教学材料《铝合金》-第三章

3.1对压铸机的认识一、任务描述压铸机是压铸生产最基本的成型设备，是压铸生产中提供能源和选择最佳压铸工艺参数的条件，是获得优质压铸件的技术保证。本任务要求认识压铸机，并了解压铸机的基本结构、工作原理及特,点，通过到压铸模具工厂参观来实现教学目的。二、任务分析参观前首先要初步认识压铸机，了解压铸机的种类，对其结构特,点、工作原理等要有个先期的掌握，才能提高参观见习的效果。通过参观见习进一步提高对各类压铸机的感性认识。下一页返回3.1对压铸机的认识三、知识准备1.压铸机的基本结构一台压铸机主要包括开合模机构、压射机构、动力系统和控制系统等，如图3-1所示。压铸机的具体结构组成参见表3-1。2.压铸机的分类压铸机的分类方法很多，按使用范围分为通用压铸机和专用压铸机；按锁模力大小分为小型机、中型机和大型机。通常，压铸机主要按机器结构和压室位置及其工作条件加以分类，具体分类见表3-2。下一页返回上一页3.1对压铸机的认识（1）卧式冷压室压铸机卧式冷压室压铸机的外形、结构及工作原理如图3-2~图3-4所示。卧式冷压室压铸机具有压力大，操作程序简单，生产率高等特点，一般设有偏心和中心两个浇注位置，且可在偏心与中心间任意调节，便于实现自动化，设备维修也方便。因此广泛用于压铸各种有色金属铸件，也适用于黑色金属压铸件（目前尚不普遍）的生产；但不便于压铸带有嵌件的铸件。在使用中心浇口时，压铸模结构较复杂。下一页返回上一页3.1对压铸机的认识（1）卧式冷压室压铸机卧式冷压室压铸机的外形、结构及工作原理如图3-2~图3-4所示。卧式冷压室压铸机具有压力大，操作程序简单，生产率高等特点，一般设有偏心和中心两个浇注位置，且可在偏心与中心间任意调节，便于实现自动化，设备维修也方便。因此广泛用于压铸各种有色金属铸件，也适用于黑色金属压铸件（目前尚不普遍）的生产；但不便于压铸带有嵌件的铸件。在使用中心浇口时，压铸模结构较复杂。下一页返回上一页3.1对压铸机的认识（2）立式冷压室压铸机立式冷压室压铸机的外形、结构及工作原理如图3-5~图3-7所示。立式冷压室压铸机由于压室呈垂直放置,金属液浇人压室后，气体在金属液上面,压射过程中包卷气体较少,在压射前让反料冲头封住了喷嘴孔,有利于防止杂质进人型腔。在压射过程中，压力经过的转折较多，使压力传递受到影响，尤其在增压阶段，因喷嘴人口处的孔口较小,压力传递不够充分。立式冷压室压铸机的压射机构直立,机器的高度相对较高，占地面积小,但因增加了反料机构，故结构复杂，操作和维修不便，且影响生产率。立式冷压室压铸机主要用于开设中心浇口的各种有色金属压铸件的生产，生产现场中用量较少，并以小型机占多数。下一页返回上一页3.1对压铸机的认识（3）全立式冷压室压铸机全立式冷压室压铸机的外形、结构及工作原理如图3-8~图3-10所示。全立式冷压室压铸机中的金属液进人模具型腔时流程短，转折少，压力损失小，不需要很高的压射压力，就能使冲头上下运行得十分平稳。模具水平放置，稳固可靠，安放嵌件方便,但压射机构在下方,操作维修不便，取出铸件困难。在浇注金属液时，要注意越过模具分型面，以保证液滴不滴在模具分型面上。全立式冷压室压铸机适应于各种有色金属压铸，广泛用于电机转子的压铸，多为中小型机器，占地面积小，但高度较高。下一页返回上一页3.1对压铸机的认识（4）热压室压铸机热压室压铸机的外形、结构及工作原理如图3-11~图3-13所示。热压室压铸机结构简单，操作方便，生产率高，工艺稳定。压铸过程中金属液填充进人模具型腔始终在密闭的通道内流动，夹杂物不易卷人，故铸件夹杂少，质量好。但由于压室和压射冲头长时间浸在金属液中，极易产生黏结和腐蚀，影响使用寿命，且压室更换不便，因此热压室压铸涯常用于低熔点合金的压铸，以锌合金最为典型。目前压铸生产中，多縣用常规的热室压铸机。市场供应的热压室压铸机以锁模力小于4000kN的机器为主导，更多的则是锁模力在1600kN做以下，而锁模力大于4000kN做的很少。返回上一页3.2压铸机的选用一、任务描述通过参观见习，得知不是每台压铸机都能满足压铸各种产品的需要，而是要根据具体情况选用不同型号的压铸机。在进行压铸模具设计时，首先应选择合适的压俦机，为了保证压铸生产的正常进行和获得优质铸件，必须使所选压铸机的技术规格及其性能符合压铸件的客观要求。