p-Q2原理及其应用.xls

p Qp Q2 2原原理理及及其其应应用用 1 P Q2公式推导 根据伯努利方程 同一流线上单位质量流体的机械能总和不变 有下式 Z1 P1 v21 2g Z2 P2 v22 2g 式一 设 压射头顶面为断面1 内浇口处未断面2 因为 压射头和内浇口断面位置高度差不大 所以Z1 Z2两项断面高度忽略不计 因为 压射头提供压力P1 内浇口出口处大气压P2 故P2可以忽略不计 因为 压射头速度v1 内浇口处合金速度 v2 故v1可以忽略不计 所以 式一可以简化成下面形式 建立了内浇口金属液速度与压射压力函数关系 P1 v22 2g 即 P压射压力 v2g 2g 这个式子的意义 作用在合金液上的力 全部转化为金属液的流量提高 因为 金属液有粘性 内浇口截面积等因素影响 无法把压力完全转化成金属液 流速 用一个Cd加以考虑 称为系统开放系数 最终形成下式 P压射压力 2g vg Cd 2 也可以转化成下式 因为内浇口速度Vg 内浇口截面积Ag 流量Q 即 Vg Q Ag 速度代入流量方程 得到下式 P P压压射射压压力力 2g Q C 2g Q Cd dA Ag g 2 2 P压射压力 压射冲头施于金属液的压力 Pa 金属液密度 g cm3 g 重力加速度 m s Q 填充流量 cm3 s Ag 内浇口截面面积 cm2 Cd 开放系数 取0 4 0 8 上面式子表明 压力和流量是平方比关系 是p Q2技术的理论基础 根根据据该该公公式式 不不同同流流量量 或或内内浇浇口口速速度度 时时所所需需要要的的压压射射压压力力 2 模 模具具流流量量 压压力力曲曲线线 用p Q2公式 可以得到著名的P Q2图 可以转成2次幂图 2次幂图就是把 X轴刻度间距按 0到1的距离为12 0到2的距离为22 32 42 52 绘制 2 1开放系数 由于粘性 内浇口能量损失和冲头和料缸摩擦 压力提供的机械能总是会损失的 所以开放系数取在0 4 0 8 流道流畅 距离短 通过金属能力强 Cd值取0 7 流道阻力大 距离长 通过金属能力弱 Cd值取0 5 2 2浇口面积可以明显影响流动效率 使用适当的内浇口截面积 可以提高系统效率 3 机 机器器有有效效压压力力线线 用p Q2公式 可以得到每台压铸机的压射能力 压铸机压射有3种状态 a 正常压射状态 b 压射冲头停滞 c 压射冲头速度最大 上述3种情况 可以用下式描述 Ps Pa 1 V2p V2d 可以得到下面曲线图 Ps 压射缸内有效压力 Pa 储能器压力 Vp 压射冲头速度 Vd 空压射速度 可以转成2次幂图 2次幂图就是把 X轴刻度间距按 0到1的距离为12 0到2的距离为22 32 42 52 绘制 上图表明 压射压力是随流量变化的 要求的压力和速度不总是能同时达到 空压射速度是压铸机压射能力的重要参数 Ps Pa 1 V2p V2d 由于Ps pAp As Vp Q Ap Vd Qd Ap 可以转化成下面形式 P Pa 1 QP Pa 1 Q2 2 Q Q2 2d As Apd As Ap P 压射冲头施于金属液的压力 Pa As 压射活塞面积 cm2 Ap 压射冲头面积 cm2 Q 金属液流量 cm3 s Qd 空压射时等量的金属液流量 cm3 s 4 储能器压力 速度阀开度和压射头尺寸 会对 p Q有效压力线 产生变化 储能器压力高 有效压力线升高 逐步打开流量阀 静态压力不变 孔压射速度也逐步升高 小直径压射头静压力大 空压射流量较小 大直径压射头静压力小 空压射流量较大 5 p Q2图的运用 模具压力 流量线和压铸机有效压力线置于同一p Q2图上 必定产生一个交汇点 交汇点也叫操作点 可以计算出压射速度 填充时间以及内浇口速度 p Qp Q2 2图图的的绘绘制制表表 一 参数计算 1 静态压力的计算 3种途径获得 压铸机说明书中会提供 最大动态压射力Pmax 动态压射比压P0 或储能器压力Pa a P静 P0 P0为动态压射比压 b P静 Pmax A冲 Pmax为最大动态压射力 A冲为压射头面积 c P静 Pa As A冲 Pa为储能器压力 As为压射缸截面面积 A冲为压射头面积 2 Qd Vd A冲 Vd为最大空压射速度 A冲为压射头面积 3 Cd 差的浇注系统 0 40 0 55一般浇注系统 0 55 流畅浇注系统 0 75 4 内浇口截面积 限时流量法S内 Q产品v V内 T填充 V内 4000 1 01 0 cm2 内浇口截面积 出入平衡法S内 S冲 V冲 V内V冲 250 2 42 4 cm2 取大值 Q产品 203 13203 13cm3T填充 0 05ms 2 42 4cm2 S冲 7 7 