壓鑄模澆道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)在路燈燈具壓鑄模澆道系統(tǒng)上的應(yīng)用

1、窗體頂端壓鑄模澆道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)在路燈燈具壓鑄模澆道系統(tǒng)上的應(yīng)用· 發(fā)布時間:2011-4-9 16:20:43 來源：互聯(lián)網(wǎng)文字【大 中 小】 · 文/張新、劉廣富摘要：路燈燈具這類大型薄壁壓鑄件，對壓鑄工藝提出了特殊的要求。為了滿足這種特殊的工藝要求，用PQ2圖技術(shù)，在模具設(shè)計(jì)階段，取得壓鑄工藝需要與壓鑄機(jī)壓射能力的匹配，顯得更為重要。生產(chǎn)大型壓鑄件一般要用多澆口，熟練應(yīng)用饋送澆道技術(shù)，可以有效避免因?yàn)槎酀部谠斐傻亩喙山饘倭鞒湫蜁r的互相干涉，還可以有效減小因?yàn)槌湫土鞒涕L造成的充型困難。關(guān)鍵詞：PQ2平方圖技術(shù);饋送澆道技術(shù);充型流程;壓鑄模澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)。路燈燈具是典型的大

2、型薄壁壓鑄件，這類壓鑄件與一般壓鑄件，如汽車、摩托車零件，在生產(chǎn)技術(shù)上有顯著的區(qū)別。路燈燈具壓鑄件的顯著特點(diǎn)是：1.大型。投影面積大多在3000cm2 以上。2.壁薄，一般在2 2.5mm。這些特點(diǎn)，對壓鑄生產(chǎn)技術(shù)，提出了特殊的要求。壓鑄模澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)，不但要知道生產(chǎn)“這個壓鑄件”的工藝需要，更為重要的是，設(shè)計(jì)出的澆道系統(tǒng)能夠滿足這些工藝要求。而且，在實(shí)施壓鑄生產(chǎn)時，還能確保選定的壓鑄機(jī)的壓射能力，能夠滿足這些工藝要求。也就是說，壓鑄工藝需要與壓鑄機(jī)壓射能力能夠得到匹配 。如果壓鑄機(jī)有壓射動態(tài)顯示功能，還可以在模具裝上機(jī)器而沒有實(shí)施壓鑄以前，就把壓鑄機(jī)壓射壓力、壓射速度調(diào)整設(shè)定到需要的參

3、數(shù)值，從而有望實(shí)現(xiàn)試模一次成功。當(dāng)然，這是比較高的要求?？上驳氖?，壓鑄模澆道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)，可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)這種要求。道系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：1.用 PQ2平方圖技術(shù)，在確定澆口面積的同時，確定需要的壓射速度、壓射壓力和壓室直徑。2.如果是多澆口，根據(jù)需要科學(xué)分配澆口面積。3.根據(jù)每個澆口預(yù)計(jì)充型區(qū)域具體情況，確定饋送澆道形式。4.按使充型金屬流連續(xù)逐漸加速的設(shè)計(jì)原則，計(jì)算從壓室出口到饋送澆道進(jìn)口的整個澆道截面積。下面的設(shè)計(jì)實(shí)例，是這種設(shè)計(jì)技術(shù)在路燈燈具壓鑄模澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。 零件名稱：路燈燈具材料：YZALSi12 (Y102)零件質(zhì)量：4000g，加溢流槽質(zhì)量20%。

4、4000×1.2=4800g壁厚：2.5輪廓尺寸：520×320×210(長×寬×高)一、確定壓鑄工藝        壓鑄件如圖下1.澆口速度V金屬液充填型腔時的能量，主要來自澆口速度。其關(guān)系式如下：    關(guān)系式中：E為金屬液充填型腔時的能量;f為澆口面積，我們習(xí)慣用G 表示;t為充型時間;為金屬液密度;W為澆口速度，我們習(xí)慣用V表示。按我們的習(xí)慣改寫上面關(guān)系式為：金屬液充填型腔時單位時間的能量為：   引入這個公式的目的，

