开发新的压铸设备及其控制系统

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开发新的压铸设备及其控制系统

压力铸造是使金属液在高压条件下以极高速度充填型腔的过程，是一个复杂的动态热力学过程。一方面，压铸可以生产出复杂薄壁、表面美观和高精度的金属铸件。而另一方面，一般压铸过程难于达到层流充填状态而卷入气体和夹杂物，得不到致密、可热处理的工件，影响了它的力学性能。如果用降低充填速度这种手段来改善金属液的充填状态，又势必牺牲上述压铸生产所带来的优势，且对复杂薄壁零件不一定有效。而生产高质量、无气孔的薄壁压铸件却又是我们追求的目标，这是压铸工艺其他工艺竞争时赖以取胜的筹码之一。

为了提高竞争力，薄壁这个指标也在不断推高，它是一个非常柔性的指标。如50 年代汽车工业的薄壁车身是2 mm ，现在已是0. 7 mm ，到2000 年将是0. 5 mm。锌压铸件所指薄壁，60 年代为2 mm ，70 年代为1 mm ，80 年代为0. 7 mm ，90 年代为0. 3～0. 5 mm。铝压铸件有类似的发展，90 年代为0. 5～1 mm。

致密薄壁铸件是以足够的金属压力和短的充填时间为条件的，也就是在一个极短的时间内以高的内浇口流速和足够的金属压力进行充填。这就要求压铸机在既能产生高的压射速度的同时又能产生高的金属压力。即根据铸件工艺要求，压铸机要能提供一定的压射能量，以便能够实现高能充型。要得到0. 75 mm 以下壁厚的致密铸件，就需要压射能量在550 kW·h 以上的压铸机。

高能充型还能调节各种工艺参数，得到高质量的压铸件。高能充型是压铸机压射系统的发展方向。一台压铸机要达到高的充型能量，就要尽量减少各种摩擦阻力和局部阻力以及惯性力所造成的能量损失———压力降。

另外，压铸机的先进性主要体现在生产过程中的稳定性和可再现性，即每次压射尽可能接近预先设定的理想的压射曲线。但在压铸过程中存在很多变量影响压铸过程的稳定性[2 ] 。压铸机和模具的工作状态、储能器压力等静态因素在工艺设备选定之后是不可改变的。

而一些动态因素和人为因素所引起的变量(如每次压射的金属量及其温度、模具温度、液压油粘度、涂料的喷涂质量、人为设定的参数等等) 必须通过压射控制系统进行修正。一次压射时间平均需20～80 ms ，薄壁铝合金或镁合金件要求的充填时间更短，为5～12 ms[3 ] ，压射控制系统必须能够以只相当于一次压射所用时间的10 %左右，即2～8 ms 的响应时间来控制压射曲线。这对电子线路系统就提出了严峻的要求，即电子线路控制系统必须在几微秒内作出反应。可再现性要求高，就要安装金属前沿传感器[4 ] 。在金属液封住传感器时，金属液的前沿被精确地辨认出，信息反馈到电子控制设备，电子仪器重新计算，可以得到稳定的最佳压射曲线。先进的传感器的发展推动着压铸机及压铸工艺的发展。压铸件的组织和性能取决于压铸型腔内及其邻近区域的热物理条件，所以发展靠近型腔的热探测器和传感器有重要意义。