【文章內(nèi)容簡介】 以三級壓鑄系統(tǒng)：第一級為沖頭慢速漸進(jìn)，將金屬熔體推至內(nèi)澆口，即所謂慢壓射階段；第二級是沖頭以高速將金屬熔體通過內(nèi)澆口，在規(guī)定的時間內(nèi)充滿型腔，即充型階段；第三級為尚未完全凝固的鑄件在高壓下(啟動增壓器)進(jìn)行凝固和被壓實，即壓實階段。圖17所示為典型的三級壓射曲線示意圖，圖中曲線分成一級慢壓射、二級充型和三級增壓壓實三個階段。有些壓射系統(tǒng)將第一級壓射又分成兩個小部分，第一部分是沖頭先封住澆料口(圖18所示X1線)，第二部分為慢壓射階段，然后再進(jìn)行光型和壓實， 這就成了四級壓射系統(tǒng)，這樣除了可避免熔體濺出澆料口，更可以提高壓 室初始充滿度。 慢壓射階段慢壓射階段在工藝上主要是選控慢壓射速度，目的是在金屬熔體涌至內(nèi)澆口時，壓室中的氣體能完全從澆口進(jìn)入型腔，而不被金屬熔體包裹，避免在鑄件中形成氣孔；為此，需要選擇一個臨界沖頭速度，可以是等加速度，也可以是恒速，一般說，等加速度效果好。國外壓鑄機(jī)多配以“Parashot39?！颉癝IMUI”的等加速度的慢壓射的速度選控系統(tǒng)，圖1圖20[2]可作為選控慢壓射速度之參考。 充型階段 此階段在工藝上最應(yīng)關(guān)注的是：充型時間、壓射速度、內(nèi)澆口速度和空壓射速度的相互關(guān)系，及主要要參數(shù)的選擇。 最佳充型時間 充型時間就是金屬熔體流過內(nèi)澆口，以高的內(nèi)澆口速度，在金屬熔體停止流動前充滿型腔的時間。這一時間很短，是一個非常關(guān)鍵的參數(shù)，是選用壓鑄機(jī)，進(jìn)行工藝設(shè)計和模具設(shè)計的基礎(chǔ)。 充型時間要短，目的是充型時在鑄件最小的部位或液流遠(yuǎn)端不產(chǎn)生早期凝固，避免鑄件出現(xiàn)缺肉、冷隔等缺陷。充型時間越短，充型速度就越高，會加大型腔磨損，還可能因脹型而金屬飛濺和產(chǎn)生飛邊；充型速度高，會使型腔中氣體沒有足夠時間從型腔中逸出。充型時間的正確選擇只有綜合考慮才能得到，表3給出了選擇充型時間和內(nèi)澆口速度的相關(guān)因素[4]。 金屬熔體從工作溫度到凝固溫度釋放的熱量決定了其在相同導(dǎo)熱率下保持可鑄性的時間，因此這種熱量便作為判定其最大可充型時間的尺度。釋放熱量與充型時間成正比，根據(jù)熱量比可以得到幾種合金的充型時間的關(guān)系。Mg合金、Zn合金、A1合金和Cu合金在相同凝固條件下，從工作溫度到凝固溫度釋放的熱量分別為263250918kCal/dm3，則它們的型時間比為τMg:τZn:τAI:τCu ≈::1:。也就是說τMg=:，τZn=，τCu=。 表4給出了充型時間與壁厚有關(guān)的推薦值，更確切地說與凝固模數(shù)有關(guān)。一些世界著名的公司如瑞士Buehler也以此作為選擇充型時間的依據(jù)。早先的資料中是按鑄件平均壁厚計算的，而后來資料也有按最小壁厚計算的。注：最大值用于鋁合金，中間值用于鋅合金，最小值用于鎂合金。