压铸培训教材综述.docx
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压铸培训教材综述
黎辉明
第一部分压力铸造的基本常识
1.概述
定义:
压力铸造(简称压铸)是将液态或半液态的金属或合金浇入压铸机的压室内,使之在高压和高速下充填型腔,并在高压下成形和结晶而获得铸件的一种成形方法。
1.1压力铸造的工艺过程(见附页1)
1.2压力铸造的工艺特点
◆金属液在高压下充填型腔并在高压下结晶凝固。
(压力从几十bar到几千bar)
◆金属液充填型腔速度很高(10~80m/s),因而充填时间很短(0.001~0.2s)
◆铸型的热容量大,导热迅速,因而压铸件的组织致密,晶粒细小,强度高,耐磨性和耐蚀性好。
◆允许金属液或合金液在较低温度下浇注,甚至允许用半液体状态的金属浇注,并可获得复杂薄壁铸件。
1.3压力铸造的优缺点及应用范围
⏹压铸的优点
1)生产效率高,容易实现机械化、自动化;(生产周期、一模多腔)
2)压铸件尺寸精度高,尺寸稳定性好,因此具有良好的互换性;(IT10~IT14级)
3)压铸件表面质量好,光洁、耐磨,容易进行电镀、涂装及其他表面处理;
4)可生产薄壁复杂和带有小孔、螺纹、花纹、镶嵌件和文字图案的铸件;
5)金属的利用率高达95%,节省原材料,缩短加工工时,降低成本。
6)压铸模的寿命高,一副模具可生产数千到数十万个相同产品;
7)压铸件的铸态强度比砂型铸件高25%~40%;
⏹压铸的缺点
1)采用一般的压铸工艺时,压铸件中有时带有小孔和气泡,不能接受热处理及强化处理,因此这种压铸件不能作为承力构件使用;
2)压铸型的制造成本高,制造周期长,不适合单件或小批量生产;
3)压铸件的重量和尺寸常受到压铸机的合型力和压铸型制造条件的限制;
4)只能使用专用的压铸合金;
⏹压力铸造的应用范围
1)压力铸造所采用的合金多为共晶型的铅、锡、铝、镁、铜等有色合金;
2)压铸适用于航空航天、兵器舰船、汽车、摩托车、仪器仪表、家用电器、通信、照明、电脑及日用器械等各行各业,各个领域。
2压铸机
2.1压铸机的分类
2.1.1按压室环境来分
a.热压室压铸机
压室和冲头始终浸泡在熔融的金属液中
b.冷压室压铸机
压室和冲头不在金属液中,压室也不用加热。
2.1.2按压射头运动方向分类
①卧式压铸机
a.卧式冷室压铸机
压铸型的安装、锁型、开型、压射都是水平的
特点
说明
压射机构横置
1压室水平放置,金属液进入型腔时转折少,流程短,压力损失少,有利于增压机构充分发挥作用。
2金属液注入压室后,与压室、空气的接触面积大,会出现早凝和氧化现象。
3机器占地面积大。
能使用高熔点合金
可使用铝合金、镁合金、铜合金压铸生产各类零件
铸造压力高
压力可达300bar~2000bar
生产率高
开型时不需先切断余料,操作程序少,易实现生产过程自动化,但因要浇料,所以铸造周期比热室机要长。
不便采用中心浇口
采用中央浇口需两次开型,增加余料切断机构,使压铸型复杂
结构简单,维修方便
没有切断和顶出余料机构,压铸机结构简单,便于维修和调试
b.卧式热室压铸机
压铸型的安装、锁型、开型与冷室卧式压铸机一样,但保温炉与压铸机一体,压室及冲头浸于金属液中
特点
说明
压室和冲头始终浸泡在熔融的金属液中
1压室自动进料,操作简单,生产效率高
2金属液从坩埚的液面下进入压室,压入型腔,不易带入杂质
3浇铸系统消耗的金属材料少
4压室、冲头的使用寿命短
5会增加合金的含铁量
比压低
比压一般为70bar到250bar
压铸合金受到限制
仅适用于压铸铅、锡、锌等低熔点合金和镁合金
②立式冷室压铸机
压型的安装、锁型、开型与卧式机一样是水平的,但压射机构是垂直的。
特点
说明
压射机构直立
