壓鑄的工作原理

壓鑄的工作原理一．壓鑄機的分類及其工作方式壓鑄機的分類方法很多，按使用范圍分為通用壓鑄機和專用壓鑄機；按鎖模力大小分為小型機（≤4000kN）、中型機（4000kN～10000kN）和大型機（≥10000kN）；通常，主要按機器結構和壓射室（以下簡稱壓室）的位置及其工作條件加以分類，各種類型的壓鑄機的名稱壓鑄機熱室壓鑄機冷室壓鑄機常規(guī)熱室壓鑄機臥式熱室壓鑄機立式冷室壓鑄機臥式冷室壓鑄機全立式冷室壓鑄機壓鑄機由下列各部分組成。（1）合模機構驅動壓鑄模進行合攏和開啟的動作。當模具合攏后，具有足夠的能力將模具鎖緊，確保在壓射填充的過程中模具分型面不會脹開。鎖緊模具的力即稱為鎖模力（又稱合型力），單位為千牛（kN），是表征壓鑄機大小的首要參數(shù)。（2）壓射機構按規(guī)定的速度推送壓室內的金屬液，并有足夠的能量使之流經模具內的澆道和內澆口，進而填充入模具型腔，隨后保持一定的壓力傳遞給正在凝固的金屬液，直至形成壓鑄件為止。在壓射動作全部完成后，壓射沖頭返回復位。（3）液壓系統(tǒng)為壓鑄機的運行提供足夠的動力和能量。（4）電氣控制系統(tǒng)控制壓鑄機各機構的執(zhí)行動作按預定程序運行。（5）零部件及機座所有零部件經過組合和裝配，構成壓鑄機整體，并固定在機座上。6）其他裝置先進的壓鑄機還帶有參數(shù)檢測、故障報警、壓鑄過程監(jiān)控、計算機輔助的生產信息的存儲、調用、打印及其管理系統(tǒng)等。（7）輔助裝置根據(jù)自動化程度配備澆料、噴涂、取件等裝置。立式冷室壓鑄機的工作方式立式冷室壓鑄機的工作方式如圖5。壓室7呈垂直放置，而上沖頭8處于壓室上方（圖上方的位置），下沖頭10則位于堵住噴嘴5孔口處，以免金屬液澆入壓室內自行流入噴嘴孔。模具的開、合動作呈水平移動，開模后，壓鑄件留在動模。工作步驟如下：（1）合攏模具；（2）以人工或其他方式將金屬液澆入壓室；（3）上沖頭以較低的壓射速度下移，進入壓室內及至剛接觸金屬液液面；（4）上沖頭轉為較高的壓射速度壓下，而下沖頭則與上沖頭保持著中間一段存有金屬液的相對距離同步地快速下移；（5）當下沖頭下移至讓出噴嘴孔口時，正好下到最底部而被撐住；于是，上、下沖頭一同擠壓金屬液高速向噴嘴孔（直澆道6的一部分）噴射；（6）金屬液通過由噴嘴、澆口套4、定模的錐孔和分流器2組成的直澆道6，從內澆口3填充進入模具型腔；（7）填充完畢，但上沖頭仍保持一定的壓力，直至型腔內的金屬液完全凝固成壓鑄件1為止；澆道和壓室內的金屬液分別凝固為直澆口和余料餅9；（8）上沖頭提升復位；同時，下沖頭向上動作，將尚與直澆口相連的余料餅切離；（9）下沖頭繼續(xù)上升，把余料餅舉出壓室頂面，再以人工或其他方式取走；（10）下沖頭下移復位至堵住噴嘴孔口；（11）打開模具，壓鑄件和直澆口一同留在動模上，隨即頂出并取出壓鑄件；一旦切離余料餅之后，開模動作可以立即執(zhí)行，也可以稍緩至適當?shù)臅r候執(zhí)行，與下沖頭完成上舉和復位的動作無關；至此，完成一次壓鑄循環(huán)。臥式冷室壓鑄機的工作方式臥式冷室壓鑄機的工作方式如圖6所示。壓室7呈水平放置，壓射沖頭5處于壓室最右端虛線位置。