中国压铸杂志

双系统高真空压铸技术应用

作者:admin 来源:原创 发表时间:2018-07-18
 
文:海望真空高级顾问 秦耘;应用工程师 高天阳
 
以铝代钢的汽车压铸结构件产品对强度等机械性能的综合的要求,决定了结构件产品内部质量从材质、熔炼、保温、模具温控、喷涂、排气等一系列额外要求的提高,以确保T6或T7处理的顺利进行。对真空工艺也不局限于以往的型腔排气,而普遍采用的是熔杯加型腔的接力排气。
 
 
一、 为什么要采用双系统高真空排气
众所周知,对于冷室压铸真空排气,要排出的气体由三部分组成:真空机主阀至模具过滤器间的真空管线容积;模具型腔容积;冷室熔杯空置容积。其中真空管线由于截面积足够大(通常=>DN25),在真空管线足够短的情况下,对最后排气效果的影响可以不计。这样排气时,型腔容积和熔杯空置容积(100%-充填率)需要考虑。对于绝大多数的情况下,铝合金的压铸充填率要小于50%,换句话说熔杯含气会大于型腔含气。排气点的选择对由熔杯和型腔所形成的封闭空间内的气流走向和相对压差的行程带来一定的影响。
 
1.1先来看在只有模具型腔排气时的情况,见图一,熔杯内的气体将最后被排除,或者说,熔杯内的气压会大于型腔气压,这样对于压射低速阶段铝液在初始真空排气下的流动会产生裹气的可能性非常大,裹气后的气体是无法通过真空或自然方式排出的。这是传统压铸型腔真空排气的一个弱点。
 
 

 
1.2如果仅在熔杯排气呢?此方法可以在真空排气开始的初期,形成熔杯内的低压,减少熔杯内裹气可能,但由于熔杯上的排气点受限于压射冲头行程中熔杯内铝液的高度,或液面与排气点距离,该方式不可能达成完整的低速排气,见图二。该方法的实用性很低,没有推广性,在此处提出只是作为一种情况对比。
 

 
1.3传统单系统的熔杯和型腔接力排气如何?见图三,第一种用法为接力排气,熔杯排气先行,熔杯排气结束后型腔排气继续进行至真空排气结束;也有采用熔杯与型腔同时真空排气开始,熔杯先行结束,型腔至真空排气结束。无论如何应该注意到:该方式在真空排气开始初期大大降低了熔杯的气压,即熔杯与型腔的正压差,对于解决熔杯裹气有很大帮助;后续的型腔真空排气在真空罐内压力上升的情况进行,总的最终效果该与单系统型腔真空排气接近。
 
 
1.4 双独立真空系统排气。见图四,与上一种真空排气方式不同在于熔杯与型腔的排气是由两个独立系统分别完成的。 最大程度上保证了型腔接力排气时,熔杯系统的真空罐压力为最低,已达到最终的排气的最佳效果。
 

 
二、 高真空系统的构成要求
2.1最终压力实现50毫巴及以下的真空度目标
 
2.2 采用双系统熔杯型腔接力排气:将密封容腔内的气体在压射周期内接力排除。熔杯先行排气,避免了压射低速时真空排气造成的裹气现象;双系统的应用最大程度上降低了型腔的最终气压,进而降低压铸件的气孔率,实现高真空压铸下的高品质生产。要注意的是,熔杯真空阻滞功能的采用,会进一步稳定低速压射的铝液流动稳定。
 
2.3 采用主动式大口径型腔排气阀,气动阀或液压阀:大口径熔杯排气,提高了有限周期排气时间内整体的排气效率。由于阀芯关闭为气动或液压力主动进行,不受真空阀与型腔比例的严格匹配限制。同等真空阀,气动阀可以达到两倍以上被动式机械阀的排气面积;而液压阀可以达到3~5倍以上。在每个压射周期内,即时进行精准真空开始和结束,具有高重复性。
 
