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鋁合金壓鑄工藝

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壓鑄工藝參數分析

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壓鑄工藝參數分析

發布日期:2019-01-10 作者:溫嶺立驊機械有限公司 點擊:

二、壓鑄生產工藝


1、澆注


不管是用機械手澆注或用人工澆注都應注意以下方面:不管是用機械手澆注或用人工澆注都應注意以下方面:


1)舀料時應舀取干凈的金屬液,即吸取氧化膜下面金屬液,不能將氧化皮與金屬液一起注入壓射室。


2)倒料時勺子應盡量接近壓射室的注入口。若從注入口高處澆下,金屬液會飛濺,還會氧化和卷入空氣,溫度也會降低,要絕對避免。


3)澆注溫度按鑄件的結構、壁厚、合金牌號稍有差別,鋁合金一般為620~700℃。在生產薄壁鑄件時,溫度取上限,厚壁鑄件時則可取下限。澆注溫度又與型(模)具溫度有聯系,開始生產時,模溫總是偏低,澆注溫度可稍微提高;當模溫升高后,澆注溫度可適當降低。從澆注溫度的總體與鑄件質量的關系來說,澆注溫度高,合金的流動性能好,鑄件的表面質量好。但另一個方面,溫度高就增加了吸收氣體的因素,在充填過程中鑄件容易產生氣孔和縮孔,對型(模)具的沖刷、粘附及損壞的程度也就加快。澆注溫度低對有些合金來說,保溫爐中的合金容易出現偏析,造成鑄件中的硬質點。但是從整體來說,在不影響鑄件質量的原則下,澆注溫度一般以低為宜。


4)金屬液從舀進料勺起就開始降溫,澆入壓射室后,溫度降得更快,因此保溫爐內的合金溫度并不能代表澆注溫度,更不能說是充填溫度,尤其是澆注容量很少時,它的溫度損失就更多。所以,合金注入壓射室的澆料口后,要立刻進行壓射,決不能等待,否則,在壓射室內的金屬液溫度急驟下降,影響填充性能。


5)金屬液舀取的量要穩定,尤其是人工舀料時,對于不同重量的產品,準備不同的料勺。一般來說料餅的厚度應控制在15~25mm為妥,這不僅是一個控制最終壓力的傳遞問題,也是控制合金的充填流態問題,它們都是壓鑄生產中的重要工藝參數,對鑄件質量有一定影響。


2、冷凝和開型(模)


合金液充入型腔后就很快地冷卻,在填滿型腔后的同時就開始凝固,但是開型(模)時間必須等到產品有一定強度,要求在動、定型相對受拉力、不致使鑄件變形或損壞時,方能開型(模),因此開型(模)時間應按鑄件大小、形狀、壁厚不同而異。但如果鑄件在模內停留時間過長,溫度下降過多,鑄件的凝固收縮就越多,造成包型力加大,鑄件就難以從型芯上推出,尤其是大而薄、強度不高的鑄件,極易造成變形或損壞。開型(模)時間又與型(模)具的溫度有關,即與型(模)具的冷卻能力有關,特別是當金屬液澆注量太多,料餅太厚,冷凝時間太短時,厚實的料餅尚未凝固,開型(模)時料餅部位會爆裂飛濺,造成傷害事故,必須引起注意。


3、頂出和取件


當開型(模)到達終點時,其開關即發出信號,在一般情況下,這個信號由頂出液壓缸接受后作推出鑄件的動作。當型(模)具設有抽芯液壓缸時,這個信號就由抽芯液壓缸接受而作抽、插芯動作,當抽、插芯動作完成后,頂出液壓缸才接受信號而作推出鑄件動作。設計人員按鑄件的需要安排了抽、插芯的先后程序,其程序應在壓鑄生產工藝卡上注明,一般來說這些程序在生產中不可能失常。但這些程序能否正常進行,與頂出液壓缸、抽芯液壓缸上的限位行程開關的工作狀態有關,如果行程開關產生移位或失靈,就會使抽芯的動作程序或行程失常,工作中斷,甚至造成型(模)具損壞事故。


