顾金声 1958年于南京航空学院本科毕业。 原徐州航空压铸厂厂长、总工程师、研究员级高级工程师, 航天工业部有突出贡献专家。 曾任航空工业部沈阳117厂压铸研究室主任;苏州171厂工艺室主任、冶金科长;中国铸造协会压铸专业委员会副主任兼秘书长。 现任中国铸造学会压铸专业委员会顾问,中国铸造协会压铸专家委员会压铸专家组成员, 苏州市压铸协会名誉理事长。根据压铸件来选用压铸机, 实际指根据压铸件的材料品种、 外形尺寸、 重量、 精度要求、 内部质量( 性能指标) 、 压铸件的产量, 某些情下还要考虑压铸机对生产环境的要求等等因素来选用压铸机。1 . 1 通常铜、 铝、 镁合金选用冷室压铸机, 其中冷室卧式压铸机的应用最广泛冷室立式压铸机的优点是适用于需要开设中心浇口的压铸件, 占地面积小。 缺点是生产效率低, 压室截面积与直浇道入口处截面积之差大, 造成的局部能量损失大; 金属液注入型腔前, 温度降比较大; 加之只有两级压射速度, 所以生产性能要求高的产品不宜采用它。1. 2 镁合金和锌、 铅、 锡等低熔点合金多数都选用热室压铸机热室压铸机更容易实施对镁合金易燃的防护, 所以带熔化炉和加料装置的专门用于压铸镁合金的压铸机已成为热室压铸机中的新秀。凡生产小型、 大批量的低熔点合金压铸件, 都把热室压铸机作为首选。生产效率高, 生产面积小, 更易于实现自动化。
根据压铸件在分型面上的最大投影面积和压射比压来计算所需压铸机的锁模力( 合模力) , 为何一种压铸件选择的第 1依据。一般先设定压射比压 P增( 或最大比压) , 然后计算压铸件垂直于分型面上的投影面积 F( 含浇注系统的投影面积) , 2者的乘积应小于压铸机锁模力 S的 8 5 %, 如下式所示:3 压铸件的重量 ( 压铸件净重与浇注系统总重量之和) 是判定压铸机压射室容量能否满足要求的依据积, 压室容量比这个体积大 3 0 %( 或 2 5 %) 以上的压铸机就可入选。生产中常用下列公式计算:4 对压铸件精度和内部质量( 性能指标) 的要求是选择压铸机压射系统性能至关重要的依据随着压铸技术的进步和压铸件应用范围的日益扩大, 对大型、 精密、 薄壁、 耐压、 受力的压铸件需求量正在增长, 导致对压铸机的要求越来越高。除锁模力以外, 最重要的就是压射系统性能了。生产实践和科学试验表明, 压射系统性能的优劣体现在一系列数据和动态图上。( 1 ) 压射力 指增压以前的压射力, 厂商提供的压铸机参数表中给的一般都是增压以后的压射力。众所周知, 增压前的压射力不足, 不能完全克服金属液通过内浇口时的阻力, 会严重影响铸件的成形, 更不能保证铸件的内部质量。买压铸机前应问明增压以前的压射力, 或搞清压射缸的直径, 买方自己计算一下压射吨位够不够。( 2 ) 增压起始时间 指从给出增压指令到开始增压的时间, 也就是从压射冲头停止运动( 空压射) 到开始增压的时间间隔, 应该小于 0 . 0 2s , 若时间太长, 内浇口处的金属液已经凝固, 增压无效。( 3 ) 建压时间 指从增压开始到增至增压压力值( 压力波动消除达到规定压力稳态的 9 0 %时的压力)所需的时间,应该小于 0 . 0 2s ,否则铸件在 2次充型( 冲头以高压、 低速向型腔挤入金属液, 也称补压) 中受的增压压力不够大,而凝固后压力才升到 9 0 %, 增压效果必然会打折扣, 甚至没有实现增压。一般增压起始时间与建压时间之和为增压时间, 应小于 0 . 0 4s 。这一参数对内浇口较薄的、 要求耐压的、 受力的压铸件尤其重要。( 4 )增压时的冲击波值( Δ P ) 运动的压射冲头在增压结束时骤停, 使压射活塞、 高速运动的增压活塞、液压油等在金属液上形成交替出现的冲击波波峰和波谷, 由此使卷入金属液中的气泡一缩一涨。原航空部试验组通过试验和分析, 发现交替出现的冲击波波峰和波谷, 使铸件冷却后其内部的气孔周边形成细小的发裂,而这些发裂极易成为受力产品的疲劳源, 冲击波越大, 细小的发裂越多、 裂痕越深, 对铸件力学性能的影响越严重。所以一般 Δ P应小于 5 %, 国外大型机器有的能达到 3 %, 见图 1 。( 5 ) 压射速度、 压射压力变化的灵敏度压射速度( 慢压射速度和快压射速度) 是为了保证金属液充型时有足够的动能, 使之能抵达并充满型腔的深、远、 薄壁处。所以金属液一经到达内浇口就要快速充型, 也就是压铸机要及时出现快压射速度。