中國壓鑄雜志
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一肖中特码六合网:P-Q技術與Excel軟件在壓鑄生產中的應用

作者:admin 來源:原創 發表時間:2017-04-14
 
文:上海乾通汽車附件有限公司   嚴炎祥
 
摘要 闡述了機床關系式PPj-K1Q2和模具關系式P=K1Q2的使用條件和方法,為使用計算機Excel軟件制作電子表格及圖像創造了條件;介紹了使用Excel軟件建立P=K1Q2PPj-K1Q2的電子表格及圖像的方法。p-Q 圖像是拋物線,p與Q 相對應,反映p-Q 函數的關系清晰明了。因此舍棄了傳統的P-Q2直線圖像,使用P-Q拋物線圖像,稱之為P-Q技術?;菇檣芰嗽諭枷襠咸砑覸max、Vmin和tmax、tmin      4條直線,組成工藝方框圖,在P-Q圖上模擬試模的方法;最后闡述了在試?;蟶?,如何從機床顯示屏上的時間-行程、時間-壓力曲線圖上尋找或求出實時的P與Q值,并把P、Q值作為邊界條件,求出實時P=Pj-K1Q2機床關系式與實時P=K1Q2模具關系式的方法。
關鍵詞 壓鑄;P-Q技術;Excel圖表;模擬試模;正式生產
1 P-Q關系式與圖像
1.1 P-Q關系式與圖像
高速填充過程中,沖頭在金屬液中產生的填充壓力P與流量Q 存在如下關系:
PPb(A0/A)-Pb(A0/A)(Q2/ Qmax2)                  (1)
設靜態填充壓力為Pj,且PjPb(A0/A)                  (2)
設機床填充系數為K1,且K1Pb(A0/A)/ Qmax2Pj/ Qmax2(3)
則式(1)可改寫成PPjK1Q2                                                (4)  
式(4)稱為機床P-Q 關系式。
金屬液填充到型腔中,需要的填充壓力P和流量Q,也存在如下關系:
以上式中,Pb為蓄能器壓力,Mpa;A為壓射沖頭面積,mm2;A0為壓射液壓缸活塞面積,mm2;Qmax2為料缸內最大空壓射時金屬液流量,L/s;Qmax= A V0 /1000;V0為最大空壓射速度,m/s; 為金屬液密度,kg/m3(見表1);C為 流 量 系 數 (見 表 1);An為內澆口截 面 積,mm2。

 

 
圖1為機床線與模具線。如以 Q2為橫坐標,P為縱坐標,機床P-Q2關系式相對應的是直線圖像,叫做P-Q2機床線,見圖1b;模具P-Q2關系式相對應的直線圖像,叫做P-Q2模具線,見圖1d。橫坐標是Q2,數值大,間隔小,P與Q對應關系不清晰,不能真實反映P-Q的函數關系。
由于圖像是直線,手工繪圖方便。以前壓鑄專業技術資料中均采用P-Q2直線圖像,并稱為P-Q2技術。如以Q為橫坐標,P為縱坐標,機床P-Q關系式相對應的是拋物線圖像,叫做P-Q機床線,見圖1a;模具P-Q關系式相對應的拋物線圖像,叫做P-Q模具線,見圖1c。橫坐標是Q,數值小,間隔大,P與Q相對應,反映P-Q 的函數關系清晰明了。
雖然拋物線圖像手工繪圖不方便,但用了Excel軟件后,得到很好的解決。筆者舍棄了傳統P-Q2直線圖像(見圖1b、圖1d),而使用了P-Q 拋物線圖像,并稱之為P-Q技術。
1.2 22000kN壓鑄機P-Q關系式
布勒22000kN壓鑄機壓射液壓缸直徑為210mm,面積A0=34626mm,蓄能器壓力Pb=16 Mpa,壓射沖頭直徑為130mm,面積A=13273mm,最快空壓射速度  V0=8m/s,則Qmax=A V0/1000=106.18L/s?;簿蔡畛溲沽?PjPb(A0/A)=41.75?;蔡畛湎凳?em>K1Pj/ Qmax2=0.003703。把Pj、K1數值代入式(4)得機床的P-Q關系式:
P =41.75-0.003703Q2                       (7)
1.3 氣缸體壓鑄模P-Q關系式
氣缸體壓鑄模澆注系統內澆口面積An=1500mm2,壓鑄合金為鋁合金。根據表1查得C 為0.5, D_Dd__________áð??________________ D_Dd__________áð??________
P=0.002222Q2                                            (8)
 
