由压力铸造的实质及优缺点可知,压铸过程是利用高压力、高速度,迫使液体金属以很高的速度、在极短的时间内充满压铸型。在这样的充填条件下,虽然金属压铸型的导热性很高,蓄热能力很强,液体金属与压铸型的热交换强度很大,但仍能够获得轮廓清晰、尺寸精度和表面光洁程度很高的铸件。
(一)压力的作用
压铸压力是压铸过程主要的工艺参数之一。压铸压力可以用压射力和压射比压来表示。压射力是根据压铸机的规格而定,它是压铸机压射机构中推动压射活塞的力,可用下式计算
FY=PG*πD2/4 (6-1)
式中,FY——压射力(N);PG——压射缸内的工作压力。当无增压机构未工作时,即为管道中工作液的压力(Pa);D——压射缸的直径(m)。
当增压机构工作时,压射力为
FY=PGZ*πD2/4 (6-2)
式中PGZ——增压时压射缸内的工作压力(Pa)。
压射比压室内液体金属单位面积上所受的压力,其值可用下式计算
Pb=FY/S=4FY/πd2 (6-3)
式中 Pb——压射比压(Pa);S——压射冲头(或压室)截面积(M2);d——压射冲头(或压室)直径(m)。
由式(6—3)可知,压射比压与压射力成正比,而与压射冲头截面积(或直径的平方)成反比。因此改变压射比压可通过调整压射力或压射冲头的直径(压室内径)来实现。
在压铸过程中,作用在液体金属上的压力以两种不同的形式出现,其作用也不同:一种是液体金属流动过程中的流体动压力,其作用主要是完成充填及成形过程;另一种是在充填结束后,以流体静压形式出现的最终压力(其值明显地大于动压力),它的作用是对凝固过程中的金属进行“压实”。最终压力的有效
性,除与合金的性质及铸件的结构有关外,还取决于内浇道的形状、大小及位置。
压铸过程中作用在液体金属上的压力不是一个常数,它随着压铸过程的不同阶段而变化。液体金属在压室及压铸型中的运动情况可分为四个阶段。图6—1所示为压铸件不同阶段液体金属所受压力的变化情况。
图6-1
第一阶段I:慢速封孔阶段:压射冲头以慢速向前移动,液体金属在较低压力p。作用下推向内浇道。低的压射速度是为了防止液体金属在越过压室浇注孔时溅出和有利于压室中气体的排出,减少液体金属卷入气体。此时压力p。只用于克服压射缸内活塞移动和压射冲头与压室之间的摩擦阻力,液体金属被推至内浇道附近。
第二阶段Ⅱ:充填阶段:二级压射时,压射活塞开始加速,并由于内浇道处的阻力而出现小的峰压,液体金属在压力p。的作用下,以极高速度在很短时间内充填型腔。
第三阶段Ⅲ:增压阶段:充型结束时,液体金属停止流动,由动能转变为冲压力。压力急剧上升,并由于增压器开始工作,使压力上升至最高值。这段时间极短,一般为0.02一O.04s,称为增压建压时间。
第四阶段Ⅳ:保压阶段,亦称压实阶段。金属在最终静压力p,作用下进行凝固,以得到组织致密的铸件。由于压铸时铸件的凝固时间很短,因此,为实现上述的目的,要求压射机构在充型结束时,能在极短的时间内建立最终压力,使得在铸件凝固之前,压力能顺利地传递到型腔中去。所需最终静压力p,的大小取决于铸件的壁厚及复杂程度、合金的性能及对铸件的要求,一般为50~500MPa。
以上为具有增压器三级压射机构压铸时压力的变化曲线,实际上,由于压铸机压射机构的工作特性各不相同,以及随着铸件结构形状不同,液体金属充填状态和工艺操作条件的不同,压铸过程中压力的变化曲线也会不同。
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