真空压铸技术应用

2019年07月04日

。引言

  真空在当今高质量高压压铸生产中已是一个不可缺少的必要手段,但关键在于如何正确将真空技术与实际压铸生产工艺结合起来,为更多的用户所用。这其中有很多因素需要在实践中掌握与应用:诸如正确理解真空技术;选用恰当的真空系统和模具排气装置;设计和制造准确的模具;如何实时侦测压铸真空工艺控制数据;以及真空系统的使用,现场操作和维护等等。

  首先真空系统的的供应商和厂家要协同努力,尤其在用户使用的早期,需要共同讨论模具制作方案和设计要求,还需就压铸机压铸工艺和模具抽气(出气口)位置选定等技术服务。

  有色金属的压铸,我们有涉及到冷式和热室压铸。

  真空压铸的应用对于冷室和热室并无本质上的区别,在模具合模后型腔形成封闭的瞬间,采用抽真空的方式将其型腔内部的空气以及压射头润滑油在料筒内产生的烟气尽可能排除,过程采用所谓的抽真空将形成负压。由于其工艺特点,在具体的应用实施上,采取了一些不同的方法,要求对不同形状的产品在模具设计时就需要考虑气道位置确定。

 

.热室锌压铸的基本特点和气体带来的不良品现象

用于压铸的锌合金通常主要为锌加入了适量的铝和铜,加入铝是为了提高其合金的强度和冲击韧性;而加入铜是为了进一步提高合金的硬度。也往往会加入少量的鎂。由于其熔点较低, 广泛被用来生产汽车,卫浴,家用,装饰和安全产品等选用。

 

压铸产品工艺特点如下:

1。表面光滑平顺,可减少再加工成本,铸造成本价低廉:

2.易制做薄壁或要求尺寸稳定的各种铸件

3.适于几何形状高度复杂的铸件

4。对具有延展性要求的铸件

5.可制作具有抗冲击性要求的铸件

6。机加工后要求无瑕疵

7。易于镀层和涂层

8.产品产周期短可一模多件

9.较低的合金温度,较少熔炼成本

10。可延长的模具寿命

 

铸件的常见气体带来的不良品现象,主要由于熔解液态中夹有含氢成分,和型腔内空气水气烟气等所产生的,一般我们常见的:

1.模具充型不良

2.铸件在加工后出现气孔

3。铸件由于气孔率所引起的延展性减低

4.气密性不达标,铸件产生泄漏

5。在特氟龙镀层,镀铬,喷粉等工艺中出现气泡

6.铸件尺寸不稳定等

 

无论用户和生产厂都对此不良率反应很敏感,它最终会使得产品的成本增加减少收益,而失去市场竞争力。

 

这将促使用户采用适当的排气手段来加以改善,比如真空系统:


.真空定义

所谓真空(vacuum)一词来源于拉丁语的“vacuus”,意思是空(empty)。按基本的物理定义:真空是指绝对无物质的空间。日常中指封闭的空间内,其空气或其它气体已被排出至非常高的程度,感觉上是一种空荡无物的空间。

我们用大气压(标准压力)作为真空的参照点。大气压是一个压力单位,等于海平面的空气压力或约等于 1019mbar

真空测量值为:1 bar (kg/cm2) = 1000mbar (1019 g/cm2) = 750mmHg

                                           = 100000 Pa =100000N/m2

 

在优化的真空应用中,型腔内可达到 50 mbar(375mmHg)以上真空度。在实际生产中,锌合金压铸件质量在 700 mbar(500mmHg)起就可以观察到内部结构的改变。

 

。为什么压铸件的合金结构会出现缺陷呢?以下是其中一些主要原因:

空气和烟气与压射合金混合在一起形成微气孔其气体压力高于最终锌合金的压射压力,往往是由于浇口过薄引起的, 一些由于热量不平衡在金属固化时所产生的不规则圆形的缩,,如果充型时间没有达到预设定,会看到冷隔或者细微处的未充填,金属的温度和模温没有得到优化,金属流动会受到很大的影响,一个不争事实是,为获得理想的压铸合金构件,必须尽可能的减少喷射的热金属与型腔内的空气和烟气接触;换言之,就是在压射开始至结束的全过程中尽可能地降低型腔内的空气和烟气的气体压力,将整个过程的气体含量减少到一个近于理想的状况。抽真空就是要用来解决这个排气问题。


在传统的压铸过程中,型腔内空气和由脱模剂形成的水气以及润滑油产生的烟气,在压射开始阶段将被压缩至 1600 mbar(A)。在接下来的充型阶段,型腔内的气体压力会飚升至两到三倍(C)。在一些极端的截面上,如最后充型部位或者充型死角处,固化时的最终压射压力甚至会低于在同一截面内的气体压力,其气压超过了 100 bar。这就是为什么压铸厂家会在铸件中的一些截面上发现圆而光滑的气孔。


