中國壓鑄雜志
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一肖中特永久免费公开:運用P-Q2圖提高模具的適應性

作者:admin 來源:原創 發表時間:2019-02-14
 
文:Rosenberger  閔勝全
 
一 、p-Q²圖能同時把壓鑄機性能和模具特性,通過線性圖的方法
壓鑄三要素為壓鑄機、模具、壓鑄合金,這三個因素,在壓鑄件生產過程中,它們構成了一個系統,即壓鑄機—模具—合金系統,以壓鑄件為本,壓鑄工藝貫穿其中,能有機地將它們整合為一個有效的系統,使壓鑄機與模具得到良好的匹配,起到優化壓鑄件結構,優選壓鑄機、優化壓鑄模設計、提高壓鑄工藝的靈活性的作用,壓鑄機-模具-合金系統主要表現為:
 
1、內澆口的位置影響充填金屬熔體的流動方向及狀態和充填型腔的質量,對模具結構和工藝產生決定性影響。
2、 選定最佳充填時間,影響充填時的金屬熔體的體積流量(Q)即充填率,并據此計算內澆口尺寸。選定最佳充填時間是多數設計者易忽視的一個重要參數。
3、選擇排氣、溢流的位置和尺寸,除正常的排氣、排渣和溫度平衡外,還可減少沖擊壓力,避免金屬飛濺和產生毛刺,加熱與冷卻,平衡模具溫度,保持工作溫度。
 
隨著壓鑄機設計,制造水平的提高,現在壓鑄機均有實時控制系統,具有壓射速度控制,測量,調整,顯示和設定等先進功能,為P-Q²圖的應用創造了條件。壓鑄機壓射單元有兩個液壓系統:一個是壓射儲能器--壓射油缸構成的液壓系統;另一個是跟著這個系統隨動的沖頭--壓射室--直澆道--橫澆道--內澆口組成的金屬液壓系統。
 
P-Q²的目的是預測一個給定的模具安裝在已知性能的設備上時如何操作。分析可得出一個可供選擇以滿足澆鑄質量要求需要的窗口。理想的是模具和工藝設計應在所選操作窗口的中間進行操作。該窗口是為了滿足澆鑄質量要求的需要而開發的,目的是為了使模具和設備的操作在該開發的窗口范圍內進行。在工藝窗孔內的任何一點對于用壓鑄機器進行壓鑄都可適用。最好的起動點是選取工藝窗孔中的中心點。這就會使壓鑄過程中的普遍波動在工藝窗孔允許范圍內進行變動。
 
如通訊濾波器腔體在開發時,我們用模流分析軟件和P-Q²圖,通過模流分析軟件模擬生產時鋁液的填充流態,凝固收縮,氣壓,速度,包卷氣,溫度場等。通過P-Q²確定模具的填充時間,速度,內澆口尺寸及確定各壓鑄工藝參數。
 
二、濾波器腔體壓鑄件概述
該濾波器產品重量10.5KG,平均壁厚3.5mm,產品加溢流重12KG,沖頭直徑130,內澆口面積1200mm²。Cd在設計時取0.55,投影面積720000mmm³,在DCC2000壓鑄機生產。
 
三、設計和試模時通過繪制p-Q²圖設定的工藝窗口來確定各壓鑄工藝參數
1、畫出機床設備線。DCC2000壓射缸的直徑為Ø220,沖頭直徑Ø130,機臺最大ACC壓力16Mpa,最大壓射速度8m/s。用紅色線表示機器的設備線。但我們在平時生產時,機器的壓力應留有一定的安全余地,取ACC為15mpa再畫一條設備線。
P最大=16*220*220/130*130=45.8Mpa  P生產=43mpa
Q機床設備線最大單位金屬流量=V最大*S沖頭
Q機床設備線最大單位金屬流量=8*10³*3.14*65²=10.61*107mm³/s
2、選定最長和最短充填時間
經驗公式1:t=0.007*(T)²=0.007*(3.5)²=86ms
經驗公式2最能說明溫度和固態率及壁厚對充填時間的影響。
Ti為進入型腔時的溶化鋁液溫度 Td鋁液進入前的型腔溫度
Tf鋁液最低流動溫度           S填充完畢時可允許的固態率
K經驗常數0.0346sec/mm z經驗常數3.8°C/%
經驗公式2:t=0.0346*3.5 (660-570+3.8*20) /(570-300)=74ms
取2個公式的平均值80ms為最佳填充時間,最長和最短填充時間為100ms和60ms,單位時間流量Q可用2種方法來計算:

 
計算出100ms和60ms填充時間鋁液單位流量分別為46.15dm³/s和76.92dm³/s。Q²為2129和5919dm³/s,用Q²值分別畫2條縱線。
 
3、選定最大和最小壓射速度:最大速度為模具的界限速度6.5m/s最小速度為4.5m/s,跟據公式 )*V²分別計算出P值18.2mpa和8.7mpa,并畫2條橫線。上面的4條線在設備線的下方組成一個工藝窗口。
 
4、跟據公式:P=)× Q²計算得p=2.98*10-3Q²,取兩點,第一點P,Q²坐標為(0,0),第二點取P為15mpa(縱坐標),得Q²的值(橫坐標)5033dm³/s畫出模具線。
 