適當的頂針推出距離應該是以使該鑄件既卸除了包型力,而又不從型(模)具上自然掉下來為宜,以達到操作者能用輕便的工具從型(模)具中取下為目的。開型(模)后到再合型(模)的這一段時間,是壓鑄生產中僅有的能觀察到型(模)具的失常部位而能及時維護的時段,也是維持高產優質的關鍵環節。


4、比壓的控制及其作用


"比壓"是單位面積上所受到的壓力。在每一次壓射中,都是由壓力推動沖頭,將壓射室中的金屬液通過內澆口充滿型腔,直至壓實成形。按照填充加壓的程序和作用,把其全過程劃分為兩部分,即壓射比壓和增壓比壓。


(1)壓射比壓 其是沖頭在快速壓射中,將壓射室中的金屬液在設定時間內注入內澆口,直至填滿型腔所需要的壓力。這個壓力的產生,來自于金屬液高速通過內澆口時的阻力,壓力的大小與內澆口的截面積、充填時間的長短成反比,與充填速度成正比。一般來說,它的比壓值在極短的時間內跳躍出現,很難察覺,只有用參數測試儀器進行測試時,才能在屏幕上顯示它的大小和變化。


壓射比壓由充型時的工藝參數以及內澆口面積等參數來確定,它在型(模)具設計中以及選擇設備功能時已考慮了這個因素,然而它對鑄件的質量確實有很大的影響,為最終壓力(增壓比壓)的實現奠定了基礎。


(2)增壓比壓 在鑄件生產中,最終比壓就是在當金屬液充滿型腔后,在金屬液尚未凝固前,單位面積所受到的壓力。增壓比壓是指壓射液壓缸增壓后沖頭作用在金屬液上的最終壓力。由于金屬液充滿型腔后冷卻極快,尤其是內澆口部位冷卻更快,僅有0.80~2.5。,因此要求增壓建壓時間必須在0.03~0.04s內完成,這是壓鑄機壓射系統性能的主要指標之一。在鋁合金生產中壓射比壓一般在30MPa 左右,由于壓射比壓較低,它僅能推動金屬液通過內澆口基本充滿型腔,形成鑄件的基本輪廓,而增壓比壓卻要比壓射比壓高得多,因此在充滿型腔以后的同時,緊接著加上高的比壓,會使鑄件的外觀輪廓更為清晰,金屬的內部組織更為細密,使鑄件的質量有顯著提高。但是這些效果也只有在鑄件具有一定壁厚以及在金屬充填中沒有空氣卷入才能實現,因為高比壓并不能消除縮孔或氣孔,氣孔在高比壓下只能減少體積,而不能排除氣孔,所以,盲目地無原則地采用高比壓生產,只會使鑄件的飛邊增加,型(模)具使用壽命降低,而得不到應有的效果。


5、壓射速度的控制及作用


壓射速度是指沖頭在單位時間內運動的距離,在一般壓鑄機上的壓射系統中設有二級速度,即慢速壓射速度和快速壓射速度。也有少數壓鑄機上設有三級速度。即:慢速、較快和快速。每級壓射速度都起到不同的作用和效果,應按鑄件的需要給予調定。


(1)慢壓射速度 慢壓射速度是沖頭自開始運動起,將壓射室中的金屬液推向前進,使金屬液在壓射室中的液面升高注滿,直至將金屬液送到內澆口之前的前進速度,慢壓射速度選擇的原則是:


1)使金屬液在倒入壓射室內到金屬液注入內澆口時熱量損失為最少。


2)在沖頭向前推進中,使金屬液不產生翻滾、涌浪現象,卷入氣體為最少。


3)防止金屬液從澆口中濺出。


(2)快壓射速度 快壓射速度是在沖頭推送金屬液將其送入澆口之前的瞬間直至充滿型腔為止時的速度。這一級速度的選擇原則是:


1)金屬液在充滿型腔前必須具有良好的流動性。


2)保持金屬液能快速有序充滿型腔,并把型腔中的氣體排出到型腔外。


3)不形成高速的金屬流沖刷型腔或型芯,避免粘型(模)現象的產生。這一階段的速度可按合金種類和鑄件結構,在2.5~5m/s間選擇,只有極個別的鑄件,需超過5m/s的壓射速度。壓射速度高,鑄件外形輪廓的清晰度好,表面質量高。過高的壓射速度會使鑄件的內部存在氣孔、表面層氣泡增多,飛邊增大,甚至產生型(模)具沖蝕現象;壓射速度太低,鑄件會出現欠鑄或輪廓不清等缺陷。因此壓射速度的選擇應按鑄件所用的合金、結構而區別,在一般情況下均應該從低限向高限逐步的調整,在不影響鑄件質量 的前提下,以較低的充填速度為宜。二級速度的高或低,二級速度的起始點的調定,對鑄件質量都是極為重要的。


(3)三級速度 設有三級速度的機器較少,其目的在于緩解用二級速度充型中的矛盾,在整個壓射過程中,其允許的時間極短,特別是充填速度、充填時間都是有限定的,可調節的范圍極少,只有在大型的壓鑄機上,其壓射行程較長時,三級壓射才可顯示它的優越性。


6、蓄能器壓力的控制


1、蓄能器是壓鑄機儲存能量的容器,在正常情況下蓄能器內氮氣壓力約占75%~80%,液壓油壓力約占20%~25%。它為機器的各液壓缸輸送高壓工作液,所以蓄能器是機器工作時提供能量的地方,但是它的能量儲存是有限的,只有在氮氣壓力和液壓油壓力的比例在規定范圍內時才能提供所需的工作能量。在正常情況下,每壓射一次,蓄能器壓力下降值不得超過工作壓力的10%,若大于10%時,則為不正常,造成不正常的原因是:


1)氮氣壓力小于規定范圍,需要充入氮氣到規定值。


2)蓄能器所供給的液壓缸有泄漏,蓄能器內放出的高壓油容量超過規定容量,須檢查泄漏原因。


應該注意的是:氮氣的充入如果超過規定壓力時,蓄能器內的氮氣所占的容積太多,工作液的容量不夠一次壓射所需的容量,蓄能器的液壓油將會全部泄出,這時蓄能器內的能量已全部耗盡而失去作用。


7、型(模)具的清理


在壓鑄生產過程中,型(模)具的分型面上、鑲塊的接逢間、活動部位的配合面上可能產生飛邊,它們會影響鑄件精度或造成型(模)具事故,甚至人身事故,所以必須每模要清理干凈,飛邊產生原因如下:


(1)產生在整個型(模)具分型面上的飛邊 這是型(模)具分型面不夠平整,使型(模)具的分型面沒能完全閉合、壓鑄機鎖型(模)力不夠、型(模)具安裝時分型面不平行、平面不平整、型(模)具剛性不足、型(模)具變形等引起。分型面上的飛邊不但影響鑄件尺寸,還影響操作環境與安全,故必須及時修整。


(2)固定鑲嵌的型芯、活動配合面間的飛邊


主要是型(模)具的精度不好,間隙太大造成或磨損等原因而形成飛邊。這些飛邊如不及時處理,留在接縫間,就會在重復生產鑄件的相應部位上形成"缺肉"的缺陷;若留在滑動部位的槽隙內,會卡住、咬傷配合面,甚至使滑動部位卡住,必須及時清理。


(3)溢流槽和排氣槽上的飛邊 溢流槽的起模斜度小,加工粗糙,而且未設推桿等會使它留在溢流槽內;排氣槽表面加工粗糙也會粘附飛邊,這些飛邊殘屑如不清理干凈,會影響型(模)具的排氣作用,鑄件上會產生花紋、冷隔、氣孔、氣泡等缺陷。


(4)脫型(模)劑和潤滑劑的殘渣、污垢 脫型(模)劑和潤滑劑的殘渣、污垢堆積在型腔或排氣槽上,會使型腔形狀失真或精度失準,在鑄件上表現為輪廓不清和尺寸超差;如果留在排氣槽中,就會明顯降低排氣作用,影響鑄件外觀或產生缺陷。


(5)飛邊造成型(模)具表面"凹陷" 型(模)具上的飛邊如不每一模及時清理干凈,當再次合型(模)時就可能在飛邊殘留部位留下印痕或凹陷,這些飛邊如果在型腔邊上離型腔很近時就塌落,使該部位的起模斜度減少,甚至形成倒斜度而使鑄件拉毛。如果飛邊殘留在滑動配合處的分型面上,就會破壞其配合間隙,而使活動部位失常。


