真空壓鑄技術應用

2020年02月28日

.引言

  真空在當今高質量高壓壓鑄生產中已是一個不可缺少的必要手段,但關鍵在于如何正確將真空技術與實際壓鑄生產工藝結合起來,為更多的用戶所用。這其中有很多因素需要在實踐中掌握與應用:諸如正確理解真空技術;選用恰當的真空系統和模具排氣裝置;設計和制造準確的模具;如何實時偵測壓鑄真空工藝控制數據;以及真空系統的使用,現場操作和維護等等。

  真空系統的的供應商和廠家要協同努力,尤其在用戶使用的早期,需要共同討論模具制作方案和設計要求,還需就壓鑄機壓鑄工藝和模具抽氣(出氣口)位置選定等技術服務。

 

 

二.壓鑄產品工藝:

  有色金屬的壓鑄,涉及到冷式和熱室壓鑄。

  真空壓鑄的應用對于冷室和熱室并無本質上的區別,在模具合模后型腔形成封閉的瞬間,采用抽真空的方式將其型腔內部的空氣以及壓射頭潤滑油在料筒內產生的煙氣盡可能排除,過程采用所謂的抽真空將形成負壓。由于其工藝特點,在具體的應用實施上,采取了一些不同的方法,要求對不同形狀的產品在模具設計時就需要考慮氣道位置確定。

 

特點如下:

1.表面光滑平順,可減少再加工成本,鑄造成本價低廉:

2.易制做薄壁或要求尺寸穩定的各種鑄件

3.適于幾何形狀高度復雜的鑄件

4.對具有延展性要求的鑄件

5.可制作具有抗沖擊性要求的鑄件

6.機加工后要求無瑕疵

7.易于鍍層和涂層

8.產品產周期短可一模多件

9.較低的合金溫度,較少熔煉成本

10.可延長的模具壽命

 

鑄件的常見氣體帶來的不良品現象,主要由于熔解液態中夾有含氫成分,和型腔內空氣水氣煙氣等所產生的,一般我們常見的:

1.模具充型不良

2.鑄件在加工后出現氣孔

3.鑄件由于氣孔率所引起的延展性減低

4.氣密性不達標,鑄件產生泄漏

5.在特氟龍鍍層,鍍鉻,噴粉等工藝中出現氣泡

6.鑄件尺寸不穩定等

 

 

熱室鋅壓鑄的基本特點和氣體帶來的不良品現象:

    用于壓鑄的鋅合金通常主要為鋅加入了適量的鋁和銅,加入鋁是為了提高其合金的強度和沖擊韌性;而加入銅是為了進一步提高合金的硬度。也往往會加入少量的鎂。由于其熔點較低, 廣泛被用來生產汽車,衛浴,家用,裝飾和安全產品等選用。

無論用戶和生產廠都對此不良率反應很敏感,它最終會使得產品的成本增加減少收益,而失去市場競爭力。

這將促使用戶采用適當的排氣手段來加以改善,比如真空系統:


.真空定義

所謂真空(vacuum)一詞來源于拉丁語的“vacuus”,意思是空(empty)。按基本的物理定義:真空是指絕對無物質的空間。日常中指封閉的空間內,其空氣或其它氣體已被排出至非常高的程度,感覺上是一種空蕩無物的空間。

我們用大氣壓(標準壓力)作為真空的參照點。大氣壓是一個壓力單位,等于海平面的空氣壓力或約等于 1019mbar

真空測量值為:1 bar (kg/cm2) = 1000mbar (1019 g/cm2) = 750mmHg

                                         = 100000 Pa =100000N/m2

 

在優化的真空應用中,型腔內可達到 50 mbar(375mmHg)以上真空度。在實際生產中,鋅合金壓鑄件質量在 700 mbar(500mmHg)起就可以觀察到內部結構的改變。

 

.為什么壓鑄件的合金結構會出現缺陷呢?以下是其中一些主要原因:

空氣和煙氣與壓射合金混合在一起形成微氣孔其氣體壓力高于最終鋅合金的壓射壓力,往往是由于澆口過薄引起的, 一些由于熱量不平衡在金屬固化時所產生的不規則圓形的縮,,如果充型時間沒有達到預設定,會看到冷隔或者細微處的未充填,金屬的溫度和模溫沒有得到優化,金屬流動會受到很大的影響,一個不爭事實是,為獲得理想的壓鑄合金構件,必須盡可能的減少噴射的熱金屬與型腔內的空氣和煙氣接觸;換言之,就是在壓射開始至結束的全過程中盡可能地降低型腔內的空氣和煙氣的氣體壓力,將整個過程的氣體含量減少到一個近于理想的狀況。抽真空就是要用來解決這個排氣問題。


在傳統的壓鑄過程中,型腔內空氣和由脫模劑形成的水氣以及潤滑油產生的煙氣,在壓射開始階段將被壓縮至 1600 mbar(A)。在接下來的充型階段,型腔內的氣體壓力會飚升至兩到三倍(C)。在一些極端的截面上,如最后充型部位或者充型死角處,固化時的最終壓射壓力甚至會低于在同一截面內的氣體壓力,其氣壓超過了 100 bar。這就是為什么壓鑄廠家會在鑄件中的一些截面上發現圓而光滑的氣孔。


傳統壓鑄和真空壓鑄中型腔內氣體壓力區別

當采用真空壓鑄后,在型腔內的空氣和煙氣含量被減至最低:在充型開始時(A)空氣和煙

氣的壓力可被降至 200 mbar,甚至 100 mbar 以下。就算在壓鑄的條件并不十分完美的時候, 比如有抽芯間隙和模具在一定磨損和變形后,仍有可能在充型最后階段(C)達到 300 mbar采用真空壓鑄時此時型腔空氣和煙氣含量將減低至 10 1000 倍以下。這使得生產均勻和高質量壓鑄件成為可能。因為在型腔中阻力銳減,所要求的充型時間將會得以滿足;薄壁部分的充填也得到了保證。

 

模具合模時的密合度:是壓鑄模的制作精度基本保證,也是提高質量產品的基本要求,具表面的清潔和干爽度。越清潔越干爽,壓射時產生煙氣的量就越少,抽真空系統在實際的壓射周期中的負壓度效果就越高,壓射速度于抽真空時間有相應關系,所提供的抽氣時間有,真空機的抽氣能力需大于壓射時模具的排氣要求。為實現全過程真空排氣和實時真空度的偵測控制,要求模具的排氣與真空通道設置流量匹配需進行流動阻力計算,設計合適的走,長度和截面面積。

 

包括澆口設置和真空接口設置。以及集渣包位置設定,同時集渣包對平衡模溫分布配置。

 

.真空壓鑄原理

將真空閥或排氣塊(由模具配合制作)連接在模具上,通過設在模具上的抽氣通道與模具型腔相連接。

真空閥或排氣塊通過抽真空膠管連接真空機內的控制閥將空氣抽入真空罐(容器)相連。真空泵的作用是有電機驅動旋片式離心真空壓力泵,將真空罐內的空氣和煙氣將被排除,壓力降至負壓,經由與此相連的真空膠管,模具內部型腔與真空機內的控制閥有效地連為一體。一旦真空罐上的控制閥在控制箱內 PLC 輸出信號指令后開啟,也就是抽真空開啟,型腔內的氣體將被抽入至真空罐中。要注意的是,在沖頭完全覆蓋住進料口之前,真空不能啟動,也就是要求合模狀態時型腔和料管形成密閉時,在壓射啟動到壓射完畢關閉控制閥。所以不會因為大氣壓與抽真空間的壓差將熔液注入型腔內。

 

正是采用了方達瑞真空閥,才有可能在通過連接真空閥的通道實時測量到壓射時的型腔真空度。該測量值一定要是通過單獨連接的管線反饋給真空機的。其它任何方式的測量都不能更真實地反映型腔的實際壓力情況。

與冷室壓鑄相比,熱室的真空操作過程完全一致,如壓射時型腔內真空度的測量,開模后污染度的檢測和閥體壓縮空氣反吹等等。也可以進行手動測污染度,但手動測真空度是一定要注意了:如不能將沖頭完全覆蓋住進料口,由于壓差的作用,會有可能將金屬吸入型腔和真空閥內。

 

 所以請慎重進行手動測真空度!

