正确选择慢压射速度.doc

正确选择慢压射速度潘宪曾创金美科技（深圳）有限公司Correct Seleeting Slow Shot SpeedPan xianzeng MG Technology(Shen Zhen)Co.,Ltd.摘要：卧室冷室压铸机压铸时，压室底部被浇入的金属熔体所复盖， 熔体上部分至压室顶部的空间被气体所占据。在慢压射时（即三级压射系统的第一级压射或四级压射系统的第二级压射），这些气体，在慢压射参数正确时，通过模具排出，否则会卷入金属熔体一同充填型腔，成为铸件内气孔的主要原因，由此弄清慢压射行程中冲头速度与金属熔体波的形貌，可正确选择慢压射速度。关键词： 慢压射行程，慢压射速度，压室初始充满度 金属熔体波，临界冲头速度 Abstract : The bottom of shot sleeve is filled with melt by horizontal cold chamber die casting machine, when the beginning of the slow shot phase ,volume on the melt to the top of sleeve is occupied by gas .As the slow shot phase ,（first phase of three phase injection system, second phase of four phase injection system）these gases are escaped through die, the right slow shot parameters are necessary Otherwise the entrapped gases in melt are all fill into die cavity, that is the main reason of pores in casting .So to study the slow shot speed and form of melt wave as well as its relationship is the requirements of right selecting slow shot speed.Keywords :slow shot traval (strok) slow shot speed ,initial filling grad of shot sleeve (initial shot sleeve fill rate)Critical plunger speed 压铸件中的孔隙有两大类，一是从液态转变成固态时，没有得到充分的补缩而产生的缩松，特别是铸件不易散热处和截面厚的地方最易产生。二是气孔，又可分为两部分，首先是压室中的气体跟随金属熔体进入型腔，压铸参数不当，气体被卷入金属熔体中而进入型腔，成为铸件的气孔；参数妥当则金属熔体运动时，驱赶气体排出模具外，则会减少铸件的气孔。其次便是金属熔体紊流充型，型腔中的气体不能很好地通过排溢系统逸出。也是产生气孔的原因之一。探讨压射开始时，即压射阶段压室中气体、金属熔体及其运动和冲头速度的关系则是本文的主要任务。1、压射冲头行程典型的压射过程（三级压射）中冲头行程见图1所示。图1 三级压射时的冲头行程、压力曲线图1行程段相应图2中的X1，是冲头封闭浇料口。接着的慢压射段（slow approach ,Vorlauf），是金属熔体在冲头的推动下，将压室中的气体通过浇道进入型腔排出模具外。紧接着是冲头高速充型阶段。图2冲头在压室中运动行程示意图2、慢压射速度与压室中金属熔体波的形貌。慢压射速度在三级压射系统即是第一级压射速度。在四级压射系统压射时，冲头以较慢的速度前进，冲头运动X1距离，全部封闭浇料口（图2），以免从浇料口飞溅出金属熔体。在第二级压射，冲头以慢速推进，将金属熔体涌堵至浇注系统。在第三级压射，冲头以高速运动，金属熔体流通过浇注系统直至充满型腔，第四级为增压。在三级压射系统中，冲头具有第一级慢压射速度和第二级快压射（充型）速度，第三级为增压。冲头慢压射速度可以恒速或等加速度进行，等加速度慢压射行程可以用“Parashot”或“SIMU I”来实现，这一系统可使压室中金属熔体不产生紊统，非常安静，避免压室中气体混入金属熔体中，所以这一系统能改善压室中气体的排出，总之慢压射速度不管是慢速还是加速度，其任务是利用冲头慢速运动，将金属熔体堆积在冲头前端而不产生跳跃波，随冲头前进熔体液面逐渐升高达到压室顶部参见（图3）。