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第二章压铸过程原理及常用压铸合金第一节压铸压力和压铸速度第二节液态金属充填铸型的特点第三节常用压铸合金
第一节压铸压力和压铸速度压铸的特点是高压和高速充填,现在就对压力和速度在压铸过程中的变化和作用加以分析。一、压铸压力二、压铸速度
一、压铸压力n压铸压力在压铸工艺中是主要的参数之一,压铸压力可以用压射力和压射比压两种形式来表示。
n压射力来源于高压泵,它是压铸机压射机构中推动压射活塞的力,其大小随压铸机的规格不同而异。压射力可用下式来计算:n式中,F是压射力(N);p是液压系统的管路工Yg作压力(Pa);A是压铸机压射缸活塞的截面积D(m),D是压射缸活塞的直径(m)。2
n当有增压机构工作时,压射力为:n式中,p是压射缸内增压后的液压压力(Pa)。gZ
n压射比压是压室内金属液在单位面积上所受的压力,其值可用下式计算:n式中,P是压射比压(Pa);F是压射力(N);bYA是压射冲头(近似压室)截面积(m2),d为d压射冲头直径(m)。n从式中可看出压射比压与压铸机的压射力成正比,而与压射冲头的截面积成反比,所以压射比压可以通过调整压射力和压室内径来实现。
n在压铸过程中,作用在液体金属上的压射比压并非是一个常数,而是随着压射阶段的变化而改变。液体金属在压室与压铸模中的运动可分解为四个阶段,图2-1表示在不同阶段,压铸过程中压射比压的变化曲线。n第一阶段I:慢速封孔阶段第二阶段Ⅱ:充填阶段n第三阶段Ⅲ:增压阶段第四阶段Ⅳ:持压阶段
第一阶段I:慢速封孔阶段n压射冲头以慢速前进,封住浇口。低的压射速度是为了防止液体金属在越过压室浇注孔时溅出和有利于压室中气体的排出,减少液体金属卷入气体。液态金属被推动,其所受压力p也较低,d此时p仅用于克服压室与液压缸对运动活塞的摩d擦阻力。
第二阶段Ⅱ:充填阶段n本阶段在压射冲头作用下,液体金属将完全充满压室至浇道处的空间,并由于内浇道处的阻力而出现小的峰压,液体金属在压力Pc的作用下,以极高的速度在很短的时间内充填型腔。
第三阶段Ⅲ:增压阶段n充填结束时,液体金属停止流动,由动能转变为冲击压力。压力急剧上升,并由于增压器开始工作,使压力上升至最高值。这段时间极短,一般为0.02~0.04s,称为增压建压时间。
第四阶段Ⅳ:持压阶段n本阶段的主要任务是使铸件在最终静压力P下j凝固,而达到使铸件致密的目的。所需最终静压力P的大小与合金的种类、状态(粘度、密度)j和对铸件的质量要求有关,一般为50~500MPa。如果在最终压力达到P时浇往系统中的金属仍处j于液态或半固态,则压力P将传给凝固中的铸件,j缩小铸件中的缩孔、气泡,改善铸件表面质量(特别是在半固态压铸时)。
由上述可知,在压铸过程中作用在熔融合金上的压力以两种不同的形式和作用出现。其一是熔融合金在流动过程中的流体动压力,作用主要是完成充填和成形过程;其二是在充填结束后,以流体静压力形式出现的最终压力(其值明显大于动压力),它的作用是对凝固过程中的合金进行“压实”。最终压力的有效性,除与合金的性质及铸件结构的特点有关外,还取决于内浇道的形状、大小及位置。n实际上,由于压铸机压射机构的工作特性各不相同,以及随着铸件结构形状不同,熔融合金充填状态和工艺操作条件不同,压铸过程压力的变化曲线也会出现不同的形式。n
二、压铸速度nn在压铸中,压铸速度有压射速度和充填速度两个不同概念。压射速度是指压铸机压射缸内的液压推动压射冲头前进的速度;充填速度是指液体金属在压力作用下,通过内浇道进入型腔的线速度。速度和压力是密切相关的两个工艺参数,因此除有适当的比压外,还必须正确地选择速度。充填速度是根据合金的特性和铸件的结构特点来确定的。充填速度不能偏高或偏低,过低会使铸件轮廓不清,甚至不能成形;过高则会引起铸件粘型和铸件内孔洞增多等问题。
n影响充填速度有三个因素,即压射速度、比压和内浇道截面积。首先分析压射速度和内浇道截面积对充填速度的影响。根据等流量连续流动方程式,可得n式中,v是压射冲头速度,即压射速度(m/s);A冲冲是压射冲头截面积(m);d是压室内径(m);2v是充填速度(m/s);A是内浇道截面积(m充)。2内
由式(2-5)可知,液体金属充填铸型的线速度与压室直径的平方、冲头的压射速度成正比,而与内浇道的截面积成反比关系,因此可以通过改变上述三因素的数值,调整充填速度。其中压室直径的变化,可以较显著地改变充填速度;与此同时,压射比压的数值也会随同变化。n因压铸模上的内浇道断面积在修改时只能扩大,不能缩小,所以通过变化内浇道的截面积来调整充填速度是不太方便的。而压射速度的调节,可通过调整压铸机上的压力阀来实现。在生产中,应根据具体条件去确定调整因素。n
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