2007年第 6期 603頁 , 即 =22! v ot max A 1p akk, (式中 :為壓鑄件系統(tǒng)所能提供的功率 , kW ; v

2、 ot max 為最大壓 射速度 , m/s ; A 1為壓射缸面積 , m 2; p akk 為壓射蓄能器 壓力 , MPa。 由公式 (16可知 , 減小 A 1可提 高 v ot max , 但 同 時(shí)也減小了 和 壓射力 (A 1p akk , 這是不可取 的。圖 28、 圖 29所示是 Frech 公司為提高空壓射速度而設(shè)計(jì)的壓射 系統(tǒng)及液壓回路 , Ecopress 系統(tǒng) 壓射速度可達(dá) 10m/s ,M 系列新系統(tǒng)空壓射速度可達(dá) 11m/s , 建壓時(shí)間 5ms 。根 據(jù) 零 件 壓 鑄 的 需 要 , 如 方 向 盤 鑄 件 用 鋁 合 金 壓 鑄 時(shí) , 壓射速度為 7.2m/

3、s , 用鎂合金壓鑄時(shí) , 壓射速度 為 8.2m/s 。為在較短的充型時(shí)間內(nèi)向型腔內(nèi)充填大容量的金 屬熔體 , 需要高的沖頭速度和內(nèi)澆道速度 , 這就必須 賦予壓鑄機(jī)高的最大空壓射速度?，F(xiàn)代歐洲壓鑄機(jī)的 最大空壓射速度已達(dá)到 11m/s , 日本近年也出現(xiàn) 10m/s 的超高速壓鑄機(jī)。(b 空壓射速度空壓射速度是壓鑄機(jī)可調(diào)的參數(shù)。由于壓室 -型腔 系統(tǒng)阻力的存在 , 充型時(shí)的沖頭速度總比空壓射速度 小得多。由圖 304可知 , 在一定的內(nèi)澆道面積時(shí) v ot max 從 4m/s 增加至 8m/s , 而充型時(shí)沖頭速度 v 0由 2.4m/s ( 提高到 3.1m/s (, 并不像 v ot

4、max 那樣提高 1倍。 理 論 上 , 當(dāng) 壓 射 輸 出 功 率 最 大 時(shí) , v 02/v ot max 2=Q 2/Q ot max 2=1/3, 則 v 0/v otmax =Q/Q ot max =0.577, 如圖 31所示。則v 0=0.577v ot max(25充型時(shí)的沖頭速度 v 0比空壓射速度 v ot 要小 (因?yàn)橥徊捎?v ot max, 實(shí)際上其關(guān)系為 壓鑄工藝及壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn) (四 摘要 :壓鑄機(jī)、模具與合金三者 , 以壓鑄件為本 , 壓鑄工藝貫穿其中 , 有機(jī)地將它們整合為一個(gè)有效的系統(tǒng) , 使壓鑄機(jī)與模具得到良好的匹配 , 起到優(yōu)化壓鑄件結(jié)構(gòu) , 優(yōu)

5、選壓鑄機(jī)、優(yōu)化壓鑄模設(shè)計(jì)、提高工藝工作點(diǎn)的靈活性的作用 , 從而為壓鑄生產(chǎn)提供可靠保證。所以 , 壓鑄工藝寓于模具中之說 , 內(nèi)涵之深不言而喻。關(guān)鍵詞 :壓鑄機(jī) ; 模具 ; 壓鑄工藝 ; 模具設(shè)計(jì) 中圖分類號 :TG249.2; TG241文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A文章編號 :1001-4977(2007 08-0819-06PAN Xian-zeng 1, LIU Xing-fu 2(1. MG Technology (Shen Zhen Co., Ltd. of Kashui Holdings Co., Ltd., Shenzhen 518111, Guangdong, China; 2. FAW

6、 Foundry Co., Ltd. Foundry Mould Plant, Changchun 130011, Jilin, China Abstract :The die casting machine, die and alloy, the three on the basis of die castings, running through with the die casting process form organically a whole and an effective system. Making the machines well to mate with dies o

7、ptimization of die casting construction optimization of selecting die casting machine. Optimization of die design and improving the flexibility of die casting process (operational point , thus providing a secure guarant for production. So to say the process conveys in the die, this has a profound in