2 通過在P-Q圖上模擬試模說明電子表格和圖像的制作方法
  模擬時,把機床線和模具線表示在同一張圖中,其有一交點,觀察交點位置可以知道模具和機床是否匹配,可作為評價機床能力和設定壓鑄工藝參數的依據(見圖2)。
在該圖上添加工藝規定的Vmax、Vmin和tmax、tmin4條直線,組成工藝方框圖,觀察方框圖位置,可評判機床對模具的適應能力。
2.1 準備工作
2.1.1 汽缸體壓鑄模模擬
對象是汽缸體壓鑄模。P-Q關系式P=0.002222Q   。模擬用機床是布勒公司 22000kN 壓鑄機,P-Q關系式是P =41.75-0.003703Q2    。
2.1.2 壓鑄工藝
內澆口面積An=1500mm2。流過內澆口的金屬液體 積  V=5.56L。 
料缸直徑為130mm,面積為13273mm2ng=EN-US>5.56L。填充速度為44m/s,范圍為36-50 m/s。填充時間為0.084s,范圍為.0.074-0.103s。
 
2.2 創建一個工作簿(電子表格)
(1)啟動 Excel,創建一個新工作簿,取名為“P-Q 函數與圖像”。
(2)在“A”列輸入 Q 值,單位是 L/s,從0開始,間隔3個單位,最大值應大于A V0/1000=106。其中,A是沖頭面積 mm2;V0是空壓射速度 m/s;“A”列數值是橫坐標。
(3) 在“B”列輸入關于機床的P =41.75-0.003703Q2關系式,計算機會計算出與“A”列的 Q 值相對應的全部P數值。“B”列數值是縱坐標。
(4)在“C”列輸入模具的P=0.002222Q2關系式,計算機會計算出與“A”列的Q 值相對應的全部P數值。“C”列數值是縱坐標。
(5)在“D”列輸入關于填充時間t與Q 關系式t=V/Q=5.56/Q,計算機會算出與“A”列的Q 值相對應的全部t值。
(6)在“D”列中找到工藝規定的最小填充時間tmin=0.074s和最大填充時間tmax=0.103s、填充時間t=0.084s數值。循著這3個數值所在行中 (有陰影處)找到“A”列對應的值 Qtmax=75L/s和 Qtmin=54L/s、Q=66L/s的數值。
(7)在“E”列的整列中輸入Qtmax=75L/s同一個值。“E”列數值是橫坐標。
(8)在“F”列的整列中輸入Qtmin=54L/s同一個值。“F”列數值是橫坐標。
(9)在“G”列的整列中輸入 Q=66L/s同一個值。“G”列數值是橫坐標。
(10)在“H”列中輸入關于填充速度V與Q 關系式V=1000Q/An=1000Q/1500=Q/1.5,計算機會計算出與“A”列 的 Q 值 相 對 應 的 全 部V值。V的 單 位 是m/s。
(11)在“H”列中找到工藝規定的最小填充速度Vmin=36m/s和最大填充速度Vmax=50m/s、填充速度V=44m/s的數值。循著這3個數值所在行中(有陰影處)找到“C”列對應P Vmin=6.48和Pmax=12.5、P=9.68的值。
(12)在“I”列 的 整 列 中 輸 入P Vmax=12.5 同 一 個值。“I”列數值是縱坐標。
(13)在“J”列 的 整 列 中 輸 入P Vmin=6.48 同 一 個值。“J”列數值是縱坐標。
(14)在“K”列的整列中輸入P=9.68同一個值。“K”列數值是縱坐標。通過上述步驟作出了P與Q、V與Q、t與Q 一一對應的電子表格,見表2(只列出表頭和部分數值)。
 

