基于P-Q2图的镁合金压铸工艺参数研究

2022-02-10 08:37程鹏叶盛徐建华

中国设备工程 2022年2期

程鹏，叶盛，徐建华

（宁波海天金属成型设备有限公司，浙江宁波 315806）

1 概述

近年来，随着国内铸造行业的发展，精密铸造技术得到了快速发展，模具设计制造是精密铸造的前提，对于模具如何才能有效让其使用更长时间，延长其使用寿命变得很有意义。在压铸充型理论中，流体力学有两种流动系统：一种是液态金属(熔融液)从压力腔流进模腔(通过浇口时)：另一种是压力流体从蓄能器流进模腔。两者都遵循伯努利定律的流体动力学。对于压力与速度的关系说明：推动液体流动的压力越大，流体的流速越快，压力与流速的平方成正比。也就是P和Q2。由于铸造过程的复杂性和多物理性质，当合金液通过一系列通道流入型腔时，必须对工艺参数进行有效控制。保证高质量铸件表面所需的充型条件也是至关重要的，通过理想的浇注系统可以有效地控制充型条件。研究表明，流体的流动规律遵循PQ关系。通过压铸模具和浇口系统的设计，为生产高质量的铸件提供了科学、系统的方法。

2 P-Q2图模型与具体推导过程

本文所述的P-Q2图，具体指的是模具与机器的压力、速度关系。将模具腔内的液体流动视为湍流模型。

对于模具而言，依据伯努利定律简化，得到内浇口内液态金属流动系统的压射压力为：

进一步推导公式为

式中，Q为内浇口金属液流量,L/S,CD为流量系数，镁合金为0.5，PM为金属比压，MPa；ρ为金属液的密度，镁合金ρ=1700kg/m3。

图1 显示的是压射单元系统。当压射锤头向前运动时，蓄能器用于为压射缸提供液体流动能量，并保持压射系统的压射动力。当压射速度达到最大时(通常考虑最大压射速度），会打开蓄能器阀，当压射速度为零时，冲头压力等于蓄能器提供的最大压力。

图1 压铸系统的压射单元

对压铸系统来说，从蓄能器流向注射缸的压力液体，结合以下公式提供的方法来表征流动过程：

式中，PP为油缸压力，PS为蓄能器最大蓄能压力，VP为压射速度，VD为空压射最大速度。

包括压铸机压铸镁合金件充填型腔过程，当压铸机压射时，基于连续性方程转换力PP的平衡条件：

结合（3）、（4），可以得到

这里将压射比压和流量之间的转换公式

式中，DP为压射油缸的直径，DC为锤头的直径，QD对应于压射系统的最大速度时，压铸机提供最大的液态金属流量。通过该公式可以看出，压铸机的压射比压与金属液流量的平方成正比。

3 P-Q2图模型应用案例

本文选用模型为海天客户实际生产所使用的的产品模型。在进行压铸可行性分析时，本次试验条件平台数据如下，选取如图2所示的压铸试验平台，选用HDC650T高速压铸机，空打速度8m/s，压射油缸直径140mm。镁合金压铸件如图2所示，铸件体积V=126.6cm3,平均壁厚T=0.7mm,内浇口面积Ag=1.68cm2冲头直径为φ=80mm。