新鄉(xiāng)壓鑄用于高真空壓鑄的沖頭系統(tǒng)

文章作者：冉然科技發(fā)布時(shí)間：2018/10/19 9:25:17瀏覽次數(shù)：

    要實(shí)現(xiàn)高真空壓鑄的連續(xù)生產(chǎn)，首先要面對在壓鑄生產(chǎn)時(shí)，經(jīng)常碰到的沖頭問題，包括：

    沖頭和壓室間隙的控制，壓室的變形，機(jī)器模具的對中，沖頭的潤滑，都會導(dǎo)致生產(chǎn)不暢順，像沖頭料管壽命短，速度不穩(wěn)定，沖頭頂出鑄件時(shí)卡錘等。特別是大型壓鑄件，情況會較嚴(yán)重。發(fā)生的背后原因很多，主要原因離不開模具/料管/沖頭的間隙公差，沖頭潤滑，沖頭/料管的溫度控制等問題。壓室受熱不均而變形，壓室、模具和沖頭的間隙公差控制，鋁料跑進(jìn)壓室堆積，壓室/沖頭潤滑出現(xiàn)問題等。 

    Alrotec的密封環(huán)沖頭是組合式設(shè)計(jì)，包括前端的開口鋼環(huán)、鋼沖頭、銅套和本體。開口的鋼環(huán)直徑比壓室的額定內(nèi)徑稍大，使鋼環(huán)能緊貼壓室。在壓射過程中，前端的開口鋼環(huán)和鋼沖頭受到鋁液的正面沖擊，由于鋼環(huán)和鋼沖頭之間有空隙，鋁料在壓射時(shí)會在A位置跑進(jìn)空隙，把鋼環(huán)進(jìn)一步撐開，使鋼環(huán)和壓室更緊密，壓鑄都可以使用哪此金屬因此密封性很高，不會在壓室內(nèi)壁形成毛刺。  
    -使用質(zhì)量好、粘度合適的潤滑油。雜質(zhì)多質(zhì)量差的沖頭油，在和鋁液接觸會產(chǎn)生過多氣體和有機(jī)揮發(fā)物。如果揮發(fā)時(shí)間長，特別是在合模情況下還有氣體產(chǎn)生，很容易會沾污排氣通道和令鑄件含氣量增加。
溫度不均，壓室變形
對于沖頭行程較長的情況，一般會把沖頭油或沖頭珠滴在料槽里，受熱后流體化揮發(fā)充滿料槽內(nèi)壁，來潤滑沖頭。但對整段行程的潤滑不夠均勻（前端潤滑較好，末端較差），需要用偏高量的潤滑油，因此不利于高真空壓鑄。
壓室設(shè)計(jì)和溫度控制
    沖頭的運(yùn)行順暢，才能保持壓射速度穩(wěn)定，因此沖頭潤滑很重要。有了良好的沖頭潤滑系統(tǒng)就能保證沖頭料管的壽命。必須做好以下的工作：
    沖頭的設(shè)計(jì)要有足夠強(qiáng)度來抵抗正面的高壓沖擊，也要考慮沖頭的冷卻，因?yàn)闇囟忍邥s短沖頭壽命，而且也拖長了料餅的冷卻時(shí)間。Alrotec的鋼沖頭經(jīng)過優(yōu)化的設(shè)計(jì)，冷卻效果好，在正常生產(chǎn)情況下沖頭表面溫度保持在70C以下。保證沖頭的使用壽命。壽命可達(dá)5-6萬。 

    鋁液流動性好，在高壓狀態(tài)下，空隙要在0.1mm以內(nèi)，才能避免鋁料跑進(jìn)料管，以免造成磨損。特別是料管在高溫膨脹下，料管/模具、料管/機(jī)板之間的公差會間接影響料管內(nèi)部間隙的變化，因此料管的公差控制很重要。尤其是大直徑的料管，140mm的料管比70mm的膨脹要大一倍，如果沖頭的冷卻正常，那間隙會加大一倍，更容易跑料。請咨詢我司有關(guān)生產(chǎn)公差要求。  
  