 
2.3 在工作簿中插入平滑線散點圖(函數的圖像)
(1)打開 Excel主菜單“插入”的下拉式菜單,選取圖表 XY 散點圖中的平滑線散點圖。
(2)在平滑線散點圖中作關于機床的P =41.75-0.003703Q2關系式的曲線 在表2中選取“A”列的 Q值為橫坐標,選取“B”列的P值為縱坐標,計算機會自動生成P =41.75-0.003703Q2曲線,這是機床(最大能力)線。
(3)在圖2中添作關于模具的P=0.002222Q2關系式的曲線 在表2中選取“A”列的Q 值為橫坐標,選取“C”列的P值為縱坐標,計算機會自動生成P=0.002222Q2曲線,這是模具線。
(4)在圖2中再作最小填充時間tmin線,在表2中選取“E”列的Qtmax=75
的值為橫坐標,選取“B”列的p值為縱坐標,計算機會自動生成最小填充時間tmin
線。其是一條與縱軸平行直線。
(5)在圖2中再添加最大填充時間線tmax,在表2中選取“F”列的Qtmim=54的值為橫坐標,選取“B”列的p值為縱坐標,計算機會自動生成最大填充時間tmax線。
其是一條與縱軸平行直線。
(6)在圖2中再添加填充時間線t,在表2中選取“G”列的Q=66的值為橫坐標,選取“B”列的P值為縱坐標,計算機會自動生成填充時間t線。其是一條與縱軸平行直線。
(7)在圖2表中再作最大填充速度Vmax線,在表2中選取“A”列Q 值為橫坐標,
選取“I”列P Vmax=12.5值為縱坐標,計算機會自動生成最大填充速度Vmax線。其是一條與橫軸平行直線。
(8)在圖2表中再作最小填充速度Vmin線,在表2中選取“A”列的Q 值為橫坐標,
選取“J”列P Vmin=6.48值為縱坐標,計算機會自動生成最小填充速度Vmin
線。其是一條與橫軸平行直線。
(9)在圖2表中再作填充速度v 線,在表2中選取“A”列的Q 值為橫坐標,選取“K”
列p=9.68值為縱坐標,計算機會自動生成填充速度V線。其是一條與橫軸平行直線。
通過上述步驟,最終得到機床能力線、模具線和工藝窗口,見圖2。
2.4 汽缸體壓鑄模在P-Q圖上模擬試模
(1) 在P-Q圖上評判機床能力。觀察圖2,P-Q 模具線和機床最大能力線相交于一點,該點表示壓鑄機最大能量下的壓鑄模所能獲得的最大填充壓力(15.65MPa)和最大填充流量(83.94L/s),也可以通過解式(7)、式(8)的聯立方程得到。該點在工藝方框之外的右上方,且有較大距離,說明機床能力大于壓鑄工藝要求的能力。工藝窗口內的模具線長度已是最長形態,說明壓鑄工藝參數調整余度大,調整時有較高的靈活性,壓鑄系統柔性度好。
(2) 模擬試模時機床P-Q 關系式。
由表2查得填充速度Vn=44m/s時流量 Q=66L/s和填充壓力P=9.68Mpa,坐標(66,9.68)可看作模具線與機床工作線交點,于是求得機床關系式中 的K1 =(Pj-P) /Q2=0.007362,則填充速度Vn=44m/s時模擬機床P-Q關系式為P=41.75-0.007362Q2,作此式電子表格 (見表2中的“L”列),再作圖象,得到橫穿工藝窗口的模擬機床工作線(見圖2)。
3 汽缸體壓鑄模在22000kN 壓鑄機上正式試模
在模擬時,模具關系式的K值中的流量系數C是預先設定的。K= D_Dd_____受制于模具溫度、澆注溫度、內澆口位置形狀等眾多因素,從而使實際試模時的 K值與預先設定的K值有差異。所以在實際試模時必須對填充系數 K、流量系數C進行驗證,并在實踐中加以修正。確認P-Q機床線是符合實際工況的,如有懷疑或要改變工作壓力,需重新測定沖頭的空壓射速度并繪制新的P-Q機床能力線;沖頭與料缸的配合和潤滑必須良好,否則會使P-Q機床線失去正確性;在慢壓射階段時,必須把料缸中的空氣全部排凈,保持料缸內金屬液的連續性,否則在填充過程中不會遵循流體力學的伯努利定律。當液壓工作壓力、沖頭直徑固定時,機床靜態填充壓力Pj是固定的;但機床填充系數K1是與調速閥的開度密切相關的。
(1)求機床線和模具線的公共交點。
按工藝,在機床操作屏幕上把壓射沖頭快壓射速度設為Vz=4.97m/s(填充速度44m/s)??刂葡低嘲瓷瓚ㄒ竽蘢遠刂頻繅核歐魎俜У目?,實時控制沖頭速度固定在4.97m/s這一點上。
壓鑄機每次工作循環后都會在顯示屏上實時顯示時間-行程、時間-壓力曲線(見圖3)。
在圖上觀察到填充壓力 P=12.2 Mpa(顯然不同于模擬的P-Q圖上的P=9.68Mpa)。此時流量 Q=A0 Vz/1000=66L/s。坐標點(66,12.2)是機床線和模具線的公共交點。
(2)求模具填充系數 K、模具P-Q關系式和流量系數C。由坐標點(66,12.2)和式 P=KQ2可計算得到K=12.2/662=0.002801,此值大于模擬試模時的 K值 為 0.002222。 實時模具 P=KQ 關系式為 K=12.2/66=0.002801。 由 K=/(2C2An)求 得 C = [/(2KAn)]1/2=0.4454,此值小于原來模擬試模時設定的C 值0.5。
(3)求機床靜態填充壓力 Pj,機床填充系數 K1和機床實時P-Q關系式?;簿蔡畛溲沽?em>PjPb(A0/A)=41.75;機床填充系數K1:把P=12.2,Q=66,Pj=41.75 代 入P=Pj-K1Q2,經計算,K1=0.006784。此值小于原來模擬值0.007362。說明在相同的流量下需要較大的填充壓力?;彩凳盤-Q關系式為P=41.75-0.006784Q2。
(4)先 作P=0.002801Q2和P=41.75-0.006784Q2的電子表格(見表3),再作圖像,并在圖像上添加工藝方框圖,見圖4(過程略)。


