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  压力铸造,简称压铸,是将熔化的金属,在高压作用下,以高速填充至模具型腔内,并使金属在此压力下凝固而形成铸件的一种方法。高压、高速是压铸法与其他铸造方法的根本区别,也是最重要的特点。

  压力铸造是所有铸造方法中生产速度最快的一种方法,填充初始速度在0.5,70m/s范围,生产效率高。用压铸机能压铸出从简单到相当复杂的各种铸件,压铸件重量可从几克到几十千克不等,并能实现压铸生产的机械化和自动化,压铸产品大范围的应用于3C,汽车、航空航天、电讯器材、医疗器械、电气仪表、日用五金等,如图1-1所示为压力铸造工程示意图。

  压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两大类。热室压铸机与坩埚连成一体,其压室浸于金属熔液中,压射部件安装在熔炉坩埚的上面,冷室压铸机的压室与坩埚是分开的,压铸时,从熔炉的坩埚或保温炉中取出液体金属浇入压室后进行压铸,冷室压铸机适应于压铸各种有色合金和黑色金属。用压铸机压铸具有如下工作特点,

  5,压铸件力学性能好,冷室压铸机大多数都用在铝、镁、铜等合金,热室压铸机大多数都用在锌、镁、铅、锡等合金。

  7,压铸产品轮廓清晰,压铸薄壁、复杂零件以及花纹、图案、文字等,能获得很高的清晰度。

  如图1-2所示,压铸模合模后,金属液3浇入压室2中,压射冲头1向前推进,将金属液经浇道7压入型腔6中,冷却凝固成型。开模时,压射冲头前伸推出余料,顶出液压缸顶针顶出铸件,冲头复位,完成一个压铸循环。

  第一阶段,压射冲头以慢速推动金属液,使金属液充满压室前端并堆聚在内浇口前沿,此阶段可使压室内空气有较充分的时间逸出,并防止金属液从浇口中溅出。

  第三阶段,终压阶段,压射冲头继续移动,压实金属,冲头速度逐渐降为零。此阶段必须在机器压射系统有增压机构时才能实现。

  在压铸填充过程中,压射冲头向前推进的速度大小直接影响铸件的质量。如图1-3所示,当压射冲头在第一阶段的运动速度太低或太高时,都不利于铸件质量。为有效消除压铸件藏气问题,在此阶段压射冲头可采用匀加速运动,即压射速度由零逐渐增高到一合适值,金属液在压射冲头的推动下,既不会从浇注口溅出,又能形成光滑的波幅将空气排出。

  图1-3第一阶段压射运动图解a,速度太低,空气困在尾部b,速度太高,空气困在浪花中c,在临界压射速度下,可形成完滑的波幅将空气排出

  当压射冲头上升时,坩埚内的金属液通过料壶入口进入料壶压室中,合型后,在锤头下压时,金属液沿着通道从射嘴头填充至压铸型型腔中凝固成型,压射冲头回升,开型取出铸件,完成一个压铸循环。如图1-4所示。

  7--射嘴身8--加热圈9--发热饼10--锤夹11--锤柄12--锤头13--压室第二节冷室压铸机和热室压铸机的构成

  如图1-5所示为冷室压铸机构成图,它由柱架、机架、压射、液压、电气、润滑、冷却、安全防护等部件组成。按机器零、部件组成的功能分类,我们将冷室压铸机分成合模、压射、液压传动、电气控制、安全防护五大类。

  1--调模大齿轮2--液压泵3--过滤器4--冷却器5--压射回油油箱6--曲肘润滑油泵7--主油箱8--机架9--电动机10--电箱11--合模油路板组件12--合开模液压缸13--调模液压马达

  14--顶出液压缸15--锁模柱架16--模具冷却水观察窗17--压射冲头18--压射液压缸

  19--快压射蓄能器20--增压蓄能器21--增压油路板组件22--压射油路板组件

  合模机构主要起到实现合、开模动作和锁紧模具、顶出产品的作用。它主要由定型座板、动型座板、拉杠,哥林柱,、曲肘机构、顶出机构、调模机构等组成。

  (1)增力作用通过曲肘连杆系统,可以将合模液压缸的推力放大16,26倍,与液压式合型装置相比,高压油消耗减小、合型液压缸直径减小、泵的功率相应减小。

  (2)合、开模运动速度为变速在合模运动过程中,动型座板移动速度由零很快升到最大值,以后又逐渐减慢,随着曲肘杆逐渐伸直至终止时,合型速度为零,机构进入自锁状态,锁型状态,。在开型过程中,动型座板移动由慢速转至快速,再由快速转慢至零,非常符合机器整个运动设计要求。

