壓鑄工藝及壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

壓鑄工藝及壓鑄模具設(shè)計(jì)要點(diǎn) 摘要：壓鑄機(jī)、模具與合金三者，以壓鑄件為本，壓鑄工藝貫穿其中，有機(jī)地將它們整合為一個(gè)有效的系統(tǒng)，使壓鑄機(jī)與模具得到良好的匹配，起到優(yōu)化壓鑄件結(jié)構(gòu)，優(yōu)選壓鑄機(jī)、優(yōu)化壓鑄模設(shè)計(jì)、提高工藝工作點(diǎn)的靈活性的作用，從而為壓鑄生產(chǎn)提供可靠保證。所以，壓鑄工藝寓于模具中之說(shuō)，內(nèi)涵之深不言而喻。關(guān)鍵詞：壓鑄機(jī)；模具；壓鑄工藝；模具設(shè)計(jì)The Main Points of Die Casting Process andDie Casting Die DesignPAN Xian-Zeng, LIU Xing-fuAbstract: The die casting machine, die and alloy, the three on the basis of die castings, running through with the die casting process forms organically a whole and an effective system. Making the machines well to mate with dies, optimization of die casting construction, optimization of selecting die casting machine, optimization of die design and improving the flexibility of die casting process conveys in the die, this has a profound intension.Key words: die casting machine; die; die casting process; die design 1 壓鑄機(jī)模具合金系統(tǒng)壓鑄機(jī)、模具和合金這三個(gè)因素，在壓鑄件生產(chǎn)過(guò)程中，它們構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)，即壓鑄機(jī)-模具合金系統(tǒng)，它是以壓鑄件為本，工藝貫穿其中，賦予系統(tǒng)活力與效率，而模具則是工藝進(jìn)入系統(tǒng)的平臺(tái)。壓鑄機(jī)、模具與合金三者關(guān)系形象地表示如圖1所示。壓鑄機(jī)-模具-合金系統(tǒng)主要表現(xiàn)為： (1) 內(nèi)澆口的位置影響充填金屬熔體的流動(dòng)方向及狀態(tài)，和充填型腔的質(zhì)量，對(duì)模具結(jié)構(gòu)和工藝產(chǎn)生決定性影響，這是關(guān)鍵所在。 (2) 選定最佳充型時(shí)間，這是非常重要的一步，影響到充型時(shí)的金屬熔體的體積流量(Q)，也就是充型功率，并據(jù)此計(jì)算內(nèi)澆口尺寸。 (3) 選擇排氣、溢流的位置和尺寸，除正常的排氣、排污和溫度平衡外，還可減少?zèng)_擊壓力，避免金屬飛濺和產(chǎn)生毛刺。(4) 加熱與冷卻，平衡模具溫度，保持工作溫度。2 壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù) 壓鑄時(shí)內(nèi)澆口的位置影響壓鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、質(zhì)量和壓鑄模具設(shè)計(jì)，通過(guò)查詢資料可得到正確設(shè)置內(nèi)澆口位置的提示。由于鑄件結(jié)構(gòu)的多樣性，要選擇內(nèi)澆口的正確位置是很困難的，但也有一些基本要求，如普遍認(rèn)為設(shè)置內(nèi)澆口要使充型時(shí)的金屬射流盡可能地以自由射流在型腔中流過(guò)較長(zhǎng)距離，也就是正確的內(nèi)澆口位置、形狀、尺寸(流向角)配合壓鑄參數(shù)可獲得金屬射流沿型壁不斷有序擴(kuò)展、轉(zhuǎn)向，并連續(xù)不斷地?cái)U(kuò)展至盡頭。型腔的大部分(即主干型腔)由射流充填完成，只有一小部分型腔(即非主干型腔)由金屬熔體支流補(bǔ)充完成或由金屬熔體股流相碰撞完成充填，并通過(guò)排溢系統(tǒng)排除殘余。圖2為內(nèi)澆位置與主干型腔示意圖1”。同一個(gè)壓鑄件選擇不同的內(nèi)澆口位置和流向角，可以得到不同的主干型腔、非主干型腔和各自占有的面積百分?jǐn)?shù)，圖2中的殼體壓鑄時(shí)，由于內(nèi)澆口的位置不同，得出不同的主干型腔和非主干型腔。圖2a內(nèi)澆口垂直于一側(cè)壁，由于零件頂部的長(zhǎng)方孔把兩側(cè)壁分開(kāi)，結(jié)果是只有一側(cè)為主干型腔；要充填另一側(cè)壁，必須經(jīng)澆道兩端連接處，最后兩股液流匯聚完成填充，這一部分就是非主干型腔。因主干型腔所占面積百分比不高，因此會(huì)產(chǎn)生大量廢品，如圖2a1。在圖2b中，內(nèi)澆口位置不作改變，只是把頂部長(zhǎng)方孔用等壁厚的工藝筋連接起來(lái)，這樣充填時(shí)金屬熔體轉(zhuǎn)向，沿筋板充填另一側(cè)壁，使兩側(cè)壁都成了主干型腔，增大了主干型腔所占百分比，鑄件質(zhì)量也大幅度提高，如圖2b1。在圖2c中，零件與圖2a相同，頂部方孔不加工藝筋，但將內(nèi)澆口設(shè)置在零件一端，這樣金屬熔體從兩側(cè)壁同時(shí)進(jìn)行充填，從而擴(kuò)大了主干型腔百分比，保證了質(zhì)量，提高了合格率。這是同一零件三種內(nèi)澆口設(shè)置方案，證明內(nèi)澆口位置的關(guān)鍵性。 雖然計(jì)算機(jī)技術(shù)有助于選定內(nèi)澆口位置，但計(jì)算機(jī)技術(shù)僅是一種方法，而內(nèi)澆口位置設(shè)計(jì)仍不失為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。