，從試驗出發(fā)，得到最佳充型時間關(guān)系式[3]： 式中：τ為充型時間，s為鑄件平均壁厚；ρ為固、液相間合金密度平均值；HSW為合金熔化熱；C為固、液相間合金平均化熱容；tL為合金液相線溫度；f為固相率；?t為液相線溫度與固相率為f時溫度之間隔；tF為模具溫度；λF為模具材料的導(dǎo)熱率；CF為模具材料的比熱容；ρF為模具材料的密度。此時，澆注溫度tg=tL+ (60~120)(℃)壓鑄時顯然金屬液在型腔中無過熱，人們觀察到熔體流中具有一定數(shù)量的固相，當(dāng)固相率達(dá)到30%~80%時，在型腔中熔體運(yùn)動只能通過高的流入速度，當(dāng)最佳充型時間按式（17）計算時，相當(dāng)于f值為70%~80%。圖21中可以確定液相線溫度和形式70%~80固相時的溫度間隔，即?t=38℃，表5[3] 4(X40CrMoV51)和壓鑄合金的物理性質(zhì)， 3(X38CrM051)、 5(X32CrMoV33) 7(X38CrMov53)[3]。鋁合金和銅合金的熔化熱的經(jīng)驗值不詳，所以用理論值。試驗指出，鎂合金的熔化熱等于純鎂的熔化熱。表7[3]是按式（17）和按f=70%計算的最佳充型時間，如f=80%時。~，這歸因于Si高溶化熱，使含硅的合金保持較長時間液態(tài)，利于在型腔中流過[3]。最佳充型時間對各種鎂合金而言在壓射時至少要比鋁合金快2倍，銅合金最佳充型時間與合金組成元素有關(guān)，鉛黃銅（CuZn37Pb）與鎂合金相近，硅黃銅（CuZnl5Si4）與鋁合金相近。經(jīng)驗表時，較短的充型時間對薄壁長流程的鑄件是成功的，已用于NADCA推薦計算澆注系統(tǒng)的公式中[2,6]： 式中：τ為充型時間，ms；Tm為金屬熔體澆注溫度，℃；Tf為金屬流動最小溫度，℃；Td為壓鑄模溫度，℃；f為金屬熔體失去流動性前的最大固相率；sm為壓鑄件平均壁厚，mm。以某鎂合金壓鑄件為例，壁厚sm=2 mm，金屬熔體澆注溫度Tm=670℃，模具溫度Td=200℃，最小流動溫度Tt=610℃，最大固相率f=30%。則按式(18)計算充型時間τ= 6[(6780610+30)／(610200)] 2=20ms。鑄件表面品質(zhì)量隨充型時間增加而變化，充型時間短，壓射功率大，充型快，但因內(nèi)澆口厚度的限制，過短的充型時間使鑄件的孔隙率增加。圖22是充型時間對鋁壓鑄件品質(zhì)的影響[7]。圖23[3,8]是近年提出的一種對鋁、鎂壓鑄件壁厚與充型時間關(guān)系的關(guān)系圖。表面品質(zhì)要求高的就選較短的充型時間。 壓射速度、充型速度和空壓射速度。 (1) 壓射速度(沖頭速度)壓射速度(沖頭速度)是充型階段單位時間內(nèi)的沖頭位移。在行程曲線充型階段任選兩 個點(diǎn)，測量行程的距離和充型時間(圖24)，即可求得壓射速度=測量的距離(mm)／壓射時間(ms)。 (2) 充型速度（內(nèi)澆口速度）充型速度即內(nèi)澆口速度，與沖頭速度和沖頭面積有關(guān)。在壓室——模具這個封閉系統(tǒng)里，以充型時金屬通過內(nèi)澆口的體積流量Q為基礎(chǔ)，有以下關(guān)系：式中：υa為內(nèi)澆口速度（充型速度），m/s；Sa為內(nèi)澆口面積，mm2；υa為沖頭速度（壓射速度），m/s；A0為沖頭面積，mm2。 一般只有選定壓鑄機(jī)后，才能確定沖頭面積，內(nèi)澆口速度可按表1選取。