  (3)当压铸模合紧且肘杆伸直成一直线时,机构处于自锁状态,此时,可以撤去合模液压缸的推力,合模系统仍然会处于合紧状态。

  (4)合开模运动的三要素为力、速度、行程或位置,所涉及的几个概念解释如下,

  移模速度,在合开模运动中,动型座板和动模运动的速度。移模速度是一个变速过程。运动速度应是慢-快-慢的变化过程。这样既能使模具运行安全,铸件能平稳顶出,又能提高机器的循环次数。

  顶出液压缸又称为顶针液压缸,顶出液压缸组件是依据液体的压力来带动推杆,顶针,运动,使铸件从压铸模中顶出。目前,普遍采用的液压顶出机构,其顶出力、顶出速度和时间都能够最终靠液压系统调节。

  压铸机在设计过程中,需要设置调模机构以适应在一些范围内的各种压铸模,在机器技术参数中,应确定最大模具厚度尺寸Hmax和最小模具厚度尺寸Hmin作为机器使用者选定压铸模的参数。这个最大与最小模具厚度的调整量是通过调模机构实现的。调模机构是用调模液压马达或调模电动机带动传动机构,使锁模柱架的尾板和动型座板沿拉杠作轴向运动,进而达到增大或缩小动、定型座板之间间距的目的。

  曲肘是压铸机十分重要的运动构件。为了使其运动副的磨损减小,必须在运动副表面保持适当的清洁的润滑油膜,而过量供油与供油不足同样有害,会产生附加热量、污染和浪费。力劲机械厂有限公司生产的压铸机曲肘部分的润滑采用的是集中润滑系统。所谓集中润滑系统,是由一个油泵(大型机为两个油泵)提供一定排量、很多压力的润滑油,为系统中所有主、次油路上的分配器供油,而由分配器将油按所需油量分配到各润滑点, 同时, 由控制器完成润滑时间、次数和对故障报警、停机等功能,以实现自动润滑的目的。冷室压铸机曲肘的润滑一般都会采用脱压润滑泵,它有如下特点,

  1,压力输出方式为可调式的输出结构,符合各种机器的需求,可做出相对压力的匹配调整。

  2,附有油位检知装置,测知储油箱内供油的存量,适时反应回报,连接应变动作。

  3,即时需求按键装置,可使机器在刚开始使用时,便立即得到应有的油量,减少不必要的摩擦。

  压射机构是将金属液压入模具型腔进行充填成形的机构。它主要由压射液压缸组件、压射室

  ,入料筒, 、冲头,锤头,组件、快压射蓄能器组件、增压蓄能器组件组成,它的结构性能对压铸过程中的铸造压力、压射速度、增压压力及时间等起着决定性作用,并直接影响铸件的轮廓尺寸、力学性能、表面上的质量和铸件的致密性。下面以力劲机械厂有限公司生产的DCC280冷室压铸机为例,说明压射机构的工作原理.

  如图1-6所示,开始压射时,系统液压油通过油路集成板进入C2腔,再经A3通道进入C1腔,从而推动压射活塞2向左运动,实现第一阶段慢速压射运动。当压射冲头1越过压射室(料筒)浇料口后,液压蓄能器3的控制油阀打开,使蓄能器3下腔的液压油经A1、 A3通道迅速进入C1腔,C1腔液压油油量快速增大,使压射活塞运动速度增快,实现第二阶段快速压射运动。压射冲头将合金液填充至模具型腔中,当充填即将终止时,合金液正在凝固,此时压射冲头前进的阻力增大,此阻力将反馈到控制管理系统,液压蓄能器4的控制油阀打开,其下腔的液压油经A2通道快速进入C3腔,从而推动增压活塞5及活塞杆6向左快速移动。当活塞杆6和浮动活塞7内外锥面接合时,A3通道截断,使C1形成一个封闭腔,增压活塞5、活塞杆6、浮动活塞7的推动及C1、 C2腔的液压压力共同使活塞2获得一个增压的效果。开模时,系统液压油进入C4腔,推动活塞2右移,C1腔中的液压油推动活塞杆6右移,从而打开通道A3, C1腔中液压油经A3、 C2通过集成油路板回到油箱。 C3腔的液压油在活塞5的驱动下经集成油路板回到油箱,活塞2继续右移直至活塞杆6回到初始位置为止。