3 壓鑄工藝要點(diǎn)3.1 pQ2圖和壓鑄機(jī)的泵功率3.1.1 金屬壓力、速度和流量之間的關(guān)系在原理上壓鑄機(jī)是一臺(tái)液態(tài)金屬泵，它在壓力下將金屬熔體輸送到壓鑄模型腔內(nèi)。泵的特性是輸送功率(體積流量)，是壓力的函數(shù)，這方面早在70年代，首先由澳大亞CSIRO做出有價(jià)值的開(kāi)發(fā)工作，用pQ2圖建立了一個(gè)有用的工具，根據(jù)鑄件亦即模具的要求，決定機(jī)器的調(diào)整值，本來(lái)是用于熱室壓鑄機(jī)的鋅合金壓鑄件上，但很快就擴(kuò)展到冷室機(jī)上。在原則上，現(xiàn)在從流體力學(xué)原理所熟知的壓力與體積流量的關(guān)系，轉(zhuǎn)移到壓鑄機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)伯努力方程，按照似穩(wěn)流，金屬流動(dòng)速度為： 式中：為流速，m/s；p為流動(dòng)壓力，N/m3（1 bas=105 N/m2=0.1 MPa）；為液態(tài)金屬密度，kg/m3。由式（1）可得到 壓鑄機(jī)壓射單元有兩個(gè)液壓系統(tǒng)：一個(gè)是壓射蓄能器-壓射驅(qū)動(dòng)缸構(gòu)成的液壓系統(tǒng)；另一個(gè)是跟著這個(gè)系統(tǒng)隨動(dòng)的沖頭-壓室-噴嘴（熱室機(jī)）-直澆道-橫澆道-內(nèi)澆口組成的金屬液壓系統(tǒng)（metal-hydraulic system, metallhydraulisches System）。對(duì)于金屬液壓系統(tǒng)，內(nèi)澆口速度是a，則式（2）變?yōu)椋?金屬壓力愈高，在噴嘴及內(nèi)澆口處的金屬熔體的流動(dòng)速度也愈快，但也必須考慮克服由于流動(dòng)截面變化、方向改變和型壁粗糙度存在而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力，用阻力系數(shù)來(lái)表示這些阻力之和。因此，金屬壓力可寫成下式： 如果已知無(wú)量鋼系數(shù)，就可以計(jì)算出一定內(nèi)澆口速度所需的金屬壓力，根據(jù)壓鑄合金和鑄件要求，內(nèi)澆口速度有一經(jīng)驗(yàn)值，應(yīng)該遵守，見(jiàn)表12，因此需要壓鑄機(jī)提供相應(yīng)的速度。表1 內(nèi)澆口速度的選取Table 1 Choice of velocity at ingate項(xiàng)目 A1 Mg Cu Zn a(m.s-1) 25-60 40-90 30-45 30-50 低值用于相對(duì)厚的鑄件，高值用于相對(duì)薄的鑄件，一般鎂合金鑄件的內(nèi)澆口速度比鋁的高25%，真空壓鑄時(shí)的內(nèi)澆口速度為15-30m/s。金屬熔體的體積流量Q是速度a和出流面積Sa的乘積，出流面積是指澆注裝置的噴嘴面積或壓鑄模的內(nèi)澆口面積，其關(guān)系為Q=aSa 式中：Sa為出流面積，m2。將式（5）代入式（4）得到： 公式（6）指出了金屬壓力和金屬流量的關(guān)系；充型時(shí)，如果體積流量Q不足或液流速度a達(dá)不到要求，就必須提高金屬壓力，p升高，Q、a就會(huì)升高，即可達(dá)到充型要求。提高壓力可通過(guò)提高壓射閥前蓄能器壓力，也可通過(guò)調(diào)節(jié)壓射系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)閥（即節(jié)流閥）的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)。由式（6）可知，在金屬密度、出流面積Sa一定時(shí)，所需金屬壓力p與體積流量Q的平方成正比。為了描繪壓力是體積流量的函數(shù)，在縱座標(biāo)上p采用線性分度，Q在橫座標(biāo)上采用平方分度，從座標(biāo)原點(diǎn)引出一條直線，表示相應(yīng)的阻力系數(shù)，并代表了相應(yīng)出流面積Sa時(shí)的壓力的體積流量的關(guān)系，這是通常在pQ2圖中的阻力線或模具線（DL），見(jiàn)圖32。在理想狀態(tài)下，無(wú)流動(dòng)阻力，則=1，阻力線對(duì)橫座標(biāo)比較平坦即夾角小，阻力愈大，值越小，阻力線對(duì)橫座越徒，夾角也愈大，見(jiàn)圖42。3.1.2 壓鑄機(jī)的泵功率和機(jī)器特性線（pQ2圖）一臺(tái)已知壓鑄機(jī)它可供使用的金屬壓力是多高？對(duì)此存在兩個(gè)簡(jiǎn)單的極限條件：（1） 如果活塞（沖頭）速度為零（活塞停止），也就是充型結(jié)束時(shí)，能達(dá)到的最大金屬壓力（不接通增壓器）；（2）如果壓室中無(wú)金屬壓射時(shí)（所謂空壓射）沖頭所能達(dá)到最高的速度，此時(shí)可得到最大體積流量，金屬壓力等于零。兩個(gè)極根條件是可確實(shí)的，參照?qǐng)D52壓鑄機(jī)的壓射裝置示意圖和下面的公式 式中：p1為壓射（驅(qū)動(dòng)）缸中的壓力，bar；ps為蓄能器壓力，bar；0為活塞速度，m/s； ot max為最大活塞速度（空壓射速度），m/s。由圖5和式（7）可以看出：如果0=0（活塞停止），則p0=ps，就是說(shuō)壓射后在壓射缸中建立起全蓄能器壓力；如果相反，0= ot max（空壓射速度），則p1=0，也就是壓射活塞上 無(wú)壓力。如果蓄能器壓力和壓射活塞面積已知，可以計(jì)算靜金屬壓力pstat，它是壓射終了沖頭施加在金屬上的壓力。（8）式中：pstar為靜金屬壓力，bar；pa為蓄能器壓力，bar；A1為壓射（驅(qū)動(dòng)）活塞面積，m2；A0為沖頭面積。第二個(gè)極限條件（最大體積流量）可由空壓射時(shí)活塞速度求得，見(jiàn)公式（9）?；钊俣群碗S動(dòng)的沖頭速度可由測(cè)量速度的傳感哭（常用位置傳感器）測(cè)得，見(jiàn)圖63。 式中：Qmax為空射時(shí)最大體積流量，m3/s； ot max為最大活塞（沖頭）空壓射速度，m/s；A0為沖頭面積，m2。把兩個(gè)最大值pstat和Qmaxt在pQ2圖的座標(biāo)中用一直線相連，就得到所謂的機(jī)器特性線（ML），見(jiàn)圖72；適于相應(yīng)的壓射活塞、沖頭面積，及測(cè)量時(shí)所選調(diào)的蓄能器壓力和壓射閥開(kāi)度。