8、tension.Key words :die casting machine; die; die casting process; die designThe Main Points of Die Casting Process andDie Casting Die Design (Part 4收稿日期 :2007-01-20收到初稿 , 2007-03-15收到修訂稿。作者簡介 :潘憲曾 (1929- , 男 , 江蘇南通人 , 教授 , 長期從事壓鑄技術(shù)的研究、開發(fā)和生產(chǎn)管理工作。電話 憲曾 1, 劉興富 2(1. 嘉瑞集團(tuán)創(chuàng)金美 (深圳 科技有限公司 , 廣東

9、深圳 518111;2. 一汽鑄造有限公司鑄造模具設(shè)備廠 , 吉林長春 130011"""" #"$%$" $壓鑄Aug. 2007Vol.56No.8鑄 造FOUNDRY819 v ot =v 01-! gs "#(26 式中 :p gs 為 p s (D/d 0 2; p s 為壓射蓄能器壓力 ; D 為壓射缸直徑 ; d 0壓室直徑 ; v 0為沖頭速度 , v a 為內(nèi)澆道速度 ; 為 出流系數(shù) (阻尼系數(shù) , 取 =0.59; 為金屬熔體密度。 (c 用圖解的方法對量化進(jìn)行補(bǔ)充前面分析的是 量 化 空 壓 射 速

10、度 及 其 相 關(guān) 的 參 數(shù) , 這里用圖解對其進(jìn)行補(bǔ)充 , 并描述工藝的靈活性 , 用 如圖 32所示的機(jī)器特性曲線 pQ 2加以說明。由圖 32可知 : 機(jī)器特性曲線 ML 和 ML 1與橫坐標(biāo) 形成夾角 和 1, 相應(yīng)的流量為 Q 和 Q 1, 且 <1、 Q>Q 1, 說明最大空壓射速度大 , 夾角小 , 而流量大 ; 一條 模具線 (內(nèi)澆口面積即阻力線 DL 穿過 ML 和 ML 1, 分 別相交于 p 和 p 1, 圖上可見由 p 對應(yīng)的 p a 、 Q a 及 p 1對應(yīng)的p a1、 Q a1所組成的兩個(gè)代表機(jī)器壓射系統(tǒng)輸出能量的四方形 ; p a O ×

11、Q a O>p a1O ×Q a1O , 說明 ML-DL 組合的輸出 能 量大于 ML 1-DL 組合的輸出能量 ; 四邊形 CDFE 是機(jī)器 模 具組合的工作窗口 OW , OW 是由內(nèi)澆道速度 v a (在 CD 段 和充型時(shí)間 (在 DF 段 限定的 , 也就是機(jī)器 模具組合的工藝工作點(diǎn)在這個(gè)四邊形之內(nèi) ; DL 1與工 作窗口相切于 F , 表示最大的內(nèi)澆道面積 A a max (也就是 最小的充型時(shí)間 min 和最大的內(nèi)澆道速度 v a max ; 模具 線 DL 通過工作窗口 OW 與 CD 和 ML 或 ML 1的交點(diǎn) , 可以 做 成 三 角 形 PBD 1和

12、 P 1B 1D 1, 其 面 積 分 別 為 A 和 A 1, 顯然 A>A 1; PD 1和 P 1D 1則為 DL 在工作窗口中與 ML 和 ML 1的截線 , PD 1>P 1D 1。面積和線段長度都是工藝靈活性的尺度 , 據(jù)此 , 機(jī) 器 ML 及其工藝靈活性遠(yuǎn)大于機(jī)器 ML 1, 也就是空壓射速 度高 , 流量大 , 會改善工藝的靈活性。工藝工作點(diǎn)必須 在一個(gè)范圍內(nèi)可調(diào) , 這個(gè)范圍越大 , 工藝靈活性也就越 大 , 工藝成功率就愈高。如圖 35所示 , PD 是 OW 的對角FOUNDRY Aug. 2007820 線 , 所以它的靈活性最大 ; 如果工作窗口的位置發(fā)

