壓力鑄造填充過程中的“三場”分析

　　近些年來壓力鑄造在中國得到了迅猛的發展，技術上不斷的得到更新，理論上也不斷得到提高，趨于不斷成熟的階段。從上世紀八十年代起壓鑄界就很關注壓力鑄造中填充時間的研究，認為每一個鑄件在壓力鑄造的過程中都有一個最佳的填充時間。鑄件填充時間確實是比較攏統的概括了鑄件成型的參數，它是填充過程中各個工藝參數之間互補償的綜合反應。雖然對它進行了很多的研究，一般的生產廠家的控制手段有限，鑄件填充時間仍是是一個較為抽象的不便于啄摩和控制的概念。只有把對填充時間最有影響力的壓力、溫度、速度三個要素中去具體化，以尋求一個便于調整和控制的具體化的途徑。本文把該三要素稱為“三場”，若對它的研究不斷完善，將指導著壓力鑄造技術的進一步發展。填充過程中的壓力場、速度場、溫度場的分布，對填充過程起到了至關重要的作用。它不僅對壓鑄件的質量、生產效率、減少主材和輔材的消耗帶來極大的作用。而且它指導著如何對壓鑄工藝參數的合理調整;如何對澆、排系統進行改進來滿足填充過程中的要求;如何對模具熱平衡的調整以及對壓鑄機、模溫機的性能改進，來滿足壓鑄生產工藝要求都提出了新的課題。下述就壓力鑄造中的三要素—“三場”進行一些必要分析：
 
　　一、壓力場分布分析：
　　理論上講，如果將合金液視為理想的流體，在充滿的密閉空間中，液壓壓力傳遞到各處是均衡的。也就是說在壓力鑄造填充結束的時間，型腔中合金液所承受的增壓壓力(比壓)各處也應是均衡的。但在壓力鑄造填充完成后(甚至填充過程中)合金液往往處于非完全液態情況，在增壓壓力作用下，在型腔內部微量的剪切流動而產生填充阻力，該阻力在隨合金液非完全液態(結晶過程)程度的不同，這種阻力是有著很大差異的。因而合金液在填充型腔的結束時在不同位置所承受的增壓壓力也就是不相同的。也就是說在型腔內增壓力的變化是隨填充阻力的變化而變化的，就最終(增壓后)壓力在型腔內的各個區域，或不同的點的大小是不同的，甚至差異很大。合金液在凝固過程中受模溫的影響以及鑄件結構上的差異，隨著離內澆口的距離的增大，能傳遞到的增壓力也是會越來越小。如果壓鑄機增壓時間不及時時，就會使鑄件很大的一部份受不到最終增壓壓力的作用了，因為合金液已經凝固(或者是半凝固狀態)，而不能再起到完全傳遞增壓壓力的作用了。從而最后的增壓力只能傳遞到內澆口附近的型腔和橫澆道上，造成的結果是，鑄件的致密度從內澆口到遠端逐步下降。這就給壓鑄工藝工作者提出：如何調整好壓力(尤其是增壓力)，如何合理利用好壓力的課題。由此看來并非壓力越大鑄件質量越好。不合理的，過大的增壓壓力對模具澆口附近型腔、橫澆道及壓室都會帶來很大的破壞性，模具的壽命也就隨之下降。為此對壓鑄機要求來說，應在“負荷”下工作時的增壓“建壓時間”長短，來作為衡量壓鑄機性能的指標，才更有意義。另一方面有效的控制好模具溫度，確保模具型腔各部分之間具有好的熱平衡條件，這樣才有利于壓力場的調整。調整好壓力場的分布，才是提高鑄件質量;提高壓鑄件的生產率;和降低主材和輔材的消耗(即降低鑄件低成本);提高模具壽命的關鍵所在。
 
　　二、速度場分布分析：
　　合金液在對型腔的填充過程中，對填充速度有影響的環節為：沖頭的前進速度;橫澆道截面積與內澆口截面積比例變化造成的速度變化;內澆口截面積與填充區域容積變化造成的填充速度變化。理論上我們希望合金液在不同的流路上，以不同的型腔填充速度按其理想的流向，同時達到所要求的位置，以獲得優質的鑄件。填充型腔速度在型腔中各處是不均衡的，要分析這種不均衡的填充狀態才有利于型腔的填充。假若這種不均衡的狀態不利于型腔填充，如何把這種不均衡狀態調整為我們所需要的不均衡狀態，人為的來控制好這種狀態，讓這種狀態在方向上、速度上是我們所要求的。同時最大限度地避免合金液在填充過程中形成渦流的產生，這樣才有利于排氣、排渣，把型腔中的氣體最大限度地排出型腔外。即是有殘留在型腔中的氣體也只能成彌散狀態出現，而不能集中出現而形成氣孔。要讓合金液在對型腔填充過程中盡可能地同時流向模具型腔的最邊緣，而且在型腔中最大可能避免有迂回現象產生。在集渣包之間有連通的情況下，金屬流也不能在集渣包中有回流和堵氣現象。在此要求下，對型腔的填充速在型腔不同部位應該是有快有慢的，故要以人為的加以控制。要達到合金液在填充過程中同時流向模具型腔的最邊緣目的，流路必然有長有短，要用控制好內澆口處流量的大小來解決?？刂坪媒饘僖涸趦葷部谔帉Я鞣较?，以免過早封閉分型面，不利于排氣，同時最大限度地減少渦流的出現，這給模具澆注系統提出了特定的要求：要求在不同的型腔部位要有相應的流量控制，不要因各處流量不協調而在型腔內部產生渦流，同時也要與合理的導流方向相結合，才能調整好填充型腔的速度場。