內(nèi)澆口速度是重要的參數(shù)，對鑄件質(zhì)量和模具壽命有重要影響。內(nèi)澆口速度過高會增大型腔表面由于侵蝕、粘模而受損傷的幾率；較低的內(nèi)澆口速度雖有利于氣體從型體內(nèi)排出，但也能使鑄件力學(xué)性能和表面質(zhì)量變壞。鑄件的體積缺陷常以均勻分布的顯微孔隙或以較大的孔洞出現(xiàn)在鑄件中，高內(nèi)澆口速度的壓鑄強(qiáng)度比低內(nèi)澆口速度的低，有助于在鑄件中形成顯微孔隙，使鑄件表面更光潔，組織更致密。內(nèi)澆口速度與鑄件壁厚有關(guān)，可用下式計算： 式中：s為鑄件壁厚（單位：mm），適于壁厚1~6mm；參數(shù)46~57中，低值用于鋅合金，中值用于鋁合金，高值用于鎂合金。將最大內(nèi)澆口速度限制在50~60m/s，而最小內(nèi)澆口速度為鋅12 m/s、鋁18 m/s、鎂27 m/s。內(nèi)澆口速度與鑄件壁厚有關(guān)，但由內(nèi)澆口厚度來決定，實際中相同壁厚的鑄件，可能有不同厚度的內(nèi)澆口，由此也會用不同的的內(nèi)澆口速度來壓鑄。還有一種與內(nèi)澆口厚度有關(guān)的計算內(nèi)澆口的方法，見下式： 式中：da為內(nèi)澆口厚度，m；Kw為系數(shù)，鎂合金為45，鋁合金為40，銅合金為27。da值應(yīng)較鑄件平均壁厚s小，同時也小于內(nèi)澆口設(shè)置處的鑄件厚度；通常壁厚為1~6 mm時，~2 mm；當(dāng)1 mm≤s≤3mm，最小內(nèi)澆口厚度dam=+ s； mm≤s≤6 mm，d a min= s；平均內(nèi)澆口厚度dam=+ s。內(nèi)澆口厚度首先影響金屬液滴的形成，較薄的金屬流從內(nèi)澆口射出，并迅速變厚，在極短的時間后形成延續(xù)伸展的“結(jié)”，這個“結(jié)”隨射流向前運(yùn)動并最終霧化，金屬射流從內(nèi)澆口流出時最小內(nèi)澆口速度[13]為： 式中：Vm為金屬熔體的動力粘度，m/s；σm為表面張力，N/m；ρm為密度，kg/m3；da為內(nèi)澆口厚度，m。為了保證霧化要求，由式(22)計算出的值，~，內(nèi)澆口厚度da與內(nèi)澆口速度υa的關(guān)系如圖25所示[3]，圖中。是按υa min。內(nèi)澆口幾乎都是長方形，知道其厚度后，其寬度ba必須符合下列條件： 式中：υ0為沖頭速度，υa為內(nèi)澆口速度，d0為沖頭直徑，da為內(nèi)澆口厚度。但有對內(nèi)澆口結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗線圖[2]，證實了內(nèi)澆口結(jié)構(gòu)（內(nèi)澆口參數(shù)D如圖26中公式）和內(nèi)澆口速度，對鑄件質(zhì)量的影響，推薦優(yōu)良鑄件的工作點(diǎn)的區(qū)域薄壁鑄件時，選擇鄰近圖中網(wǎng)格區(qū)?？梢姡诤鼙〉膬?nèi)澆口時，因內(nèi)澆口參數(shù)為低值，需要更高的內(nèi)澆口速度。鑄件的實際比較，在圖25中用點(diǎn)加以標(biāo)志， mm的銅壓鑄件， mm，采用內(nèi)澆口速度24m/s