为了解决这个任务，必须调节慢压射速度或加速度值，使金属熔体在压室中不产生跳跃波，同时还必须调节冲头慢速运动转到快的充型速度的转换点。图3冲头以恒加速度(gk=1.1m/s2)运动时的金属熔体波当冲头运行X2距离，金属熔体涌满浇注系统时，冲头才可从慢 压射速度转换到高的充型速度上，在此情况下，也是金属熔体完全充填压室后冲头才进行速度转换。在这一过渡过程中，冲头运行X距离，从1级或2级的慢压射速度加速到快压射速度Wot，开始充型，X的值取决于冲头快压射速度（充型速度）Wot，压射阀的开关时间，驱动（压射）活塞和管道中液体的惯性力以及其它压射系统的参数，概略地说，X与冲头快压射速度Wot成正比，但对已知压铸机最好用冲头行程来决定。 为了充型开始，过渡过程必须进行终结，且冲头速度恒定，此时金属熔体充填浇注系统，并在过渡过程终结时，涌至内浇口，如快压射级以压室充满度为100%，进行则应满足下列不等式：d20/4XVgls ( 1) 式中 d0为压室直径 Vgls为浇注系统体积如果快压射级开始时，压室充满度大于100%，则在浇注系统中的金属熔体开始冷却，这种冷却作用导致熔体流动性降低和提高内浇口对流动的阻力，并影响冲头速度，式（1），不适于Wot5m/s ，在此情况下，压室充满度必须小于100%。为了计算冲头行程X2（图2），假设金属熔体充满了整个浇注系统，并由此出发计算冲头行程X2。 X2=L（1Kf） （2）冲头行程X2与起动压射前的压室起始充满度有关，压室充满度为：Kf=4Gm/ Ld20 (3)式中为压室中金属熔体的密度；Gm为压室中金属熔体的质量；L为压室长度（包括浇口套）。一般起始充满度Kf在0.4-0.75之间，也就是压室被40-75%的金属熔体所充填。对由冲头运动，金属熔体所形成的波动过程的数学模型，可用下列方程描述： (4)式中t为时间；X为冲头运动方向的座标Z为金属熔体自由表面的高度V为金属熔体运动速度A为金属熔体截面积B为自由表面宽度G为重力加速度压室是圆截面的，适用于列关系。为了求解式（5），必须确定初始和边界条件。在初始状态，金属熔体速度V=0，而自由表面高度可以如下计算：A/B=d0/4(2z/d0)+( /sin)-1cos=1-(2z/d0) （5）为了求解式（5），必须确定初始和边界条件。在初始状态，金属熔体速度V=0，而自由表面高度可以如下计算： Z0=d0(0.1+0.7585Kf) （6）对于压室边界条件：X=0时 V=Wgk+gktX=L时 V=0 此时在第一级压射时Wgk和gk为恒速和恒加速度，当 gk=0时，压射系统实现恒冲头速度；Wgk=0时，则为恒加速度，这些边界条件决定了金属熔体速度，求解式4可以描述压室中金属熔体波的形貌。用铝合金以恒加速度gk=1.1m/ s2 的冲头运动进行计算以图解求解式4的计算机程序,计算的原始数据如下:Gm=2kg、 L=350mm和d0=80mm，计算的结果示意图3。冲头恒加速度时，在冲头前端产生金属熔体堆积，因冲头速度大于金属波的速度，在此情况下，金属波不能从冲头前端剥离，浇注系统中保持无金属，空气与气体则从压室排逸到型腔中，然后通过排气槽排出压铸模外。为了在冲头端面产生金属熔体堆积，必须有一临界金属熔体运动，此时冲头速度大于金属熔体波的速度，在这一条件下，金属熔体不会从冲头端剥离如图3或图4所示。在冲头前，金属熔体完全充填了压室断面，当冲头运行了X2距离时，压室末端仍处于初始状态(图4)。图4金属波形可用平面来表示，如果冲头加速度不够高则不出现这种状态。设冲头运行距离X后，被挤压的金属熔体体积与其初始体积相等，则可得到：冲头速度在行程X末端为： Wgkx= (8)金属熔体临界运动速度时，在所观察的时刻，冲头速度的增长必须等于冲头端面前金属熔体速度的增长，这一条件为： dWgkx= (9)最大冲头速度可在极限值z=z0至z=d0时，将式9积分，近似地计算出： Wgkx= (1.35+0.5K2f1.85 Kf) (10) 将式(7),式(4)代入式（10），就得到冲临界加速度： gk=gd0/L(1+ Kf)/(1- Kf)/(0.96+0.35K2f-1.85 Kf) (11)对所观察的例子，按式（11）计算得gk=1.14m/s2，此加速度按式11 计算，已被用于图3。图5表示冲头加速度与L之比值，与压室初始充满度Kf的关系，这是按式（11）计算的。