模具的開、合動作呈水平移動，開模后，壓鑄件留在動模。工作步驟如下：（1）合攏模具；（2）將金屬液以人工或其他方式澆入壓室；（3）壓射沖頭按預定的速度和一定的壓力推送金屬液，使之通過模具的澆道3，從內澆口2填充進入模具型腔；（4）填充完畢，沖頭保持一定的壓力，直至金屬液完全凝固成為壓鑄件1為止；這時，澆道和澆口套6（沒有澆口套的模具在該處即為連體壓室）內的金屬液也同時凝固，成為澆口和余料餅4；（5）打開模具，沖頭與開模動作同步移動，從而推著余料餅隨著壓鑄件和澆口一同留在動模而脫離定模，到達一定的距離時，沖頭便返回復位；（6）開模后，壓鑄件、澆口和余料餅留在動模上，隨即頂出并取出壓鑄件；至此，完成一次壓鑄循環(huán)。全立式冷室壓鑄機的工作方式全立式冷室壓鑄機的工作方式如圖7。壓室5垂直放置在機器的下部，模具的開、合動作為上下移動，故稱為全立式壓鑄機。通常模具的動模固定在上方，開模后，壓鑄件留在動模。工作步驟如下：（1）將金屬液以人工或其他方式澆入壓室；（2）合攏模具；（3）沖頭6上移壓送金屬液，通過澆道3、分流器4，從內澆口2填充進入模具型腔；（4）填充完畢，沖頭保持一定的壓力直至金屬液完全凝固成為壓鑄件1為止；這時，澆道和壓室內的金屬液也同時凝固，而壓室內的便成為余料餅7；（5）打開模具，沖頭與開模動作同步向上移動，從而使余料餅跟隨壓鑄件和澆口一同隨著動模上移而脫離定模，到達一定的距離時，沖頭便下移復位；（6）開模后，隨即頂出并取出壓鑄件；至此，完成一次壓鑄循環(huán)。二．壓鑄機的選用壓鑄機的選用，對壓鑄生產過程中的產品質量、生產效率、管理成本等諸多方面，有著十分重要的影響。為此，合理地選擇適用的壓鑄機，是一項技術性和經濟性都很強的工作。熱室壓鑄機的特點目前生產中，多數(shù)采用常規(guī)的熱室壓鑄機。市場供應的以鎖模力小于4000kN的機器為主導，更多的則是鎖模力在1600kN以下，而鎖模力大于4000kN的很少。其特點如下：（1）通常以低熔點合金的壓鑄為主，而以鋅合金最為典型；（2）以小型壓鑄件的生產為宜，中、大型壓鑄件不宜采用熱室壓鑄；（3）填充進入模具型腔的金屬液始終在密閉的通道內流動，氧化夾雜物不易卷入，對壓鑄件的質量較為有利；（4）壓鑄過程的自動化容易實現(xiàn)；（5）由于不需要澆料程序，在正常運行的狀態(tài)下，生產效率較高；（6）壓射比壓稍低，并且壓射過程沒有增壓階段，但對小型、薄壁件影響較??；（7）壓射沖頭、澆壺、噴嘴等熱作件的壽命難以掌握和控制，失效后更換較為費時；（8）更換或修理熔爐時，要拆裝熱作件，增加了輔助時間；（9）對于高熔點合金的熱室壓鑄，目前仍以鎂合金較為適宜，而用于鎂合金的熱室壓鑄機，同樣存在上述的特點。立式冷室壓鑄機的特點（1）適合于鋅、鋁、鎂、銅等多種合金的壓鑄；（2）生產現(xiàn)場中用量較少，并以小型機占多數(shù)；（3）壓室呈垂直放置，金屬液澆入壓室后，氣體在金屬液上面，壓射過程中包卷氣體較少；（4）壓射壓力經過的轉折較多，使壓力傳遞受到影響，尤其在增壓階段，因噴嘴入口處的孔口較小，壓力傳遞不夠充分；（5）方便于開設中心澆口；（6）機器的長度方向占地面積較小，但機器的高度相對較高；（7）下沖頭部位竄入金屬液時，排除故障的工作不方便；（8）生產操作中有切斷余料餅和舉出料餅的程序，降低生產效率；（9）采用自動化操作時，增加從下沖頭的頂面取走余料餅的程序。