  在整个压射运动过程中,慢速、快速及增压的快慢和时间长短都能够最终靠安装在油路集成板上的控制油阀调节。

  1--压射冲头2--活塞3、 4--蓄能器5--增压活塞6--活塞杆7--浮动活塞8--压射室

  液压传动系统是通过种种液压元件和回路来传输动力,以此来实现各种动作程序的系统。液压传动系统由以下五个基本部分组成,

  1,动力元件--液压泵,它供给液压系统压力油,是将电动机输出的机械能转换为油液的液压能的装置。

  2,执行元件--液压缸或液压马达,是将油液的液压能转换为驱动工作部件的机械能装置。实现直线运动的执行元件叫做液压缸,实现旋转运动的执行元件叫做液压马达。

  3,控制元件--各种控制阀,如方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀等,用以控制、调节液压系统中油液的流动方向、压力和流量, 以满足执行元件运动的要求。

  4,辅助元件--包括油箱、过滤器、蓄能器、热交换器、压力表、管件和密封装置等。

  压铸机液压系统主要由液压泵、合开模液压缸、顶出液压缸、压射液压缸、调模液压马达、液压控制元件、液压蓄能器、过滤器、空气滤清器、热交换器组成。

  液压蓄能器的用途是在液体压力下容纳一个液体量,并在需要时给出。合理地选用液压蓄能器对于液压系统的经济性、安全性及可靠性都有非常非常重要的影响。

  活塞式蓄能器一般适用于大体积和大流量系统,可以在低温-53℃到高温121℃之间使用,它的强度和可靠性较高。活塞式蓄能器的气体,通常为氮气,和液体被一个自由运动的活塞分离,活塞在一个液压缸套中活动并通过密封圈密闭气体和液体,最大增压比,即气体压力与工作所承受的压力之比,为1, 10。在选用时应考虑到活塞运动时的摩擦损失及泄漏,故不适宜工作频率高、压力差小的系统回路。

  气囊式蓄能器中氮气和液体由密封的弹性胶囊分开,氮气装在胶囊中,胶囊装在钢质容器内,使预压气体不能泄漏出来。它的工作特点是感应灵敏、迅速,运行惯性低。

  气囊式蓄能器的工作原理:充液时,液压系统的液压油推开盘形阀流入钢质容器内并将皮囊中的氮气压缩至一定体积,放出液体时,液压油从盘形阀口流出进入到所需容器,气囊中的氮气压力起推动液压油、压紧盘形阀的作用。盘形阀能限制气囊被压出孔外。

  冷室压铸机采取了液压蓄能器适时地补充压射机构的液压油以增加压射运动的压力和速度。

  过滤器的用途就是滤去油液中杂质,将压力介质的污染减低到允许程度,保证液压系统正常工作。过滤器的精度可分为四类,粗过滤器--能滤去直径d≥0. 1 mm的杂质,普通过滤器--能滤去d=0. 1,0.01 mm的杂质,精过滤器--能滤去直径d=0.01,0.005 mm的杂质,特精过滤器--能滤去直径d=0.005 mm,0.0001 mm杂质。常用过滤器有网式、线隙式、纸芯式、烧结式几种,压铸机常采用网式过滤器。

  空气滤清器一般安装在主油箱的上盖上,它具有两种功能,一是作为注油过滤器,在添加液压油时,可防止杂质进入油箱,二是作为通风过滤器,系统工作过程中油箱液面波动需要空气来平衡,可通过过滤器对外界流入油箱的空气起过滤作用。

  油箱在液压系统中用于储存油液, 以保证供给液压系统充分的工作介质, 同时还具有散热、使渗入油液中的空气逸出以及使油液中的污物沉淀的作用。油箱有整体式和分离式两种。整体式是指利用主机的底座等作为油箱,而分离式油箱则与主机分离并与泵等组成一个独立的供油单元。通常油箱用2.5,5 mm钢板焊接而成,如图1-11所示为小型分离式油箱。