此特性線確定了為得到所需金屬體積流量，可提供的金屬壓力。為了檢驗(yàn)，在充型階段測(cè)量壓力和活塞（沖頭）速度以及充型時(shí)間，沖頭速度乘以沖頭面積求得體積流量Q，Q在充型階段用所測(cè)得的金屬壓力（即所描繪的壓力曲線）也可讀取。體積流量Q也可由鑄件體積和充型時(shí)間之商（或由鑄件重量除以金屬熔體密度和充型時(shí)間之積）求得，這個(gè)與p和Q有關(guān)的工作點(diǎn)必須位于機(jī)器特性線上，機(jī)器特性線也可在不知道Qmax時(shí)，從pstat經(jīng)過(guò)用金屬壓射時(shí)的工作點(diǎn)連接直線，并延長(zhǎng)至橫座標(biāo)，其交點(diǎn)就是Qmax。工作點(diǎn)也是阻力線與機(jī)器特性線的交點(diǎn)，流動(dòng)阻力愈大，工作點(diǎn)的位置愈高，金屬壓力也愈高，相應(yīng)的體積流量就愈小，隨著內(nèi)澆口截面積變小，增加了流動(dòng)阻力，阻力線走勢(shì)更陡，因?yàn)閷?duì)同等鎖模力的機(jī)器，存在明顯的壓射功率的區(qū)別，對(duì)相同的壓鑄模也產(chǎn)生泵功率（也就是可供的體積流量）相應(yīng)的區(qū)別（見(jiàn)圖82）。相同鎖模力的機(jī)器有很不同的泵功率，隨著鎖模力升高，泵功率不一定要跟著同樣增大，鎖模力對(duì)已知鑄件投影面積是否足夠，機(jī)器是否夠大，必須檢驗(yàn)，可藉助于pQ2圖使已知的機(jī)器所能提供的需要的金屬輸達(dá)能力得到保證。因?yàn)閴鸿T機(jī)特性上的工作點(diǎn)位置是通過(guò)機(jī)器的輸出特性和已知的流動(dòng)阻力確定的，為了創(chuàng)造生產(chǎn)鑄件的最佳壓鑄條件，對(duì)此應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，這種優(yōu)化是基于提供沖頭最大的壓射功率。如G. L. Wilson所指，要滿足用金屬壓鑄的壓射功率最大，則體積流量是： 也就是： 從這一點(diǎn)出發(fā)的機(jī)器特性與縱座相交于靜壓pstat。機(jī)器特性線上工作點(diǎn)，已知Q值，相對(duì)應(yīng)金屬壓力p約為金屬靜壓的2/3；如果選擇式（10）（11）的條件，如圖9所示2， 則 這是對(duì)已知鑄件所需流量Q優(yōu)化的原則，如何才能使機(jī)器特性與鑄件所需相匹配，以此有三種可能：可選調(diào)的壓射閥、可調(diào)的蓄能器壓力、選擇相配的沖頭直徑。表2是這三種調(diào)節(jié)對(duì)機(jī)器特性線的影響。在pQ2圖中機(jī)器特性線是很有內(nèi)涵的，如表2所述那樣，可進(jìn)行相應(yīng)的變化、調(diào)節(jié)。如果將阻力線加入其中，那就更具指導(dǎo)意義。3.2 鑄件壓鑄所需的機(jī)器pQ2圖對(duì)已知鑄件所需流量Q，根據(jù)公式（10）（11）和（12）的條件進(jìn)行優(yōu)化，而得到鑄件壓鑄所需的機(jī)器特性線（pQ2圖），見(jiàn)圖10，并用來(lái)與所選壓鑄機(jī)的特性線進(jìn)行比較。優(yōu)化計(jì)算過(guò)程和比較方法如下。（1）已知鑄件重量G（包括溢流槽），液態(tài)合金密度(g/dm3)，并根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、壁厚和技術(shù)要求選取充型時(shí)間；按公式（13）求得金屬流量Q0，并根據(jù)所優(yōu)化原則公式（11）求得最大金屬流Q0=G/ （2）按下式求得充型時(shí)所需的金屬壓力p0。 式中：a=內(nèi)澆口速度（m/s）根據(jù)鑄件要求（參照表1）選取；為阻力系數(shù)；為液態(tài)金屬密度，g/cm3。根據(jù)優(yōu)化原則，按公式（12）求最大金屬壓力p0=2/3p0。（3）在圖10中，聯(lián)接p0與Q0兩點(diǎn)完成工藝所需的機(jī)器特性線（MLXU），并與所選機(jī)器的特性線（ML）進(jìn)行比較，一般說(shuō)來(lái)，只要工藝所需要的機(jī)器特性線MLXU位于所選機(jī)器的特性線ML的下方，就表明所選機(jī)器能滿足壓鑄該零件的需要，至于供需之間的最佳匹配，則與模具特性（DL）有關(guān)。如果工藝所需要的機(jī)器特性線MLXU不能或不能完全位于機(jī)器的特性線ML的下方，則可以按照表2所述的改變內(nèi)澆口截面積（即改變DL的斜率）等方法，以使供需平衡如圖10、11、12和13所示，否則應(yīng)另選合適的壓鑄機(jī)。3.3 以鑄件為本，優(yōu)化壓鑄機(jī)模具合金系統(tǒng)，提高工藝靈活性 在壓鑄機(jī)模具合金系統(tǒng)中，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，可以改善壓鑄件的質(zhì)量和性能。這些工藝參數(shù)用一個(gè)工作窗口(OW)加以限定。這說(shuō)明OW是這些工藝參數(shù)的極限圖。在壓鑄工藝中，充型時(shí)間、內(nèi)澆口速度和最終金屬靜壓用以限定OW，這些參數(shù)與充型現(xiàn)象有關(guān)，依賴于模具設(shè)計(jì)和壓鑄機(jī)性能。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，OW內(nèi)的所有點(diǎn)被認(rèn)為都是相等的，并無(wú)優(yōu)先權(quán)，可以認(rèn)為最佳工作點(diǎn)存在于OW內(nèi)的未知點(diǎn)上，在壓鑄模裝在壓鑄機(jī)上試模之前是無(wú)法找到它的。在模具設(shè)計(jì)階段保證易于找到良好工作點(diǎn)是基于靈活性的考慮，靈活性是在OW內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)獲得的。 為此，將工藝參數(shù)分成軟參數(shù)和硬參數(shù)兩種，軟參數(shù)是指通過(guò)操作或一個(gè)控制裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)，如功率水平、金屬壓力、熔體溫度、模具溫度和循環(huán)時(shí)間等參數(shù)。