13、生變 化 , 如圖 33、 34、 35所示 11, 其結(jié)果也是一樣。冷壓室壓鑄機(jī) 必 須 有 高 水 平 的 最 大 空 壓 射 速 度 , 這樣可以改善工藝工作點(diǎn)的靈活性。圖解可以幫助我 們 選擇壓鑄機(jī) , 設(shè)計(jì)壓鑄 模 具 , 并 提 高 工 藝 靈 活 性 , 從而提高工藝成功率。(1 從壓力曲線看壓射時(shí)的壓力圖 362所示為壓鑄機(jī)壓射缸內(nèi)的壓力曲線。由圖可知 , 壓鑄過程的壓力大致有充型壓力、最終壓力 (二級 壓射時(shí)等于蓄能器壓力 , 三級壓射時(shí)已將增壓力加上 , 還有就是充型結(jié)束 , 活塞速度為零時(shí)產(chǎn)生的沖擊壓力 (Impact Pressure 。沖擊壓力峰瞬間回復(fù)到蓄能器壓力。

14、壓實(shí)壓力是指壓射 (驅(qū)動 缸內(nèi)壓射 (驅(qū)動 壓力 (蓄能器壓力 與增壓壓力疊加后 , 乘以壓射活塞面積與沖頭面積之比 , 或乘以壓射活塞直徑與沖頭直 徑之比的平方。增壓器原理如圖 372所示。一個(gè)大面積 (A p活塞 (d p 與一個(gè)小面積 (A s活塞 (d s相連 , 大活塞 (初級活塞 上承受壓力 p 1,推動小活塞 (次級活塞 產(chǎn)生壓力 p 2, 在封閉系統(tǒng)中有 :p 1/p 2=A s /A p =(d s /d p 2(27 p 2=p 1A p /A s(28式中 :p 2為增壓壓力 ; p 1為推動大活塞的壓力 ; A p 為大 活塞面積 , d p 為大活塞直徑 ; A s

15、為小活塞面積 , d s 為小 活塞直徑。p 2與壓射缸的壓力疊加 后的壓力被稱為工作 壓力p e , 乘以壓射活塞 面積 A 1與沖頭面 積 A 0之 比 (A 1/A 0 , 或 者 乘 以 壓 射 活 塞 直 徑 d 1和 沖 頭 直 徑 d 0之 比 的 平 方 (d 1/d 0 2后稱為壓實(shí)壓力 p k , 即p k =p e (A 1/A 0 =p e (d 1/d 0 2(29 如果增壓器小活塞腔中有背壓 p 3時(shí) , 應(yīng)減去 , 則p 2=(p 1A p -p 3A 3 /A 3(30一般壓鑄機(jī)增壓器壓力變壓比為 1 3或 1 2。 圖 38所示為冷壓室壓鑄機(jī)壓射缸的壓力曲線

16、2。此 機(jī)設(shè)有蓄能器和增壓器 , 如蓄能器壓力為 7MPa , 壓鑄 循環(huán)開始后 , 首先壓射活塞與連接的沖頭 , 借助于液壓 泵緩慢前進(jìn)進(jìn)行慢壓射 , 然后通過打開壓射閥 , 轉(zhuǎn)接到 蓄能器上 , 沖頭被加速到高的充型速度 , 此時(shí)金屬熔體 通過內(nèi)澆口被壓入型腔 , 在液流開始進(jìn)入型腔時(shí) , 產(chǎn)生 小的壓力峰。當(dāng)進(jìn)一步充型時(shí) , 幾乎以均勻的壓力進(jìn) 行 (此處約 5.5MPa。在充型終了時(shí) , 沖頭突然制動 , 由制動能量引起壓力升高 , 形成小峰瞬即回到蓄能器 壓力 , 此壓力接通增壓器 , 變壓比在例中為 1 3, 所以 壓射缸內(nèi)的工作壓力 p e 達(dá)到蓄能器壓力 7MPa 的 3倍即2

17、1MPa 。若變壓比為 1 2則達(dá)到 14MPa , 此時(shí)沖頭施加凝固鑄件上的壓力為壓實(shí)壓力 (Compaction pressure 。壓 實(shí)壓力也可按鑄件的要求和合金種類選擇 , 如表 8所示。(2 影響鑄件孔隙率的因素沖頭施加在金屬熔體上的壓力可以進(jìn)行補(bǔ)縮和壓縮 氣體孔隙。金屬壓力與孔隙率的關(guān)系如圖 39所示 3。壓 力與孔隙率不是線性關(guān)系 , 所以 , 得到的高壓力不能完鑄造潘憲曾等 :壓鑄工藝及壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn) (四821 全消除孔隙。雖然孔隙尺寸減小了 , 但仍然存在于鑄件 中 , 這與合金種類關(guān)系不大 , 或許凝固范圍寬的合金孔 隙容易集聚 , 但這并不是說 , 合金和添加元素不