相反，如果压铸机是已定的，那么所设计的压铸模就必须满足压铸机的规格和性能的要求。根据锁模力选用压铸机是一种传统的并被广泛采用的方法，在选择时，除需要考虑锁模力外，还需考虑压室容量、开模行程、压铸机的模具安装尺寸等。本任务以项目二任务2.2中描述的阀盖（如图2-11所示）压铸件和旋钮把手（图2-12所示）压铸件为载体，合理选择压铸成型所需压铸机的规格。下一页返回3.2压铸机的选用二、任务分析下一页返回上一页3.2压铸机的选用三、知识准备1.锁模力的计算在压铸过程中，金属液以极高的速度充填压铸模型腔，在充满压铸模型腔的瞬间以及增压阶段，金属液受到很大的压力，此力作用到压铸模型腔的各个方向，使压铸模沿分型面胀开，故称之为胀型力。锁紧压铸模使之不被胀型力胀开的力称为锁模力。1）胀型力的计算模具产生的胀型力分两个方面：一方面是由金属液压力的作用产生的，称主胀型力；另一方面是当模具存在侧向抽芯机构时，金属液推压侧型芯，为锁紧侧型芯，常采用楔紧块楔紧，金属液在楔紧块斜面上产生的法向分力，这个法向分力引起分胀型力（如图3-14所示）。当有多个型芯时，其值为各个型芯所产生的分胀型力之和，如果侧型芯成型面积不大，分胀型力可以忽略不计。下一页返回上一页3.2压铸机的选用（1）主胀型力的计算式中F主——主胀型力(N)；A——压铸件所有型腔及浇注系统与排溢系统在分型面上的不重合的投影面积之和(m2)，通常另加30%作为浇注系统和排溢系统面积;p——金属液的压射比压(Pa)。（2）分胀型力的计算①斜销抽芯和斜滑块抽芯的分胀型力计算公式为下一页返回上一页3.2压铸机的选用式中F分——分胀型力(N)；A芯——侧型芯成型端面的投影面积(m2)；p——金属液的压射比压(Pa)；α——楔紧块的楔紧角度(°)。②液压抽芯的分胀型力的计算公式为式中F插——液压抽芯器的插芯力(N)。下一页返回上一页3.2压铸机的选用2）锁模力的计算为了防止压俦模被胀开，锁模力要大于或等于胀型力在合模方向上的合力。选用时分以下两种情况。①当胀型力中心与锁模力中心重合时，只需锁模力大于等于胀型力即可，其计算式为式中F锁——压铸机应有的锁模力(N)；K——安全系数，冷室压铸机一般取1.2，热室压铸机可取1.3-1.5。下一页返回上一页3.2压铸机的选用②当胀型力中心与锁模力中心偏离时，如图3-15所示，所需的锁模力要比中心重合时大，此时锁模力用面积矩的方法计算，计算公式为式中F偏——胀型力中心与锁模力中心偏离时的锁模力(N)；e——分型面上各型腔投影面积重心的最大偏离率。式中Ai——分别为余料、浇道及各型腔在分型面上的投影面积(cm2)；Bi——底部导杠中心到各面积重心的距离(cm)；L——压铸机导杠中心距(cm)；下一页返回上一页3.2压铸机的选用根据计算的锁模力来选取压铸机的型号，使所选型号的压铸机的额定合模力大于所计算的锁模力即可。2.压室容量的校核压铸机初步选定之后，压射比压和压室的尺寸也相应得到确定，压室可容纳金属液的质量也为定值，但是否能够容纳每次浇注的金属液的质量，需按下式核算。式中G室——压室容量(g)；G浇——每次浇注的金属液的质量(包括铸件、余料、浇注系统和排溢系统)(g)；L——压铸机导杠中心距(cm)；下一页返回上一页3.2压铸机的选用压室容量计算式为式中D室——压室内径(cm)；L——压室(包括浇口套)长度(cm)；ρ——液态合金密度(g/cm3)；ε——压室充满度(%)；除热压室铸机外，其他压铸机都要考虑压室充满度ε；工艺上认为压室充满度为60%~80%较为适宜。下一页返回上一页3.2压铸机的选用3.安装尺寸的校核（1）开合模距离的校核压铸模合模后应能严密地锁紧分型面，因此，要求合模后的模具总厚度比压铸机的最小合模距离大20mm左右，由图3-16可知式中H合——压铸模合模后的总厚度(mm)；h1——定模厚度(mm)；h2——动模厚度(mm)；Lmin——最小合模距离(cm)。下一页返回上一页3.2压铸机的选用开模后，动、定模之间分开的距离应能保证铸件顺利地取出，压铸机最大开模距离减去模具总厚度的数值，即为取出铸件（包括浇注系统）的空间。