中國壓鑄雜志
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香港一肖中特四肖期期准:高效的充氧壓鑄模排氣系統設計方案

作者:admin 來源:未知 發表時間:2012-08-10
唐永艷
隨著模具行業的迅速發展,壓鑄技術的應用越來越廣,充氧壓鑄法可有效避免在壓鑄件中產生氣孔等缺陷,在Al、Mg及Zn合金的壓鑄件生產中尤其得到廣泛的應用,如:液壓變速器殼體、加熱器用熱交換器、液壓傳動閥體、計算機用托架等對于需熱處理或組焊、要求氣密性高和在較高溫度下使用的壓鑄件,充氧壓鑄具有技術和經濟上的優勢。充氧壓鑄又稱無氣孔壓鑄。該法在金屬液充型前,將氧氣或其他活性氣體充入型腔,置換型腔內的空氣,金屬液充型時,活性氣體與充型金屬液反應生成金屬氧化物微粒彌散分布在壓鑄件內,從而消除壓鑄件內的氣體,使壓鑄件可熱處理強化。在對現有的一套壓鑄模具充氧排氣系統進行分析的基礎上,下面設計出一種新的高效實用的充氧排氣系統結構方案。
 
l 現有的充氧壓鑄模排氣系統
 
如圖1(詳情請查閱《中國壓鑄》雜志)所示為現在使用的一套充氧壓鑄模具示意圖。
 
模具1由2與3構成(為了簡化,對各零部件只用代號表示)。當2和3閉合時,在兩者之間就形成了型腔4。型腔4與閘道5相連通,該閘道5經由流路6而與套管7連通。在套管7內部,設有可往復移動的注射桿8及沖頭9。另外在3中設有圓筒10。在圓筒10內部,設有能夠相對于閘道5伸入-退出的出入部件l1。
 
該模具的工作過程如下:在模具本體2、3閉合以后,使沖頭9沿如圖中虛線前進,在封閉了套管7的注液口7a的狀態下,通過氧氣供給口7b向型腔4內送入作為置換氣體的氧氣,將型腔4內的空氣置換為氧氣。氧氣傳感器12用來判斷型腔4內的空氣是否由氧氣置換完畢。型腔4經過氧氣置換完畢后,使沖頭9后退,將金屬熔液從注液口7a向套管7內注入,并使沖頭9前進,由此來將套管7內的金屬熔液送人流路6。此時,使出入部件l1向閘道5伸出,閘道5的流路面積變小,金屬熔液通過閘道5向型腔4內噴射并與氧氣反應,在型腔4內形成真空,防止鑄件中氣泡的殘存。然后,型腔4及閘道5內的金屬熔液壓力增加,直到套管7內金屬熔化液的壓力達到一定值以上的時候,使出入部件11從閘道5退出來,擴大閘道5的流路面積,推壓套管7內的金屬熔液進而向型腔4內的金屬熔液施加足夠的壓力。這樣就完成了型腔4內空氣的置換,并向金屬熔液施加足夠的壓力,從而能夠制作不會產生氣孔的鑄件。
 
在上述排氣系統中由于間隙l3始終開放,當送入型腔4中的金屬熔液通過該間隙13噴出的時候,會導致氧氣傳感器12的損壞。因此,將間隙13設定為金屬熔液難以通過而空氣或氧氣等氣體能夠流通的尺寸,此外在通路中途還設有用于促進金屬熔液冷卻并防止噴出的冷卻排氣口14。然而,在上述的模具中,為防止金屬熔液的噴出,間隙13比較狹窄,而且設置了冷卻排氣口14,這樣型腔4中的空氣或氧氣也難以通過間隙13,用氧氣對型腔內的空氣進行置換所需時間較長。
 
2 新的充氧壓鑄模排氣系統
 
如圖2、圖3(詳情請查閱《中國壓鑄》雜志)所示分別為新的充氧壓鑄模排氣系統氧氣置換結束前、后的狀態。
 
與圖1所示結構不同的是:在24中,設有用于將型腔25內的氣體向模具外排出的氣體排出通道34;氣體排出通道34形狀彎曲,其通路人口34a連接于排氣縫隙26中的冷卻排氣口26a的上游部分,通路出口34b開口于24的外表面。在通路出口34b的旁邊,設有用于檢測置換結束的氧氣傳感器35;在24中設有不用閉塞排氣縫隙26即可開閉氣體排出通道34的閉合機構36;閉合機構36具有圓筒37,以及沿圓筒37往復移動而相對于氣體排出通道34伸入-退出的開閉栓38。根據實際的鋁合金壓鑄模的使用情況,壓鑄鋁合金的排氣系統取值深度0.15、寬度為20。根據排氣阻力的相關理論,排氣空氣流動的阻力有兩種,一種是由于空氣本身的粘滯性及其與排氣壁間的摩擦而產生的沿程能量損失,稱為摩擦阻力或沿程阻力;另一種是空氣流由于流速的大小和方向變化以及產生渦流造成比較集中的能量損失,稱為局部阻力。我們在這里只考慮以摩擦阻力為主。根據流體力學原理,空氣在橫斷面形狀不變的管道內流動時的摩擦阻力按下式計算:
 
 
式中:λ為摩擦阻力系數; 為排氣空氣的平均流速,m/s;
 
ρ為空氣的密度,kg/m3 ;l為排氣道長度,m;R 為排氣道的水管半徑,m;
 
