前  言

壓鑄制品以其呎寸的高精確性,鑄件的美觀性,優秀的量產性能,在以汽車為中心的領域得到廣泛地利用,今后為了制造更高品品質的壓鑄制品, 設計出更廣泛的產品,需要先進的模具技術和鑄造技術,也需高性能的壓鑄機.

我們可以根據起高速射出的壓鑄機,可以計算出內部品質的改善報告,不管這種射出性能,是對薄肉制品而言,亦或是對于鎂合金制品而言,從最管的環境問題上考虙,要取化難以回收的塑料制品,壓鑄品正義其優良的可回收性而不斷促使人們將眼光投入共上.

本研究正是基于這種觀點,研究壓鑄機的高速射出到底可以鑄造出多么薄的壓鑄品.用高速射出的壓鑄機進行鎂鋁合金的鑄造測試,并使其特性明朗化.

壓鑄機的鑄造能力

壓鑄機的鑄造能力通常是由鎖模力來表示的,機械的鎖模部在物理上占有很大的噸位,但僅指模具的鎖合力,而與成型能力無關.特別是對于薄肉制品和MG制品,機械的射出性能對于鑄造能力(成型能力)非常重要.

對于薄肉制品來說,異常重要的成型能力究竟為何物,下面就此進行檢討.

射出率和制品特性.

對于薄肉制品的壓鑄而言,為了縮短凝固時間射出速度必須很快,且稍大的制品同時還須考虙溶湯在模具中的流動距離.若將此特性用一個值表達的話,可以用溶湯的流量Q列便利.為什么這么說呢?因為與溶湯的流速相關的有料管內(機械的射出速度),澆口部(澆口速度)

和場所,此關系也由料管徑的變化而改變,但對于溶湯的流量與場所,料管徑均無關系,可采用同一值.此值在塑料射出成形機稱為射出率.本章稱之為射出率Q.

以往壓鑄的凝固時間Ts(sec)為制品肉厚的tm(mm)的平方,即:

        Ts=kt²m   (k為系數)…………(1)

對于制品的體積V(cm^2,)充填時間Tf若為凝固時間Ts的一半的話,射出率Q(cc/s)為  Q=V÷Ts＝２ｖ÷Ｔs=2V÷(K+M²)…………(2)

對制品為面積的平板.V=STM/10.

        Q=0.2STM÷(KT²M=0.2S÷(KTM)…………(3)

出就是說射出率與制品的面積成正比,與肉厚成反比.平板的形狀分別有A4、B5、A5、B6各不同的形狀,Q和TM若用圖標表示如圖(1)

從圖1我勻可以知道,制品越大肉厚越薄,射出率的值就大,成型的難度出就隨之增加.

例如肉厚2mm的A4大小的產品和肉厚1mm的A5的大小的產品射出率相同,制造難度相等.肉厚1mm,A4大小的產品同肉厚1mm,A5大小的產品,在射出率方面,難度成倍增加.因此本章將此射出率Q用來表示產品特性的值.

關于系數K與克勃利諾夫方程式一樣,有著各式各樣的報告值,根據筆者的經驗.

     K=0.02~0.04(鋁合金)

     K=0.01~0.02(MG合金)

模具特性.

若將模具的特性用簡單的模式進行考虙,用澆口阻力來表示就可以了,也就是說澆口斷面積Ag,澆口部的流量系數C,溶湯的密度P,若以 上參數設定好,射出率Q和鑄造壓力的P的關系式如下:

                                          P=P Q²÷(2C²Ag²…………(4)

 也就是說鑄造壓力(澆口阻力)為射出率的平方成比例,與澆口斷面積的平方成反比.

機械特性.

射出桿的我由空打的最高速度和充填射出力來決定.這些也可以用射出率Q和鑄造壓力P來表示,見下:

          Q₀=(空打最高速度)×(噴嘴的斷面積Ap)

          P₀ =(充填射出力)÷(噴嘴的斷面積Ap)

          P= P₀- P₀(Q² Q₀²)…………(5)

(4)式和緩(5)可用圖2來表示

且若V₀= Q₀÷Ap;   VD=QD÷AP;   Va=Qa÷Ap,則Va/V₀)²+(Va/Vd) ²=1 (太田式)成立,可理解通常的解析式相同的內容.