硬參數(shù)是指一種需修正的模具或同時(shí)需修正的壓鑄機(jī)，如沖頭直徑、內(nèi)澆口面積、排氣槽等。軟參數(shù)在試模時(shí)容易更改并獲得成功，硬參數(shù)更改起來(lái)則既困難又費(fèi)錢、費(fèi)時(shí)，常常需要拆卸模具以便重新修正。因此，優(yōu)化手段是基于軟參數(shù)并擴(kuò)大OW內(nèi)調(diào)整點(diǎn)的靈活性，從而為模具試驗(yàn)提供較大的范圍，避免費(fèi)時(shí)費(fèi)錢的模具更改。3.3.1 壓鑄機(jī)包容線(MPE線)壓鑄機(jī)包容線(MPE線)是一條與壓鑄機(jī)所有的特性線相切的雙曲線，如圖14所示。MPE線是壓射用蓄能器壓力pakk、最大空壓射速度ot max和壓射活塞面積A1的函數(shù)。P=/Q而式中：為壓射系統(tǒng)所能提供的壓射功率，kW。顯然，MPE線與沖頭直徑無(wú)關(guān)，是壓鑄機(jī)壓射終了的通用特性。它表示儲(chǔ)存于充型蓄能器內(nèi)的能量在壓射階段通過(guò)液壓系統(tǒng)施加于金屬熔體上，位于MPE線下面的面積（圖15）包括在機(jī)器的特性之內(nèi)。 3.3.2 優(yōu)選內(nèi)澆口面積充型時(shí)間和內(nèi)澆口速度的極限如圖15所示，pQ2圖中的OW區(qū)域用a max、a min、tf max和tf min加以限定，tf max為充滿鑄型前只是部分凝固所需要的時(shí)間，tf min是充滿型腔前能將型型腔內(nèi)的氣體（空氣+涂料蒸氣）充分排出的時(shí)間。在增加模具排氣能力或用真空時(shí)，tf min可以向更低值移動(dòng)以增加OW的面積。a min可以流動(dòng)模型（霧化，層流）獲得，a min則考慮模具的侵蝕和磨損。一般地，鋁壓鑄件tf min30 ms，（鋁壓鑄件表面鍍層）不鍍時(shí)為60 ms，A1合金為2560 ms，鋅壓鑄件tf min20 ms，（鋅壓鑄件表面鍍層）不鍍時(shí)為40 ms，Zn合金3050ms；鎂優(yōu)質(zhì)壓鑄件tf min30 ms，一般不大于40ms，Mg合金4090ms；Cu合金tf min為3045ms。內(nèi)澆口面積由DL線的斜率來(lái)表示，DL線斜率隨內(nèi)澆口面積增大而減少，DL線穿過(guò)OW右下角對(duì)應(yīng)于最大內(nèi)澆口面積，反之穿過(guò)左上角則對(duì)應(yīng)于最小內(nèi)澆口面積，如圖15所示。充型時(shí)間與內(nèi)澆口速度之間的關(guān)系是由所選擇的特定的內(nèi)澆口面積所建立的，并描繪成一條DL線。DL線通過(guò)OW并由其所截的線段是所有可能的充型的時(shí)間和內(nèi)澆口速度組合的區(qū)域，OW內(nèi)并在MPE線之下DL線的長(zhǎng)度是靈活性的圖解，較長(zhǎng)的線段表明調(diào)整點(diǎn)有較高的靈活性，DL線下面的三角形面積A（圖15所示）是可選擇范圍，面積大則說(shuō)明可調(diào)整的余地大。線段和面積兩種方法表示靈活性都是允許的。如圖16所示是最佳調(diào)定的pQ2圖上的表示，DL線是OW的對(duì)角線，這樣具有最大的靈活性，為了達(dá)到這一目的就要改變OW的極限并適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)MPE線和ML線。 3.4 從壓射曲線說(shuō)起當(dāng)今壓鑄機(jī)常配以三級(jí)壓鑄系統(tǒng)：第一級(jí)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(jí)是沖頭以高速將金屬熔體通過(guò)內(nèi)澆口，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)充滿型腔，即充型階段；第三級(jí)為尚未完全凝固的鑄件在高壓下(啟動(dòng)增壓器)進(jìn)行凝固和被壓實(shí)，即壓實(shí)階段。圖17所示為典型的三級(jí)壓射曲線示意圖，圖中曲線分成一級(jí)慢壓射、二級(jí)充型和三級(jí)增壓壓實(shí)三個(gè)階段。有些壓射系統(tǒng)將第一級(jí)壓射又分成兩個(gè)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(shí)， 這就成了四級(jí)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。3.4.1 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(shí)，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(gè)臨界沖頭速度，可以是等加速度，也可以是恒速，一般說(shuō)，等加速度效果好。國(guó)外壓鑄機(jī)多配以“Parashot或“SIMUI”的等加速度的慢壓射的速度選控系統(tǒng)，圖19、圖202可作為選控慢壓射速度之參考。3.4.2 充型階段 此階段在工藝上最應(yīng)關(guān)注的是：充型時(shí)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。3.4.2.1 最佳充型時(shí)間 充型時(shí)間就是金屬熔體流過(guò)內(nèi)澆口，以高的內(nèi)澆口速度，在金屬熔體停止流動(dòng)前充滿型腔的時(shí)間。這一時(shí)間很短，是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，是選用壓鑄機(jī)，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 充型時(shí)間要短，目的是充型時(shí)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(shí)間越短，充型速度就越高，會(huì)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(huì)使型腔中氣體沒(méi)有足夠時(shí)間從型腔中逸出。