臥式冷室壓鑄機的特點（1）適合于各種有色合金和黑色金屬（目前尚不普遍）的壓鑄；（2）機器的大小型號較為齊全；（3）生產操作少而簡便，生產效率高，且易于實現(xiàn)自動化；（4）機器的壓射位置較容易調節(jié)，適應偏心澆口的開設，也可以采用中心澆口，此時模具結構需采取相應措施；（5）壓射系統(tǒng)的技術含量較高；（6）壓射過程的分級、分段明顯并容易實現(xiàn)，能夠較大程度地滿足壓鑄工藝的各種不同的要求，以適應生產各種類型和各種要求的壓鑄件；（7）壓射過程的壓力傳遞轉折少；（8）壓室內金屬液的水平液面上方與空氣接觸面積較大，壓射時易卷入空氣和氧化夾雜物；對于高要求或特殊要求的壓鑄件，通過采取相應措施仍能得到較滿意的結果。全立式冷室壓鑄機的特點（1）廣泛用于電機轉子的壓鑄，多為中小型機器；（2）此類壓鑄機比同噸位其他壓鑄機器的占地面積小，但高度較高；（3）金屬液進入模具型腔時轉折少、流程短，壓力損耗??；（4）澆注金屬液時，需越過模具分型面，應保證液滴不會滴在模具分型面上；（5）壓射機構在下方，更換壓室和維修工作都不方便。選用壓鑄機的基本原則（1）了解壓鑄機的類型及其特點；（2）考慮壓鑄件的合金種類以及相關的要求；（3）選擇的壓鑄機應滿足壓鑄件的使用條件和技術要求；（4）選定的壓鑄機在性能、參數(shù)、效率和安全等方面都應有一定的裕度，以確保滿意的成品率、生產率和安全性；（5）在保證第4點的前提下，還應考慮機器的可靠性與穩(wěn)定性，據(jù)此來選擇性價比合理的壓鑄機；（6）對于壓鑄件品種多而生產量小的生產規(guī)模，在保證第4點的前提下，應科學地選擇能夠兼容的規(guī)格，使既能含蓋應有的品種，又能減少壓鑄機的數(shù)量；（7）在壓鑄機的各項技術指標和性能參數(shù)中，首要應注意的是壓射性能，在同樣規(guī)格或相近規(guī)格的情況下，優(yōu)先選擇壓射性能的參數(shù)范圍較寬的機型；（8）在可能的條件下，盡量配備機械化或自動化的裝置，對產品質量、生產效率、安全生產、企業(yè)管理以及成本核算都是有益的；（9）評定選用的壓鑄機的效果，包括：成品率、生產率、故障率、維修頻率及其工作量、性能的穩(wěn)定性、運行的可靠性以及安全性等。選型前的技術測算工作選型的原始要素包括壓鑄件的圖樣、實物、合金種類、最大外廓尺寸（長×寬×高）、凈重、平均壁厚、最大壁厚、最小壁厚、需要抽芯的方向及個數(shù)、需要抽芯的最大長度以及特殊結構。壓鑄件的使用條件和技術要求（包括后續(xù)加工工序）。生產大綱需求量（月度、季度或年度）、壓鑄生產的工作制度。（1）初定壓鑄機的鎖模力測算模具分型面上的金屬投影面積，設為A（mm2），通常包括壓鑄件（按型腔數(shù)）、澆道系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)和壓室直徑等4個部分的面積的總和（當有真空抽氣道時應另加）。