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慢压射理论及其技术研究概况
发布时间:2012年06月04日 22:58
就普通压铸而言,在压铸过程中,压铸型腔内的气体在很短的充型时间内没有机会逸出,几乎全部被卷入铸件内,其压力有时可达40-150MPa,这些气体在随后的热处理过程中受热膨胀,使铸件产生鼓包和变形,因此,压铸合金一般被认为不能通过固溶热处理强化。这就制约了压铸铝合金力学性能的提高,近年来各国学者开展了减少压铸过程卷气方面的研究,并提出了一些新的压铸技术,比如真空压铸、充氧压铸等以获得少气孔或无气孔的压铸件,但这些技术现在实现起来还有一定困难。美国研究了慢压射过程对压铸卷气的影响,发展了普通压铸条件下减少气孔的慢压射理论及技术。
慢压射技术及其要点为,卧式冷室压铸时,压室内金属液的上部空间被气体所占据,在慢压射阶段中,气体或通过模具排出,或卷入金属液内一同进入型腔,成为铸件产生内部气孔的主要原因之一。为此,多年来,对慢压射阶段的动态行为进行了深入的理论分析和试验研究,建立了慢压射理论。又随着科学技术的不断进步,为实现这一理论提供了条件,从而在理论的指导和推动下,对压铸机作了改进,压铸工艺也有了新的提高,于是,便配套地发展成为慢压射技术。
针对压室内气体的影响,研究了慢压射阶段压室内金属液的波的生成及形态以及冲头速度和压室初始充满度对波的影响,并以流量守恒和能量不灭定律为基础,开发了一个理论模型,揭示了压室内波的形成的基本原理,创造性地推导出计算慢压射临界速度的方法,奠定了临界速度理论。慢压射理论认为,在慢压射阶段,冲头一启动,金属液的前沿突然掀起而形成为“波”,波掀起的高度是冲头速度的函数,当冲头速度达到一定值,度恰好达到压室的顶面,波面平稳,而跟随其后的金属液充满整个压室推着波前进,这个一定值时的速度,便定义为慢压射临界速度。
可以用图 1.1所示的示意图简单地加以解释。图 1.la表示冲头速度高于临界速度,金属液的前沿生成的波突然掀起冲到压室顶面,在过多的能量的推动下,便沿着顶面向前流动直到能量耗尽,于是,波的最前沿失去垂直速度,从顶面落下,出现翻越而造成包卷气体。图 1.lb表示冲头速度以临界速度推进,液流前沿平稳,不发生飞溅,气体聚集在前部金属液自由表面的上方,被后部充满整个压室的金属液有序地推着前进,气体不会卷入到金属液内。图 1.1。表示冲头速度低于临界速度,金属液前沿波难以形成,金属液到达最前端而折回,并且与后部还在向前的金属液碰撞而产生飞溅,于是,在金属液的后部(靠近冲头端面)出现空间,而使气体卷入到后部的金属液内。同时上述的波的流动形态,在进行的水模拟试验和高速照相中得到进一步的证实。在国内,清华大学自行开发了计算机程序,对不同慢压
射速度压室内的流动形态进行了数值模拟,结果见图 1.2,模拟结果验证了慢压射理论小结:
慢压射技术的理论的基本概念包含:
(1)慢压射阶段应有一个最佳的波形稳定和包卷气体最少的冲头速度,此即为慢压射临界速度,它与压室直径和压室初始充满度有关。
(2)冲头从静止至达到临界速度应有一个平稳的加速过程,这个加速过程应采用恒量加速来实现。
(3)加速过程所用的行程(位移距离)应小于慢压射行程,这样,慢压射结束之前,冲头尚有一段行程保持以临界速度推进。慢压射技术是压铸基础工艺的理论的深化和发展的结果,是压铸的基础理论的组成部分。其功能和作用就是从压射的第一阶段就开始对气体的影响加以抑制或阻止,为后面的阶段提供有利条件。所以,原有的工艺技术如正确的模具设计(尤其是浇口系统和排溢系统,常规的工艺规范和合理的操作规程等,不但必须执行和遵守,还应相互协调和互为补充,特别是型腔的排气条件,在采用慢压射技术时显得更为重要,若配合采用模具定向抽气的真空压铸工艺,则效果会更为明显。
    慢压射技术在国外的一些技术领先的压铸机上已经成熟地加以应用。在国内要加以应用,尚有一个过程,或因压铸机不具备这种性能,或进口了有这种性能的压铸机,亦因各种原因应用较少。然而,随着压铸件市场的激烈竞争,对压铸件的质量(尤其是内部质量)
的要求也不断提高,可以预见,慢压射技术的应用将会逐步成熟和日益广泛,我国的压铸
事业也将会有一个新的进展。