38 465cm2 5 实 例 压铸件 锌合金 质量 13001300 g 体积 203 13 cm3 压铸机 储能器压力Pa 14 Mpa 压射缸直径Ds 120 mm 空压射速度Vd 3 2 m s 压射头直径Dp 60 mm 浇注系统 浇口面积Ag 1 cm2 Cd 0 5 g 9 8m s 6 4g cm2 6 模具的p Q2公式 6 1 计算流量Q Cd Ag sqrt 2 g P压射 当P压射 50Mpa 50000000pa Q 6250cm3 s 6 25L s 6 2计算速度 Vg Cd sqrt 2gP压射 P压射 102030405060 Mpa Vg 276739134793553461876778cm s 7 计算压铸机有效压力的p Q2图 P Pa 1 QP Pa 1 Q2 2 Q Q2 2d As Apd As Ap P 压射冲头施于金属液的压力 Pa As 压射活塞面积 cm2 Ap A冲 压射冲头面积 cm2 Q 金属液流量 cm3 s Qd 空压射时等量的金属液流量 cm3 s 有有效效压压力力线线为为 Q 0Q 0 P P Q Qd 0Q Qd 0 的的连连线线 7 1当流量Q 0时 P PaAs Ap 7 2当流量Q Qd时 P 0 空压射流量Qd Vd Ap 可以得到压铸机有效压力线 7 3调整储能器压力 速度阀开度和压射头直径 都会对压铸机的有效压力产生影响 1 1 储储能能器器压压力力增增加加 p Qp Q图图上上有有效效线线升升高高 储储能能器器压压力力减减少少 p Qp Q图图上上有有效效线线降降低低 2 2 速速度度阀阀开开度度减减小小 压压射射速速度度减减小小 金金属属液液流流量量减减少少 速速度度阀阀增增减减不不影影响响静静态态压压力力 3 3 压压射射头头大大 静静压压力力小小 空空压压射射流流量量大大 压压射射头头小小 静静压压力力大大 空空压压射射流流量量小小 1 2 1 Pa 12Mpa 2 Pa 14Mpa 2 1 1 100 2 75 2 1 1 d 70 2 d 90 6 回顾 模模具具的p Q流量线 模模具具的的p Qp Q2 2有有效效压压力力线线为为 0 0 0 0 P P压压射射MAXMAX Vgmax Vgmax 的的连连线线 6 1计算速度 Vg Cd sqrt 2gP压射 P压射 10203040505060 Mpa Vg 2700390048005500620062006800 cm s p Q2工艺窗优化压铸系统步骤 例 压铸件 锌合金 体积V 200cm3 压铸机 储能器压力Pa 14Mpa 压射缸直径Ds 120mm 空压射速度Vd 3 2m s 压射头直径Dp 60mm 浇注系统 浇口截面积Ag 1cm2 选定Cd 0 5 g 9 8m s 6 4g cm3 1 1 公式 可以计算与压射压力相对应得填充速度 并按对应关系在p Q2图上添加速度坐标 2 利用式 t V Q t 填充时间 V 压铸件体积 Q 流量 计算与流量相对应的填充时间 并按 注意X轴为2次幂图 X轴刻度间距按 0到1的距离为12 0到2的距离为22 32 42 52 绘制 对应关系在p Q2图上添加时间横坐标 2 1 根据工艺规范和压铸件特征确定要求 的最大冲型速度Vmax和最小冲型速度 Vmin 参考工艺参数设计部门内容 在p Q2图上做出Vmax和Vmin线速度 tmaxtmix Vmix Vmax 工艺窗 2 1 1 d 70 2 d 90 2 根据工艺规范和压铸件特征确定要求 的最大冲型时间Tmax和最小冲型时间 Tmin 参考工艺参数设计部门内容 对应关系在p Q2图上做Tmax Tmin线 3 1 按照示例方法做出压铸机有效压力线和压铸模具流量 压力曲线 2 考察压铸模具流量 压力曲线OE段在工艺窗中的长度 在工艺窗 中的长度越大 压铸系统的柔性越大 系统匹配越好 3 p Q2图分析 压铸模具流量 压力曲线斜率过大 导致OE线段偏 移在工艺窗的左上方 表明流量不足 充型时间稍长 并且工艺窗部分在有效压力线以外 表明与压铸模具不完全 匹配 4 1 原因分析 浇注系统开放系数过小或内浇口截面面积小 或者压铸机压射能力不足 2 改进措施 修改浇注系统结构 增大Cd值 加大内浇口截面 面积Ag 使用大直径压射冲头 增加压力阀开度 更换压铸机 本例采用加大内浇口直径至1 5cm2 3 结果分析 需要压力线偏转至工艺窗之中 问题基本解决 但工艺窗落于有效压力线之外的部分属于无效区域 现行的 系统无法达到 tmaxtmix Vmix Vmax 工艺窗 有效压力线 需要压力线 Ag 1CM2 tmaxtmix Vmi