中國壓鑄雜志
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白姐一肖中特免费资料大全:P-Q2圖在鋅合金壓鑄中的應用

作者:admin 來源:未知 發表時間:2014-10-16

058期一肖中特虎猴 www.ykvve.icu 摘要:介紹了P-Q²圖(P為金屬壓力,Q為金屬流量)的概念,并討論了P-Q²規則在鋅合金壓鑄中的應用,尤其是其在合理設置澆注系統尺寸方面的指導作用。

關鍵詞:P-Q²圖;鋅合金壓鑄;澆注系統;尺寸設計

1. 前言

鋅合金壓鑄作為一種獨特而經濟實用的工藝過程被用于生產小型或大型的各類復雜產品。該技術自1930 年成為可行的生產工藝以來,所生產的鋅合金鑄件被廣泛用于各個領域。在激烈的競爭中,鋅合金壓鑄工廠正不懈地致力于改進產品質量。

2.  P-Q² 關系

在鋅合金壓鑄工藝中,充型時熔融鋅合金通過一系列通道后進入模腔。為了生產出高質量的鑄件,壓鑄工藝參數必須得到有效控制,其中包括壓鑄機及模具的參數設置、鋅合金的化學成分、壓鑄模及金屬溫度、壓鑄模潤滑以及模腔充型條件。對于表面質量要求高的鑄件,確保理想的充型條件致關重要。因為這樣將有效地控制熔融金屬流經澆注系統并使之盡可能減少地與空氣混合。研究表明,一項符合流體流動的規則,即P-Q²關系,為生產高質量的鑄件在壓鑄模及澆注系統設計方面提供了一種科學而系統的方法。但是,壓鑄工廠在生產實踐中卻往往忽略了這一規則,以至現時鑄件中所遇的許多質量問題都與不合理的澆注系統設計有關。

不論是籌劃新產品或著眼于改進現有產品質量,壓鑄工廠總是面臨著選擇合適的澆口尺寸、壓射速度及壓射壓力的難題。對熱室壓鑄工藝過程而言,壓鑄機將熔融金屬經鵝頸注入澆道和澆口,并最終進入模腔。假設熔融金屬的流動處于平穩狀態,金屬沒有被壓縮且密度不改變,運用基本的流體力學原理,可以建立起一項金屬壓力(P)與金屬流量(Q)之間的關系。實質上,推動熔融金屬流動所需的壓力可用卸載壓力來表達。

而卸載壓力可用伯努力公式來計算

式中P——金屬壓力
ρ——熔融金屬的密度
g——重力常數
Vg——澆口速度
Cd——流量系數
而金屬流量(Q)可由下式表達:

這里Ag是澆口面積。將Vg代入伯努力公式,便可建立起金屬壓力和金屬流量的關系:

從該公式中可知,金屬壓力與金屬流量的平方成正比,即所謂的P-Q²關系。為了生產表面質量更高的鑄件,往往需要采用高的澆口速度。如此,對壓鑄機的壓射能力將會有更高的需求。

3. 繪制P-Q²

圖 P-Q² 關系可用來決定澆注系統尺寸及判斷選用的壓鑄機是否能生產出優質的鑄件。為了更好地應用這一關系,針對特定的壓鑄模和壓鑄機可以采用一種圖式的表達方式,即所謂的P-Q²圖。應用此圖可以方便地判斷壓鑄模用在壓鑄機上的使用效果。圖1給出了一個P-Q² 的例子。

壓鑄機壓射容量界線與水平坐標軸的交點代表最大的金屬流量。該流量由公式:Q=Vd×Ag決定。其中Ag為柱塞面積,Vd為“干”壓射速度。該速度理論上是壓鑄機柱塞能達到的最大速度。此“干”壓射速度可以通過將速度控制閥完全開啟并在不壓射金屬的情況下進行壓射而測得。“干”壓射速度也可以從測得的壓射跡線上估算而得。壓鑄機壓射容量界線與垂直坐標軸的交點代表“靜”金屬壓力。如圖2中所示,該壓力可以通過其它可測定的壓鑄機參數來計算而得:

式中Pm——金屬壓力
P1——壓射泵上端壓力
P2——壓射泵下端壓力
A1——壓射泵活塞的上端面積
A2——壓射泵活塞的下端面積
Ap——柱塞面積

壓鑄機壓射容量界線確定了一特定壓鑄機(軸套配置只能在此線以下操作)。壓鑄機狀況發生變化,此容量界線也會隨之變化。壓鑄機壓射能力增加會使該線水平向上移動而斜率不變。而柱塞面積的變化會同時影響壓射壓力和金屬流量。因為壓射能力與柱塞直徑成正比,壓鑄機壓射容量界線的斜率也會隨柱塞面積的變化而變化。

最小流量界線是通過鑄件體積(V)除以理論充型時間(t)而得:Q=V/t。鑄件體積可以用鑄件重量(W)除以熔融金屬密度(ρ)來獲得:V=W/ρ。理論充型時間可用以下經驗公式來計算:

式中t—理論充型時間(相應于最大充型時間)
K—經驗常數
Ti— 熔融金屬溫度
Tf—金屬可流動的最低溫度
Td— 鑄模溫度
S— 在充型結束時熔融金屬中可允許存在的固態百分比
Z—單位轉換因子
T— 鑄件壁厚。