    密封環(huán)沖頭的另一好處是鋼環(huán)更換容易，利用專用鉗子，不需拆下沖頭也能快速更換鋼環(huán)。在合適條件和正常使用下，D120mm以上的鋼環(huán)壽命超過1.5萬模次。
    含氣量是影響鑄件焊接性的重要因素。脫模劑的有機(jī)物殘留直接粘污鑄件表面，此外，和鋁液的接觸使脫模劑在高溫下熱分解出氫氣并溶入鋁液，在鑄件凝固時(shí)又析出成為微氣泡。同樣有害的是過多的沖頭潤滑油，因?yàn)閴菏业臐櫥透鼤苯雍弯X液接觸，產(chǎn)生氣體。太多的殘留會堵塞排氣通道和影響閥芯滑動，也導(dǎo)致毛刺出現(xiàn)，損壞密封條。
    要應(yīng)付以上沖頭密封性和生產(chǎn)連貫的問題，這里我們介紹歐洲Alrotec公司生產(chǎn)的密封環(huán)沖頭，沖頭潤滑系統(tǒng)和溫控料管的配套技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)高真空壓鑄生產(chǎn)。
沖頭料管相關(guān)的生產(chǎn)問題
真空壓鑄是當(dāng)前高質(zhì)量鋁壓鑄件的必要生產(chǎn)條件，像缸體、自動變速箱殼體、閥體等。特別是汽車結(jié)構(gòu)件，需要做T6熱處理和焊接，鑄件的含氣量要控制在0.5cc/100g以內(nèi)，這對整個(gè)充型過程中的高真空度有嚴(yán)格的要求（真空度在50毫巴以下），要在充滿挑戰(zhàn)的壓鑄生產(chǎn)環(huán)境下穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)更不容易。這些大型而且形狀越趨復(fù)雜的壓鑄件，要保證模腔能達(dá)到高真空狀態(tài)，除了要模具密封性好之外，壓室也要密封；還需要很好的整體沖頭系統(tǒng)（包括沖頭、料管、潤滑、分流錐）才能保證壓射速度的穩(wěn)定性、快速的生產(chǎn)周期和低的氣體產(chǎn)生量。當(dāng)然還要優(yōu)化的壓射工藝和澆道系統(tǒng)來避免卷氣，高效的模具溫度熱平衡控制來減少噴涂量和局部過熱，鋁液除氣除渣來減少含氣含渣量等。此外，還要避免在壓射過程中讓鋁液和殘留的潤滑油產(chǎn)生氣體進(jìn)入鑄件。
    -少的潤滑油使用量，能減少機(jī)器和環(huán)境的污染。霧化的潤滑油噴涂是個(gè)好方法。
    要減少脫模劑噴涂，和縮短生產(chǎn)周期，分流錐的冷卻很重要，因?yàn)檫@部分是明顯的熱節(jié)。要盡快冷卻，只能是在這位置大量噴涂，但這樣會提高鑄件含氣風(fēng)險(xiǎn)。另一個(gè)方法是在分流錐做隨性冷卻管道。這種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是管道形狀不受傳統(tǒng)機(jī)加工的限制，而是根據(jù)分流錐的復(fù)雜外形來設(shè)計(jì)的。隨性冷卻管道布置能接近模具表面，而且熱交換面積大，大大提高了鑲塊的冷卻速度，無需過多的噴涂。這種技術(shù)對即使形狀復(fù)雜的模具也能做到平衡的熱場分布，避免了整體噴涂過多、縮孔、粘鋁、模具壽命短的問題。