如果压射速度从慢速到快速升得太慢, 金属液不是在快甚至还没实现快速压射, 型腔就已基本充满( 压射行程走完了) , 这样快速充型的作用就落空了, 见图 1 。除特大铸件外,压铸件的充型时间一般在 0 . 0 2 ～0 . 3s 左右, 如此短暂, 就要求压铸机在调节速度和压力时, 具备相当的灵敏度, 否则无法满足工艺要求。特别是增压的实现,增压起始点太迟或建压时间太长,都很可能发生内浇口处的金属液已经凝固而增压尚未运作, 增压( 2次充型) 失去作用, 也就是不能把铸件中的气泡压扁、 把冷隔焊合、 不能进行补缩与细化结晶组织、 以及铸件的薄壁和细小处充不满等, 无法保证铸件质量。有的压铸机增压上不去, 并非灵敏度问题, 而是因为增压活塞行程太短, 增压尚未完成, 增压活塞就已经走到头了( 所谓增压活塞打缸) , 这会造成增压效果欠佳或没有增压。总之, 压铸机压射速度、 压力变化的灵敏度万万不可等闲视之。这也是伺服控制系统必将日益普及的道理。买压铸机时, 一定要检测压铸机的压力速度曲线, 分析上述 5个要求。分析压铸过程的能量分配图( 见图 2 ) , 利用选定的压射冲头直径来计算压铸过程中机器本身消耗的能量和金属液通过内浇口处克服局部能量损失所需的能量。图 2 a的 P m a x - Q E斜线为 P - Q平方图。 快压射完成的瞬时( 尚未增压) , 压射速度接近于零, 流量 Q = 0 , 作用在型腔内金属液上的压力为 P = P m a x 。机床此时没有消耗能量, 为 P - Q平方图的左边的点 M。当机床以全速进行空压射时内浇口处阻力等于零, 充型流量达到最大值( Q = Q E ) 。即机床消耗了所有能量, 作用在金属液上的压力 P = 0 , 为 P - Q平方图的右边的点 N 。P m a x = 压射缸面积× 系统压力÷ 冲头面积 ( 3 )Q E = 全速空压射速度× 冲头面积 ( 4 )从图 2 a中“ A ” 区可以看出机床在不同的压射速度( 图中以流量表示) 下本身所消耗的能量, 剩下的能量才是用于压铸件的。所以, 不能主观地认定加快压射速度就能压好零件, 因为与此同时机床本身所消耗的能量也加大了。由图 2 b看出。若要设定某一流量 Q x , 则内浇口越小、 金属液通过时的压力降越大。图 2 b的 “ M”区为金属液通过面积为 2c m 2的内浇口所需的能量, 金属液通过的流量越大, 所需的能量越大, 压力降越大。压铸充型过程中, 金属液通过内浇口所需的能量和机床运行所需的能量之和只能小于或等于机床可提供的总能量。现将图 2 a 和图 2 b叠加起来, 分析压铸过程的能量分配。以 4 0 0t 压铸机为例说明。当 4 0 0t 压铸机的压射缸直径= 1 4 0m m ,系统压力= 1 4 MP a , 冲头直径= 7 5m m , 压铸内浇口截面积分别为 0 . 8c m 2和 2c m 2的铸件,全速空压射速度= 4m / s ,用( 3 ) 式计算, P m a x = 1 4 2 × 1 4 0 ÷ 7 . 5 2 , 如图 3所示。图 3显示, 内浇口截面积大, 充型时消耗的能量小, 压射速度快, 机器本身消耗的能量较多, 能量平衡点为 O , 流量 Q 0可达 1 3L / s , 内浇口截面积小, 充型时消耗的能量大, 压射速度慢, 机器消耗的能量较少, 流量 Q 0 1仅为 6 . 7L / s , 流量小说明速度低。 而生产小零件一般都采用薄浇口, 也就是截面积小的内浇口, 如果需要高的压射速度, 就应该买能量高的机器。表 1和图 4所示为 4台压铸机性能的比较。( 1 ) 内浇口面积为 0 . 8c m 2时, 能量平衡点的流量: ( 1号机)Q B = 7L / s ; ( 2号机)Q L = 8 . 5L / s ; ( 3号机)Q T = 7 . 3L / s 。由此看出,提高压射速度,平衡点流量提高了7 . 3 - 7 = 0 . 3L / s ,则流量提高 0 . 3 / 7 = 4 . 8 %;提高压射压力,平衡点流量提高了 8 . 5 - 7 = 1 . 5L / s ,则流量提高1 . 5 / 7 = 2 1 . 4 %。说明提高压射压力比提高压射速度的收效大。因此, 生产小铸件或簿壁大铸件需要采用小浇口, 尤其是小吨位的压铸机, 宜买压射力大的, 有利于生产需要高速充型的簿壁复杂件。