 
在工藝窗孔內的任何一點對于用壓鑄機器進行壓鑄都可適用。最好的起動點是選取工藝窗孔中的中心點。這就會使壓鑄過程中的波動在工藝窗孔允許范圍內進行變動。
 
四、運用p-Q²圖驗證壓鑄工藝參數及優化工藝
試模時通過實時控制壓鑄機,設定充填時間為80ms,快壓射速度設定為5.3m/s.快壓ACC壓力15mpa.即選擇壓射點在模具線在ABCD工藝窗口的中間位置。壓鑄三曲線及各壓射點的時間,壓力,速度,位置如下2圖。 
 


 
 
 
1、 計算出模具的實際cd值。當v=5.3m/s時,S內澆口面積為1200mm²,沖頭直徑為Ø130,S沖頭面積=π(130/2)²=13266.5mm²,
V沖頭*S沖頭=V內澆口*S內澆口得 V內澆口=58.59m/s.
Cd實際=(2.6*7.03*107*7.03*107)/2g*1200*1200*122.5=0.58
P壓射=(2.6g/cm³*58.59m/s*58.59m/s)/(2*10m/s²*0.55*0.55)=147.5Kg/cm²=14.75Mpa
 
由理論計算得:當實時控制壓鑄機沖頭速度設定為5.3m/S時,通過調節伺服閥的開度,控制液壓壓力,從而達到在設定的壓射速度。實測鑄造壓力為122.50Kg/cm²(機器的鑄造壓力是通過壓力傳感器分別測出入口和出口的壓力,系統計算后生成壓力曲線,理論壓力減掉克服沖頭的阻力就和機器測得的一致。),壓射速度為58.59m/s,設定值和實測數據基本相等。模具的cd實測值也滿足設計要求。
 
3、實際填充時間:T=Q/V=12*103g/2.6g*58.59m/s=79MS(產品和渣包重量共12KG)但實際壓鑄控制時,從壓射曲線看填充時間是50MS,在V=1.0m/s到V=5.3時設定有加速時間,這段時間在設定產品填充時,設定位置時已有10%鋁液填充到模具型腔,及加上減速階段,所以此2段時間也是填充時間內。
 
4、鋁合金由液態變為固態,收縮約為3%,所以把壓射階段沖頭移動行程的3%看作是增壓階段的行程。從壓射填充完畢,到增壓結束,沖頭運動距離為:S=698.90-688.30=10.6mm ,也可以理解為從液態到固態的體收縮和壓實階段的液體補充,證明增壓效果明顯。增加體積3.14*6.5*6.5*1.06*2.6=366g
 
5、金屬液體沒有阻力Cd為1,0為最大,即在同樣P的情況下,單位時間Cd0.65的模具線比Cd0.45時模具金屬流量大,內澆口截面積大,填充時間短.模具線Cd為0.55時,模具線在工藝窗口的長度最長,可調整的工藝范圍也最大。從上圖看,模具的模具實際Cd0.58,基本符合設計要求。但后期要注意模具內澆口制作時,應取下公差,避免澆口太厚需要燒焊處理。P-Q²圖模具線和機床線相交于一點,該點表示在壓鑄機的最大能量下的壓鑄模所獲得的最大填充壓力和最大填充流量。流動阻力愈大,工作點的位置愈高,金屬壓力也愈高,相應的體積流量就愈小,隨著內澆口截面積變小,增加了流動阻力,阻力線走勢更陡,在模具設計過程中,設計澆口套直徑和內澆口截面積時,必須充分考慮充填時間的限制。在壓鑄作業中也要盡可能的縮短充填時間。
 
五、運用P-Q²圖確定及調整工藝參數,可以改善壓鑄件的質量和性能,提高模具的適應性。這些工藝參數用一個工作窗口加以限定。在壓鑄工藝中,填充時間、澆口速度和最終金屬壓力,這些參數依賴于模具設計和壓鑄機性能。在模具設計時,選定工藝窗口內的任何點都可以生產合格的產品,但壓鑄生產過程中,各種因素的變動,如果這個工藝窗口范圍較寬,模具可調整的工藝參數范圍就大。
 
工藝參數可以分成軟參數和硬參數兩種,軟參數是指通過操作或一個控制裝置進行調節的參數,如金屬壓力、鋁液溫度、模具溫度和循環時間等參數。硬參數是指一種需修正的模具或同時需修正的壓鑄機,如沖頭直徑、內澆口面積、排氣槽等。軟參數在試模時容易更改并獲得成功,硬參數更改起來則既困難又費錢、費時,常常需要拆卸模具以便重新修正。因此,優化手段是基于軟參數并擴大窗口內調整點的靈活性,從而為模具試驗提供較大的范圍,避免費時費錢的模具更改。
此模具在設計和試模時通過運用P-Q²圖,確定了比較寬的工藝窗口,制定準確的壓鑄工藝參數,試模一次成功,批量生產時可適應高,調整范圍寬,使系統有較大的柔性,能較大范圍調整工藝參數,去適應多變的生產條件,提高產品質量和生產效率。
 
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