    要解決料管的密封性，溫度控制至管重要，和模具/機(jī)板的公差控制。當(dāng)壓室不同位置的溫差超過50C，壓室會變形，太大的變形度令沖頭的移動不暢順，也令沖頭和壓室的壽命降低。特別是大型壓鑄機(jī)的沖頭行程長，鋁液填充比率高，壓室容易變形。好能在壓室設(shè)置冷卻管道來控制溫度。如果料管溫度是以冷水控制，需要打冷模來預(yù)熱，同時(shí)要在壓室安裝熱電偶和溫控器連接。相對來說，用熱油模溫機(jī)來控制料管溫度會更理想，運(yùn)作成本雖然比較高，但使用簡單。熱油可以預(yù)熱料管，和調(diào)節(jié)平衡整體溫度，使整體壓室的溫差低于50C，壓室的壽命可以延長3-5倍。壓射的穩(wěn)定性提高了，沖頭和鋼環(huán)的壽命也提高。冷啟動的報(bào)廢率也降低。
    導(dǎo)致壓室變形的因素，包括給湯量、填充比率、合金溫度、周期時(shí)間，壓室的設(shè)計(jì)也會影響變形，好像料管壁厚、長度、湯口大小等。壓室在生產(chǎn)周期中被倒入的鋁液加熱，又在增壓和鑄件冷卻階段受到料餅在頂出端的加熱，因此局部位置出現(xiàn)過熱；特別是壓室的頂出端和鋁料倒入位置，溫度很高。譬如料管底部溫度達(dá)300℃，上部是150℃，如果伸出長度是400mm，那上下的長度差別就有0.8mm，成香蕉形。再看模具孔和料管的尺寸：溫度升高使模具孔變小如果四個(gè)方向的模具溫度不同，內(nèi)圓變成橢圓。如果沒有適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂?，會造成很多生產(chǎn)問題，如間隙過小造成磨擦，令速度不穩(wěn)或阻力太大等。  
沖頭料管間隙控制
    不過沖頭使用時(shí)間長了會被料管磨損；此外如果沖頭和壓室之間的空隙大，在高壓的射料過程中，鋁料會跑進(jìn)空隙和殘留在內(nèi)壁上。長時(shí)間運(yùn)行再加上料槽內(nèi)的潤滑性不均，造成沖頭和料管進(jìn)一步磨損和卡錘。為了解決空隙變化的問題，我們有了密封環(huán)沖頭的設(shè)計(jì)，即在沖頭前端加上密封銅環(huán)。經(jīng)過不斷的優(yōu)化，發(fā)展為雙密封的鋼環(huán)+銅套的ATS-RS鋼沖頭設(shè)計(jì)，提高了耐用性和性價(jià)比。 
密封環(huán)沖頭工作原理

    -投放在適當(dāng)?shù)奈恢?，如施放在鋼環(huán)，直接潤滑整個(gè)沖頭。這適合較短的行程。普遍用在<500T壓鑄機(jī)。
壓室設(shè)計(jì)要考慮的因素還有熱膨脹、強(qiáng)度、對中。

    銅套是高強(qiáng)度有彈性的銅合金材料，也是開口的設(shè)計(jì)，它除了提高沖頭密封性外，也提高沖頭和壓室之間的潤滑性。附圖顯示使用密封環(huán)沖頭的料餅，可以看見毛刺不會在外圍出現(xiàn)，而是在內(nèi)圈出現(xiàn)。 

    在生產(chǎn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)沖頭和壓室之間的空隙增大慢慢降低了整體系統(tǒng)的密封性，普通的噴霧器和沖頭潤滑系統(tǒng)容易過度使用劑量，令型腔氣體含量增加，都不利于高真空壓鑄。間隙太大在抽真空時(shí)，會令鋁料過早被吸進(jìn)型腔，造成真空閥的堵塞。以上所講的都是真空壓鑄的難點(diǎn)。
D: 料管和模具/機(jī)板之間要有足夠間隙，允許料管能向外熱膨脹。如果間隙太小，壓室受熱無法向外膨脹，會反向內(nèi)膨脹，使內(nèi)徑變小，沖頭和壓室的摩擦增加，大大縮短壽命。
  