根據(jù)壓鑄件的技術要求選用增壓比壓，設為pz（MPa）；模具分型面上金屬投影的脹型力，設為F1（kN），則F1=A×pz動、定模合攏楔緊斜面（含抽芯機構）在合模方向的分力的總和，設為F2（kN）；合模方向的脹型力的總和，設為F0（kN），于是F0=F1+F2選擇的壓鑄機的鎖模力，設為F（kN），同時考慮安全系數(shù)k（一般取0.85～0.95），測算時，選擇壓鑄機的鎖模力F應大于脹型力F0，即F>F0/k（2）查對已選的壓鑄機與模具體積及安裝尺寸的匹配情況①壓鑄機4根大杠（又稱拉杠）的內間距應大于模具的橫向與豎向的模板外廓尺寸；②壓鑄機可調的模具厚度尺寸應在模具總厚度（含定模、動模和動模座）的范圍之內；③壓鑄機的開合模行程應滿足壓鑄后能夠順利取出壓鑄件所需要的開模距離；（3）查核壓鑄機的壓室能夠容納的金屬液的重量①估算澆入壓室的金屬液的重量G0（g或kg），包括壓鑄件（按型腔數(shù)）、澆道系統(tǒng)、溢流系統(tǒng)和余料餅等4個部分的總和；②根據(jù)已初步選定的壓室直徑，查閱機器樣本或機器說明書中關于該直徑的壓室允許容納的最大金屬液重量G（g或kg）；③查核時，應滿足G>G0 。經過上述的初步測算，便有了預選壓鑄機的型號和規(guī)格的技術基礎。在正式設計模具時，選用的技術參數(shù)可能會有些差異，只要稍作調整就能解決。估算壓鑄生產的節(jié)拍壓鑄的生產節(jié)拍按一個壓鑄工作循環(huán)作為計算單位，通常從合模開始，經過各種動作和各個環(huán)節(jié)，直至下一次合模為止，即作為一個工作循環(huán)。這個工作循環(huán)所需的時間，稱為每模需要的時間，以“s/模”表示。壓鑄生產時，每模需要的時間由下列幾個部分組成。機器一次空循環(huán)時間壓鑄機按機動順序所作的每一個空循環(huán)所需的時間稱為一次空循環(huán)時間。對于熱室壓鑄機，包括：合模、壓射、壓射回程、開模、頂出和頂出返回諸動作所用的時間的總和，是為一次空循環(huán)時間。對于立式冷室壓鑄機，包括：合模、壓射、壓射回程、下沖頭切料并舉料、下沖頭返回、開模、頂出和頂出返回諸動作所用的時間的總和，是為一次空循環(huán)時間。對于臥式冷室壓鑄機，包括：合模、壓射、開模、沖頭跟出、壓射回程、頂出和頂出返回諸動作所用的時間的總和，是為一次空循環(huán)時間。對于全立式冷室壓鑄機，包括：合模、壓射、開模、沖頭上舉、壓射回程、頂出和頂出回程諸動作所用的時間的總和，是為一次空循環(huán)時間。壓鑄操作需用的時間澆料的運行時間（指冷室壓鑄機，有手工的、機械的和氣壓式的）；潤滑壓射沖頭的時間；對模具噴涂潤滑劑、等候潤滑劑揮發(fā)、清理模具等操作所用的時間；取件時間；對于立式冷室壓鑄機，下沖頭舉起余料餅至高于壓室頂面后，取走余料餅的時間；檢查壓鑄件的時間（人工目測時加入）；放置鑄入鑲件至模具內的時間（有這一操作時加入）。工藝需要的時間金屬液澆入壓室后等待靜置的時間（指冷室壓鑄機）；壓射終了需持續(xù)施壓的持壓時間；壓射填充完畢，壓鑄件凝固過程所需的延續(xù)留在模具內的留模時間；抽芯動作占用的時間（有手工的活鑲塊或液壓抽芯時加入）。