除了上述的由于型(模)具制造、操作不當原因而導致產生飛邊外,恰當選擇壓鑄工藝參數也是極其重要的,如壓射速度、比壓、合金液溫度、型(模)具溫度等等對飛邊的產生也有很大的影響,這些工藝參數選用過高均會造成飛邊加劇產生。


一般在分型面上的飛邊可用噴槍噴出壓縮空氣來除凈,但鉆進縫隙的飛邊必須用工具鏟除,有的飛邊已經和型(模)具表面粘合,更需要仔細地鏟除。但在鏟除飛邊時,應保持該型腔表面的平整和光潔度,如果不做到這一點,那么飛邊就會增厚或加大,形成惡性循環。清理型(模)具必須以不傷害型(模)面為前提,這對用氣槍吹飛邊也好,用工具鏟除也好,都是一樣,切忌用淬硬的鏟子去除,這樣極易損壞型(模)具。


8、離型(脫模)劑、潤滑劑的噴涂


使用離型(脫模)劑的目的在于型腔、型芯表面形成一層極薄的非金屬膜而有利于鑄件離型(脫模),而這層薄膜的形成是有一定條件的,即型具的表面須有適當的溫度,而且離型(脫模)劑必須是細霧狀的,如果離型(脫模)劑是液滴或是水珠,那么它們接觸型(模)具表面后就會形成高壓氣泡而反彈,不能粘附在型(模)面上。離型(脫模)劑的使用量盡可能少而且要噴涂均勻,達到鑄件能夠順利脫模即可。把離型(脫模)劑用于冷卻型(模)具是不合理的,離型(脫模)劑用量太多時,會造成鑄件產生疏松、夾渣、花斑、氣泡、氣孔等缺陷。


潤滑劑是用于滑動機構的零件上,如活動型芯、嵌塊、推桿、復位桿、導柱、滑塊等表面,以減少它們與相對件的機械摩擦,它不像離型(模)劑那樣每次生產都要涂,用量太多也會影響鑄件的質量。防粘劑(頂針油)只能用于推桿以及容易產生粘型(模)的部位,它的用量必須嚴格控制,用量過多會在鑄件上留下明顯的花斑或疏松而造成次品,其用量必須控制到最少為宜。


沖頭潤滑劑的使用,對沖頭的壽命、鑄件的質量至關重要。使用沖頭潤滑劑的目的在于減少沖頭和壓射室的機械摩擦,因為沖頭和壓射室是壓鑄生產中熱量最集中,條件最惡劣,而且直接影響壓射效能的關鍵部位,它既不能稍有阻塞,也不能潤滑過量,過量的或是不恰當的潤滑劑會污染合金,產生大量的氣體而導致鑄件產生缺陷。因此,只要在沖頭送出料餅時適當地給以噴涂,在沖頭返回后,對壓射室給予清理,并在沖頭上給予均勻涂上沖頭潤滑劑。一般壓射室中是不需要有潤滑,更不允許有過


9、型(模)具的預熱


預熱型(模)具的目的是防止型(模)具受熱沖擊造成的開裂,減少由于型(模)具溫度而使鑄件激冷而包型力增大,導致推桿、型芯的損壞。在生產鋁鑄件時,其型芯、型腔的表面預熱溫度一般為150~210℃。


預熱時要盡量使型(模)具各部分慢慢地均勻升溫,特別對細長凸出部分、棱角部分很容易過熱。預熱前應對型(模)具清理干凈,在型芯、推桿上不能涂潤滑油,因為這些油脂在過熱時,不但會結垢,還會對型(模)具表面起腐蝕作用。型(模)具預熱是壓鑄生產前的最后準備工作,因此只有確認已做好所有其他準備工作后,才能預熱型(模)具。預熱后要檢查各活動部位的情況,注意活動型芯、推桿、滑塊等不得有卡模現象。