充型時(shí)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(shí)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(shí)間，因此這種熱量便作為判定其最大可充型時(shí)間的尺度。釋放熱量與充型時(shí)間成正比，根據(jù)熱量比可以得到幾種合金的充型時(shí)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261、329、509、918kCal/dm3，則它們的型時(shí)間比為Mg:Zn:AI:Cu 0.51:0.65:1:1.8。也就是說(shuō)Mg=:0.51AI，Zn=0.65AI，Cu=1.8AI。 表4給出了充型時(shí)間與壁厚有關(guān)的推薦值，更確切地說(shuō)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(shí)間的依據(jù)。早先的資料中是按鑄件平均壁厚計(jì)算的，而后來(lái)資料也有按最小壁厚計(jì)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。B.Nogowizin基于材料的熱性質(zhì)和他人經(jīng)驗(yàn)，從試驗(yàn)出發(fā)，得到最佳充型時(shí)間關(guān)系式3： 式中：為充型時(shí)間，s為鑄件平均壁厚；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(shí)溫度之間隔；tF為模具溫度；F為模具材料的導(dǎo)熱率；CF為模具材料的比熱容；F為模具材料的密度。此時(shí)，澆注溫度tg=tL+ (60120)()壓鑄時(shí)顯然金屬液在型腔中無(wú)過(guò)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(shí)，在型腔中熔體運(yùn)動(dòng)只能通過(guò)高的流入速度，當(dāng)最佳充型時(shí)間按式（17）計(jì)算時(shí)，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(shí)的溫度間隔，即?t=38，表53和表6中列舉模具鋼1.234 4(X40CrMoV51)和壓鑄合金的物理性質(zhì)，也可用于1.234 3(X38CrM051)、1.236 5(X32CrMoV33)和1.236 7(X38CrMov53)3。鋁合金和銅合金的熔化熱的經(jīng)驗(yàn)值不詳，所以用理論值。試驗(yàn)指出，鎂合金的熔化熱等于純鎂的熔化熱。表73是按式（17）和按f=70%計(jì)算的最佳充型時(shí)間，如f=80%時(shí)，則表中數(shù)據(jù)要擴(kuò)大1.3倍。由表5可知A1-Si和AISiCu合金最佳充型時(shí)間要比Al-Mg合金長(zhǎng)1.21.6倍，這歸因于Si高溶化熱，使含硅的合金保持較長(zhǎng)時(shí)間液態(tài)，利于在型腔中流過(guò)3。最佳充型時(shí)間對(duì)各種鎂合金而言在壓射時(shí)至少要比鋁合金快2倍，銅合金最佳充型時(shí)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(yàn)表時(shí)，較短的充型時(shí)間對(duì)薄壁長(zhǎng)流程的鑄件是成功的，已用于NADCA推薦計(jì)算澆注系統(tǒng)的公式中2,6： 式中：為充型時(shí)間，ms；Tm為金屬熔體澆注溫度，；Tf為金屬流動(dòng)最小溫度，；Td為壓鑄模溫度，；f為金屬熔體失去流動(dòng)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(dòng)溫度Tt=610，最大固相率f=30%。則按式(18)計(jì)算充型時(shí)間=0.034 6(6780-610+0.2530)(610-200) 2=20ms。鑄件表面品質(zhì)量隨充型時(shí)間增加而變化，充型時(shí)間短，壓射功率大，充型快，但因內(nèi)澆口厚度的限制，過(guò)短的充型時(shí)間使鑄件的孔隙率增加。圖22是充型時(shí)間對(duì)鋁壓鑄件品質(zhì)的影響7。圖233,8是近年提出的一種對(duì)鋁、鎂壓鑄件壁厚與充型時(shí)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(shí)間。 3.4.2.2 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(shí)間內(nèi)的沖頭位移。在行程曲線充型階段任選兩 個(gè)點(diǎn)，測(cè)量行程的距離和充型時(shí)間(圖24)，即可求得壓射速度=測(cè)量的距離(mm)壓射時(shí)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(gè)封閉系統(tǒng)里，以充型時(shí)金屬通過(guò)內(nèi)澆口的體積流量Q為基礎(chǔ)，有以下關(guān)系：式中：a為內(nèi)澆口速度（充型速度），m/s；Sa為內(nèi)澆口面積，mm2；a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(duì)鑄件質(zhì)量和模具壽命有重要影響。內(nèi)澆口速度過(guò)高會(huì)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(jì)算： 式中：s為鑄件壁厚（單位：mm），適于壁厚16mm；參數(shù)4657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5060m/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(lái)決定，實(shí)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(huì)用不同的的內(nèi)澆口速度來(lái)壓鑄。