其他原因造成的追加時間因模具結構復雜，需要增加操作程序或工藝程序造成的追加時間；因模具的原因（如模具結構不合理、舊模具）而不能順利操作造成的延遲時間；因壓鑄件產生變形，需要采取補救措施（如加長留模時間）造成的追加時間；因其他原因造成的追加時間。測算生產節(jié)拍時，根據(jù)實際需要選擇應加入測算的項目。每模型腔數(shù)多于1時，在按上述項目測算的結果的基礎上，再酌情追加時間，但不需按型腔數(shù)的倍數(shù)增加。壓鑄機生產能力的測算測算用的基本要素每模型腔數(shù)設為N，用“型腔數(shù)/?！北硎?。單位時間的壓鑄模數(shù)根據(jù)估算的生產節(jié)拍（s/模），測算時，換算為每小時壓鑄的模數(shù)（模/h），設為M。根據(jù)各個企業(yè)自行安排的工作制度，確定班、日、周、月、季和年的工作時間，可以分別計算，也可以按年度計算，設單臺壓鑄機的工作臺時數(shù)為T，計算單位以“h”表示。影響壓鑄的成品率的因素很多，成品率的高低，直接關系到壓鑄機生產能力的測算，設為C（小于1）。其它不固定的因素，設為K（小于1），如：新模具或修復的模具的試模、新產品模具的工藝參數(shù)調整與試驗、因周邊設備（熔爐或保溫爐等）出現(xiàn)故障、機器檢修后的試機以及動力系統(tǒng)的檢修或臨時性失效等。（2）測算單一品種壓鑄件的壓鑄機生產能力壓鑄件的需求量設為Q，計算單位用“件”表示。機器的生產能力測算時的計算單位與生產大綱對應，如：月度、年度等，設為Q0。測算機器的生產能力，按下式計算： Q0=N·M·T·C·K 。將需求量Q與機器生產能力Q0進行比較：當Q0≥Q時，只用1臺機器可以滿足需求；當Q0＜Q時，則按Q/Q0的倍數(shù)增加壓鑄機的臺數(shù)。（3）測算多品種壓鑄件的壓鑄機生產能力按各個品種個別測算所選的壓鑄機的型號和規(guī)格以及該壓鑄機的Q0，然后與各自品種的生產大綱的需求量Q加以比較：①當不同品種可以用相同類型和規(guī)格的壓鑄機時，將這些品種的Q加以合并計算，再確定壓鑄機的臺數(shù)；②當不同品種必須分別選用不同類型和規(guī)格的壓鑄機時，則各自確定所選的壓鑄機的臺數(shù)。綜上所述，壓鑄機的選型工作十分繁瑣，初選時只能用估計與預測的方法，其準確性則與掌握壓鑄知識的程度以及實踐經驗有關。由于壓鑄件的品種多、門類廣、要求高，產量大，這里介紹的選用原則和測算方法可能還不夠全面，僅作基本參考之用。三．壓鑄機的使用與維護為了保證壓鑄機的正常運行，應在正確的使用的同時，還應進行科學的維護工作[5]。因此，必須根據(jù)說明書的要求和相關的規(guī)定，制訂出機器的使用操作規(guī)程和維護管理制度，特別是安全規(guī)程，專人負責，認真貫徹落實，嚴禁違章作業(yè)。每日操作維護（1）清理機器上雜物和所有滑動表面上的灰塵、污物，對非自動潤滑的滑動摩擦面進行潤滑，檢查保持潤滑油箱內油量正常；（2）檢查液壓油（液）容箱中的液位和管路有無滲漏現(xiàn)象，各連接緊固件有無松動；（3）查看壓力表指示是否正常，安全裝置及行程開關是否正常；（4）檢查液壓系統(tǒng)的壓力、液壓油（液）溫度和顏色是否正常；（5）查看自動潤滑系統(tǒng)工作是否正常，特別是曲肘銷套潤滑情況；（6）檢查壓室和沖頭損傷情況，并及時清理和潤滑；（7）檢查冷卻系統(tǒng)是否正常；（8）檢查機器在運行中有無異常振動與噪聲，及時進行處理。