 
式中 f為管道中充滿流體部分的橫斷面積,m2 ;P為濕周,排氣道的周長,m;
 
摩擦阻力系數λ與空氣在排氣道內的流動狀態和排氣管壁的粗糙度有關。
 
關于以下修正:(1)密度和粘度;(2)空氣溫度和大氣壓力;(3)管壁粗糙度。模具在排氣的過程中沒有改變,這里不再進行考慮。根據以上公式,重新設計排氣的原理是:降低排氣的阻力,以提高換氣效率。雖則不能改變原來的排氣通道長和寬,但是可以改變排氣的距離(長短)和可以改變后端的通路大小以改變空氣噴射速度。原來的排氣長度是壓鑄模具本身根據強度要求設計的,原來的模具排氣通道長度為0.08 m。現在的排氣長度是在不改變原來模具強度的情況下,改變把原來的排氣長度變短,變為0.0l m,緊接著設計了圖二的結構。圖二的結構是直徑0.0l的孔。置換出來的空氣、氧氣空氣混合物、氧氣經過冷卻,速度緩沖后,排除模具并被氧氣探測檢測、達到氧氣標準后,即可控制沖頭注射液態鋁合金并同步關閉氧氣供給。
 
在其他條件沒有變化的情況下,根據公式 相應的空氣阻力減小了八倍。
 
即:令則沒有改造之前的設計的空氣阻力為: .新設計后的空氣阻力為: 就是說,在其他不變的情況下,相應的排氣置換時間減少為原來的1/8。
 
新的充氧壓鑄模的主要工作過程如下:23和24閉合以后,使沖頭29如圖2中虛線所示地前進,在封閉了套管27的注液口27a的狀態下,通過氧氣供給口27b向型腔25內送入作為置換用氣體的氧氣,將型腔25內的空氣置換為氧氣。氧氣被送入型腔25時,此前存在于型腔25內的空氣首先通過排氣縫隙26及氣體排出通道34向模具外排出。然后隨著型腔25內的空氣被氧氣所置換,通過排氣縫隙26及氣體排出通道34向模具外排出的氣體的氧氣濃度逐漸增加。在這期間,氧氣傳感器35一直監測著從氣體排出通道34所排出的氣體的氧氣濃度,檢測到濃度超過規定值的時候,就判斷為型腔25內已由氧氣置換完成。由于型腔25內的氣體不只通過排氣縫隙26,還可直接通過排氣通路34向模具外排出,同時,還由于氣體排出通道34中沒有金屬熔液從其中通過,不必將流路做得狹窄,所以能夠使氣體排出通道34的流路面積比排氣縫隙26的流路面積更大,從而可高效的排出型腔25內的氣體,并在短時間內將型腔25內的空氣置換為氧氣,提高了壓鑄件的生產效率。
 
當判斷出型腔25內的空氣由氧氣置換完畢時,通過閉合機構36將氣體排出通道34關閉。即如圖3所示,將開閉栓38南排氣通路34的排氣口向流路人口34a插入,隔斷型腔25與模具外的連通。此后,使沖頭29后退并通過注液口27a向套管27內注入金屬熔液,再通過使沖頭29前進將套管27內的金屬熔液向流路30內送人。此時,使出入部件33向閘道31伸出,使閘道31的流路面積變小,由此使從閘道31內的金屬熔液向型腔25內噴出并與氧氣反應,形成真空。由此能夠防止鑄件中產生氣孔。隨著型腔25和閘道31內金屬熔液的壓力增加,套管27內的金屬熔液的壓力達到一定值以上后,使出入部件33從閘道31退出,擴大閘道31的流路面積,推壓套管27內的金屬熔液,進而向型腔25內的金屬熔液作用足夠的壓力。通過型腔25內空氣的置換,并向金屬熔液作用足夠的壓力,就能夠制作出不會產生氣孔等缺陷的鑄件。
 
另外,由于排氣縫隙26中設有冷卻排氣口26a,金屬熔液在冷卻排氣口26a處被冷卻并固化,從而防止了噴出到模具外面。又由于氣體排出通道34如上述那樣由閉合機構36所關閉,也不會發生金屬熔液通過排氣通路34噴出到模具外面導致氧氣傳感器35損壞的情況。理論上需要氧氣與充型金屬液反應生成金屬氧化物微粒彌散分布在壓鑄件內,從而消除壓鑄件內的氣體。經過實際測試(使用合格的工業用氧氣,純度為99.2%),性能對比如下表。
 
 
3 結束語
 
新充氧壓鑄模排氣系統能有效的克服現有充氧排氣系統的缺點,排氣置換時間減少為原來的1/8,實際測試結果表明,氧氣供給時間改進后比改進前縮短了50% 以上,在短時間內將型腔內的空氣置換為氧氣,提高了壓鑄件的生產效率;由于排氣的氣流不是噴射形式排出,防止了金屬溶液溢到模具外面,?;ち舜釁韃皇芙鶚羧垡旱乃鴰?;測試結果同時表明,產品氣孔率低至0.01~0.06% 。具有較大的實用價值。該系統已經在宜賓八一二股份有限公司試用,生產效率有明顯的提高,氧氣探測裝置至今還沒有發現損壞的情況,效果較好。該排氣系統裝置已于2009年2月申請并獲受理實用新型專利。
 
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