還有一種與內(nèi)澆口厚度有關(guān)的計(jì)算內(nèi)澆口的方法，見(jiàn)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(shí)也小于內(nèi)澆口設(shè)置處的鑄件厚度；通常壁厚為16 mm時(shí)，da為0.82 mm；當(dāng)1 mms3mm，最小內(nèi)澆口厚度dam=0.5+0.185 s；當(dāng)3.3 mms6 mm，d a min=0.33 s；平均內(nèi)澆口厚度dam=0.52+0.28 s。內(nèi)澆口厚度首先影響金屬液滴的形成，G.Lieby和L.Frommer研究指出，較薄的金屬流從內(nèi)澆口射出，并迅速變厚，在極短的時(shí)間后形成延續(xù)伸展的“結(jié)”，這個(gè)“結(jié)”隨射流向前運(yùn)動(dòng)并最終霧化，金屬射流從內(nèi)澆口流出時(shí)最小內(nèi)澆口速度13為： 式中：Vm為金屬熔體的動(dòng)力粘度，m/s；m為表面張力，N/m；m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(jì)算出的值，必須擴(kuò)大到1.31.5倍，內(nèi)澆口厚度da與內(nèi)澆口速度a的關(guān)系如圖25所示3，圖中。是按a min1.5計(jì)算而得到的。內(nèi)澆口幾乎都是長(zhǎng)方形，知道其厚度后，其寬度ba必須符合下列條件： 式中：0為沖頭速度，a為內(nèi)澆口速度，d0為沖頭直徑，da為內(nèi)澆口厚度。但有對(duì)內(nèi)澆口結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)線圖2，證實(shí)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(duì)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(shí)，選擇鄰近圖中網(wǎng)格區(qū)。可見(jiàn)，在很薄的內(nèi)澆口時(shí)，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(shí)際比較，在圖25中用點(diǎn)加以標(biāo)志，一個(gè)壁厚3.43 mm的銅壓鑄件，內(nèi)澆口厚度1.4 mm，采用內(nèi)澆口速度24m/s，在此速度下，形成細(xì)微的金屬-空氣混合體；從圖25可知，當(dāng)da=1.4 mm時(shí)，內(nèi)澆口速度a=23 m/s，這與實(shí)際是吻合的。圖25中曲線表明，當(dāng)da=0.82 mm時(shí)，A1合金的內(nèi)澆口速度a=4526 m/s，Mg合金的內(nèi)澆口速度da=5029m/s，Cu合金的內(nèi)澆口速度。a=3117 m/s。根據(jù)式(20)，當(dāng)s=l6mm時(shí)，內(nèi)澆口速度。a=5132 （A1合金)，a=5736m/s(Mg合金)，比圖25所示要高一點(diǎn)。通常在3045m/s選擇Cu合金的內(nèi)澆口速度。內(nèi)澆口速度較低適合于壁厚相對(duì)較厚的鑄件，反之則反。在正常情況下(壁厚22.5mm，最大3mm)，計(jì)算時(shí)采用a=3540m/s。這些壁厚的鑄件，內(nèi)澆口厚度為11.5 mm時(shí)，則由圖25可以確定內(nèi)澆口速度a=2127m/s。如果內(nèi)澆口速度大于如圖25如示值，可增強(qiáng)熔體的霧化效應(yīng)。必須指出，在壓鑄Al合金和Cu合金時(shí)，內(nèi)澆口速度過(guò)高易導(dǎo)致金屬粘焊，粘附在型芯和型腔表面，而Mg合金幾乎不會(huì)出現(xiàn)粘焊問(wèn)題。如圖25所示，可用于厚壁鑄件選擇內(nèi)澆口速度(s6 mm)，而式(20)只適用于s小于6mm的情形。內(nèi)澆口速度可以由鑄件厚度決定，按圖25和式(20)來(lái)確定，如果采用最高值，則充型是在金屬射流霧化時(shí)進(jìn)行，并有助于在鑄件中形成顯微孔隙。生產(chǎn)很薄的鑄件需要很高的內(nèi)澆口速度，壓鑄機(jī)必須滿足這一要求?？捎孟率接?jì)算壓鑄機(jī)能達(dá)到的最大內(nèi)澆口速度。 式中：pgs=ps(D/d0)2，Ps為蓄能器壓力；為出流系數(shù)(阻尼系數(shù))；D為壓射活塞直徑；ot max為機(jī)器所能達(dá)到的最大空壓速度；d0為沖頭直徑；0為充型時(shí)沖頭速度；為金屬熔體密度。出流系數(shù) (阻尼系數(shù))為沖頭和內(nèi)澆口系統(tǒng)中的液壓損失，金屬熔體從壓室通過(guò)澆道、內(nèi)澆口進(jìn)入型腔的過(guò)程中，一般=0.59。A J Davis提出0.5-0.8。由式(24)看出，ot max愈大，ot max也就愈大，從而可滿足用較短的充型時(shí)間充填大容量型腔的要求。充型時(shí)沖頭速度o過(guò)高，除了對(duì)模具壽命和鑄件質(zhì)量有影響外，還會(huì)由于充型終了時(shí)的沖頭沖擊作用，使動(dòng)、定模被擠開(kāi)，當(dāng)被擠開(kāi)之縫隙超過(guò)0.05-0.15 mm，還會(huì)產(chǎn)生金屬液從模具中飛濺出來(lái)的現(xiàn)象。充型時(shí)內(nèi)澆口速度a與鑄件壁厚和金屬熔體在型腔中的流程長(zhǎng)度有關(guān)，如圖27所示。(3) 最大空壓射速度最大空壓射速度ot max是壓室內(nèi)無(wú)金屬且調(diào)速閥全開(kāi)的情況下，單位時(shí)間內(nèi)沖頭的位移。它是冷室壓鑄機(jī)的重要技術(shù)參數(shù)，對(duì)有金屬充型時(shí)的沖頭速度0（即三級(jí)壓射系統(tǒng)中第二級(jí)壓射速度）、內(nèi)澆道速度a和壓鑄件品質(zhì)有重要影響。(a) 壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)所能提供的功率壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)所能提供的功率9見(jiàn)公式（16），即 （式中為壓鑄機(jī)系統(tǒng)所能提供的功率，kW；ot max為最大壓射速度，m/s；A1為壓射缸面積，m2；pakk為壓射蓄能器壓力，MPa)。