2.4模具上合理的排气通道及排气点设置:所选择的排气元件,如气动阀或液压阀为通道瓶颈;多阀的设置增加了排气的灵活性和排气通道的简洁性。
 
2.5 形成最为周全的密封系统:分型面密封、熔杯冲头密封、顶针密封和滑块密封;也可将顶针部分从动模板后侧封闭,单独一个型腔通道排气。
 
2.6 适量的喷涂和冲头润滑;尤其避免用喷涂液代替模具冷却。
 
2.7 当然以上的最基础的因素在于良好的铝液质量控制、精密的模具设计和加工和良好状态的压铸机等就不在此处絮谈。手动型腔测泄漏功能,甄别了模具自身问题所带的真空排气效率不佳问题所在。

 
三、 高真空系统应用实例
 
3.1 项目概况
产品:壳体
材料:铝合金
重量(产品+浇道+料饼+渣包+排气道):28.3公斤
设备构成:3500吨压铸机,
真空系统:HV10001000-160SHR-5高真空系统
其它主要周边设备:保温炉、模温机、点冷机等
 
3.2 排气方式:熔杯排气+两个型腔液压阀排气+两个型腔排气板辅助排气,共五通道设置;液压源自压铸机系统。
 
 
 
 
3.3 工艺数据:
熔杯直径:190毫米
熔杯口长:130毫米
熔杯排气口中心位置:390毫米
熔杯排气口直径:16毫米
总行程:1330毫米
填充率:30%
充型点:895mm
料饼厚度:40毫米
低速:0.15米/秒
高速:2.5米/秒
液压阀排气面积:2X300=600毫米2
排气板排气面积:2X60=120毫米2
 
 
3.3 真空数据:
熔杯真空开始:130毫米
熔杯真空结束:380毫米
型腔真空开始:400毫米
型腔真空结束:800毫米
熔杯有效排气时间:1667毫秒
型腔液压阀有效排气时间:2667毫秒
型腔排气板有效排气时间:3458毫秒
预留真空阀关闭响应时间:633毫秒
真空阀实际关闭响应时间200毫秒
熔杯排气结束真空度: 130毫巴
型腔液压阀排气结束真空度: 50毫巴
型腔排气板排气结束真空度: 50毫巴
 

 
 
 
 
 
3.4. 压铸机与真空机通讯
压铸机为主机:西门子的公共机PC
真空机为从机:西门子1500PLC
方式:网络通讯Profinet
内容:每周期即时真空度,包括熔杯A、型腔B、C、D和E通道;真空机输入信号和输出信号
 
 
四、 其它方案讨论
4.1 集中式真空系统的高真空应用
由于集中式真空系统系统压力稳定,采用熔杯和型腔接力排气与双系统独立排气差别不大,主要是看当初设计集中系统时是否考虑到了有高真空的应用;也有用户将集中系统作为熔杯排气,另外用一台单系统真空机抽型腔也取得很好效果。但台数少于5台压铸机,对于集中真空系统的经济性是不够的。
 
4.2 排气板的辅助作用
排气板作为大口径液压阀排气的辅助手段,实现了全过程排气的目的,为液压阀在结构件的应用提供广泛的选择机会。由于液压阀与排气板的控制要求不同,比如液压阀要测断头,而排气板要测表面污染,在此建议应采用独立通道分别控制液压阀和排气板。
 
4.3 单系统真空机用于熔杯和型腔接力排气
这里不包含集中式的真空系统,是指独立单系统,即一套真空罐和真空泵。可以改善熔杯排气初始阶段的裹气趋势,但总的真空效果要逊于双系统真空排气方式。
 
4.4 双系统同时抽的可行性
效果介于同等能力的单系统真空接力抽和双系统真空接力抽之间。建议尽量采用接力形式双系统真空排气,为了提高响应,可以将型腔排气的开始点稍提前熔杯结束前至5~10毫米。
 
五. 小结
液压阀结合排气板的双系统高真空排气是提高结构件真空压铸效率的有效手段,开启了了大口径液压阀全过程排气的工艺的先河,必将带来越来越广泛的推广和应用。在铝合金压铸成型行业中,对产品气孔率的要求取决于产品本身用途的要求。对于对气孔率限制有更高要求的汽车压铸结构件,含气量是至关重要的的产品质量衡量标准,是单系统真空装置的传统型腔排气难以完成的工作。采用最有效和最经济的方式来实现高质量的压铸件生产,永远是我们追求的目标。
 
 
 
 
 
 
 
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