5、僅僅是為了說明，澆口速度對于充型金屬液能量的含量，具有決定性的影響。為了使充型金屬液有足夠的能量，克服型腔壁、型芯的碰撞、摩擦阻力充填到型腔的最遠(yuǎn)端。所以，壓鑄件越復(fù)雜，尺寸越大(充型流程越長)，壁厚越薄，需要的澆口速度越高。路燈燈具這類大型薄壁壓鑄件，尺寸一般比較大。即使模具設(shè)計(jì)時，取盡可能短的充型流程(充型金屬液在型腔內(nèi)的流動距離)，充型流程仍然會很大。壓鑄文獻(xiàn)顯示，澆口速度為50m/s時(一般認(rèn)為這是極限澆口速度)合適的充型流程是：200/2，300/2.5，450/3【流程mm / 壁厚mm 】。路燈燈具在充型方向的展開長度，一般會達(dá)到600mm 800mm，或更長，是文獻(xiàn)推薦值的23

6、倍。這個零件的展開長度約900。但是，過高的澆口速度，會給壓鑄生產(chǎn)帶了一系列麻煩。比如，沖擊型壁、型芯，粘模，噴鋁等。嚴(yán)重時，可造成壓鑄生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。所以，一般認(rèn)為，澆口速度以不超過50m/s為宜。充型能力不足問題，在澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)法解決。我的選用50m/s的澆口速度。2.充型時間t充型時間小于半個壁厚的凝固時間，因?yàn)槌^這個時間，金屬液就會失去了流動能力。實(shí)際上，充型時間比這個時間還要短得多。計(jì)算充型時間，我們一般使用美國壓鑄博士Peter?陳先生給的計(jì)算公式，與國內(nèi)著名壓鑄專家推薦參數(shù)相結(jié)合，這里取0.040s。二、用PQ² 圖技術(shù)確定澆口面積確定了澆口速度V和充型時間t，

7、計(jì)算澆口面積一般會用流量公式。公式如下：公式中G為壓鑄件加溢流槽質(zhì)量。代入已知數(shù)(G單位g，單位g/cm³，V單位cm/s，t單位s)：應(yīng)用流量計(jì)算公式確定澆口面積，簡便而又足夠精確，比用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算澆口面積，是很大的進(jìn)步。它的最大缺點(diǎn)是，只考慮壓鑄工藝需要，不考慮壓鑄機(jī)的壓射能力是否能滿足工藝需要。也可以說是一廂情愿的認(rèn)為，壓鑄機(jī)的壓射能力總是能夠滿足壓鑄工藝需要，事實(shí)上并非如此。出現(xiàn)了PQ²圖技術(shù)以后，確定澆口面積才開始將壓鑄工藝需要與壓鑄機(jī)實(shí)際壓射能力相結(jié)合?！翱梢哉J(rèn)為，PQ²圖技術(shù)的誕生把對澆口系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可用性從事后認(rèn)可轉(zhuǎn)為事前評定的一次技術(shù)進(jìn)步上的飛躍，

8、是壓鑄理論與實(shí)踐相結(jié)合有了重大發(fā)展的標(biāo)志。”PQ²圖技術(shù)原理，如何繪制PQ²圖，如何調(diào)整壓鑄機(jī)壓射性能力的PQ²圖來適合我們的需要，不是本文要完成的任務(wù)。這里只是應(yīng)用PQ²圖技術(shù)，科學(xué)的確定“這個壓鑄件”的澆口面積，而且是以計(jì)算器為計(jì)算工具。這時確定的澆口面積，既能滿足工藝要求，預(yù)先選擇的壓鑄機(jī)壓射能力又能滿足工藝需要。用我們確定的澆口速度V和充型時間t，計(jì)算出它們需要壓鑄機(jī)提供的能量值金屬壓力和流量，并繪制在PQ²上，在PQ²圖上得到一個共用點(diǎn)。用已知的澆口速度V，計(jì)算需要的金屬壓力Pn。澆口速度與充型時需要的金屬壓力關(guān)系式如下：式

9、中V為澆口速度m/s;Cd為流出量系數(shù)，鋁合金壓鑄建議取0.50.6;為金屬液液態(tài)密度，Y102合金取 2.5g/cm³ ;Pn 為快壓射階段壓室內(nèi)沖頭作用在金屬液上的壓力，簡稱金屬壓力(或充型壓射比壓)，MPaCd 取0.5，公式前兩項(xiàng)計(jì)算結(jié)果為：已知V=50m/s=5000cm/s，計(jì)算金屬壓力P nPn=(5000/0.447)²=12.51MPa用已知的充型時間t，計(jì)算需要的金屬流量 Q n 。式中，G為壓鑄件加溢流槽質(zhì)量;Qn實(shí)際需要的金屬液流量，cm³/s。已知，時間t=0.040s，壓鑄件(包括溢流槽)質(zhì)量G=4800g，=2.5g/cm³

