冷室压铸工艺
张炜tchzh2004@163.com
最初开始生产铝及铜压铸合金时,用的都是冷室压铸机,因为在热室机上压铸这些合金的许多技术问题还没解决。汽车工业中大而壁薄的锌合金压铸件也可以在冷室压铸机上生产。对于生产较大的压铸件,相对于冷室压机,热室压机就失去了其优越性,因此,特大的压铸机都是卧式冷室压铸机,卧式冷室和立式冷室比较究竟哪个好,回答是两种都可以很好的使用,每种都有其擅长的工作领域及好的特性,在追求较高的压射功率及压铸件质量中,卧式冷室机有着很多的优点,占主导地位。
对于传统的十分简单的,占统治地位的卧式冷室压铸机,其工作过程是:在压射前,用浇注汤勺或自动送料设备将液态金属,从位于压铸机旁的保温炉内舀出,从压室上方经充填孔注入压室内。此后,压射冲头将注入的液态金属通过浇道系统,以高的比压推入闭合的模具型腔内。在型腔充满之后,对半液态的金属施以相当高的增压再次增密,铸件的厚壁部分在较高增压下凝固收缩。在铸件凝固之后,模具打开,带有浇道系统的铸件通过顶出机构及机械手从模具型腔脱开取出。
目前对于卧式冷室压铸机,压铸工艺最重要的参数规格,最大额定锁模力为4500吨;增压范围为90~100Mpa或更高些,典型的壁厚一般为1.4~4mm,铸件的浇注重量,对于铝合金最大可达60Kg。
然而,压铸工艺存在着各种各样的缺陷问题,如孔隙度、飞边毛刺、尺寸不精确、表面缺陷及粘结等。对于压铸厂家及压铸机制造厂家来说,压铸工艺的中心环节是,优化充模过程及对模具型腔内铸件的增密,优化过程是通过压射机构内压射活塞的运动过程来决定的。压射机构是压铸机比较重要的机构,用于压射时对压射活塞的控制,对压室内液态金属施以压力。一般卧式冷室压铸机分三个控制阶段,下面对金属压入过程的最重要的各分阶段加以说明。
在第一压射阶段或预压射阶段是要将压室内液态金属尽可能无涡流地引至浇口,压射活塞以恒定速度或匀加速慢慢地运动;第二压射阶段,真正的充模过程,冲头在短的加速之后,以稳定的速度十分快地运动,以使浇口内液态金属达到稳定的流动速度。第三压射阶段(增压)通过对压室内液态金属快速建压,对模具型腔内的压铸件增密,压力的建立是通过增压机构或直接控制压射来完成的,保持模具型腔内的增压至铸件凝固。
压铸工艺中决定着铸件质量的关键是:在第一压射阶段压室内液态金属无涡流的运动;在第二压射阶段快要结束充模之前降低压射活塞高的速度,此时由于对压射活塞的制动对充模时间不会有大的影响;在铸件增密(增压)时从第二至第三压射阶段过渡的时间最短,直至压射活塞停止。由此便产生许多不同的压射机构,所有的这些压射机构都力求最合理的解决以上工艺问题。
首要任务是解决压铸机的压射系统,以减少铸件内的孔隙度。在第一阶段压射活塞以稳定(匀速)加速度起动,以此将压室内的液态金属在无紊流卷气的情况下推至浇道或浇口处,这样可以将裹夹的空气及时从压室内通过浇道系统排走,不至于压入模具腔内。
第二压射阶段,压射活塞以十分高的速度运动至模具型腔完全充满,此时要注意,通过提高压射活塞速度及缩短充模时间可以减少压铸缺陷外,较大的提高压射活塞速度还可以生产小壁厚的铸件。但高的压射速度会在模具型腔内产生令人担心的动态压力峰值,该峰值可以使压铸模具打开。
第二个任务是防止在模具型腔内液态金属中出现所不希望的高压力峰值。当压射活塞在其高的速度运动结束时,使其以最大的制动动能静止,此时高的压力峰值会产生一个短暂而十分高的冲击力,该力可以超过压铸机的锁模力,结果是使压铸模具打开,从而造成或多或少的毛刺并导致铸件尺寸偏差。在充模过程结束时,防止在模具型腔内出现高的压力峰值是获取高质量、高精度压铸件的重要前提。
压铸 时在充模之后对液态金属直接增高补压也是一个关键点。在第三阶段应对最小压力增高时间给予关注,该时间与带或不带增压的压射机构的结构特点有关,通常为10~30ms。