压力铸造低速阶段控制参数详解（初稿）

压力铸造低速阶段控制参数详解

张炜tchzh2004@163.com

卧式冷室压铸机的压射机构通常具有三阶段压射活塞控制，在第一压射阶段，压射活塞首先以较小的均匀速度启动，以防止液态金属从压室口喷出来，再就是避免压射冲头使熔融合金液形成不利的强烈紊流。当压射活塞快速启动时，在浇注压室内会形成激烈的冲击波，这样会导致液态金属形成夹杂空气的旋涡，因此低速阶段应注意的重点是：压射活塞启动要慢，在压室液态金属不形成冲击波的情况下使其向前推进，将位于压室内的空气经模具浇道系统驱敢至模具型腔，然后通过压铸模具的排气系统排出来。

压射活塞的起始运动，即第一压射阶段，通常是以匀速或匀加速进行的，抛物线压射系统就是以匀加速运动来实现的。在抛物线压射系统中，液态金属在压室内呈非涡旋运动，合金液不会与空气混合，从而改善了压室的排气。抛物线压射理论，可以通过在有机玻璃模型上，借助于对有色水的电影摄影验证，在对匀速及匀加速压室冲头启动动作做对比表明，在抛物线压射情况下，压室内的充填是平静的。

在第一压射阶段的压射系统要解决的问题是，尽可能使多的空气和气体从浇注压室经浇道、排气系统（压铸模具的）排出去，然后液态金属开始填充模具型腔。第一压射阶段，即低速压射阶段要完成的任务是，确定匀速运动和匀加速运动的速度值，此值应保证浇注压室内的液态金属不会形成激烈的冲击波，另外就是转换点，即对慢速第一阶段运动至第二压射阶段的高速充模进行控制，这两点必须要很好确定。

1. 第一压射阶段浇注活塞的行程及起始充填度

如果压射冲头形程为X1时（图1），液态金属推至浇道体系的入口处，那么压射冲头可以从第一压射阶段的慢速度转换为第二压射阶段高速充模速度，在

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此情况下，压室完全充满之后，压射冲头就要开始启动到第二压射阶段，压射冲头在转换之后（从第一压射阶段的慢速到高速度）过渡到高速充模速度，经过的行程为?X。

形程?X取决于在充模过程压射冲头的高速速度Vk，并与高速压射阶段液压阀的开关动作时间、压射活塞的惯性力、压射缸内管道中的液压压力以及压射机构的其他参数有关，可以用压射活塞速度Vk的平方成函数关系来表示。

△X=const·VK2 （1）

式中：const为常数

假设在高速压射活塞速度Vk=2m/s时，行程?X范围为5~10mm，那么当压射活塞速度为5m/s时，则行程?X增至31~62mm。与压射活塞速度有关的?X值的正确确定，对于给定的压铸机可以借助于测量曲线和经验确定。

在充模开始时，从第一浇注阶段结束过度到第二阶段，即充模速度，浇注活塞速度开始保持常量，液态金属在此时间段充填浇道系统，在过渡过程结束时堵至内浇口处。如果过渡行程太大，就很难实现充模必要的压射活塞速度。

作为第一压射阶段的慢速度至第二浇注阶段的高速度转换依据，可以认为是在压室充填度为100%时。如果在此压容室充填度时压射活塞开始转换到高的速度，那么从第一压射阶段至高速度的过渡，压射活塞的最大形程?Xmax可按下式计算：

?Xmax=

4?Vgls??d2o （2）

式中： do — 压室的直径 Vgls— 浇道系统的体积

按方程（2）所得最大的行程?Xmax必须大于按方程（1）所得的行程?X。如果在大于100%的压室充填度时启动压射活塞，在浇道系统内的液态金属的急剧

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冷却将会对充模造成影响。浇道系统预充的越多，这样的影响就越强。因为这样的冷却会导致充填金属部分冷凝，熔化物流量减少，流动阻力增大，从而对压射活塞速度施加影响。这样在4~5m/s高的压射活塞速度下，就不能满足?X≤?Xmax条件，在此情况下，压室的充填度相对于高速度阶段开始时就必须小于100%。