10、。把計(jì)算結(jié)果繪入下面的PQ2圖，金屬壓力線與流量線相交于A ，A點(diǎn)就是它們的共用點(diǎn)。上面的PQ2圖，可以說是壓鑄工藝需要能量的PQ2圖。下面的任務(wù)，就是如何選擇壓鑄機(jī)和對壓鑄機(jī)壓射能力壓射壓力，壓射速度，壓室直徑進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)定，使壓鑄機(jī)提供的能量，能夠滿足工藝需要。對壓鑄機(jī)的設(shè)定必須在壓鑄機(jī)壓射能力范圍內(nèi)進(jìn)行，這是毋庸置疑的。根據(jù)我們廠設(shè)備現(xiàn)狀，選擇了蚌阜隆華機(jī)器廠的J11125壓鑄機(jī)。預(yù)先設(shè)定壓射力450KN，壓室直徑140。壓射速度，待計(jì)算。計(jì)算最大金屬壓力 P式中，Pj 為壓鑄機(jī)增壓前壓射力450KN= 450000N;A為壓室截面積，壓室直徑140mm;P為快壓射終了還沒有增壓時，壓室

11、內(nèi)沖頭作用在金屬液的壓力。把以上計(jì)算結(jié)果繪入上面的PQ²圖，得到下面的PQ²，P值在縱坐標(biāo)上為B點(diǎn)。用直線連接上圖B、A倆點(diǎn)，并延長直線BA與橫坐標(biāo)相交于C，得到下面的PQ² 。直線AC就是我們預(yù)先設(shè)定的壓鑄機(jī)壓射能量線。直線上的每一個點(diǎn)，都對應(yīng)一組特定的P、Q值。B點(diǎn)P值最大，Q值為0。C點(diǎn)Q值最大，P值為0。A點(diǎn)P、Q值，當(dāng)然就是我們需要的Pn=12.5，Qn=48000 。計(jì)算C點(diǎn)流量和相應(yīng)的預(yù)先設(shè)定快壓射速度 Vj ：計(jì)算預(yù)先設(shè)定的壓鑄機(jī)快壓射速度 Vj ：(無負(fù)荷快壓射速度)計(jì)算實(shí)際的壓鑄機(jī)快壓射速度 V n ：(有負(fù)荷快壓射速度)計(jì)算出的預(yù)先設(shè)定快壓射

12、速度 Vj (無負(fù)荷快壓射速度)和實(shí)際快壓射速度 V n (有負(fù)荷快壓射速度)，都在我們預(yù)選的壓鑄機(jī)壓射能力范圍以內(nèi)。這時，我們可以判定預(yù)先選擇的壓鑄機(jī)和對壓鑄機(jī)壓射性能的設(shè)定，能夠滿足“這個壓鑄件”的工藝需要。實(shí)現(xiàn)了“對澆口系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可用性從事后認(rèn)可轉(zhuǎn)為事前評定?！庇?jì)算澆口面積。澆口面積確定結(jié)果：澆口面積：9.60cm2=960mm2;澆口速度：50m/s;充型時間：0.040s;選擇壓鑄機(jī) ：蚌阜隆華機(jī)器廠J1125;設(shè)定快壓射速度 ： 4.12 m / s ;需要實(shí)際快壓射速度 ： 3.12 m / s ;設(shè)定不增壓壓射力 ： 450 KN ;確定壓室直徑 ： 140 mm 。如果有PQ

13、²圖技術(shù)電腦軟件，可以直接在電腦上用PQ²圖技術(shù)，確定澆口面積、壓室直徑、壓射力和壓射速度。 用電腦計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)是，可以方便快捷的組合多組設(shè)定，反復(fù)進(jìn)行試運(yùn)算，選擇自己認(rèn)為最滿意的計(jì)算結(jié)果。因?yàn)橛肞Q² 技術(shù)確定澆口面積，幾乎不可能一次就能得到滿意的結(jié)果。上面的計(jì)算，也是反復(fù)多次計(jì)算才得出的。確定澆口位置、股數(shù)和每個分澆口面積,澆口位置示意圖如下。下面五個澆口為一組，作為主澆口，負(fù)責(zé)填充型腔的絕大部分。澆口面積約占澆口總面積的70%。上面兩個澆口，作為輔助澆口，協(xié)助主澆口填充型腔上部，解決因?yàn)榱鞒踢^長，上部填充不良的問題。澆口面積約占總面積的30%。分配澆口面積時特

