一种液态金属多段匀加速压射的压力铸造方法与流程

[0001]
本发明涉及液态金属压铸成型的方法，具体涉及一种液态金属多段匀加速压射的压力铸造方法。


背景技术：

[0002]
压力铸造是一种将液态或半固态金属或合金，或含有增强物相的液态金属或合金，在高压下以较高的速度填充入压铸型的型腔内，并使金属或合金在压力下凝固形成铸件的铸造方法。
[0003]
压力铸造具有高压和高速两大特点，由于其压射速度非常高，从而使得压射过程金属液存在严重的卷气、氧化夹杂现象，使得铸件存在大量的气孔和氧化夹杂，降低了性能，限制了使用范围。为了减少卷气、氧化夹杂现象，目前普通压铸过程中金属液在压室与压铸模中的运动可分解为三个阶段，图 1是压铸过程中压射速度对比压力的变化曲线，从图中可以分解出三个阶段。第一阶段是低速压射阶段，第二阶段是高速压射阶段，第三阶段是增压保压阶段。压射过程的卷气现象主要发先在第一、二阶段。其中第一阶段压射冲头以慢速前进，封住浇料口，将压室内液态金属尽可能无涡流地引至浇口，压射活塞以恒定速度运动。低的压射速度是为了防止金属液在越过压室浇注孔时溅出和有利于压室中气体的排出，减少金属液卷入气体。而对于在第二阶段是真正的充模过程，冲头在短的加速之后，以稳定的速度十分快地运动，以使浇口内液态金属达到稳定的流动速度，高速压射充填过程的卷气和氧化夹杂现象是难以避免的，目前一般采用压铸的新技术来解决，例如真空压铸。但是目前唯独对于慢低速封孔后，高速充填型腔前，即第一阶段和第二阶段的过渡阶段，金属液在压室中运动过程的卷气和氧化夹杂现象无法消除，其原因主要是压射运动中，由于冲头对压室实现低速封孔后，压室内液态金属还并没有完全填充满整个压室。因此，此时如果压射速度过高、过低或加速不均匀，都会使液态金属产生波动，在压室内形成紊流(如图2所示)，从而使得压室内的空气卷入液态金属，形成卷气和氧化夹杂，最后卷入的空气和氧化夹杂与液态金属混合一同充填进入模具型腔，压铸完成在铸件中形成气孔和氧化夹杂。因此，解决压室内的卷气和氧化夹杂现象从而减少铸件的气孔和氧化夹杂，提高铸件性能成为急需解决的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明提供了一种液态金属多段匀加速压射的压力铸造方法，其目的为了解决在低速压射阶段后，高速充填型腔前，金属液在压室中运动过程的卷气和氧化夹杂现象导致的铸件存在大量的气孔和氧化夹杂，降低性能的问题，即在低速压射阶段后，高速充填型腔前实现金属液在压室内平稳的层流运动，避免产生紊流和漩涡，使压室内的空气可以通过浇道系统和模具排出，不产生卷气和氧化夹杂现象，从而减少铸件的气孔和氧化夹杂，提高了铸件性能。
[0005]
本发明的技术方案如下：
[0006]
一种液态金属多段匀加速压射的压力铸造方法，包括如下步骤：
[0007]
(1)第一阶段即低速压射阶段：根据压室的长度、压室的直径和金属液充满度确定液态金属初始压射速度、临界速度和临界加速度；根据以小于临界加速度值的加速度均匀的将初始压射速度加速达到临界速度这一加速标准将低速压射阶段分成3～9个加速阶段，压射冲头根据3～9个加速阶段的速度进行匀加速前进，将金属液填满整个压室，进入到横浇道，然后迅速加速到达下一个阶段进行压射；
[0008]
(2)第二阶段即高速压射阶段：压射冲头在快速加速后，以稳定的高速运动，使浇口内液态金属达到稳定的流动速度，然后降低速度，进入到下一个阶段；
[0009]
(3)第三阶段即增压保压阶段：通过对压室内液态金属快速增压，对模具型腔内的压铸件增密，保持模具型腔内增压至铸件凝固为止，完成液态金属的铸造。
[0010]
进一步的，所述的步骤(1)中液态金属初始压射速度为0.02～0.03m/s、临界速度取值为0.15～0.69m/s，临界加速度取值为0.13～2.7m/s2。
[0011]
进一步的，所述的步骤(3)中对压室内液态金属快速增压的方式是通过增压机构增压或直接控制压射。
