压铸件工艺参数的设定

文/重庆建设工业公司铸造车间/唐和雍、冉燕、易洪、熊利

[摘要]：本文重点分析了压力铸造的工艺参数，从理论计算到生产实践进行了分析，为压铸工厂提供了一种可供实际操作的数字化方法。在提高产品实物质量上，主要对工艺参数进行了试验验证。

[关键词]：压力铸造、工艺参数、计算、实验验证

[Abstract]： Through the theoretical computation and practical use, the parameters in die-casting process are studied. A kind of practical and numerical method for the factory's use is provided. And it verifys the rationality of process parameter based on the experiments in order to improve the quality of the castings

[Keywords]： die-casting；parameters；theoretical computation；casting process

在压铸行业，工艺参数对产品质量的影响更多的是靠试验的方法，许多工程技术人员不能深入的进行分析，生产铸件的条件无法用数据来描述。

本文就压铸工艺参数理论计算和实践两方面进行讨论研究。压力铸造的主要工艺参数有行程（速度转换点）、速度、时间和压力等。而本文重点分析速度和行程两个主要参数。

1. 压铸的四阶段压射

计算压力铸造工艺参数,首先要定义压铸的四个压射阶段。

1.1.1 第一阶段：慢压射1为防止金属液溅出，冲头越过浇料口的过程，压射的第一阶段通常是缓慢的。

1.1.2 第二阶段：慢压射2金属液以较低的速度运动至内浇口的阶段，主要目的是排出压室内的空气，集中铝液于压室内。

1.1.3 第三阶段：快压射金属液由内浇口填充型腔直至充满为止，主要目的是成型并排出型腔中气体。

1.1.4 第四阶段：增压阶段型腔充满后建立最后的增压，使铸件在高压压力下凝固，从而使铸件致密。

1.2 计算模型

1.2.1 根据1.1定义(参照图1),可以得到金属液在各阶段合金液的重量关系式。

G2=G浇

G3+G4=G铸+G溢流

其中：G3+G4为金属液刚达到内浇口处时冲头端面至冲头停止之间的铝液重量，即为快压射起始点位置至冲头停止行程内金属液的容量。

G铸为铸件重量

G溢为溢流系统的重量

G2为慢压射2行程内压室能容纳的金属液重量

G浇为浇注系统的重量

1.2.2 流道中单位时间内不同位置截面中通过合金液的流量关系式（见图2）

金属液在流动过程中，单位时间内通过截面的流量Q相等，则Q=V1×S1=V2×S2= V3×S3  （注：V3×S3是利用等式，而非金属液流量）

其中V1：冲头速度

S1：冲头面积

V2：内浇口速度

S2：内浇口面积

V3：排气槽气体速度（推荐值75m/s）

S3：排气槽的面积

1.2.3 压铸时间[1]

压铸时间包括充填时间，持压时间及铸件在压铸模型中停留的时间。

1.2.3.1 充填时间：金属液开始进入内浇口到型腔充满所需的时间。不同壁厚的铸件充填时间选择参照表1：

1.2.3.2 持压时间：金属液充满型腔，在增压比压作用下凝固所需要的时间。不同壁厚铸件持压时间选择参照表2：

1.2.3.3 留模时间：持压终了到开模顶出铸件的时间。不同壁厚铸件留模时间选择参照表3：

1.2.4 压铸速度

压铸速度通常分为冲头速度和内浇口速度（也称为充填速度）。不同壁厚铸件充填速度推荐值见表4：

1.3 速度、行程基本计算式

根据1.2以及图1、图2，可以得到以下计算式：

V1=L3/ t

V2=V1×S1/S2

S3=V2×S2/V3

L4=[V体/（A×100）]×K×4/3.14

其中：t为充填时间

V体为合金液总体积

A为冲头直径

K为系数，（铝合金0.0534）

V3.为排气槽气体的速度(常用值75m/s)