见图3-16，即式中Lmax——最大开模距离(cm)；L1——压铸件(包括浇注系统)在开模方向的厚度(cm)；L2——压铸件椎出距离(cm)；L——最小开模距离(cm)；下一页返回上一页3.2压铸机的选用（2）安装尺寸的配合选用的压铸机，最后要能确保模具外形尺寸能放人压铸机的安装空间，即模具安装尺寸与压铸机动、定模安装板尺寸需一致。图3-17是压铸机的模具安装尺寸。这些尺寸均由压铸机生产商提供，设计时必须严格遵守，否则，模具将无法安装到压铸机上。定模与压铸机压室（卧式）或喷嘴〔立式或热压室）配合的孔径和深度也要注意，在立式和热压室压铸机上，模具直浇道导人孔径应比压铸机喷嘴喷料孔大0.5~1.0mm，这些尺寸也应按压铸机的尺寸要求来确定。下一页返回上一页3.2压铸机的选用4.压铸机的选用方法①在实际生产中，选择压铸机主要根据压铸合金的种类、铸件的轮廓尺寸和质量确定采用热压室或冷压室压铸机。对于锌合金铸件和小型的镁合金铸件通常选用热室压铸机。对于铝合金、铜合金铸件和大型的镁合金铸件可以选用冷压室压铸机为主。立式冷压室压铸机适合于形状为中心辐射状和圆筒形的、同时又具备开设中心浇道条件的铸件。②根据压铸件的材料、轮廓尺寸、平均壁厚、净重来选择压铸机型号规格。可通过计算来求得锁模力的大小值、每次浇注量、压射室充满度等实际工艺参数并作为选取机型的依据。下一页返回上一页3.2压铸机的选用③压铸模大小应与压铸机上安装模具的相应尺寸相匹配，其主要尺寸为压铸模的厚度和模具分型面之间的距离。国内常用的压铸机有J11系列和DCC系列。在现实生产中，压铸车间的压铸机等设备是一定的，制作的模具只能去配合它，因此需要一个完整的校核过程。有关压铸机的型号、主要技术参数及生产厂家可查阅参考文献[1]P70~118页。下一页返回上一页3.2压铸机的选用四、任务实施1.基本训练——选择成型阀盖压铸件压铸机的规格在选择压铸机时，首先要考虑选择热压室压铸机还是冷压室压铸机，再计算确认压铸机的锁模力、压室容量、开模行程及其他要求。图2-11所示的阀盖的材质为铝合金，铝合金一般采用冷压室压铸机。该企业压铸车间目前有力劲DCC系列280t、400t、630t冷压室卧式压铸机，要求阀盖产品月产量2500~4000只。〔1）结合产品实际情况计算锁模力初选设备根据阀盖产品月产量2500~4000只的要求，考虑模具大小及成本问题，采用一模设置两个型腔的模具。参照阀盖尺寸图2-11，得铸件所有型腔在分型面上的投影面积A1，浇注系统、排溢系统面积A2。下一页返回上一页3.2压铸机的选用则总投影面积为由任务2.3中任务实施可知压射比压为40~60MPa，这里选取压射比压为40MPa。该铸件上部侧面有一个孔和两个小凸起，需侧向抽芯，但侧向活动型芯成型端面投影面积较小，F分可不予计算。则锁模力为下一页返回上一页3.2压铸机的选用查阅参考文献[1]P70~P118中压铸机的主要参数，可得DCC280的锁模力为2800kN，DCC400的锁模力为4000kN，DCC630的锁模力为6300kN。考虑产品实际情况及压铸机性能，选择2800kN冷压室卧式压铸机。2800kN压铸机的技术参数见表3-3，机器模板见图3-18。（2）依据压室容量、安装尺寸等校核所选设备选DCC280，冲头直径&50时的浇注量为1.5kg，而每次浇注金属液的质量为620g，满足G室>G浇。设计阀盖压铸模具尺寸为355mm×450mm，模具厚度392mm〔见项目四任务4.4中任务实施），和表3-3及图3-18进行校核，满足要求。下一页返回上一页3.2压铸机的选用2.强化能力训练——选择旋钮把手压铸件压铸机的规格图2-12所示的旋钮把手的材质为锌合金，锌合金一般采用热压室压铸机。结合产品实际情况计算锁模力初选设备。参照旋钮把手尺寸，得铸件所有型腔在分型面上的投影面积A1，按模具排版10个计算和浇注系统、排溢系统面积A2，即根据任务2.3中任务实施，取压射比压为50MPa。则锁模力为下一页返回上一页3.2压铸机的选用根据压铸车间已有压铸机的种类，初步选择900kN的热压室压铸机（J219型热压室压铸机）。J219型热压室压铸机的技术参数见表3-4，机器模板及安装尺寸见图3-19。五、归纳总結①压俦机的选用需要考虑锁模力，压室容量、开模行程、压铸机的模具安装尺寸等。②掌握压铸机的选用方法。返回上一页3.3学习小结本项目主要学习压铸成型设备——压铸机，压铸机的类型有很