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壓力鑄造的基本概念和過程
壓鑄的過程
壓力鑄造是將熔融金屬在高的壓力下，以高的速度填充入模具型腔內(nèi)，并使金屬在這一壓力下凝固而形成鑄件的過程。通常所采用的壓力為200-2000公斤/c㎡，填充時的初始速度(稱為內(nèi)澆口速度)為15-70米/秒，填充過程在0.01-0.2秒的時間內(nèi)即告完成。
壓鑄的填充過程受許多因素的影響，如:壓力、速度、溫度、熔融金屬的性質(zhì)以及填充特性等等。在壓鑄全過程的始終，熔融金屬總是被壓力所推動，而填充結(jié)束時，熔融金屬仍然是在壓力的作用下凝固的。壓力的存在，是這種鑄造過程區(qū)別于其他鑄造方法的主要特征。也正因?yàn)閴毫Φ木壒?，便產(chǎn)生了對速度、溫度、型腔中氣體以及一系列的填充特性的影響。所以，在壓鑄填充過程中，對壓力的變化應(yīng)有一個總體的概念。
壓鑄填充過程中，壓射沖頭移動的情況和壓力的變化如圖1-1所示，以臥式冷壓室壓鑄為例。圖中每一階段的左圖表示壓射的過程，右下圖為對應(yīng)的壓射沖頭位移曲線，右上圖為每一位移階段時相應(yīng)的壓力增升值。
圖1-1(a)為起始階段，熔融金屬澆入壓室內(nèi)，準(zhǔn)備壓射。
圖1-1 (b)為階段1,壓射沖頭以慢的速度移過澆料口，熔融金屬受到推動，但沖頭的移動慢而沖力不大，.故金屬不會從澆料口處濺出。這時推動金屬的壓力為Po，其作用為克服壓射缸內(nèi)活塞移動時的總摩擦力、沖頭與壓室之間的摩擦力。沖頭越過澆料
口的這段距離為S1即為慢速封口階段。
圖1-1壓鑄填充過程各個階段
P-壓射壓力；
S-壓射沖頭移動距離
t-時間
圖1-1（C）為階段2，壓射沖頭以一定的速度（比階段1的速度度略快)移動，與這一速度相應(yīng)的壓力增升值達(dá)到Pl，熔融金屬充滿壓室的前端和澆道并堆聚于內(nèi)澆口前沿，但因速度不大，故金屬在流動時，澆道中包卷氣體只在一個較小的限度以內(nèi)。沖頭在這一階段所移動的距離為S2，是為金屬堆聚階段。在這一階段的最后瞬間，亦即金屬到達(dá)內(nèi)澆口時，由于內(nèi)澆口的截面在澆口系統(tǒng)(包括壓室)各部分的截面中總是最小的，故該處阻力最大，壓射壓力便因此而增升，其增升值即為達(dá)到足以突破內(nèi)澆口處的阻力為
止。
圖1- 1(d)為階段3,這一階段的開始，壓射壓力便因內(nèi)澆口處的阻力而增升至P2，而沖頭的速度亦按調(diào)定的最大速度移動，推動熔融金屬突破內(nèi)澆口而以高的速度(內(nèi)澆口速度)填充入模具型腔，這一階段沖頭移動的距離為S3，此即為填充階段。在短促的填充瞬間，金屬雖然已充滿型腔，但還存在“疏”、“空”的組織。圖1-1 (e)為階段IV，壓射沖頭按調(diào)定的壓力作用在型腔中的正在凝固的金屬上，“疏”，、“空，”，的組織便成為“密”，、“實(shí)”的組織。這個作用在金屬上的壓力，通常便稱為最終壓力。其大小與壓鑄機(jī)的壓射系統(tǒng)的性能有關(guān)。當(dāng)壓射系統(tǒng)沒有增壓機(jī)構(gòu)時，最終壓力能達(dá)到的增升值為P3,當(dāng)壓射系統(tǒng)帶有增壓機(jī)構(gòu)時，最終壓力又從P3。增升至P4。這一階段沖頭移動的距離為S4，其實(shí)際的距離是很小的。從壓鑄工藝上的特性來看，上述的過程便稱為四階段壓射過程。近年來，先進(jìn)的壓鑄機(jī)的壓射機(jī)構(gòu)即根據(jù)這一工藝要求，從而備有四階段壓射的壓射機(jī)構(gòu)。在五十年代末期至六十年代末期的期間，一般是階段II和階段III合成為一個階段，便是通常的三階段壓射過程，機(jī)器的壓射機(jī)構(gòu)也是三階段壓射機(jī)構(gòu)，在目前的生產(chǎn)現(xiàn)場中，仍然有大量的機(jī)器是三階段壓射機(jī)構(gòu)的。在壓鑄機(jī)一章中的圖例，也都是這種三階段(又稱三級)壓射機(jī)構(gòu)。至于較早期的壓射過程，則是從壓射的開始至填充即將結(jié)束，機(jī)器提供的沖頭移動速度是不變的(如有變化也只是因填充過程引起的)。這樣，熔融金屬在壓室和澆道內(nèi)流動時便先卷入大量的空氣，使鑄件內(nèi)形成大量的氣孔，影響了質(zhì)量。所以，從速度不變的壓射過程，至三階段、四階段的壓射過程，都是隨著工藝水平日益提高，填充理論逐步被掌握，從而促使機(jī)器壓射機(jī)構(gòu)不斷的改進(jìn)，以滿足工藝要求的變化過程。近年來出現(xiàn)的拋物線型壓射系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)的壓
射機(jī)構(gòu)，都是根據(jù)這些要求發(fā)展起來的。
前面敘述了壓射填充過程的情況。在填充過程完成以后，鑄件便已形成，然后由機(jī)器進(jìn)行開模，取出鑄件和澆口。開模過程如圖1-2所示。
圖1-2開模過程—取出鑄件和澆口的示意圖
1一動摸;2一定摸;3一鑄件;4一澆口; 5一余料;6-頂出機(jī)構(gòu)。
圖1-2 (a)為壓射填充后形成鑄件3的狀態(tài);
圖1-2 (b)為機(jī)器開模后的狀態(tài)，這時鑄件留在(包緊在)動模1上，并隨動模移動而與定模2脫離，余料5則由沖頭推送使能隨同鑄件脫出定模。 圖1-2 (c)為鑄件從動模上頂出而脫離動模。 至此，便可從動模和定模分開的空檔間取下鑄件、澆口4和余料5。頂出機(jī)構(gòu)6頂出鑄件時，通常是由機(jī)器的開模動作或液壓頂出器作為頂出動力。鑄件的取出一般多為人工，也有用機(jī)械方法的。
在上述過程中，還包括合金的熔煉工藝和保溫規(guī)范、舀料、清理沖頭和模具、對沖頭和模具噴涂涂料等操作在內(nèi)，而成為一個壓鑄周期或一次操作循環(huán)。至此，壓鑄的過程便告結(jié)束。
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