因為公式中的一些參數準確測量起來非常困難,使用該經驗公式便依賴于經驗數據。這些數據是通過多年實踐搜集而得,在各種壓鑄參考書中可以查閱到。充型時間有時也可以依壓鑄工廠自己的經驗估算而得。要獲得高質量的鑄件,實踐表明澆口速度不應太低或太高,澆口速度太低會造成非原子化的充型條件而導致鑄件缺陷,相反,澆口速度過大會導致鑄模的充
蝕。對鋅合金壓鑄而言,北美壓鑄學會推薦使用的澆口速度為40-55m/s。如此,通過使用公式(1),便可獲得金屬壓力界線的值。

4.  P-Q²圖在鋅合金壓鑄中的應用

如前所述,P-Q²圖的主要用途之一是用于預測一特定模具用在已知特性的壓鑄機上能否生產出高質量的鑄件。在鋅合金壓鑄生產中,常常需要對鑄件進行表面處理(電鍍或噴漆)以增加其抗腐蝕能力及裝飾性。壓鑄時,使用較短的充型時間十分必要。大量的研究和實踐表明,為獲得好質量的鑄件,充型時間需在10-40ms之間(需電鍍件最長不應超過20ms)。對于一已知澆口面積的壓鑄模,可以比較容易地判斷該模具是否會工作于P-Q²圖上所標定的最佳工藝區內。鑄件流量可通過轉換鑄件質量成液態金屬體積并選擇一合適的充型時間(或從壓射跡線上獲得)來計算而得,Q=w/ρt。金屬壓力便可由P-Q²關系(公式(3))來決定。通過確定P-Q²圖上相應于所得的流量和金屬壓力的位置,便可知該點是否位于最佳工藝區內,從而確定該模具用在這一特定的壓鑄機上是否會生產出高質量的鑄件。

在籌劃生產新鑄件時,P-Q²關系也可用于合理選擇澆注系統的尺寸。在設計澆注系統時,從噴嘴到澆口的橫截面積至少應保持恒定或最好是逐漸減小。其中噴嘴處面積應最大而澆口處面積應最小,如此設計的目的是確保熔融金屬流動前沿與模具表面緊密接觸,以避免產生湍流從而使金屬液在流至模腔的過程中盡量少地混雜入空氣。計算機技術的發展為進行P-Q²分析提供了極大便利。現今有許多計算機程序可被用來作P-Q²分析,包括Teck Cominco的模具設計程序。在進行P-Q²分析時,首先輸入已知的壓鑄機參數,計算機程序便會據此算出一系列相應于不同澆口面積的澆口速度和充型時間。采用推薦的噴嘴速度(通常在10-15m/s),便可決定噴嘴處的面積以便選擇一適合于生產的噴嘴。澆注系統中其它部位的尺寸大小只需依據以上所述的規則便可確定,也即從噴嘴到澆口的橫截面積逐步減小。

P-Q²分析在鑒別鋅壓鑄件缺陷時也是一項十分有用的工具。這可由以下所列的案例中得到印證。在使用一新模具生產一種鋅合金手把時,生產廠家遭遇了鑄件質量問題,該問題與表面處理和電鍍有關??墑瞧涓駒從誆畹腦賈礱嬤柿?。圖3是原始的手把鑄件及用于壓鑄該鑄件的澆注系統。近澆口缺陷區域的橫截面金相圖在圖4中示出。從圖4中可知,鑄件上的不完整缺陷,如氣孔和重疊(冷隔),在近表面層的細晶粒區域中清晰可見。這種受擾動的表面層通常是因為少量金屬液過早地注射入模腔所致。這種情形常常是由于澆注系統設計不當而引起。檢測所用的澆注系統各部位的橫截面積表明,該系統對于所壓鑄的鑄件而言過于龐大。圖5示出所用澆注系統各部位的橫截面積,從圖5可知,所用直澆道的截面積非常大。雖然可能是想促成從直澆道到橫澆道的平衡過渡,但直澆道區域的逐漸增大特別有問題。采用這種澆注系統設計,初始的金屬流束將會不受約束地通過澆注系統而注射入模腔。但是整體充型要等到整個澆注系統充滿金屬液并增壓后才會進行。如此,在初期充型的金屬流束與后面連續的主金屬流充型之間便會有一段時間上的停滯。這樣會導致初始充型的金屬液在較冷的模具表面凝固。當后續的主金屬流擾動并重新移動過早凝固的表面層而不是重熔該層時,便會產生表面不完整的缺陷。

針對所用的澆口進行P-Q²分析,便獲得與其相配的流道及噴嘴尺寸。改善后的金屬澆注系統可達到的充型條件是42.1m/s的澆口速度及0.0085s的充型時間,這樣的條件通??梢匝怪齦咧柿康鬧?。根據P-Q²分析,推薦的澆注系統無疑需要采用一較小的直澆道和橫澆道。從噴嘴到澆口的截面積逐漸減小以便更好地控制金屬流動。該廠商采納了P-Q²分析的)建議并通過焊接和重新切割澆注系統而改進了模具設計。生產實踐表明,鑄件的表面缺陷隨著模具的改進而隨之消失。

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