传统压铸和真空压铸中型腔内气体压力区别

当采用真空压铸后,在型腔内的空气和烟气含量被减至最低:在充型开始时(A)空气和烟

气的压力可被降至 200 mbar,甚至 100 mbar 以下。就算在压铸的条件并不十分完美的时候, 比如有抽芯间隙和模具在一定磨损和变形后,仍有可能在充型最后阶段(C)达到 300 mbar采用真空压铸时此时型腔空气和烟气含量将减低至 10 1000 倍以下。这使得生产均匀和高质量压铸件成为可能。因为在型腔中阻力锐减,所要求的充型时间将会得以满足;薄壁部分的充填也得到了保证。

 

模具合模时的密合度:是压铸模的制作精度基本保证,也是提高质量产品的基本要求,具表面的清洁和干爽度。越清洁越干爽,压射时产生烟气的量就越少,抽真空系统在实际的压射周期中的负压度效果就越高,压射速度于抽真空时间有相应关系,所提供的抽气时间有,真空机的抽气能力需大于压射时模具的排气要求。为实现全过程真空排气和实时真空度的侦测控制,要求模具的排气与真空通道设置流量匹配需进行流动阻力计算,设计合适的走,长度和截面面积。

 

包括浇口设置和真空接口设置。以及集渣包位置设定,同时集渣包对平衡模温分布配置。

 

。真空压铸原理

将真空阀或排气块(由模具配合制作)连接在模具上,通过设在模具上的抽气通道与模具型腔相连接。

真空阀或排气块通过抽真空胶管连接真空机内的控制阀将空气抽入真空罐(容器)相连。真空泵的作用是有电机驱动旋片式离心真空压力泵,将真空罐内的空气和烟气将被排除,压力降至负压,经由与此相连的真空胶管,模具内部型腔与真空机内的控制阀有效地连为一体。一旦真空罐上的控制阀在控制箱内 PLC 输出信号指令后开启,也就是抽真空开启,型腔内的气体将被抽入至真空罐中。要注意的是,在冲头完全覆盖住进料口之前,真空不能启动,也就是要求合模状态时型腔和料管形成密闭时,在压射启动到压射完毕关闭控制阀。所以不会因为大气压与抽真空间的压差将熔液注入型腔内。

 

正是采用了方达瑞真空阀,才有可能在通过连接真空阀的通道实时测量到压射时的型腔真空度。该测量值一定要是通过单独连接的管线反馈给真空机的。其它任何方式的测量都不能更真实地反映型腔的实际压力情况。

与冷室压铸相比,热室的真空操作过程完全一致,如压射时型腔内真空度的测量,开模后污染度的检测和阀体压缩空气反吹等等。也可以进行手动测污染度,但手动测真空度是一定要注意了:如不能将冲头完全覆盖住进料口,由于压差的作用,会有可能将金属吸入型腔和真空阀内。

 

 所以请慎重进行手动测真空度!

 从原理上讲,真空系统的抽气过程与其它系统大致相同;不同的是如何选取抽真空的时间和点位置,为形成全过程真空抽气”,抽气与压射周期取得一致,实现精确的实时工艺控制。本公司抽真空系统的详解如下:

压铸机与真空系统

1. 熔料池

2. 射出(鹅颈)

3. 压射头(接嘴)

4.慢压射阶段 1

5.快压射阶段 2

6。 料管(进料口)

7. 真空开始信号:冲头前进

8. 最小真空开始延迟 (t1)

9。 真空直接开始信号 (极限开关)

10. 真空延迟

11. 真空测量(t 2)

12. v1, 阶段 1 速率

13. v2, 充型阶段速率.真空机与真空阀(排气块)的选用

14。 冲头 (直径) 15. 流道

16. 浇口

17. 铸件型腔

18. 真空接口

19. 真空通道

20。 真空阀关闭启动点

21. 真空阀启动活塞

22。 真空阀排气活塞

23。 真空排气连接

24。 真空测量反馈连接

25. Supervac 真空阀

26. 补偿器(模具变型小可以不用)

 

六.真空机与真空阀(排气快)的选用

为推荐使用的优化配置(国外采用同步抽真空阀或大排气阻尼块)

真空阀 (排气块) 抽气流道通径选择:(镁和锌合金)铸件净重

对应的压铸机  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 吨   60 毫米 2  VP-Medio SC Om 或以上

 

真空机在选用任何一款机型时,无论移动式或还是中央式的,都应满足铝(镁和锌)合金的排气要求。

目前我公司生产的真空机都采用触摸式人机界面多语言操作,使用和维护简单明了,压射周期的每一个步骤都清晰在目,包括报警和故障排除。还可进行菜单操作,存储多达几十个工艺参数菜单。同时可保留最新的真空度和污染度的记录。

 

针对热室锌合金压铸的抽真空流道和真空阀的选择:

为了更好地匹配压铸机射料(它冷式压铸机射料不同)的特点,在选取抽真空点和抽真空时间有着不同的要求,针对射料部分及型腔排气,为避免因压射过快,造成抽气流道堵塞,及流道中产生粘连。选择简单排气方法会直接影响到抽真空效率,根据多年经验和实践真空模设计将会直接影响真空机的正常使用。

 

。真空模具设计方案

这也是所谓的真空应用,是指将真空系统和模具设计结合起来,以发挥真空排气效率,满足产品无气孔类缺陷的要求。真空通道通常取决于为模具选择了什么尺寸的真空阀和流道通径。绝大多数情况下,真空阀和大排气块都会放置在固定模上。这样一来,真空通道入口也将与阀一样设置在固定模上。真空主通道与其分支通道将设置在移动模上。

 

重要的一点是建立进入通道的缓冲区,以确保密实的金属流动和收集金属中的渣滓。真空通道要按以下准则建立:

1.不能影响系统的排气能力

2.要确保金属动能,必须保证金属流的密实

须采用延长排气气道方法,仅可能使抽真空时间长一些,更完善,足以将型腔内空气烟气排出抽干净,根据目前国外(日本)采用的阻尼间隙式的大排气块,镶嵌在模架的上方,利用气流缓冲原理连接集渣包,压铸机压射时在铝液推压空气时,即时真空机阀门打开,抽出型腔内空气转为负压状态。

 

模具的特殊性和金属的性能必须要加以考虑,这些情况也正是想尝试使用真空技术而又无从下手的厂家所关心的问题。

在真空压铸技术的传播中,在客户的实际应用过程中:就需要对新客户提供真空模具方案设计,提供模具设计方案;对老客户提供定期咨询访问,这会不断巩固其真空压铸的技术水平。对于一个新项目或一个改造项目,厂家应提供以下信息,产品质量要求,几何图形,模具浇口, 机加工情况,以便得到提供的合理的真空流道设计方案。厂家所提供的资料越详细,优化的真空设计方案就越容易越完善,最终效果就越显著。

 

1.模具图如是旧模具改造,说明现存的问题

2.工艺技术数据:一出几模模具方案,材料性能,熔炼温度,除渣除气等情况。

 

 

.一些常见问题的讨论

  真空机排气能力取决于什么?

  首先,我们在了解真空机的工作原理同时。考虑到有生成的烟气和管道容积以及漏气,设要排除一定容积的型腔空气。在一个压射周期内,压射时间非常短,排气的有效时间也就很短。假如单单用一个真空泵在这样短的时间内来抽气,那么就需要一个很大的真空泵;如果用方达瑞中型机来抽气,真正高效排气的是容积为 200 升真空罐。而真空泵连续工作,只是用来将进入罐中的气体连续排出。也就是说,排气能力取决于真空灌的大小,真空泵大多数时间里只用于补足罐内的真空度。在这里不能不提到中央真空系统,这才是最经济有效的真空系统方案。

 

a.真空机越大越好吗?

  我们不能否认在忽略经济因素的前提下,真空机能力越大越好;但值得注意的是,真空阀

和大排气块只能采用合适尺寸的,与产品排气要求匹配的才好。用过大的来抽过小的铸件是不可取的,匹配的真空通道,才能与金属铸件流经的型腔大小,才能得到理想,反之会造成铸件过热产生缩孔或流痕。

b.有抽芯的模具可以进行真空排气吗?

答案当然是肯定的,在很多行业里,比如在汽车行业,带抽芯的真空压铸是非常成熟而平常的应用。如果说不可以,其实也同时否定了有顶针的模具采用真空排气,但哪个模具没顶针呢? 有些人在头脑中始终认为:只要有滑动就会有间隙,只要有间隙就会有漏气,只要有漏气就不能用真空了。看似很有逻辑的想法,实际上反映了人们对高质量产品本身的认识。我们设计抽芯或顶针,不是为了排气的,超过设计标准的间隙不会带来高质量的产品,因为这会为金属的侵入打开方便之门。严格控制间隙,这不是由于用不用真空带来的要求,而是产品质量本身的要求。正常配合间隙下,抽芯也好,顶针也好,都会在配合表面形成润滑膜(模具硅油),足以应对瞬间的漏气问题,对排气效率不会造成大的影响。

 

.结论

压铸是一种非常经验化的行业,尽管近年来传统的设备和工艺得到了很大的改善和提高,

并不是说好的设备加上高等教育人才就一定能生产出最好的产品。所以人们总是在接受新理念的同时,更愿意依赖自己的实际经验。不错,正如真空压铸在中国的引入一样,掌握真空技术, 积累应用经验必将成为厂家制胜的法宝。我们愿以多年的成功经,为中国压铸企业的腾飞倾尽自己的微薄之力。

                        

                        上海东泰机电设备工程有限公司

 

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来源:上海东泰机电设备工程有限公司
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