    圖2為P Q²線圖,橫軸的以Q的平方為刻度,據比,可設曲線為直線,方便地根據作圖求得交點,這就是眾所周知的PQ²線圖.

不管怎么說,根據增加Q₀(射出率),可加大機器的成型能力.這種可加大射出率,且可進行多樣調整的機器被為多功能壓鑄機,在進行薄肉制品的試制時,可得下報告.

鑄造測試(1).

測試條件.

鑄造結果數據

澆口前高速            

將以上結果用PQ²線圖表示時,可如圖5所示.

     鑄造結果的分析.

    1,高速的切換,溶湯到達澆口必須從當前位置,以盡可能快的速度從當前位置推進方得到良好的鑄件,并且有防止溶湯的溫度下降效果.

    2,充填時間Tf射出率Q可知,得到良品的實際值與計算值一致.

  3,鑄造壓力(充填阻力)P;實際值均為計算值的2.3~2.8倍,這是因為此次試模的制品為薄肉制品.通過斷面各縮小的不僅是澆口部位,產品本身的斷面積同樣也縮小了,因此實際值比根據單純模式得出的計算值要高出一些.

眾所周知,鎂合金是實用金屬中比強度,比剛性優越的種類,從壓鑄到機加操作上的問題點,也不少,最終產品折合成成本,并不是簡單鎂產品所能理解的,現將鎂、鋁薄肉制品的諸特征比較如下:

(表4)機械性質的比較

  接下來,我們對MG合金的和AL合鑫的薄肉壓鑄成型性進行比較,對于(1)~(5)式的各變量. AL、MG合金使用的場合分別用A、M來表示,首先我們先來看(1)

可得Ta=KATA2以及TM=KMTM2.在此K(KA.KM)為7朮”1>方程鐵引導過程相同材料的密度P平分成比例也可以,若肉厚相同(tm=ta)則

       Tm/Ta=Km/KA1=1.82/2.72=(2/3)2=1/2.2.1項的K經念值鐵妥當可確保.也就是說體積(肉厚)相同.MG的射出率為AL的兩倍.成形性也難兩倍.

    以上最壞的情況也是若肉厚相同.為確保強度和剛性,必須得增加肉厚,反之若犧牲一定的剛性和紉性,則需減少肉厚.將體積減少到2/3才兒鎂有相同的重量.檢討此種場合的制品特性(射出率).(3)式中. S=定值.TA/TM=2/3,則:

    QA/QM=KM TM/KATA=(2/3)2*3/2=2/3,目在(4)式中,若C.Ag相同,則

    DA/DM=2.7/1.8*(QA/QM)2=3/2(2/3)2=2/3

也就是說,重量相同(肉厚為MG的2/3)的AL制品的射出率為鎂制品的2/3,鑄造壓力也是2/3.這表示只需花費一半的能量就可以達到效果.從而使得用小機械進行鑄造成為可能.

5.鑄造測試(2)

5.1測試條件

   對像制品與測試(1)一樣為A4大小的外殼,平板部的肉厚為2/3(0.6mm),用AL合金進行鑄造.機臺為350噸多性能機種,具體如圖6,表5,表6所示.

5.2測試結果

   得到良品的鑄造數據射出波形如圖7所示,此次測試為了在目前的狀況將機械的鎖模力超過350噸,在增加調至切之前,減少緩沖器的壓力.

從射出波形我們可讀取以下數據:

(表7)鑄造結果數據

制品充填射出率Q11410cm3/s

制品的外觀寫真圖如圖9所示:

用PQ2線表示如圖8

5.3鑄造結果的分析

1>    充填時間Tf和射出率Q. 所有得到良品的實際值均不超過計算值范圍.在充填的最終部Q的值超出了計算范圍(表7.圖8最終部分的值被省略了)

2>    充填中速度并非一定,在充填的最終部進行了減速,相對于澆口的斷面積2.4CM,制品部的斷面積為2.02CM2(測試(1)為2.92CM3).隨著充填陰力的增加,速度減小,因此特將與單純的澆口阻力不同的動作表示出來.