14、別注意到，下面一組澆口面積稍稍大于填充需要，上面兩個澆口面積稍稍小于填充需要。目的在于，避免因?yàn)樯厦鏉部诹髁窟^大，提前封閉分型面，并產(chǎn)生回流，倆股金屬流在型腔的中上部匯合，在零件的中上部形成鑄造缺陷。最下面的三個澆口與用一個較寬的澆口，充型效果是一樣的。把一個較寬的澆口，分成三個較窄的澆口，用意有二。一是減小扇形饋送覺得長度，節(jié)省模具空間;二是后處理時容易去掉澆口。實(shí)際使用澆口面積840mm²，是計(jì)算澆口面積的88%，為試模保留修整余量。溢流槽總?cè)莘e取壓鑄件質(zhì)量的20%，集中設(shè)置在充型金屬流末端。截面形狀為斜梯形，靠近型腔和有抽芯的一側(cè)為45°，其余10°。三、饋

15、送澆道設(shè)計(jì)計(jì)算饋送澆道技術(shù)原理、分類，各類饋送澆道控制澆口金屬流特征，饋送澆道設(shè)計(jì)計(jì)算方法等等，同樣不是本文的任務(wù)。這里只是利用饋送澆道技術(shù)，控制金屬液按我們需要的方向進(jìn)入型腔，避免因?yàn)槎酀部谠斐啥喙山饘倭鞒湫蜁r的互相干涉。澆道系統(tǒng)及編號示意圖圖一：確定饋送澆道形式。下面中間三個澆口，用扇形饋送澆道，扇形角約30°，控制金屬流向上流動。下面另外兩個澆口，用切向饋送澆道，流入角40°，金屬流受型壁影響，會以大于40°的角度進(jìn)入型腔，與中間澆口的金屬流匯合，又不會干擾中間金屬流的主流方向。上面兩個澆口，也用切向饋送澆道，流入角40°，同理，金屬流也會以大于4

16、0°的角度進(jìn)入型腔，協(xié)助主澆口填充型腔上部，提高上部區(qū)域填充質(zhì)量，特別是燈具安裝孔處的質(zhì)量。饋送澆道設(shè)計(jì)計(jì)算。澆口G1，澆口面積90mm²，寬60，深1.5。饋送澆道進(jìn)口F1截面積取澆口面積的約2.3倍，截面積210 mm2，寬35，深6。截面積和深度從F1到G1成線性變化，一般把饋送澆道在長度方向分為四等分，再計(jì)算各處截面積、深度和寬度。F1、G1處寬、深已經(jīng)確定。其他三處同樣需要計(jì)算截面積、深度和寬度，因?yàn)槔L圖時只需要寬度尺寸，所以只保留寬度，依次為36.8、39.9、45.6。用確定的扇形角計(jì)算饋送澆道四等分之間的距離為12，總長度為48。澆口G2，澆口面積75mm&

17、#178;，寬50，深1.5。饋送澆道進(jìn)口F2截面積174 mm2，寬29，深6。 F2、G2處寬、深已經(jīng)確定。其他三處依次為30.5、33.1、37.9。 四等分之間的距離為10.5，總長度為42。澆口G3，澆口面積180 mm²，寬120，深1.5。用切向饋送澆道的流入角，計(jì)算饋送澆道進(jìn)口T3處截面積和寬、深尺寸。切向饋送澆道截面形狀已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化為斜梯形?？拷鼭部谝粋?cè)斜度45°，另一側(cè)10°。深度尺寸與梯形短邊尺寸相同。尺寸計(jì)算：深度=0.8×215=11.7mm寬度=2.176×深度=25.5mm切向饋送澆道出口截面積為進(jìn)口的1/10，形狀