1金属液浇入直立的压室中,有利于防止杂质、氧化皮进入型腔。
2金属液由压室进入型腔时经过90度的转折,消耗部分压射力,因此很难传递最终静压力。
3占地面积小
生产效率低
余料未切断前不能开型
利于采用中央浇口
采用中央浇口时无需两次开型,压铸型简单
结构复杂,维修不便
增加余料切断机构,使压铸机复杂,换压室及维修不便
③全立式冷室压铸机
压铸型水平放置,锁型、开型上下运动,压射机构直立。
特点
说明
压射机构直立,压铸型水平放置,上下开合
1压铸型水平放置,稳固可靠,放置镶件方便,广泛用于压铸电机转子
3压室垂直放置,向上压铸,金属液在压室内靠近压铸型的一端,热量损失少,进入型腔时转折少,流程短,压力损失少,带入型腔空气少。
4占地面积少
工艺适应性强,产品质量好
分型面、浇注系统开设方便,有利于均匀充填,不会产生溢流
结构复杂,维修不便
压射机构置于地平面以下,维修不便;压型安装困难
2.2压铸机的组成部分
压铸机主要由合型机构、压射单元、顶出装置、抽芯机构,控制系统、液压系统、辅助设备及装置等组成。
2.2.1合型机构
压铸机的合型机构从结构上分,大致有直压式、曲肘机械扩力式等方式。
①直压式合型机构
把动型座板直接连接到合型用的液压缸的活塞上,靠作用到合型活塞上的油压直接合型锁模。
锁模力的计算公式为:
F=π/4×D2×P
② 曲肘机械扩力合型机构
是将液压缸产生的作用力通过曲肘扩力机构产生巨大的锁模力,来锁紧压型的机构。
特点:
在曲肘机构上,最初的合型速度快,随着接近行程的终点,力的扩大率增加,其合型速度减慢。
因此,使定型和动型都不受很大冲击而强力锁型。
开型时,也和锁型一样,开始时先慢慢地打开动型,于是,铸好的铸件慢慢地离开定型,铸件就不会发生变形。
曲肘扩力机构锁型示意图
θF
P
锁模力的计算公式为:
F=π×d2×E×ΔL/L
其中:
F:
锁型力
d:
大杠直径
E:
大杠弹性模量
L:
大杠长度
ΔL:
大杠的伸长量
曲肘扩力锁型机构由下列主要部分组成:
a.合型缸
b.曲肘支承座板
c.大杠
d.曲肘机构
e.动型座板
f.静型座板
g.大杠螺母
2.2.2压射单元
压射单元是压铸机最重要的部分,一台压铸机能否生产出好的铸件,很大程度取决于压射性能的好坏。
压铸机的压射单元主要由以下部分组成:
a.压射缸
b.增压缸
c.氮气蓄能器
d.压射杆
e.压射头
f.压射室
g.压射控制阀组
压铸机的压射系统经过几十年的发展,由原来的一级压射,发展为二级压射、三级压射、四级压射、抛物线压射、多级压射等,现在已发展为闭环实时控制的无级压射系统,从而大大地提高了压铸机的压射性能,为生产更复杂,更高要求的压铸件提供了广阔的发展空间。
2.2.3顶出装置
顶出装置由顶出缸、顶出行程控制装置,速度、压力控制阀等组成,主要作用就是将压铸好的铸件从压铸模具上推出来。
现代先进压铸机的顶出机构已由原来的单级顶出发展为二级顶出或多级顶出,而且顶出速度、压力、行程也采取数字化控制,任意可调。
顶出装置分为活塞杆顶出式、液压缸顶出式及机械顶出式等。
(可画示意图略讲解)
2.2.4抽芯装置
抽芯的定义:
抽型是压铸模具上用来形成与开模方向不一致的复杂外形、铸孔、弯孔、螺纹孔等的活动型芯,有液压抽芯机构和机械抽芯机构等。
(详细情况在下章讲解模具时介绍)
我们现在所指的抽芯装置是指压铸机上用来控制液压抽芯抽、插动作的装置,它由控制阀、电器元件等组成,动作由控制系统来控制,按其控制模具上不同部位的抽芯及动作顺序来分,有动模抽芯装置和定模抽芯装置。
2.2.5控制系统
如果把压铸机比作一个人的话,那么控制系统就是压铸机的大脑,压铸机的整个循环动作都是由控制系统指挥、控制、执行的。