3>    關于填充陰力,從壓力波形我們難以讀出正確的值.因此填充陰力的值.可以從機器的特性計算出來.此值為除去充填最終部的計算值.約2.5倍左右.

6.考察

  鑄造測試(1) (2)均是從鑄造面積上來考慮的,通常需要700噸左右的鎖模力.

  測試(1)為調整500TON壓鑄機增加時段,而測試(2)卻不是通過對350噸的壓鑄機進行增壓,而是通過對積氣瓶減壓.兩者通過不同的手段分別達到各自的目的.當然對于壓鑄機來說增壓特性也是很重要的,不僅僅是在薄肉的部分也有.此部分的內部品質在產生問題的時候,其條件和此回測試有所不同.

  此回的鑄造測試,在充填行程成形,加壓行程作成內部品質,根據充填特性可作成薄肉制品的形狀.我們也可明白此充填行程用溶湯的射出率Q來解析更為便利.即射出率作為制品特性可表示成形的難易程度,金屬特性依此射出率來表示成形時的陰抗壓力.最后作為機器的特性.決定射出率和成形壓力的關系的能力決定著成形的可否.

  具體而言上述的關系必須根據太因式P-Q2線圖來核對,更簡單的成形判斷方法用充填中的出力士(馬力)WC=P*Q)就可以了.鑄造測試(1),(2)中的充填出力Wm,Wa,表3和表7的值分別如下所示.

  Wm=17650*28.7=506600NM/S=507KW

  Wa=11410*18.6=212200NM/S=212KW

即肉厚0.6mm的AL制品為肉厚0.9mm MG制品的一半動力即可成形.

另一方面,機器的最高出力(最大馬力)W₀用次式來計算.

W₀=2√319)×P₀×Q ₀…………(6)

用(6)式來計算我公司(東芝機械)的250~800噸的壓鑄機最高填充出力(定格值),結果如下表示.

  (表8)機器的充填特性.

上表的值為各機種最大值,若制品需要更大的動力則充填不可能,另一方面,對象制品必要的充填出力W,為求得P,用意(4)式來計算如下所示:

          W=PQ=PQ²÷(2C²AG²)…………(7)

當鑄造結果和(4)式不合,在薄肉制品的場合.a.流量系數小;b.有效澆口面積小等場合修正時用得上.c.根據溶湯的流動和摩擦阻力和彎曲計算壓力損失等.此點最有可能得以確立.通過對以上水力學的修正,我們可明白根據(7)式得出的充填出力W與射出率Q的立方成比例.

  根據擁有高充填出力(馬力).可進行多樣調整的多功能壓鑄機進行鑄造測試結果,我們可明白以下幾點:

  1),對于肉厚0.6~0.9mm的薄肉制造場合,凝固時間和推薦充填時間適用充填時間適用于通用的經念式.

  2),關于充填阻力,澆口斷面積和流出系數與根據理論式而求得值有所出入,實驗值約大2.3~2.8倍,因此對于薄肉制品期盼著凝固流動解析技術進一步提高.

  3),對于相同的肉厚,MG制品需要AL制品平方的射出率成比例的高充填壓力,此間MG合金雖可適用于熱室機,但因熱室機自身的構造對鑄造壓力的限制,對于制造射出率高的制品較難適用.

  4),在AL制品的肉厚2/3的場合,與MG制品同樣的重量,彎曲的強度,剛性稍差,約須一半左右的充填動力便可成形.

  5),此回測試的薄肉制品的場合,不僅是澆口通過后的時間.對于澆口前的經過時間為個保持溶湯的溫度,有必要將其極力縮短.為此給溶湯時間為最小限度給湯方法比較有效.此領域有待進一步發展.