10、型(模)具溫度、壓鑄周期和冷卻水量控制


型(模)具溫度、壓鑄周期和冷卻水量有直接關系,一般來說,周期時間長,型(模)溫低;周期時間短,模溫高。冷卻水量大,型(模)溫低;水量小,模溫高。型(模)溫太低容易產生欠鑄、缺肉、冷隔、花紋、收縮、裂縫等缺陷;而型(模)溫太高,冷凝速度就慢,易產生縮孔、氣孔、針孔、熱積、熱裂紋和粘模等現象。鋁(模)具溫度的控制范圍為210~280℃,這里所指的型(模)具工作溫度,也就是清理,噴涂離型(模)劑后,合型(模)前的型(模)具溫度。而且溫度測量點應選擇在有代表性的固定的一點上,因為在開型(模)取件后,型(模)具溫度就開始下降,測溫時間不同,所測得的溫度也不一樣。雖然型(模)具設計時,為了使其溫度分布均勻,設有冷卻通道和溢流槽,但整體來說,總是有溫差不平衡現象,所測量點選擇不一致,所測得的溫度也會不一樣。型(模)具溫度是影響鑄件質量的工藝參數之一,要控制型(模)具溫度首先要穩定壓鑄周期時間,其次是在所生產鑄件的表面質量上判別型(模)具的溫度場分布,然后調節冷卻水道的通水量,使之符合生產優質鑄件的條件。此外,在中斷作業時,不要忘記關掉冷卻水。


11、沖頭與壓射室


壓鑄機的沖頭與壓射室的中心線同軸度誤差必須在規定值之內,如果超差,壓射時阻力增大,難以得到應有的沖頭速度和壓射壓力,鑄件的質量當然會下降;同時還會發生沖頭和壓射室卡住、配合面磨損、縮短沖頭或壓射室的壽命。在安裝和使用中應注意以下幾點:


1)沖頭和壓射室在不預熱時,兩者的間隙一般為0.12~0.17mm,如不預熱,生產時會產生卡住或飛濺傷人事故,所以生產前一定要在合型(模)狀態下,往壓射室中倒入適量的合金熔液,在壓射室內停留一定時間后等到凝固時才能開型(模)取出,這樣反復2~3次,其間隙會縮小到正常值,然后才能轉入正常運轉。


2)沖頭內部在生產中必須有水進行冷卻。一般情況下,在壓射前的瞬間,其表面溫度在80℃以下,過熱會產生卡住現象。冷卻水應是從沖頭連接桿中間的銅管孔中流入,從管的外壁流出,這樣才能達到充分冷卻的效果。如果流道反向,冷卻效果就差,沖頭溫度就會升高,沖頭與壓射室的間隙就會變小,致使沖頭加快磨損,甚至出現卡住現象,因此,在裝冷卻水管時,必須認準進出水的方向。


3)沖頭的潤滑來自沖頭潤滑裝置,其潤滑量必須小心控制,一般每壓射一次其潤滑量只需2~4滴,過多的潤滑油會造成鋁液中含氣增加,影響鑄件的質量。


12、澆口套


澆口套在型(模)具上雖然不是一個成形的零件,但它卻是一個影響壓鑄生產能否正常進行、決定壓鑄生產質量的關鍵零件,如果澆口套的尺寸精度、裝配以及在型(模)具安裝中出現誤差將會使沖頭的壓射速度和壓力受損失,也會使沖頭的使用壽命下降。在一般情況下,由于型(模)具安裝中不可能使澆口套與壓射室完全同軸,因此澆口套的內徑大于0.04~0.06mm,以彌補兩者的孔位的錯位面造成沖頭的阻塞。在使用和安裝中應注意以下幾點:


1)在安裝型(模)具前應檢查澆口套內孔的尺寸和表面粗糙度,孔口(包括肩臺孔口)應無磕碰和磨損。


2)安裝型(模)具中檢查壓射室的尺寸和表面粗糙。安裝后應用沖頭從分型面處放入孔內,試探在與壓射室的交接處是否有阻塞感覺。


3)每一次生產時,必須對澆口套內孔進行清理吹氣,如發現生產中飛邊太大或沖頭回程時有卡住現象,應查明原因及時處理。


擠壓工藝

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