1、Kf =0.42、Kf =0.53、Kf =0.64、Kf =0.7图5压室初始充满试验，d0/L 之比与冲头加速度的关系金属波形的计算，是在冲头恒速Wgk=0.3m/s时进行,并示于图6。在此情况下，金属熔体运行快于冲头，进入浇注系统，从而过早将其封闭，压室中卷入的气体则与金属熔体混合。图6冲头恒速Wgk=0.3m/s时的金属波形对于产生金属熔体临界运动必须Wgk=Wgkx。从这一条件和式（10）出发，可用下式表明临界冲头速度： Wgk=（0.35+0.5Kf21.85 Kf） （12）按式（12）计算，得到wgk=0.54m/s，但在图6中则已采用了wgk=0.3m/s,这一冲头速度小于Wgk=0.54m/s，未达到金属熔体临界运动速度。1、Kf =0.42、Kf =0.53、Kf =0.64、Kf =0.7图7不同压室初始充满度时冲头速度与压室直径的关系图7是用式（12）计算的冲头临界速度与压室直径、压室初始充满度的关系，L.M.Garber用这些参数得到临界冲头速度值，汇集在图7中。在三级压射系统应用这些冲头临界速度时，会发生金属熔体从压室浇料口溅出。在四级压射系统时，小的一级冲头速度，金属熔体不产生跳跃波，运行X1距离后，冲头完全封闭压室浇料口，在启动第二级压射（慢压射）时压室充满度也得到加大，达到下列值：Kf1=KfL/(L-X1) (13)式中Kf1为冲头运行X1距离，启动（第二级压射）慢压射时的压室充满度。在按式（12）或图7确定慢压射临界冲头速度时，必须计入Kf1。据此，式（11）和式（12）可以确定慢压射时，冲头的恒加速度和恒速度，此时压室的气体可以及时排逸。3、提高充满度的途径提高压室初始充满度一方面可以减少压室中气体容积，使被卷入金属熔体的气体减少，同时还减少与压室底部接触生成的冷凝皮的比例，也就减少铸件中夹杂物的来源。为此应尽量 提高压室起始充满度（在本文最后对此加以阐述）。图8 压室的通常结构（500个室压铸机）通常压铸机上多采用整体压室如图8所示，图中压室直径d0=50mm，冲头行程h=525mm ，金属熔体所填充的长度L=515mm，则L/d0=10.3, 此时压室所能充满的容积为515502/4=1011.10mm3，对A1合金而言，其密度取2.7g/cm3，则金属熔体的重量为：27.1011=2730g或2.73kg。按图8压室的内部容积,如以30%的充满度（0.301011=303cm3或0.302.73=0.82kg）到70%充满度,即需708cm3或1.91kg。因此如按30%充满度的金属熔体不仅使金属贴附压室底部的接触面积加大，且与压室中气体的热交换也快，压室中必然存在冷凝的剥离层，从而引起铸件有夹渣缺陷。压铸机上分体压室以减少填充长度与直径d0的比值的设计，按照图9压室结构，可以从30%充满度提高37.2%。图9缩短了的分体式压室可减小L/d0之比值如果在四级压射系统中，第1级压射由冲头缓慢向前推前，行程X距离，封闭浇料口后，再以临界速度或临界加速度进行慢压射（2级），在慢压射启动时，实际压充满度得到提高，或者说缩短了填充长度L，充满度可以从37.2%上升到42.4%减少了压室中气体的容积。为了进一步减少L/d0 的比值，在压室底部设置分流销，特别是遇到深腔的定模时，必须如此设置。见图10。图10 在压室底端设置分流销，以减少L/d0比值分流销的具体结构可参见图11，分流销与压室底端有间隙1.5mm,并取5锥度，通过设置分流销,缩短了压室长度,所取得的效果如下：图11 分流销结构以图10为例，压室的有效填充长度缩减到340mm，将L/ d0的比值即340/50=6.8与图8中的L/ d0=515/50=10.3相比,充满度从30%提高到49.2%（加分流销后金属熔体总容积达到718cm3，压室包括浇口套容积为100.313，充满度为100.353/718=49.2%）金属熔体避免了强烈冷凝，同时也减少了压室内气体所占的容积。参考文献1、E.Brunhuber Praxis der Druckgussfertigung Fachverlag Schiele & Schoen GmbH 1991 Berlin2、P.Koch.Die Casting meterology DruckgussTechnical informationVon Buehler3、B.Nogowizin Wahl der Vorlaufbeschleunigung oder derVorlaufgeschwindigkeit be