由公式（16）可知，減小A1可提高ot max，但同時(shí)也減小了和壓射力(A1pakk)，這是不可取的。圖28、圖29所示是Frech公司為提高空壓射速度而設(shè)計(jì)的壓射系統(tǒng)及液壓回路，Ecopress系統(tǒng)壓射速度可達(dá)10m/s，M系列新系統(tǒng)空壓射速度可達(dá)11m/s，建壓時(shí)間5ms。根據(jù)零件壓鑄的需要，如方向盤鑄件用鋁合金壓鑄時(shí)，壓射速度為7.2m/s，用鎂合金壓鑄時(shí)，壓射速度為8.2m/s。為在較短的充型時(shí)間內(nèi)向型腔內(nèi)充填大容量的金屬熔體，需要高的沖頭速度和內(nèi)澆道速度，這就必須賦予壓鑄機(jī)高的最大空壓射速度。現(xiàn)代歐洲壓鑄機(jī)的最大空壓射速度已達(dá)到11m/s，日本近年也出現(xiàn)10m/s的超高速壓鑄機(jī)。(b) 空壓射速度空壓射速度是壓鑄機(jī)可調(diào)的參數(shù)。由于壓室-型腔系統(tǒng)阻力的存在，充型時(shí)的沖頭速度總比空壓射速度小得多。由圖304可知，在一定的內(nèi)澆道面積時(shí)ot max從4m/s增加至8m/s，而充型時(shí)沖頭速度o由2.4m/s (I)提高到3.1 m/s(II)，并不像ot max那樣提高1倍。理論上，當(dāng)壓射輸出功率最大時(shí)02/ ot max2=Q2/Q at max2=1/3，則0/ot max2=Q/Qot max=0.577，如圖31所示。則0=0.577 ot max 充型時(shí)的沖頭速度0比空壓射速度ot要小（因?yàn)橥徊捎?ot max，實(shí)際上其關(guān)系為式中：pgs為ps(D/d0)2；ps為壓射蓄能器壓力；D為壓射缸直徑；d0壓室直徑；0為沖頭速度，a為內(nèi)澆道速度；為出流系數(shù)（阻尼系數(shù)），取=0.59；為金屬熔體密度。(c) 用圖解的方法對(duì)量化進(jìn)行補(bǔ)充前面分析的是量化空壓射速度及其相關(guān)的參數(shù)，這里用圖解對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，并描述工藝的靈活性，用如圖32所示的機(jī)器特性曲絢pQ2口以說(shuō)明。由圖32可知：機(jī)器特性曲線ML和ML1與橫坐標(biāo)形成夾角和1，相應(yīng)的流量為Q和Q1，且Q1，說(shuō)明最大空壓射速度大，夾角小，而流量大；一條模具線（內(nèi)澆口面積即阻力線）DL穿過(guò)ML和ML1，分別相交于p和p1，圖上可見(jiàn)由p對(duì)應(yīng)的pa、Qa及p1，對(duì)應(yīng)的pa1、Q a1所組成的兩個(gè)代表機(jī)器壓射系統(tǒng)輸出能量的四方形；paQQaOpalOQalO，說(shuō)明ML-DL組合的輸出能量大于MLl-DL組合的輸出能量；四邊形CDFE是機(jī)器模具組合的工作窗口OW，OW是由內(nèi)澆道速度a (在CD段)和充型時(shí)間(在DF段)限定的，也就是機(jī)器模具組合的工藝工作點(diǎn)在這個(gè)四邊形之內(nèi)；DL1與工作窗口相切于F，表示最大的內(nèi)澆道面積Aa max (也就是最小的充型時(shí)間min和最大的內(nèi)澆道速度a max)；模具線DL通過(guò)工作窗口OW與CD和ML或ML1的交點(diǎn)，可以做成三角形?PBDl和?P1BlD1，其面積分別為A和A1，顯然AA1；PD1和P1D1則為DL在工作窗口中與ML和MLl的截線，PD1P1Dl。面積和線段長(zhǎng)度都是工藝靈活性的尺度，據(jù)此，機(jī)器ML及其工藝靈活性遠(yuǎn)大于機(jī)器ML1，也就是空壓射速度高，流量大，會(huì)改善工藝的靈活性。工藝工作點(diǎn)必須在一個(gè)范圍內(nèi)可調(diào)，這個(gè)范圍越大，工藝靈活性也就越大，工藝成功率就愈高。如圖35所示，PD是OW的對(duì)角線，所以它的靈活性最大；如果工作窗口的位置發(fā)生變化，如圖33、34、35所示11其結(jié)果也是一樣。冷壓室壓鑄機(jī)必須有高水平的最大空壓射速度，這樣可以改善工藝工作點(diǎn)的靈活性。圖解可以幫助我們選擇壓鑄機(jī)，設(shè)計(jì)壓鑄模具，并提高工藝靈活性，從而提高工藝成功率。3.4.3 壓實(shí)階段(1) 從壓力曲線看壓射時(shí)的壓力圖362所示為壓鑄機(jī)壓射缸內(nèi)的壓力曲線。由圖可知，壓鑄過(guò)程的壓力大致有充型壓力、最終壓力（二級(jí)壓射時(shí)等于蓄能器壓力，三級(jí)壓射時(shí)已將增壓力加上），還有就是充型結(jié)束，活塞速度為零時(shí)產(chǎn)生的沖擊壓力（Impact Pressure）。沖擊壓力峰瞬間回復(fù)到蓄能器壓力。壓實(shí)壓力是指壓射（驅(qū)動(dòng)）缸內(nèi)壓射（驅(qū)動(dòng)）壓力（蓄能器壓力）與增壓壓力疊加后，乘以壓射活塞面積與沖頭面積之比，或乘以壓射活塞直徑與沖頭直徑之比的平方。增壓器原理如圖372所示。一個(gè)大面積(Ap)活塞(dp)與一個(gè)小面積(Aa)活塞(ds)相連，大活塞(初級(jí)活塞)上承受壓力p1，推動(dòng)小活塞(次級(jí)活塞)產(chǎn)生壓力p2，在封閉系統(tǒng)中有： 式中：P2為增壓壓力；p1為推動(dòng)大活塞的壓力；Ap為大活塞面積，dP為大活塞直徑；As為小活塞面積，ds為小活塞直徑。P2與壓射缸的壓力疊加后的壓力被稱為工作壓力pe，乘以壓射活塞面積A1與沖頭面積A0之比(A1/A0)，或者乘以壓射活塞直徑d1和沖頭直徑d0之比的平方(d1/d0)2后稱為壓實(shí)壓力Pk，即 如果增壓器小活塞腔中有背壓P3時(shí)，應(yīng)減去，則 一般壓鑄機(jī)增壓器壓力變壓比為1:3或1:2。圖38所示為冷壓室壓鑄機(jī)壓射缸的壓力曲線2。此機(jī)設(shè)有蓄能器和增壓器，如蓄能器壓力為7MPa，壓鑄循環(huán)開(kāi)始后，首先壓射活塞與連接的沖頭，借助于液壓泵緩慢前進(jìn)進(jìn)行慢壓射，然后通過(guò)打開(kāi)壓射閥，轉(zhuǎn)接到蓄能器上，沖頭被加速到高的充型速度，此時(shí)金屬熔體通過(guò)內(nèi)澆口被壓人型腔，在液流開(kāi)始進(jìn)入型腔時(shí)，產(chǎn)生小的壓力峰。