18、重要 , 它們影響孔隙的形成和分布狀況 , 并顯著影響性能。補(bǔ)縮與壓縮孔隙的壓力必須傳遞到正在凝固的金 屬 , 這對冷壓室壓鑄機(jī)與熱室壓鑄機(jī)都是事實(shí)。一旦 金屬熔體澆入冷壓室壓鑄機(jī)壓室中 , 金屬熔體接觸到 壓室底部就開始凝固 , 有些沖頭的力就要用來折疊這 些冷皮 , 壓室中澆進(jìn)的金屬越少 , 這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。當(dāng)料餅薄的時(shí)候 , 就會增加孔隙。如圖 407所示是 料餅厚度與孔隙率的關(guān)系。一般料餅厚度約為 20mm , 圖 417說明壓室充滿對型腔內(nèi)金屬壓力的影響 , 壓室充滿度為 35%時(shí) , 鑄件是在 4664MPa 下凝固的 , 低壓室 充滿度產(chǎn)生大量的預(yù)凝固金屬進(jìn)入型腔 , 它們會引起

19、堵塞而阻礙壓力有效傳遞 , 勢必增加非正常組織 , 是 鑄件生產(chǎn)的潛在薄弱環(huán)節(jié)。在壓實(shí)階段 , 利用增壓減少鑄件孔隙 , 依賴于內(nèi) 澆道有充分長的時(shí)間保持液態(tài)。公式 (31 是用于計(jì) 算內(nèi)澆道凝固時(shí)間 , 實(shí)際上是公式 (17(2007年第 7期 699頁 中 f=1(即固相分?jǐn)?shù)為 100/100 時(shí)的變形。e ! =0.433"#aF F F! H +C ! t L F #(31式中 :#t=t 1-t s ; a 為內(nèi)澆道厚度 ; 為固液態(tài)間合金密 度平均值 ; H sw 為合金熔化熱 ; c 為固凝態(tài)相溫度 ; t L 為 合金液相溫度 ; t s 為合金固相溫度 ; t F

20、為內(nèi)澆道附近模 具溫度 ; F 為模具材料導(dǎo)熱率 ; C F 為模具材料比熱容 ;F 為模具材料密度。表 9是根據(jù)式 (31 和表 5、表 6( 鑄造 2007年第 7期 700頁 計(jì)算所得的內(nèi)澆道厚度與內(nèi)澆道凝固時(shí)間 , 最小建壓時(shí)間與壓射系統(tǒng)有關(guān) , 對于有增壓器的 壓射系統(tǒng) , 該值為 0.050.03s , 如果鋁、鎂合金模溫為250 。銅合金模溫為 400 , 對于內(nèi)澆道附近被流入的金屬熔體及高速度 , 使該處溫度升高 , 從而延遲了內(nèi) 澆道 凝固時(shí)間 , 圖 4213為內(nèi)澆道 厚度與凝固時(shí)間的關(guān) 系。因此 , 等于加大了表 9中的內(nèi)澆道厚度 , 對于鋁、 鎂合金來說加大 11.2m

21、m , 對銅合金則大于 1.6mm 。壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)增壓建壓時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào) 整 , 如圖 43所示 , 可調(diào)為 :(a 瞬時(shí)增壓 ; (b 緩慢增壓 ; (c 延遲增壓。高的模具和合金溫度 , 可以延長增壓作用的有效 性。直接壓力測量證明 , 傳遞壓力的時(shí)間與圖 447所示 一致。表 8壓鑄合金材料的壓實(shí)壓力 (增壓壓力 Table 8Compaction pressure of die casting alloys/MPa黃銅3040405080100-壓鑄件各類 標(biāo)準(zhǔn)零件 工程零件 氣密性零件 電鍍零件Al 、 Mg 合金40406080100-Zn 合金 1020203025402