 從原理上講,真空系統的抽氣過程與其它系統大致相同;不同的是如何選取抽真空的時間和點位置,為形成全過程真空抽氣”,抽氣與壓射周期取得一致,實現精確的實時工藝控制。本公司抽真空系統的詳解如下:

壓鑄機與真空系統

1. 熔料池

2. 射出(鵝頸)

3. 壓射頭(接嘴)

4.慢壓射階段 1

5.快壓射階段 2

6. 料管(進料口)

7. 真空開始信號:沖頭前進

8. 最小真空開始延遲 (t1)

9. 真空直接開始信號 (極限開關)

10. 真空延遲

11. 真空測量(t 2)

12. v1, 階段 1 速率

13. v2, 充型階段速率.真空機與真空閥(排氣塊)的選用

14. 沖頭 (直徑) 15. 流道

16. 澆口

17. 鑄件型腔

18. 真空接口

19. 真空通道

20. 真空閥關閉啟動點

21. 真空閥啟動活塞

22. 真空閥排氣活塞

23. 真空排氣連接

24. 真空測量反饋連接

25. Supervac 真空閥

26. 補償器(模具變型小可以不用)

 

六.真空機與真空閥(排氣塊)的選用

為推薦使用的優化配置(國外采用同步抽真空閥或大排氣阻尼塊)

真空閥 (排氣塊) 抽氣流道通徑選擇:(鎂和鋅合金)鑄件凈重

對應的壓鑄機  主真空通道

Micro-P 0.15~0.8 公斤 250T    6~8 毫米  VP-Medio SC Om 或以上

Mini 0.2 ~1.6 公斤 400T         23 毫米 2  VP-Medio SC Om 或以上

Medio-P 1.6 ~ 10 公斤 200~800 噸   60 毫米 2  VP-Medio SC Om 或以上

 

真空機在選用任何一款機型時,無論移動式或還是中央式的,都應滿足鋁(鎂和鋅)合金的排氣要求。

目前我公司生產的真空機都采用觸摸式人機界面多語言操作,使用和維護簡單明了,壓射周期的每一個步驟都清晰在目,包括報警和故障排除。還可進行菜單操作,存儲多達幾十個工藝參數菜單。同時可保留最新的真空度和污染度的記錄。

 

針對熱室鋅合金壓鑄的抽真空流道和真空閥的選擇:

為了更好地匹配壓鑄機射料(它冷式壓鑄機射料不同)的特點,在選取抽真空點和抽真空時間有著不同的要求,針對射料部分及型腔排氣,為避免因壓射過快,造成抽氣流道堵塞,及流道中產生粘連。選擇簡單排氣方法會直接影響到抽真空效率,根據多年經驗和實踐真空模設計將會直接影響真空機的正常使用。

 

.真空模具設計方案

這也是所謂的真空應用,是指將真空系統和模具設計結合起來,以發揮真空排氣效率,滿足產品無氣孔類缺陷的要求。真空通道通常取決于為模具選擇了什么尺寸的真空閥和流道通徑。絕大多數情況下,真空閥和大排氣塊都會放置在固定模上。這樣一來,真空通道入口也將與閥一樣設置在固定模上。真空主通道與其分支通道將設置在移動模上。

 

重要的一點是建立進入通道的緩沖區,以確保密實的金屬流動和收集金屬中的渣滓。真空通道要按以下準則建立:

1.不能影響系統的排氣能力

2.要確保金屬動能,必須保證金屬流的密實

須采用延長排氣氣道方法,僅可能使抽真空時間長一些,更完善,足以將型腔內空氣煙氣排出抽干凈,根據目前國外(日本)采用的阻尼間隙式的大排氣塊,鑲嵌在模架的上方,利用氣流緩沖原理連接集渣包,壓鑄機壓射時在鋁液推壓空氣時,即時真空機閥門打開,抽出型腔內空氣轉為負壓狀態。

 

模具的特殊性和金屬的性能必須要加以考慮,這些情況也正是想嘗試使用真空技術而又無從下手的廠家所關心的問題。

在真空壓鑄技術的傳播中,在客戶的實際應用過程中:就需要對新客戶提供真空模具方案設計,提供模具設計方案;對老客戶提供定期咨詢訪問,這會不斷鞏固其真空壓鑄的技術水平。對于一個新項目或一個改造項目,廠家應提供以下信息,產品質量要求,幾何圖形,模具澆口, 機加工情況,以便得到提供的合理的真空流道設計方案。廠家所提供的資料越詳細,優化的真空設計方案就越容易越完善,最終效果就越顯著。

 

1.模具圖如是舊模具改造,說明現存的問題

2.工藝技術數據:一出幾模模具方案,材料性能,熔煉溫度,除渣除氣等情況。

 

 

.一些常見問題的討論

  真空機排氣能力取決于什么?

  首先,我們在了解真空機的工作原理同時。考慮到有生成的煙氣和管道容積以及漏氣,設要排除一定容積的型腔空氣。在一個壓射周期內,壓射時間非常短,排氣的有效時間也就很短。假如單單用一個真空泵在這樣短的時間內來抽氣,那么就需要一個很大的真空泵;如果用方達瑞中型機來抽氣,真正高效排氣的是容積為 200 升真空罐。而真空泵連續工作,只是用來將進入罐中的氣體連續排出。也就是說,排氣能力取決于真空灌的大小,真空泵大多數時間里只用于補足罐內的真空度。在這里不能不提到中央真空系統,這才是最經濟有效的真空系統方案。

 

a.真空機越大越好嗎?

  我們不能否認在忽略經濟因素的前提下,真空機能力越大越好;但值得注意的是,真空閥

和大排氣塊只能采用合適尺寸的,與產品排氣要求匹配的才好。用過大的來抽過小的鑄件是不可取的,匹配的真空通道,才能與金屬鑄件流經的型腔大小,才能得到理想,反之會造成鑄件過熱產生縮孔或流痕。

b.有抽芯的模具可以進行真空排氣嗎?

答案當然是肯定的,在很多行業里,比如在汽車行業,帶抽芯的真空壓鑄是非常成熟而平常的應用。如果說不可以,其實也同時否定了有頂針的模具采用真空排氣,但哪個模具沒頂針呢? 有些人在頭腦中始終認為:只要有滑動就會有間隙,只要有間隙就會有漏氣,只要有漏氣就不能用真空了。看似很有邏輯的想法,實際上反映了人們對高質量產品本身的認識。我們設計抽芯或頂針,不是為了排氣的,超過設計標準的間隙不會帶來高質量的產品,因為這會為金屬的侵入打開方便之門。嚴格控制間隙,這不是由于用不用真空帶來的要求,而是產品質量本身的要求。正常配合間隙下,抽芯也好,頂針也好,都會在配合表面形成潤滑膜(模具硅油),足以應對瞬間的漏氣問題,對排氣效率不會造成大的影響。

 

.結論

壓鑄是一種非常經驗化的行業,盡管近年來傳統的設備和工藝得到了很大的改善和提高,

并不是說好的設備加上高等教育人才就一定能生產出最好的產品。所以人們總是在接受新理念的同時,更愿意依賴自己的實際經驗。不錯,正如真空壓鑄在中國的引入一樣,掌握真空技術, 積累應用經驗必將成為廠家制勝的法寶。我們愿以多年的成功經,為中國壓鑄企業的騰飛傾盡自己的微薄之力。

                        

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來源:上海東泰機電設備工程有限公司
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