每周（約40小時）操作維護（1）清理機器上的臟物，特別注意合模機構的曲肘部分；（2）潤滑油箱保持有充足的潤滑油，檢查潤滑系統(tǒng)的潤滑功能；（3）檢查安全防護裝置及行程開關是否正常，及時修理和緊固；（4）檢查并緊固各連接緊固件；（5）檢查液壓系統(tǒng)有無滲漏，蓄能器充氮氣的壓力變化（有無漏氣）；（6）檢查壓射位置和大杠螺母位置是否與調定位置有變化并及時調好；（7）檢查電磁閥和操作按鈕等元件的緊固情況。每月操作維護（1）對機器進行一次較徹底的清理；（2）清洗過濾器濾芯；（3）檢查大杠與導套間隙是否正常，大杠及導軌有無拉傷，遇有拉傷時應及時用油石修平；（4）全面檢查和上緊液壓缸和液壓管路連接緊固件（包括蓄能器的固定）；（5）檢查電氣箱、操縱箱等密封情況，清理其內附著塵物，上緊各元件及電線連接件；（6）檢查或更換有損傷的電線和元件；（7）檢查潤滑系統(tǒng)的潤滑功能；（8）檢查緊固機器定板大杠螺母的緊固螺釘；（9）在首次啟動機器或大修后首次啟動滿300h，應清洗更換濾芯，將液壓油（液）重新過濾（過濾程度按機器說明書規(guī)定），并且對機器的油箱也應重新清理，然后加注經過過濾的液壓油（液）;以后每運轉3000～4000h，檢查液壓油（液）質量合格后才能重新過濾加入，否則應更換新的液壓油（液）；液壓油（液）污染度等級極限VASⅡ，對比例系統(tǒng)為NAS8級。壓鑄機常見故障及排除方法見表1。表1壓鑄機常見故障及排除故障現(xiàn)象產生原因排除方法①液壓泵轉向不對①調整電機轉向②溢流閥調整不當或損壞②重新調整或更換新閥1.系統(tǒng)無壓力或壓力不③液壓泵故障③修理或更換足④管路內外泄漏量大④檢修管路和元件⑤吸油（液）不足（油/液面低，吸油/液管⑤補充油（液），檢修吸油（液）管堵塞或漏氣）路①油（液）箱油（液）位過低，吸油（液）①補充油（液），檢修吸油（液）管不足路②液壓泵故障或泵轉速低②檢修更換液壓泵，提高泵轉速系統(tǒng)供油（液）量不足③泵、閥、液壓缸及管路泄漏量大③檢修相應元件及管路④液壓控制閥動作失靈④檢修或更換⑤液壓油（液）粘度過大或過?、莞鼡Q液壓油（液）⑥回油管口在液面以上吸進空氣⑥改進回油到液面下3.液壓油（液）溫度過①冷卻水未打開①接通冷卻水高②冷卻器積垢或故障②清洗或檢修、更換③循環(huán)過程無用高壓溢流過多 ③調整工作程序，檢修調節(jié)溢流閥④液壓系統(tǒng)內泄過大 ④檢修或更換元件⑤液壓泵故障 ⑤檢修更換液壓泵⑥液壓油（液）粘度過大、過小 ⑥換液壓油（液）⑦油箱散熱不足 ⑦改善散熱部件①液壓泵故障 ①檢修或更換②溢流閥故障 ②檢修或更換③液壓泵電機不同軸 ③調節(jié)同軸度④油（液）位低，吸油（液）管堵塞或漏氣④補充油（液），檢修吸油（液）管4. 振動噪聲異常⑤液壓油（液）污染 路⑥系統(tǒng)管路配置不當，造成振動或共振 ⑤換液壓油（液）⑥合理布置元件和管路，改進固定方式①空氣進入液壓系統(tǒng) ①檢修改進系統(tǒng)，排出液壓缸內空氣②液壓缸和運