18、與進(jìn)口相同。尺寸為，深度3.7，寬度8.1。減震槽尺寸，深度為出口深度的1.5倍，直徑尺寸為出口寬度的2.5倍。具體尺寸為，直徑22，深6。澆口G4，截面積120 mm2 ，寬120，深1。饋送澆道截面積和寬、深尺寸計(jì)算過程，與澆口G4的饋送澆道完全相同。進(jìn)口T4處尺寸，深9.6，寬20.8。出口尺寸，深3，寬6.6 。減震槽尺寸，直徑16，深4.5 。左邊三處澆口與右邊對稱，所有尺寸與右邊完全相同 。四、澆道設(shè)計(jì)嚴(yán)格按從壓室出口到饋送澆道進(jìn)口，澆道截面積逐漸減小的原則，計(jì)算各段澆道截面積和寬、深尺寸。這樣做的好處是，金屬液在澆道內(nèi)的壓力逐漸加大，流動速度逐漸增加。不給或少給空氣進(jìn)入金屬液的機(jī)

19、會。繪制澆道系統(tǒng)示意圖，給每段澆道編號。示意圖如圖二。標(biāo)記出每個澆口的饋送澆道進(jìn)口，至澆道系統(tǒng)出口R0的路徑。T4R4 R2R1R0T3 R3R2R1R0F2 R1R0F1 R0路徑T4向R4過度成30°角，截面積增加15%。R4至R1用一個近似圓弧過度，截面積不變化。其余過度都是接近90°角，截面積增加25%。各路徑截面積計(jì)算結(jié)果如下：T4：143 mm2R4：165 mm2 R2：165 mm2R1：165 mm2R0：206 mm2T3：215 mm2 R3：269 mm2R2：336 mm2R1：336 mm2R0：420 mm2F2：174 mm2 R1：218

20、mm2R0：272 mm2F1：210 mm2 R0：210 mm2多個澆口共用澆道(路徑中多次出現(xiàn)的澆道編號)截面積相加。左邊三處澆口與右邊對稱，澆道系統(tǒng)與右邊相同，所以，除G1的R0以外，都加一倍。各處澆道截面積如下：R4：165 mm2，R3：269 mm2，R2：501 mm2，R1：719 mm2，R0：2013 mm2。驗(yàn)算R0處金屬流動速度：R0處金屬流動速度=Ga×V/R0處截面積=840×50/2013=21m/s澆道尺寸計(jì)算。澆道截面形狀標(biāo)準(zhǔn)化為梯形，出模斜度10°。計(jì)算澆道尺寸時，需要考慮出模斜度。如果不考慮出模斜度，可以大大簡化計(jì)算，對澆道

21、截面積影響很小。各處澆道尺寸計(jì)算結(jié)果如下：(尺寸標(biāo)記為寬×深)R4：17×10，R3：23×12，R2：28×18，R1：36×20，R0：100×20。計(jì)算澆道尺寸時，注意控制澆道深度。因?yàn)楸”阼T件，壓鑄時留模時間短。如果澆道太厚，必然需要延長冷卻時間，與壓鑄工藝相矛盾。至此，澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算全部完成。把以上計(jì)算結(jié)果，繪制成澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：試模一次成功。幾萬模次生產(chǎn)實(shí)踐，效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。客戶反饋，產(chǎn)品質(zhì)量超過用進(jìn)口模具生產(chǎn)的鑄件。從此，我們成了客戶的壓鑄件定點(diǎn)供應(yīng)商。這套模具設(shè)計(jì)成功，為我們提供了驗(yàn)證路燈燈具壓鑄模澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)思

22、路的機(jī)會。此后，陸續(xù)設(shè)計(jì)了數(shù)十套這類模具，取得百分之百的一次試模成功率。為我們定點(diǎn)生產(chǎn)燈具壓鑄模的模具廠，也成了國內(nèi)生產(chǎn)燈具壓鑄模最好的廠家之一。這套模具的題外話這套模具是96年生產(chǎn)的。在美國時，看到大量的燈具是壓鑄燈罩，所以，我積極建議公司開發(fā)壓鑄燈罩這個產(chǎn)品，直到96年才得到機(jī)會。這個產(chǎn)品是天津施萊德公司的，之前用進(jìn)口模具在天津某壓鑄公司生產(chǎn)，有意在國內(nèi)開發(fā)模具，但外方人員不相信中國有能力設(shè)計(jì)生產(chǎn)這樣的模具。中方人員與我們積極配合，帶我們的工程師去天津的壓鑄公司，現(xiàn)場考察生產(chǎn)情況。并且告訴我們，這個燈罩很難生產(chǎn)。壓鑄公司的工程師也說，這個燈罩既難生產(chǎn)，效率又低。為了使試制順利進(jìn)行，施萊德公司的中方人員為我們找來了國外的模具總圖。國外圖紙澆口在產(chǎn)品下部，尺寸是240