22、225FOUNDRY Aug. 2007Vol.56 No.8822 沖頭施壓一直保持到鑄件凝固是很重要的 , 特別 是對熱室壓鑄 機(jī) , 太短的持 壓 時(shí) 間 會 產(chǎn) 生 大 的 孔 隙 。 而仍呈熔融的合金甚至?xí)跊_頭回程時(shí)被吸回。對熱 室壓鑄機(jī) , 必須考慮沖頭蠕動。這是在型腔完全充滿 后 , 沖頭的連續(xù)運(yùn)動使金屬熔體通過沖頭環(huán)逸出而引 起的。如果沖頭直接撞到澆壺底 , 則失去全部金屬壓 力 , 會引發(fā)多孔隙的鑄件。澆壺底至少應(yīng)有 20mm 高 的金屬熔體用于沖頭蠕動。當(dāng)鑄件厚壁與薄壁同存 , 薄壁冷凝后會阻隔厚截 面的壓力傳遞 , 孔隙將在 其 中 發(fā) 展 , 控 制 模 具 冷 卻

23、, 達(dá)到適度溫度梯度 , 可以減輕這個(gè)問題。但要求截面 差不要超過 1.5倍 , 否則就難得到很好的補(bǔ)償。封閉的凸臺 (搭子 處容易出現(xiàn)孔隙 , 除加強(qiáng)冷 卻外 , 可用壓力銷施 壓來 減 少 孔 隙 。在 凸 臺 凝 固 時(shí) , 由液壓將銷擠入型腔 , 進(jìn)行局部補(bǔ)縮和擠壓孔隙。圖 45所示為壓力銷擠入時(shí)間與孔隙度的關(guān)系。這種辦法 關(guān)鍵在于控制壓力銷的擠壓時(shí)間 , 時(shí)間過早 , 鑄件還 是液態(tài) , 起不到擠壓作用 ; 時(shí)間太晚 , 則鑄件已凝固 , 壓力銷難以擠入 , 也起不到壓縮作用。圖 46所示缸蓋 罩蓋是應(yīng)用壓力銷的一個(gè)典型例子。3.5溫度參數(shù)溫度是壓鑄 過 程 熱 條 件 的 具 體

24、體 現(xiàn) , 對 鑄 件 內(nèi) 、 外質(zhì)量和模具壽命有著重要意義。本節(jié)只涉及合金溫 度與模具溫度。金屬澆注溫度對所有壓鑄合金而言 , 都應(yīng)有適度的 過熱 , 以免澆注溫度與模具之差過大 , 引起模具溫度交 變負(fù)荷強(qiáng)烈 , 產(chǎn)生熱應(yīng)力而影響模具壽命。另外過熱度 大 , 也會影響合金質(zhì)量。表 102介紹了合金熔化溫度和 澆注溫度范圍 , 從中可看到合金澆注時(shí)的過熱度。合金表 9澆道凝固時(shí)間Table 9Solidification time in gate /s澆道厚度 /mm0.8 1.0 1.2 1.4 1.61.82.0AlSi9Cu3AlSi12AZ91CuZn37Pb 澆道附近模具溫度 /2

25、000.0140.0230.0330.0440.0580.0730.0912500.0200.0310.0440.0600.0790.0990.1232000.0100.0160.0230.0320.0420.0530.0652500.0140.0220.0310.0430.0560.0700.0872500.0190.0290.0420.0580.0750.0950.1172000.0130.0210.0300.0400.0530.0670.082400 0.006 0.009 0.014 0.018 0.024 0.030 0.037 3000.0050.0080.0110.0150.02

26、00.0310.031鑄造 潘憲曾等 :壓鑄工藝及壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn) ( 四 823 表 壓鑄合金熔化和澆注溫度范圍 表為推薦的模具溫度， 在預(yù)熱或工作中都不要 超過表中的最高值。 表 模具溫度推薦值 合金 ） （ ） （ ） （ ） （ 熔化溫度 澆注溫度 合金 錫合金 鉛合金 鋅合金 鎂合金 鋁合金 銅合金 模具溫度 熱室壓鑄機(jī)壓鑄金屬液溫度 選用熱室壓鑄機(jī)壓鑄的金屬液溫度： 合金， ； 合 金 ， ； 合 金 ， ； 合金， 。 高于上述溫度， 都不能采用熱室機(jī)壓鑄， 如 、 和 、 鎂 合 金 等 。 因 高 于 這 個(gè) 溫 度 ， ） 金屬液會溶蝕 （ 澆壺。 在壓鑄過程中， 要保證 噴嘴 （ 體）