  頭潤滑不均勻
    料管的設(shè)計(jì)是整個(gè)壓射套件的核心部分。要使用密封環(huán)沖頭，好是用一體化料管。優(yōu)點(diǎn)是壽命長，工藝穩(wěn)定性高，料管/機(jī)器/模具的對中容易，還有公差和內(nèi)置管道溫度控制。成功的料管設(shè)計(jì)對使用密封環(huán)沖頭非常重要。 


E：壓室厚度需要為沖頭直徑的1/3，保持壓室強(qiáng)度。
    由于沖頭油一般添加在加料口或沖頭上，壓室如果太長，在模具端容易卡錘。

    標(biāo)準(zhǔn)的沖頭材料除了H13模具鋼外，新鄉(xiāng)壓鑄還可以用耐磨的鈹銅沖頭；對沖頭行程長、料管充滿度高的大型壓鑄件生產(chǎn)有很大的好處。鈹銅合金有很高的導(dǎo)熱性和潤滑性，沖頭的冷卻很快，磨擦系數(shù)低，確保沖頭溫度不會過高，運(yùn)行時(shí)不會卡錘，是很好的沖頭材料。銅合金沖頭可以選用不同的材質(zhì)，含鎳鉻硅的銅合金硬度較低(HB180-220)，價(jià)格較便宜。含鈹(<1%)的鎳鈷銅合金硬度較高(HB220-280)，價(jià)格較高。而含鈹(>1%)高的鎳鈷銅合金的硬度高(HB>300)，但價(jià)格高。都是常用的沖頭材料。
B: 使用一進(jìn)一出的油管加工布置，管道分布在料管的下半部，分布面積要考慮鋁液的填充比率，才能有效冷卻受熱位置。
    為配合鋼環(huán)沖頭的順暢使用，鋼環(huán)的潤滑很重要。特別是長料管，末端潤滑不足會增大摩擦或卡沖頭；潤滑油多了又沾污鑄件，更差的是潤滑油和鋁液直接接觸而燃燒氣化，增加了鑄件含氣量。理想的是只用少量的潤滑油也能應(yīng)付長料管的潤滑，辦法是在料管全程均勻噴上霧化的潤滑油。我們建議在沖頭后部的連桿位置安裝噴霧頭，使用分段噴油霧，這樣整個(gè)壓室都能均勻潤滑，不會出現(xiàn)沖頭在壓室前端容易卡，而且只需少量噴霧?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)壓室的直徑和長度，輸入噴霧的時(shí)間和間隔時(shí)段，并精確調(diào)節(jié)潤滑油劑量（精度在0.2毫升以內(nèi)），提供小量所需的潤滑油。以直徑120mm，長800mm的壓室為例，每周期的潤滑油總量只需約1毫升。

Alrotec沖頭系統(tǒng)
    壓鑄用的隨型冷卻鑲塊可以用三維積層制造(3D Additive Manufacture)，或金屬熔接技術(shù)(Metal Fusion Bonding)生產(chǎn)，視乎鑲件大小、形狀和生產(chǎn)成本。分流錐的冷卻管道不太復(fù)雜，可以用金屬熔接技術(shù)生產(chǎn)，成本較低。由于冷卻分布均勻，大大減低鑲件的內(nèi)應(yīng)力，壽命比傳統(tǒng)的分流錐長很多，超過十多萬模次。此技術(shù)也可用于冷卻復(fù)雜的型腔。有需要可向我司咨詢。 

  沖頭潤滑系統(tǒng)
A: 料管近模具位置的溫度高，要避免和澆口套一體化設(shè)計(jì)，影響變形。
C: 放置中心環(huán)，使生產(chǎn)時(shí)料管容易對齊。