 
在模擬試模的圖2中,工藝方框圖右上角遠離機床最大能力線,說明機床能力富裕。在 正式試模的圖 4中,由于模具線上撓,以模具線中的P作為變量的速度線也隨之變動,工藝窗口也隨之向右上方移動,工藝方框圖右上角靠近機床能力線,說明機床能力富度減少,壓鑄工藝參數調整余度也變小 。如果修改模具澆注系統或調整沖頭速度,模具線和機床線必然會有一個新的交點,須重新建立新的關系式和 Excel電子表格、圖像及工藝窗口,重新審視工藝窗口在圖像上位置、評判機床能力和壓鑄系統柔性度。當模具線包裹在窗口中的長度太小或工藝窗口的右上角越出了機床最大能力線,而鑄件質量又不好時,則有必要修改模具或更換機床。
4結論
(1)模具P-Q關系式為P= KQ,其 中/(2C2An);機 床P-Q關 系 式 為PPj-K1Q2,其 中PjPb(A0/A),K1Pb(A0/A)/ Qmax2Pj/ Qmax2。為使用 Excel軟件制作P=KQPPj-K1Q2的電子表格和圖表創造了條件。
(2)使用 Excel軟件建立P=KQPPj-K1Q2的電子表格及圖像的方法,在圖上能方便地添加vmax、vmim和tmax、tmim4條直線,組成所謂的最佳工藝方案,實現通過P-Q圖技術的模擬試模方法,從而為澆注系統設計進行事前評定,為機床能力與壓鑄模具的匹配提供了依據。
(3)每次沖頭速度調整后,在壓鑄機操作屏上顯示的時間-行程、時間-壓力曲線圖上尋找或計算出實際的機床-模具P-Q線新工作點(交點),以這一工作點為邊界條件,求出機床 -模具P-Q實時關系式、電子表格和圖像,重新審視 “工藝窗口”位置和壓鑄系統的 “柔 性度”。以此確定工藝調整的有效性。
 
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