壓鑄機的工作原理:
壓鑄機是壓力鑄造的基本設備,壓鑄是通過(guò)壓鑄機來(lái)實(shí)現的。壓鑄機一般分為熱壓室壓鑄機和冷壓室壓鑄機兩大類(lèi)。冷壓室壓鑄機又分為臥式壓鑄機和立式壓鑄機(包括全立式壓鑄機)兩種,德松模具鋼在此只介紹了主流壓鑄機與其工作原理。
一. 熱壓室壓鑄機的基本原理:
熱壓室壓鑄機的壓室通常浸入坩堝的金屬液中,壓鑄機用杠桿機構或者壓縮空氣產(chǎn)生壓力來(lái)推動(dòng)壓射沖頭運動(dòng)。在壓鑄過(guò)程中,金屬液在壓射沖頭上升時(shí),通過(guò)進(jìn)口由熔化坩堝進(jìn)入壓室;壓射沖頭下壓時(shí),金屬液沿著(zhù)信道經(jīng)噴嘴充填入壓鑄模型腔;待冷卻凝固成型后,即可開(kāi)模取出壓鑄件,完成一個(gè)壓鑄循環(huán)。
二. 冷壓室壓鑄機的基本原理
冷壓室壓鑄機的壓室與熔化坩堝是分開(kāi)的,壓鑄時(shí),需要由熔化坩堝內盛取金屬液澆入壓室后再進(jìn)行壓鑄。根據壓鑄模與壓室的相對位置,冷壓室壓鑄機可分為立式、臥式、全立式3種型式。
a. 立式冷壓室壓鑄機的基本原理壓室的中心線(xiàn)是垂直的,在壓鑄過(guò)程中,澆入壓室中的金屬液補反料沖頭托住,為了使金屬液在壓射前不致進(jìn)入模內,保證反料沖頭在開(kāi)始加壓前堵住澆口套的澆道孔,通常用彈簧或是液壓控制閥控制,將反料沖頭支持在所要求的高度;壓射沖頭下壓至金屬液面時(shí),反料沖頭開(kāi)始下降,落入錐形孔內,這時(shí)便打開(kāi)了澆道孔,金屬液被壓入模具型腔;保壓冷凝后,壓射沖頭回升,同時(shí)反料沖頭上升,切斷余料并將其頂出壓室;此后開(kāi)模取出鑄件(反料沖頭已回到原始位置),完成一個(gè)奢鑄周期。
b. 臥式冷壓室壓鑄機的基本原理壓室的中心線(xiàn)是水平的。在壓鑄過(guò)程中,金屬液通過(guò)澆注孔澆入壓入壓室;壓射沖頭向前推進(jìn),將金屬液經(jīng)澆道壓入模具型腔;保壓冷凝后開(kāi)模,余料和壓鑄件一起取出,完成一個(gè)壓鑄周期。
c. 全立式冷壓室壓鑄機的基本原理壓室的中心線(xiàn)是垂直的。它又分為壓射沖頭上壓式和壓射沖頭下壓式。上壓式的壓鑄過(guò)程和臥式冷壓室壓鑄機相類(lèi)似;而壓射沖頭下壓式的壓鑄過(guò)程和立式冷壓室壓鑄機相類(lèi)似。
三. 壓鑄過(guò)程中金屬液的流動(dòng)狀態(tài)及其流動(dòng)特性:
壓鑄過(guò)程中金屬液在高壓高速下充填模具型腔的時(shí)間極短,一般僅為幾分之一秒。最初階段是完全的噴射,此后在極短時(shí)間內,一方面向型腔各部位充填,一方面在非常復雜的變化著(zhù),直至充滿(mǎn)型腔為止。正確認識金屬液的流動(dòng)狀態(tài)及其變化,掌握金屬充填形態(tài)的規律并充分利用金屬液的這種特性,是正確設計澆注系統,壓鑄出良好鑄件的一個(gè)決定性因素。
四. 充填時(shí)液態(tài)金屬流的種類(lèi)及其特性的利用:
要觀(guān)察壓鑄中金屬液的流動(dòng)狀態(tài)及其流動(dòng)特性,并不是一件容易的事,國內外壓鑄工作者對金屬充填形態(tài)也提出過(guò)各種不同的觀(guān)點(diǎn)?,F就實(shí)驗中所得知的金屬液充填狀態(tài),簡(jiǎn)述如下:
1. 噴射及噴射流壓鑄機在通常的壓鑄條件下把金屬液壓入一般的壓鑄模型腔內,在最初階段,通過(guò)內澆口后的金屬液在運動(dòng)能的作用下,以很高的速度像槍彈一樣向前直射。其方向取決于內澆口的方向,這種狀態(tài)的金屬流稱(chēng)作”噴射”。高速?lài)娚涞慕饘僖簳?huì )同型腔壁和型芯或是別的金屬流相沖撞,此時(shí),金屬液內的一部分運動(dòng)能量轉變?yōu)闊崮芎蛪毫?,并且在改變金屬液流速和前進(jìn)方向的同時(shí),沿著(zhù)型腔壁流動(dòng)。由于剩余的運動(dòng)能使金屬液沿直線(xiàn)前進(jìn)的特性仍較強,因此這個(gè)階段的金屬流與一般的壓力流性質(zhì)(從壓力高的一面流向壓力低的一面)有所不同,稱(chēng)之為”噴射流”。噴射及噴射流具有一個(gè)很明顯的特性,即在很大的運動(dòng)能量的作用下能夠直線(xiàn)前進(jìn)。利用這種特性可以?xún)?yōu)先充填那些阻力較大的部位信沒(méi)有排氣槽的部位,而這些部位靠壓力流是難以充填的。
2. 壓力流及其利用僅有噴射和噴射流,還足以使金屬液充填整個(gè)型腔,在多數情況下,噴射和噴射流所保持的運動(dòng)能量在金屬液尚未充赴滿(mǎn)時(shí),就由于在型腔內發(fā)生沖撞、摩擦和氣體阻力而消耗殆盡。因此,應使充填到金屬流的”后流”部分(金屬液最終到達的部分)的金屬液,在后續金屬液的推動(dòng)下前進(jìn),這個(gè)階段的金屬流稱(chēng)為”壓力流”。壓力流一般發(fā)生在偏離噴射及噴射流的渠道部分和遠離內澆口的部位。壓力流在阻力少的信道上前進(jìn)的特性是很強的。在壓力流所充填的部位,若壓力流分成幾股支流,則金屬的阻力分散;若出現阻力較大的島狀部位,金屬液只能在其周?chē)鲃?dòng),而不能充填到阻力大的部位。造成模具鋼液流阻力的主要因素是壓鑄件的厚薄不均、金屬流的彎曲運動(dòng)、型腔表面的粗糙度高、型腔內有氣體壓力等等。壓力流沒(méi)有噴射流那樣大的運動(dòng)能量,但是它卻具有接受后續金屬液中供給的壓力能,從而使金屬沿著(zhù)內壁前進(jìn)的特性。利用這種特性,可以很便利地把型腔內的氣體有效地排出去,在壓力流充填的部位,匯集著(zhù)由噴射和噴射流所充填部分的氣體,因此在這部位必須開(kāi)排氣槽。
3. 再?lài)娚洮F象在壓力流或噴射流的信道突然變大的部分(薄壁到厚壁的變化部位),金屬液又一次離開(kāi)型腔壁形成噴射狀態(tài),這種噴射狀態(tài)稱(chēng)之為”再?lài)娚洹?。發(fā)生再?lài)娚涞牟课缓苋菀桩a(chǎn)生氣孔和縮孔,故型腔內以不發(fā)生再?lài)娚錇樽罾硐?。因此在設計壓鑄件和壓鑄模時(shí)應盡可能避免再?lài)娚洮F象的發(fā)生,但實(shí)際上往往難以避免,為此應采用首先向發(fā)生再?lài)娚涞牟课怀涮罱饘僖旱膬葷部诜桨?,同時(shí)采取提高補縮金屬流效果的辦法,把內澆口設在靠近鑄件厚壁的部位為宜。
4. 補縮金屬流金屬液的溫度一降你便會(huì )產(chǎn)生收縮,當金屬液溫度降低時(shí),其表面和內部的溫度并不同時(shí)下降。金屬液表面層的溫度極快下降,隨后內部溫度也跟著(zhù)下降。由此可知,金屬液先從表面開(kāi)始冷卻凝固,內部稍微遲后凝固收縮。在此過(guò)程中,如果不向其內部補充金屬會(huì )產(chǎn)生縮孔,補縮金屬流就是在內澆口部位的金屬液尚未冷卻凝固前,立即增高壓室內的壓力,向型腔內補充金屬液。理想的壓鑄件,應該是在金屬液充填完畢到全部凝固完之前,立即進(jìn)行加壓補縮,補縮金屬流起作用的時(shí)間越久,則壓鑄件質(zhì)量越好。這一想法在理論上是可行的,即使模具溫度在有梯度的情況下進(jìn)行壓鑄,也就是設法讓充填終了的金屬液,先從遠離內澆口處開(kāi)始凝固在,然后順次地向內澆口方向凝固,內澆口處凝固。