[0012]
进一步的，所述的步骤(1)中压射冲头根据3～9个加速阶段的速度进行匀加速前进的方法是通过在低速压射液压控制系统的出油端加装伺服电机控制装置，由伺服电机带动变速转动机构调节射出低速调整阀的开度，控制压射缸回油量的大小，实现低速多段的速度控制。
[0013]
进一步的，所述的伺服电机控制装置包括依次连接的氮气钢瓶、射出前进电池阀、acc逻辑阀、射出高速调整阀、射出缸、射出低速调整阀和回油箱。
[0014]
进一步的，所述的射出缸上设置有节流阀和射出压力表，所述的射出高速调整阀和射出低速调整阀之间设置有止逆阀。
[0015]
进一步的，所述的步骤(1)中将低速压射阶段分成5个加速阶段，分别为v1,v2,v3,v4,v5。
[0016]
进一步的，所述的v1的速度范围在0.02～0.1m/s,v2的速度范围在 0.1～0.25m/s,v3的速度范围在0.25～0.33m/s,v4的速度范围在 0.33～0.5m/s,v5的速度范围在0.5～0.7m/s。
[0017]
和现有技术相比，本发明的优点在于：
[0018]
(1)本申请在低速压射阶段后，高速压射阶段前根据压室的参数和金属液充满度确定了液态金属初始压射速度、临界速度和临界加速度；根据以小于临界加速度值的加速度均匀的将初始压射速度加速达到临界速度这一加速标准将低速压射阶段分成3～9个加速阶段，压射冲头根据3～9个加速阶段的速度进行匀加速前进达到临界速度，再以临界速度前进，直至低速压射阶段结束，防止液态金属从浇注口溅出，封住室浇注口，实现金属液在压室内平稳的层流运动，避免产生紊流和漩涡，使压室内的空气可以通过浇道系统和模具排出，将金属液填满整个压室，不产生卷气和氧化夹杂现象，从而减少铸件的气孔和氧化夹杂，提高了铸件性能；
[0019]
(2)本发明通过在低速压射液压控制系统的出油端加装伺服电机控制装置，由伺服电机带动变速转动机构调节射出低速调整阀的开度，控制压射缸回油量的大小，实现低速多段的速度控制，有效的解决了低速压射阶段的匀加速变化，从而减少铸件的气孔和氧
化夹杂，提高了铸件性能。
附图说明
[0020]
图1是现有的压铸工艺对应的压射速度对比压力的变化曲线图；
[0021]
图2是现有的压铸工艺对应压室中金属液的紊流现象示意图；
[0022]
图3是本发明对应的压铸过程中压射速度对比压力的变化曲线图；
[0023]
图4是本发明压射冲头的速度变化及启动位置的变化曲线示意图；
[0024]
图5是本发明压射过程金属液在压室内的运动过程示意图；
[0025]
图6是本发明伺服电机控制装置结构示意图；
具体实施方式
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下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]
为了解决现有的金属液在压室中压铸运动过程的卷气和氧化夹杂现象导致的铸件存在大量的气孔和氧化夹杂，降低性能的问题，本申请公开了一种液态金属多段匀加速压射的压力铸造方法，包括如下步骤：
[0028]
(1)第一阶段即低速压射阶段：根据压室的长度、压室的直径和金属液充满度确定液态金属初始压射速度、临界速度和临界加速度；根据以小于临界加速度值的加速度均匀的将初始压射速度加速达到临界速度这一加速标准将低速压射阶段分成3～9个加速阶段，压射冲头根据3～9个加速阶段的速度进行匀加速前进，将金属液填满整个压室，进入到横浇道，然后迅速加速到达下一个阶段进行压射；优选的，所述的步骤(1)中液态金属初始压射速度为0.02～0.03m/s、临界速度取值为0.15～0.69m/s，临界加速度取值为0.13～2.7m/s2。