2. 压铸件实际计算和调整

在生产实践中，模具、压铸机均已定型的情况下，铸件还是会有缺陷工程技术人员解决问题的步骤可以按以下程序来实现。

2.1 确认已知数，图1和图3是某铸件在试制过程中的图片，需要确定合理的工艺参数，第一步是以常用的工艺参数压铸出一套铸件来，进行必要的测量。

2.1.1 设备

ITALPRESSE（意特）550T压铸机

2.1.2 铸件基本壁厚3.5mm

2.1.3 铝液密度

ρ=2.6×10-6kg/mm3

2.1.4 内浇口面积

5处内浇口面积之和是S2=240mm2

2.1.5 冲头

A=80mm，冲头开始位置设备读数为L始=0mm，压铸停止位置为L停=415mm。

2.1.6 重量

G铸+G溢流=1.39kg

G浇=1.32kg

2.2 理论计算

2.2.1 合金液总体积

V体=（G铸+G溢流+G浇）/ρ=（1.39+1.32）/2.6×10-6=1.042×106mm3

2.2.2 增压行程

L4=[V体/（A×100）]×K×4/3.14 

=[1.042×106/（80×100）]×0.0534×4/3.14

=8.86mm

考虑到增压阀启动的反应时间,应在计算位置上后移30mm左右,即

L4'=30+8.86≈39(mm)

2.2.3 高速行程：

L3=（G铸+G溢）/[（ρ×3.14/4）×A2] =1.39/ [（2.6×10-6]×3.14/4）×802 ]

=106.4(mm)

在压铸工艺参数中,高速转换点直接关系到铸件外观质量和内在质量。

2.2.4 慢压射2行程：

L2=G浇/[（ρ×3.14/4）×A2]=1.32/[（2.6×10-6×3.14/4）×802]=101(mm)

2.2.5 慢压射1行程：L停L2L3L4=415-101-106.4-39=168.6(mm)

需要说明的是有的压铸机上L1+L2设置合并为一个慢压射阶段。

2.2.6 压射冲头的速度

根据表1，充填时间选择为0.05s

V1=L3/t=106.4/0.05=2128mm/s=2.128m/s

2.2.7 内浇口的速度

V2=S1×V1/S2=（3.14×A2/4）×V1/S2=（3.14×802/4）×2.128/240=44.55m/s　　　

2.2.8 排气槽的面积：

S3=V2×S2/V3=44.55×240/75=142.56mm2 ,需要说明的是排气槽面积实际比计算要小，是因为合型面参与了排气。

2.3 实际生产验证

铸件产品质量是多种因素共同作用的结果，理论计算为我们提供了实际生产时各工艺参数的理论数据，它可以告诉我们一个大的目标值，但在生产中决不能照搬计算值，这时，需要用实践来验证。

2.3.1 常规实验

该种方法大多数厂家在采用。在理论计算的基础上，固定一些参数值后，调整一个重要的参数。以本例中的2．2．2高速行程为例，根据铸件质量，如果铸件外观不良，冷隔等产生（不考虑其它因素时）则高速转换点前移，即可以把269.6向250方向调整,在渐变过程中观察产品外观质量,确定最佳位置。如果是铸件气缩孔较多,高速转换点后移,让铝液部份进入型腔后起高速，利于排出气体,可以把269.6向300mm方向调整,同样观察质量变化,确定最佳值，其它参数以次类推，此种方法实验次数太多，推荐采用正交试验方法。

2.3.2 正交试验法

压铸件产生缺陷，影响的可能参数较多，但在做正交实验前仍需要筛选重要的参数，否则实验次数依然较多，一般情况下第一步做多因子少水平实验，分析实验结果，筛选出对质量有显著性的因子，再做少因子多水平实验

 某摩托车箱体压铸件加工后气密达不到要求，漏气率达到80%，对模具进行改进后仍有17%漏气，这时要从压铸工艺参数着手，用MINITAB软件设计了四因子两水平实验，分析结果剔除没有显著性的因子是低速行程，其余三个因子有显著性，进入三因子三水平DOE实验。

质量水平为望大特性,从上图和显著性检验均得出因子组合为A2B2D1。经批量生产试制，铸件漏气率由17%下降到2%以内。

3.压铸模具设计的工艺参数计算

压铸模具在设计时就需要进行设计计算。方法同上，只是已知数、未知数进行调整，本文不再赘述。

4.结论：在压铸工厂，铸件产品内在的、外在的质量均可以无限制的提高，只要方法得当。产品质量在修整模具无法满足要求时，工艺参数调整就显示出了其重要性。正确的实验方法可以减少实验次数。得到正确的结论。