當(dāng)進(jìn)一步充型時(shí)，幾乎以均勻的壓力進(jìn)行（此處約5.5 MPa）。在充型終了時(shí)，沖頭突然制動(dòng)，由制動(dòng)能量引起壓力升高，形成小峰瞬即回到蓄能器壓力，此壓力接通增壓器，變壓比在例中為1:3，所以壓射缸內(nèi)的工作壓力pe達(dá)到蓄能器壓力7MPa的3倍即21MPa。若變壓比為1:2則達(dá)到 14MPa，此時(shí)沖頭施加凝固鑄件上的壓力為壓實(shí)壓力(Compaction pressure)。壓實(shí)壓力也可按鑄件的要求和合金種類選擇，如表8所示。(2) 影響鑄件孔隙率的因素沖頭施加在金屬熔體上的壓力可以進(jìn)行補(bǔ)縮和壓縮氣體孔隙。金屬壓力與孔隙率的關(guān)系如圖39所示3。壓力與孔隙率不是線性關(guān)系，所以，得到的高壓力不能完全消除孔隙。雖然孔隙尺寸減小了，但仍然存在于鑄件中，這與合金種類關(guān)系不大，或許凝固范圍寬的合金孔隙容易集聚，但這并不是說(shuō)，合金和添加元素不重要，它們影響孔隙的形成和分布狀況，并顯著影響性能。 補(bǔ)縮與壓縮孔隙的壓力必須傳遞到正在凝固的金屬，這對(duì)冷壓室壓鑄機(jī)與熱室壓鑄機(jī)都是事實(shí)。一旦金屬熔體澆人冷壓室壓鑄機(jī)壓室中，金屬熔體接觸到壓室底部就開(kāi)始凝固，有些沖頭的力就要用來(lái)折疊這些冷皮，壓室中澆進(jìn)的金屬越少，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。 當(dāng)料餅薄的時(shí)候，就會(huì)增加孔隙。如圖407所示是料餅厚度與孔隙率的關(guān)系。一般料餅厚度約為20mm，圖417說(shuō)明壓室充滿對(duì)型腔內(nèi)金屬壓力的影響，壓室充滿度為35%時(shí)，鑄件是在4664MPa下凝固的，低壓室充滿度產(chǎn)生大量的預(yù)凝固金屬進(jìn)入型腔，它們會(huì)引起堵塞而阻礙壓力有效傳遞，勢(shì)必增加非正常組織，是鑄件生產(chǎn)的潛在薄弱環(huán)節(jié)。在壓實(shí)階段，利用增壓減少鑄件孔隙，依賴于內(nèi)澆道有充分長(zhǎng)的時(shí)間保持液態(tài)。公式(31)是用于計(jì)算內(nèi)澆道凝固時(shí)間，實(shí)際上是公式(17)中f=1(即固相分?jǐn)?shù)為100100)時(shí)的變形。 式中：?t=t1-ts；a為內(nèi)澆道厚度；p為固液態(tài)間合金密度平均值；Hsw為合金熔化熱；c為固凝態(tài)相溫度；tL為合金液相溫度；ts為合金固相溫度；tF為內(nèi)澆道附近模具溫度；F為模具材料導(dǎo)熱率；CF為模具材料比熱容；PF為模具材料密度。表9是根據(jù)式(31)和表5、表6計(jì)算所得的內(nèi)澆道厚度與內(nèi)澆道凝固時(shí)間，最小建壓時(shí)間與壓射系統(tǒng)有關(guān)，對(duì)于有增壓器的壓射系統(tǒng)，該值為0.05-0.03s，如果鋁、鎂合金模溫為250。銅合金模溫為400，對(duì)于內(nèi)澆道附近被流人的金屬熔體及高速度，使該處溫度升高，從而延遲了內(nèi)澆道凝固時(shí)間，圖42131為內(nèi)澆道厚度與凝固時(shí)間的關(guān)系。因此，等于加大了表9中的內(nèi)澆道厚度，對(duì)于鋁、鎂合金來(lái)說(shuō)加大1-1.2mm，對(duì)銅合金則大于1.6mm。壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)增壓建壓時(shí)間可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，如圖43所示，可調(diào)為：(a) 瞬時(shí)增壓；(b) 緩慢增壓；(c) 延遲增壓。高的模具和合金溫度，可以延長(zhǎng)增壓作用的有效性。直接壓力測(cè)量證明，傳遞壓力的時(shí)間與圖447所示一致。沖頭施壓一直保持到鑄件凝固是很重要的，特別是對(duì)熱室壓鑄機(jī)，太短的持壓時(shí)間會(huì)產(chǎn)生大的孔隙。而仍呈熔融的合金甚至?xí)跊_頭回程時(shí)被吸回。對(duì)熱室壓鑄機(jī)，必須考慮沖頭蠕動(dòng)。這是在型腔完全充滿后，沖頭的連續(xù)運(yùn)動(dòng)使金屬熔體通過(guò)沖頭環(huán)逸出而引起的。如果沖頭直接撞到澆壺底，則失去全部金屬壓力，會(huì)引發(fā)多孔隙的鑄件。澆壺底至少應(yīng)有20mm高的金屬熔體用于沖頭蠕動(dòng)。 當(dāng)鑄件厚壁與薄壁同存，薄壁冷凝后會(huì)阻隔厚截面的壓力傳遞，孔隙將在其中發(fā)展，控制模具冷卻，達(dá)到適度溫度梯度，可以減輕這個(gè)問(wèn)題。但要求截面差不要超過(guò)1.5倍，否則就難得到很好的補(bǔ)償。封閉的凸臺(tái)(搭子)處容易出現(xiàn)孔隙，除加強(qiáng)冷卻外，可用壓力銷施壓來(lái)減少孔隙。在凸臺(tái)凝固時(shí)，由液壓將銷擠入型腔，進(jìn)行局部補(bǔ)縮和擠壓孔隙。圖45所示為壓力銷擠入時(shí)間與孔隙度的關(guān)系。這種辦法關(guān)鍵在于控制壓力銷的擠壓時(shí)間，時(shí)間過(guò)早，鑄件還是液態(tài)，起不到擠壓作用；時(shí)間太晚，則鑄件已凝固，壓力銷難以擠入，也起不到壓縮作用。圖46所示缸蓋罩蓋是應(yīng)用壓力銷的一個(gè)典型例子3.5 溫度參數(shù) 溫度是壓鑄過(guò)程熱條件的具體體現(xiàn)，對(duì)鑄件內(nèi)、外質(zhì)量和模具壽命有著重要意義。本節(jié)只涉及合金溫度與模具溫度。3.5.1 合金溫度金屬澆注溫度對(duì)所有壓鑄合金而言，都應(yīng)有適度的過(guò)熱，以免澆注溫度與模具之差過(guò)大，引起模具溫度交變負(fù)荷強(qiáng)烈，產(chǎn)生熱應(yīng)力而影響模具壽命。另外過(guò)熱度大，也會(huì)影響合金質(zhì)量。表102介紹了合金熔化溫度和澆注溫度范圍，從中可看到合金澆注時(shí)的過(guò)熱度。合金熔體澆人壓室后，隨即開(kāi)始冷卻，并隨著