其中，图3是本申请压铸过程中压射速度对比压力的变化曲线图，通过图中可知，在第一阶段低速压射阶段：速度变化是从液态金属初始压射速度开始，然后根据小于临界加速度的加速度值进行恒定加速度的匀加速变化，以使得速到达到临界速度，当达到临界速度后，压射冲头进入到横浇道，然后迅速加速到达下一个阶段进行压射，进入到第二阶段，其中低速压射阶段分成3～9个加速阶段，具体的加速阶段是根据压室的长度、压室的直径和金属液充满度确定液态金属初始压射速度、临界速度和临界加速度来确定的，优选的，当液态金属初始压射速度为0.02m/s，临界速度为0.7m/s，临界加速度为1.33m/s2时，如图4所示，是压射冲头的速度变化及启动位置关于时间的示意图，其将低速压射阶段分成5个加速阶段，分别为 v1,v2,v3,v4,v5。其中，所述的v1的速度范围在0.02～0.1m/s,v2的速度范围在0.1～0.25m/s,v3的速度范围在0.25～0.33m/s,v4的速度范围在 0.33～0.5m/s,v5的速度范围在0.5～0.7m/s。当速度是v1阶段时，压射冲头的启动位置低于20，当速度是v2阶段时，压射冲头的启动位置在20-60之间，当速度是v3阶段时，压射冲头的启动位置在60-100之间，当速度是v4 阶段时，压射冲头的启动位置在100-140之间，当速度是v5阶段时，压射冲头的启动位置140-180之间，当持续加速后，位置持续上升到达最高点，进而进入到第二阶段。
[0029]
本申请根据以上内容，设计了一组实验，将液态金属初始压射速度为 0.02m/s，临界速度为0.4m/s，临界加速度为1.2m/s2时，低速压射过程的速度分为五段，其压射过程金属液在压室内的运动过程如图5所示，从图中可以看出，整个低速压射过程，金属液运动平
稳，没有出现紊流或旋涡，从而可以避免卷气和氧化夹杂现象。
[0030]
优选的，如图6所示，所述的步骤(1)中压射冲头根据3～9个加速阶段的速度进行匀加速前进的方法是通过在低速压射液压控制系统的出油端加装伺服电机控制装置，由伺服电机带动变速转动机构调节射出低速调整阀的开度，控制压射缸回油量的大小，实现低速多段的速度控制。所述的伺服电机控制装置包括依次连接的氮气钢瓶、射出前进电池阀、acc逻辑阀、射出高速调整阀、射出缸、射出低速调整阀和回油箱。所述的射出缸上设置有节流阀和射出压力表，所述的射出高速调整阀和射出低速调整阀之间设置有止逆阀。通过氮气钢瓶和acc压力为整个系统提供的整体压力，然后通过伺服电机的伺服马达控制acc逻辑阀，acc逻辑阀控制射出缸的油量，进而来控制临界速度，和射出速度，其中，伺服电机控制装置中的其他机构均为射出缸提供速度帮助，利用acc逻辑阀控制射出高速调整阀，进而实现射出缸的油量，通过节流阀和射出压力表监控油量情况，再利用左侧的止逆阀和射出低速调整阀降速，利用回油箱回油。通过伺服电机控制装置实现速度控制。
[0031]
(2)第二阶段即高速压射阶段：压射冲头在快速加速后，以稳定的高速运动，使浇口内液态金属达到稳定的流动速度，然后降低速度，进入到下一个阶段；
[0032]
(3)第三阶段即增压保压阶段：通过对压室内液态金属快速增压，对模具型腔内的压铸件增密，保持模具型腔内增压至铸件凝固为止，完成液态金属的铸造。所述的步骤(3)中对压室内液态金属快速增压的方式是通过增压机构增压或直接控制压射。
[0033]
本申请在低速压射阶段后，高速压射阶段前根据压室的参数和金属液充满度确定了液态金属初始压射速度、临界速度和临界加速度；根据以小于临界加速度值的加速度均匀的将初始压射速度加速达到临界速度这一加速标准将低速压射阶段分成3～9个加速阶段，压射冲头根据3～9个加速阶段的速度进行匀加速前进达到临界速度，再以临界速度前进，直至低速压射阶段结束，防止液态金属从浇注口溅出，封住室浇注口，实现金属液在压室内平稳的层流运动，避免产生紊流和漩涡，使压室内的空气可以通过浇道系统和模具排出，将金属液填满整个压室，不产生卷气和氧化夹杂现象，从而减少铸件的气孔和氧化夹杂，提高了铸件性能。
[0034]
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。