  液压系统中常用油液的工作时候的温度为40,50℃,一般最高不高于55℃,最低不低于15℃。温度过高将使油液迅速变质, 同时使液压泵的容积效率下降,温度过低使液压泵吸油困难。为控制油液温度,油箱常配有冷却器和加热器,热交换器是冷却器和加热器的总称。

  (1)冷却器冷却器可分为风冷、水冷和氨冷多种形式,压铸机液压系统中主要是采用水冷式。冷却器一般安装在回油路, 以避免承受高压。

  (2)加热器液压系统中油液加热的方法有用热水或蒸气和电加热两种方式。 由于电加热器使用起来更便捷, 易于自动控制温度,故应用广泛。

  电气控制管理系统给机器提供动力并保证机器按预定的压力、速度、温度和时间进行工作,它主要由电动机、 PLC控制管理系统及各种电器元件、 电器线路组成,详细内容见本章第六节。

  在压射区安装了如图1-7中所示的前安全门8、后安全门7、动型座板盖5、飞料挡板6,用以防止射料时金属液产生飞溅的危险。

  在合模运动区周围安装了如图1-13中所示的前安全门8、后安全门7、动型座板盖5、尾板盖

  4、铰后罩板3、铰前罩板1、铰尾罩板2, 以防止曲肘,机铰, 、模板顶针运动时发生意外的伤害。

  1--铰前罩板2--铰尾罩板3--铰后罩板4--尾板盖5--动型座板盖6--飞料挡板7--后安全门8--前安全门

  (1)前安全门控制管理系统前机门安全控制由限位开关,吉制,限位杆,吉制杆, (或胶边传感器)进行仔细的检测,通过PLC控制管理系统来控制,其安全控制示意图如图1-8所示。

  1,当前安全门自动关闭时,如果夹住了异物,如手等, ,这时限位杆被推动,限位开关将动作信号输入电脑, 电脑发出信号,使前安全门自动打开,锁模动作也不能进行。

  2,安全门关闭时,如果关闭没有到位,有两个限位开关将信号传给电脑,则电脑发出信号,机器不能作开锁模运动。

  3,关门不到位,限位开关不动作时,液压安全阀不得电,液压控制阀不动作,致使锁模动作不能进行。

  (2)后安全门控制管理系统后安全门由两个限位开关控制, 当关门不到位时,限位开关发生作用,切断控制电路,机器不能动作,使锁模动作不能进行。

  冷室压铸机一般设置有3,5个急停按钮,分别设置在主电箱、机前操作面板、起压板、定型座板、射料小电盒上,在机器运行过程中,按下任一个急停按钮, 电动机均会停止运行,并有急停显示和报警。

  热室压铸机主要由合模装置(又称锁模装置) 、压射装置、液压传动系统、 电气控制管理系统四个部分所组成如图1-9所示。

  合模装置主要起到实现合、开模动作和锁紧模具、顶出产品的作用,它主要由定型座板、动型座板、拉杆、锁模液压缸、顶出机构、调模装置、安全门等组成。

  压射装置是将熔融的合金液注入模具型腔中的装置。它主要由压室、冲头、压射液压缸、射嘴等部件组成。

  液压传动系统是通过种种液压元件和回路来传输动力,以此来实现各种动作程序的系统,它主要由液压泵、锁模液压缸、顶针液压缸、扣嘴液压缸、压射液压缸、各种控制阀、蓄能器、油箱、冷却器、液压油等组成。

  电气控制管理系统是保证机器按预定的压力、速度、温度和时间进行工作,它主要由电动机及各种电器元件、仪表、 电器线路组成。

  热室压铸机合模装置与冷室压铸机合模装置的结构、功能及工作原理相同,详见冷室压铸机结构部分。

  压射装置的结构性能对压射力、压射速度和压铸件的质量起着决定性的作用。如图1-10所示为力劲热室压铸机压射装置图,在压射立座上装配有压射液压缸组件和扣嘴液压缸组件及液压蓄能器,压射活塞杆在液压油的作用下按一定的速度向上(或向下)运动,从而带动压射锤头在压射室内运动。压射速度分为两段,第二段速度由液压蓄能器的液压补充而实现快速压射,并可用调速手轮调节压射速度。扣嘴液压缸组件的作用是通过扣嘴活塞杆的运动带动合模柱架运动,使安装在定型座板上的模具入料口离开射嘴头或与射嘴头吻合。

