抽真空动力学与真空压铸技术评介20110717.ppt

抽真空动力学与压铸真空技术评介 龙思远 等 重庆大学?国家镁合金材料工程技术研究中心 重庆硕龙科技有限公司 * * 型腔抽真空动力学 新型抽真空方法及动力学行为 结束语 真空压铸技术及动态响应特征 压铸型腔气体与工艺质量 压铸充型两相流动特质 充型流动物理模型 Vm 铸型 充型熔体流 型腔气体 Qm-m ---压铸充型两相流动特质--- “流速--流态”关系图 挤压铸造流态控制区 压铸流态控制区 ---压铸充型两相流动特质--- 压铸过程的高速压射时，熔体以每秒30?100米的速度从内浇口喷射进入型腔，熔体与型腔气体弥散混合 ---型腔气体与压铸工艺质量--- 形成气阻—与熔体氧化和充型熔体流局部凝固一道，背压引入流痕、充不满、冷隔、卷气等压铸工艺缺陷 降低大型、复杂、薄壁压铸件的工艺成品率 2. 引入内部气致缺陷--喷射充型导致气体混入充型熔体流，在铸件内部引入气孔、气缩孔、气渣孔等工艺缺陷。气体高温脱溶，使得铸件无法热处理改性 降低铸件致密度和动、静态力学性能及调整可能 型腔气体与压铸工艺质量 热处理气凸 气缩孔 气缩孔 消除型腔气体，可提高压铸成品率、压铸件工艺品质、为发挥和挖掘材料性能潜力创造条件。结果： 1. 改善压铸生产技术经济指标 2. 推动使压铸件进入高性能结构应用领域 3. 挖掘镁、铝合金的轻量化潜力 4. 发挥压铸结构的集成设计与集成制造优势 ---型腔气体与压铸工艺质量--- 型腔气体对压铸产业的影响 消除型腔气体?提振压铸产业 --型腔抽真空动力学-- 常规压铸与真空压铸的型腔压力变化比较 充型排气行为与型腔压力变化 大气压 P (KPa) T (s) 压射充型过程进行时间 封闭浇口、开始抽真空 浇注完毕，压头开始推进 常规压铸 型腔气体形成的“背压” 真空压铸 抽真空形成的“型腔负压” 型腔气体 压头前行 压铸成形工艺环节与抽真空时间 真空压铸示意图 压铸过程及抽真空时间示意图 快压射充 型与增压 t （ms） 浇 注 封闭浇口 慢压射预充型 保压凝固 压铸过程 1k~6k ~1k 2~5k 20~100 3K~30K 可抽真空环节 半程抽真空 全程抽真空 --型腔抽真空动力学-- 型腔抽真空动力学模型 1. 抽空气体负荷Q = 型腔系统 (泄漏量Qx + 表面释气量Qf + 抽空体积气量Qv) 2. 型腔抽空率 V(dP/dt) = - 抽气速率 (Se)?真空度 P + Q 抽气时间t = - (系统体积V/Se)?ln P + C 型腔所能达到的真空度 (抽真空效果)与下列因素相关： 抽真空时间 --型腔真空度是抽真空行为的累积效果 型 腔 体 积 --抽真空体积与能达到的真空度成反比 抽真空速率 --抽空率与能达到的真空度成正比 --型腔抽真空动力学-- 抽真空速率与型腔真空度的关系 相同容积下，抽真空速率和时间对型腔真空度的影响 型腔压力 P (KPa) 时间(s) --型腔抽真空动力学-- 抽真空对型腔残气量和真空度的影响 高速抽真空 低速抽真空 0 20 80 60 40 100 真空度 （%） 残气量 （%） 0 20 80 60 40 100 抽真空时间（s） 型腔未封闭 慢压射 快压射 保压凝固 根据气体动力学，抽真空对型腔真空度和残气量的贡献都随抽真空过程的进行而快速衰减 型腔能达到的真空度主要在慢压射过程形成；即使在低速抽真空状态，短暂的快压射过程对型腔真空度的提升效果也可忽略 当熔体以30-100米/秒的速度快速充填型腔时，抽真空因熔体快速堵塞开设在型腔远端的排气道而失去效果 结论 --型腔抽真空动力学-- 抽真空速度与系统几何参数的关系 --型腔抽真空动力学-- 决定型腔所能达到真空度的几个关键因素： 真空系统的抽真空能力 Se -- 取决于真空泵和真空罐的大小 连接型腔的真空管道和真空管理系统产生的沿程阻力和局部阻力 ?P 型腔需要抽真空的体积V 型腔内壁的产气量和合模面的漏气速率 ?Q 压铸抽真空系统几项关键评价指标 -- 真空压铸技术及动态响应特征 -- 真空压铸示意图 型腔抽真空速度高低 能否有效阻止熔体侵入真空系统 抗异常压铸损坏的能力(容错) 设备运行的可靠性(耐用) 抽真空效果的重现性(稳定) 设备的购置和使用成本(经济) 抽真空通道关断机制： 充型熔体流在排气通道的激冷下迅速凝固，终止熔体流动 现有压铸抽真空方法（1） 主动提前断开真空阀 断开真空方法： 利用时间计时器或行程开关控制的液压或气动动作，实现真空阀门的提前关闭 抽真空动力学特性：