老一代的压铸机采用的是机电联合控制系统,使用按钮、机械式继电器、机械式定时器、行程限位开关、转换开关等组成,由于电器元件多,而且这些电器元件由于动作频繁,很容易发生故障,维护、保养及检查故障都不容易。
第二代压铸机采用固态控制器控制系统,使用集成电路、固态数字式定时器等元件,具有工作可靠,寿命长等优点。
现在最新一代的压铸机控制系统几乎全部采用PLC可编程序控制,可实现工艺过程监测(速度、压力、合型力等)、生产监控(压铸次数、开停时间、铸件废品数等)、工艺过程控制等,更先进的压铸机已采用工业电脑和计算机,整台压铸机可全部实现数字控制,甚至实现闭环实时控制,最快的计算机可达到每秒检测4800个数据进行分析,并即时进行修正,从而达到保证设定的各项参数稳定,保证铸件产品在最佳的条件下生产,确保产品的质量。
而且,现代先进的压铸机还具有故障自诊断功能、维护保养警示功能、参数控制分析功能等等,更加利于生产控制。
(可讲解瑞士布勒压铸机的控制特点)
2.2.6液压系统
液压系统由液压泵组、控制阀组、液压油缸、液压油箱、液压油、液压油过滤装置、液压油冷却加热装置及各管路等组成。
泵组就是压铸机的心脏,它负责输入动力、血液(液压油)给各个系统。
(可略讲解一下泵的种类)控制阀组就好像人的各个器官一样,负责控制各个系统、装置的动作顺序、动作方向、压力、速度等,不同的控制阀起到不同的作用。
(可略讲一下控制阀的种类、功用)
2.2.7辅助设备及装置
压铸机的辅助设备及装置主要有:
a.上料机械手
b.喷涂机械手
c.取件机械手,取件机器人
d.中央自动润滑装置
e.冲头自动润滑装置
f.保温炉,浇注炉
g.脱模剂配比装置
*可讲解一下各辅助设备及装置的作用
2.3压铸机的选用
选用压铸机应根据铸件重量、铸件垂直于分型面上的投影面积及比压选择。
如果压铸机已选定,那么压铸型就应适合压铸机的技术规格和技术性能。
因此,在选用压铸机时,必须考虑以下因素:
a.铸件垂直于分型面上的投影面积与压铸机的比压及合型力的关系应符合如下公式:
0.85Q≥Fp
式中Q----压铸机的最大合型力,kN
F----铸件(含浇注系统及溢流槽)垂直于分型面上的投影面积,m2
p----充填比压,kN/m2
0.85----安全系数
b.铸件重量铸件重量(含浇注系统和溢流槽)不得超过压铸机压室金属液额定重量,压室的充满度以30%~60%为宜。
W=πd2Lρ/4W*=0.3~0.6W
式中W----压室的额定浇注重量,kg
W*---铸件重量(含浇注系统和溢流槽),kg
d-----压室直径,dm
L-----压室有效长度,dm
ρ----合金的密度,kg/dm3
c.铸件高度、铸型厚度与压铸机开型距离的关系应符合如下公式:
L≥L1+L2+10
Hmin≤h1+h2+h3
Hmax≥L+h1+h2+h3
L=Hmax-(h1+h2+h3)
式中L----压铸机的开型距离,mm
L1----带浇注系统的铸件高度,mm
L2----铸件顶出距离,mm
Hmin---压铸机的最小开档,mm
Hmax---压铸机的最大开档,mm
h1-----静半型的厚度,mm
h2-----动半型的厚度,mm
h3-----动型型架、垫板的总厚度,mm
d.其他因素顶出铸件所需的力不得超过压铸机的顶出力或开型力;压铸型的外形尺寸不得超过压铸机大杠的内间距;所设计的压铸型应符合选定的压铸机动型、静型安装板要求。
3压铸型(压铸模)
压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备,在经济批量生产中,铸件质量合格率的高低,作业循环的快慢,生产成本的高低,很大程度上受压铸模设计的正确、合理、先进和
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