( 2 ) 内浇口面积为 4 . 6c m 2时, 能量平衡点的流量分别为: ( 1号机) Q B 1 = 1 6 . 8L / s ; ( 2号机) Q L 1 = 1 7 . 2L / s ;( 3号机) Q T 1 = 2 2 . 8L / s 。提高压射速度, 平衡点流量提高了 2 2 . 8 - 1 6 . 8 =6L / s ,则流量提高 6 / 1 6 . 8 = 3 5 . 7 %;提高压射压力, 平衡点流量提高了 1 7 . 2 - 1 6 . 8 = 0 . 4L / s ,则流量提高 0 . 4 /1 6 . 8 = 2 . 3 %。如果压射速度 ( 冲头速度)再提高 1m / s ,达到7m / s ,则 Q T 1 = 2 5 . 7L / s ,平衡点流量可提高 8 . 9 / 1 6 . 8 =5 3 %。说明提高压射速度比提高压射压力的收效大。因此采用大浇口生产大型铸件或厚壁、 个别尺寸大的特殊铸件时, 要选用压射速度高的大吨位压铸机。生产大型薄壁复杂件, 则要采购既有高的压射速度, 又具备高压射力的高性能机床。压铸机是在高压、 高速、 高温下运作的高效精密机器, 所以对其结构件的刚性、 密封件的可靠性、 组装的精密度等都有严格要求。再者压铸机的价格比较昂贵、 生产效率高, 对其耐用性和可维修性也应该给予足够重视。有的压铸机制造厂没有加工手段,所有的零件、部件都靠外协, 甚至于 1个零件由几个外协单位加工完成, 出厂没有检测报告。这种机器常出故障, 因此需方要到压铸机制造厂考察,尤其应该消化机床资料( 图纸、 说明书等) 。例如:某厂要买压射速度高的机床,压铸机厂于是把压射缸直径改小,压射速度是提高了,但压不好零件,这是因为快压射的压射力小了,见图 5 。从 P - Q平方图看,由 P - Q 1变成 P - Q 2 ,原 P - Q 1和0 . 8c m 2内浇口的平衡点的流量为 7 . 5L / s , 而 4 . 6c m 2内浇口的平衡点的流量为 1 9L / s ,但 P - Q 2的平衡点的流量分别降到 4L / s 和 1 7L / s ,为了提高内浇口的充型流量, 工厂只好把内浇口面积设计得很大( 和横坐标几乎平行) , 以满足短暂的充型时间的要求。 见图 5的大浇口。压铸机厂给出的压射力都是增压后的压射力,为达到出厂的压射力指标,提高了增压比,铸件却难以成形,只有对照图纸和说明书才能发现问题。
压铸机的结构设计很重要。特别是动、 定模安装板的刚性, 如果设计指标低, 刚性差, 在压铸过程中往往会变形, 不仅降低了铸件的精度, 也缩短了压铸模的使用寿命, 如图 6所示。笔者的经验, 这两块大板宜厚不宜薄。压铸机无论是整机交付或在用户现场组装都要对动、 定模安装板的平行度, 四个拉杠的平行度, 压射活塞杆和压室孔的同心度等,严格按照合同规定的指标复查 ( 也可参照相关的国内外标准或企标确定) 。
一般压铸机厂对配套件都比较重视, 否则售后服务的工作量太大。但购机企业要特别注意配套件的档次, 注意同 1个名牌的阀, 也有等级、 规格之差, 注意诸多阀件配置的合理性。如有的压铸机厂用 2个伺服阀来带动 1个调速阀。或用 2套伺服阀( 1个伺服阀带动 1个调速阀为 1套) 来控制压射缸, 而它们很难实现同步, 灵敏度几乎无法保证。这样调不出好的压射性能, 难以生产力学性能高或气密性好的铸件。压铸机是决定压铸件质量的重要因素, 但并不是唯一因素。生产实践还显示, 用同一型号机器有时能压出好零件( 或合格零件) , 有时不能。或者某种、 某个零件能压好, 某些却不合格, 这说明遇到铸件质量问题不能光从机器上找原因。因为任何 1个压铸件的质量都是和压铸工艺参数、 压铸模设计的合理性、 合金液的浇注温度、 合金液的质量、 操作者的水平等有关的, 而这些因素又是相互影响的。首当其冲的是工艺参数的科学性( 或合理性) , 科学的工艺参数不仅具备可调性, 还能对其它因素进行补偿。有些压铸机性能不够好, 有时可以通过调整工艺参数予以弥补。总之,有了好的压铸机, 对工艺参数的设置和压铸模设计仍要求科学合理,必须综合考虑才能确保铸件质量, 光靠压铸机来压好压铸件也是不可能的。
小贴士：中铸联盟是由300个为压铸企业提供合金、模具、设备、辅料耗材等配套的盟友组成，宗旨是帮压铸企业买到合适的产品；为压铸企业提供压铸技术支持；给压铸企业良好的售后保障。
|
