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压力铸造低速阶段控制参数详解张炜tchzh2004@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形程丄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：4V■Xmax=—牛（2）兀do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）所得的行程厶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Xi,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Xi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）(3)(4)X1=Lgk(1-Kfg)4VKfg="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do，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Z由直径d°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：Zo=do•(0.1+0.785•Kfg),此时0.2

3.临界冲头速度为了在压射冲头的正端面形成金属堵塞，在压室内必须制造一个临界的金属运动条件此时，冲头的速度Vk等于液态金属的波动速度Cw在这样的条件下，液态金属波的前沿才不会断开冲头的正端面由于堵塞波是随前进的压射冲头运动而增高，其速度也随冲头速度而增加当冲头运行一定行程，在冲头正端面上的液体金属的堵塞波充填压室整个横断面（图1c）,液态金属在此刻以起始状态位于压室的终端，其速度为零，以这样的方法，可以确定临界速度的简单关系Vkrit=d•（1.386-2.68-Kfg+0.616•絲）（6）从上式不难看出，临界压射冲头速度Vkrit取决于起始充填度Kfg以及浇注容室的直径do，与压室的长度无关，随着起始充填度的增加，临界压射冲头速度下降，随着压室直径的增加，而临界压射冲头速度增加例如按方程（6）计算临界压射冲头速度，在初始充填度Kfg=0.45，压室直径d°=80mm则求得临界浇注活塞速度Vkrit=0.57m/s,0.57m/s同样可以用国外著名的模拟软件加以验证是准确的也有作者为计算0.3~0.5低起始充填度范围内的临界冲头速度，推荐采用以下方程:Vkrit=(1-Kfg)•d°心-Kfg」.gKfg2_Kfg(7)对方程（7）计算的临界冲头速度小于按方程（6）计算值。

起始充填度越低，临界冲头速度要求越大，这样尤为导致形成空气旋涡和激烈的冲击波在启动压射过程作用于液态金属上的启动脉冲（以高的临界冲头速度）可以强到使液态金属从压室的充填孔飞出压室起始充填度越大，相应的临界冲头速度越小，那么防止形成空气漩涡和激烈的冲击波越容易在这样的条件下，压室的直径应尽可能选择小些在选择压室直径时，应在满足高的起始充填度与足够静增压之间进行协调为了防止液态金属从压室充填口喷射出来，较好的促使空气由压射冲头驱敢出来，可以采取将起动开始第一压射阶段至第二压射阶段的高速度分两阶段，以恒定的浇注活塞速度对浇注活塞进行控制第一阶段以十分低的冲头速度Vki=0.05~0.1m/s将合金液推移越过注入口，该速度显示很低的堵塞波高度，下一步则是选择第二阶段的临界冲头速度Vmt，该速度与较大的起始充填度Kfgl有关，按方程（8）计算：Kfg1=Kfg•（8）Lgk-Il式中：Il—在第一压射阶段浇注活塞起始形程借助于第一压射阶段对冲头速度的两级控制，作用于液态金属上的起始脉冲可以保持尽可能小，防止在低的起始充填度下出现冲击波4.临界压射冲头加速度在第一压射阶段对冲头速度的两级控制以防止在液态金属内空气的夹杂，在此首先以加速度使冲头速度达到第一级的临界速度，然后以此临界速度（第二级）进行控制。

以均匀的冲头加速度直至达到临界的冲头速度，然后以临界速度的冲头运动到第一压射阶段结束，这是最佳的控制（所谓的抛物线压射）临界压射冲头速度不允许超过，因为超过时在冲头正前端会冲击波在加速冲头行程时，加速阶段在冲头正端面之前的波高，从液态金属起始高度到压室表面增加当冲头通过临界行程Xkrit时，在冲头正端面的液态金属的堵塞波充满压室的整个横断面液态金属在此刻处于起始状态浇注容室的端部，其速度为零为了获得计算临界压射冲头加速度akrit，可以用一下简单方程Xkrit=Lgk1_Kfg1Kfg(9)2Xkrit(10)将方程（6）及方程（9）代入方程（10）,临界匀加速度，可由以下方程计算:akrit=虫•1一Kf^•0.98一1.354Kfg0.436K：g2（11）Lgk1-Kfg压射冲头的临界加速度akrit不只是与起始充填Kfg及浇注容室的直径d°有关,而且也与压室的有效长度Lgk有关按方程（11）在起始充填度Kfg=0.45，浇注容室的直径d0=80mm，长度为Lgk=350mm所计算临界加速度akrit=1.25m/s25.运算举例为了说明各个参数对第一压射阶段冲头速度的影响，以两个实例来计算匀速度两级压射冲头控制及以匀加速第一级及第二级匀速的两级压射冲头控制，为计算设定以下数据。

•在压室内液态金属的体积Vm=804m3•压室直径do=80mm•压室有效长度（包含浇口套）Lgk=400mm依据这些数据及方程（3）（4）及（5）可以计算起始充填度Kfg，压射冲头Z行程为X1（第一压射阶段）及在压室内液态金属的自由表面起始高度Kfg=480423.14408=0.4X1=Lgk1—Kfg=4001-0.4=240mmZ0.10.785Kfgi=800.10.7850.4A33mm图3a表明了起始数据及计算所求数据，如果设定Vq二0.1。