  1—压射液压缸 2—压射立座 3—压射连接杆 4—料壶挡板 5—立架组件 6—料壶 7—锤头

  8—熔炉 9—立座定位销 10—扣嘴液压缸 11—压射活塞杆 12—射嘴身 13—加热圈 14—射嘴头

  热室压铸机液压蓄能器装置与冷室压铸机液压蓄能器装置的结构、功能及工作原理相同,详见冷室压铸机结构部分。

  压铸模厚度是压铸模合紧时的厚度, 即压铸型合紧时压铸机动型座板与定型座板之间的距离,用H表示。 由于调模机构的作用, H大小可以在一些范围内调整,力劲机械厂有限公司生产的压铸机用“模薄(Hmin) ” 、 “模厚(Hmax) ”表示H的最小和最大值。

  动型座板行程是动型座板的最大移动距离。动型座板行程实际上就是压铸机开模后模具分型面之间的最大距离,用L表示。在设计时,开模行程应满足下列条件

  压铸机拉杠,又称哥林柱,间在水平和垂直方向的内尺寸,又称哥林柱内距, 。压铸模在装入型面空间内时,一般要求压铸模的长或宽尺寸应小于相应拉杠之间的内尺寸。拉杠之间的内尺寸用

  压铸机顶出铸件时,推杆板受到顶出机构所施加的静压力。顶出运动是通过顶出液压缸内液压油的压力推动活塞,再由

  对冷室压铸机,为一次允许浇入压射室的最大合金重量,用W表示,单位kg或g。其计算公式如下,

  对热室压铸机,为压射冲头一次压射动作所压铸的合金重量,又称射料量。浇注量的理论计算公式为

  式中K--压射室的充填系数,对于热室压铸机取0.9,D--压射室直径,最大值mm, ,

  压射力是压射液压缸推动压射活塞运动的力,它是反映压铸机功率大小的一个主要技术参数,压铸压力一般用压射力和比压表示,压射力的理论计算公式如下,

  P2--进入压射液压缸内工作液的压力,有增压机构时为增压后进入压射液压缸内工作液的压力(MPa) 。

  对于冷室压铸机,一次空循环时间是指,合型、压射、开型、冲头推出、压射回程、顶出、顶出返回诸动作时间的总和。

  对于热室压铸机,一次空循环时间是指,合型、压射、压射回程、开型、顶出、顶出返回诸动作时间的总和。

  压射室在定型座板上所处的位置,一般以压射室位于压铸机中心以及自中心向下可调位置的数量和距离确定。

  对于冷室压铸机,压射室法兰直径是指,压射室在定型座板上安装时,压射室法兰凸出定型座板部分的直径。

  对于冷室压铸机,压射法兰凸出定型座板的高度是指,压射室在定型座板上安装就位后,法兰凸出定型座板工作表面的距离。

  对于冷室压铸机,压射冲头推出距离是指,压射冲头在开模时推出的最大距离, 即推出终止时,压射冲头端部至定型座板工作表面之间的距离。

  压铸机的主参数为合型力,单位为KN。冷室压铸机的基本信息参数如表1-1所示。热室压铸机的基本信息参数如表1-2所示。表1-1冷室压铸机的基本信息参数,JB/T8083-2000,

  二、冷室压铸机及热室压铸机的型号和规格部分国家生产的压铸机简介见表1-3。

  各种冷室压铸机的动作程序依据各种不同的要求,可能不完全一致,但所要完成的工艺内容即基本程序是相同的。现以力劲机械厂有限公司生产的DCC400冷室压铸机为例予以说明。

  冷室压铸机的循环周期以关门开始计算。关门后,锁模前抽芯插入,接着合模液压缸和双曲肘放大机构开始工作,使模具首先以低压快速进行闭合, 当动型座板与定型座板快要接近时,位置的设定和检测由精度极高的电子尺配合电脑进行精确处理, ,合模机构的动力系统自动换成低压,即试合模压力, 、低速。在确认型腔无异物且嵌件无松动后,再切换成高压将模具锁紧,紧接着锁模后抽芯插入。抽芯机构设有两组控制程序供选择,第一组为锁模前插入,开模后复位,第二组为锁模终止后插入,开模前复位。

  确认模具达到所要求的锁紧程度后, 自动给汤机给汤,也可采用人工给汤, 。接着压射系统依次按慢压射,即一速压射, 、快压射,即二速压射,和增压三级压射运动过程将金属熔液压射进型腔内。