为了计算在启动第二压射阶段之前，第一压射阶段浇注活塞行程X1，可以设定：液态金属充填在浇道系统的入口处，压室的充填度为100%，依此，压射活塞行程X1及压室的起始充填度Kfg，可按下列方程计算（该充填度是由液态金属的体积与压室的容积之比来确定）

X1 =Lgk（1-Kfg） （3） Kfg =

4?Vm （4） 2??Lgk?do式中：Vm — 浇入压室内液态金属的体积 Lgk — 包括浇口套在内压室的长度。

浇入压室的金属体积Vm，是由带溢流铸件的体积，浇道体系及浇铸残余体积组成。

压室的起始充填度Kfg，对夹杂在铸件内的气体量有着本质的影响，通常在0.4~0.8范围内，即压室的金属熔化物充填度为40~80%。当起始充填度低于50~70%最佳范围时，问题反映在压室排气过程阶段压室内液态金属的热量消耗。当充填度过低时，压室内熔化物热量小，不足于使整个体积内严重冷却的压铸合金保持液态。一部分热量通过压室壁及压射冲头迅速散发，从而在压室壁上形成冷凝的或糊状的熔化物边壳。由于在压室壁上熔化物部分提前冷凝，当提前冷凝的层被冲填至模具型腔，就会造成铸件缺陷。大多数情况下，对第一压射阶段的调节，凭浇注者的经验以及铸件质量的状态来进行的。一般来说，第

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一压射阶段调节的中心问题，是要防止空气与液态金属在压室内通过冲头速度运动形成的涡流。

2．压室内熔化金属的运动

为了研究第一压射阶段压室内熔化金属的运动。在图1表示了在浇注前具有液态金属的压室图以及在不同的压射冲头速度下的堵塞波。起始在浇注压室内存在的空气，要在不与液态金属混合的情况下，将金属液驱至浇道方向。然而，此过程不会那样简单实现，在一个较慢的冲头速度运动时，在浇注活塞的正前端形成堵塞波，这样的堵塞波随着前进的活塞运动而增高，堵塞波的高度取决于第一压射阶段冲头的速度Vk、起始充填度以及浇注容室的直径d0，随着冲头速度增高而增加。如果第一压射阶段冲头速度Vk太低，所引起的堵塞波高度达不到压室的上表面范围（图1b），在此情况下，堵塞波与上部浇注容室范围之间的空气被裹夹，因为堵塞波较浇注活塞运动的快，堵塞波达到浇注容室端部，由于翻转升至浇道，提前将压室关闭。依这样的方法，空气包在翻转之后停留在压室的上部范围，而后与液态金属混合。

随着冲头速度及堵塞波高度增大，堵塞波的速度CW也增加，如果堵塞波充满冲头正前面压室的整个横断面。想将从压室出来的空气与液态金属一起逸出，那么堵塞波的速度必须等于第一压射阶段冲头的速度Vk（图1c）。在这样的条件下，堵塞波不会与冲头正前面断开，不会提前在压室端部关闭通向浇道的排气通道。以这样的方法，在压室上部范围将无空气残留，因此决定临界的冲头速度Vkrit，应保证在这样的速度下，堵塞波不会与冲头正端面断开，提前关闭通往浇道的通道。

如果冲头速度Vk，大于临界速度Vkrit，就会形成夹有空气的冲击波（图1d），由于过高的第一压射阶段冲头速度，堵塞波快速升至容室上部范围，在那里与

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空气泡翻转形成漩涡，因此说，过高的冲头速度与较低的速度一样是不利的。

在起始状态，压室充入的液态金属自由表面的起始高度Z0，由直径d0及已知的起始充填度Kfg，可按0.2~0.8起始充填度范围线性方程计算：

Z0 = d0·（0.1+0.785·Kfg），此时0.2≤Kfg≤0.8 （5）

对于第一压射阶段冲头速度过高形成冲击波，人们都会有这个感性的认识，然而对于冲头速度过度造成的堵塞波提前关闭通往浇道的通道，我们可以借助于流体充型软件，有一个直观上的认识，冲头速度低于临界冲头速度Vkrit的情况，按模拟结果，冲头各个位置时金属波的轮廓外形如图2所示，。

3．临界冲头速度

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