PQ图表在压铸实践里是一个非常有用的工具,可以根据铸件亦即模具的要求,决定机器的调整值,其基础就是将流体力学原理中压力与体积流量的关系,转移到压铸机上的实际应用。
近期我们公司有新铸件,在500T卧式冷室上生产,样品生产合格后,小批量生产时暴露了许多难以解决的问题。首先压铸车间反映样品生产时就难成型,即使二级快压射提高到11圈(共14圈),产品周边薄的散热片筋也难注满,新模具跑铝严重。后处理车间反映产品喷砂后有流痕显现,废品在20%左右。成品部加工后反映端面气孔达30%左右,且有大气孔出现。
首先我们收集了产品及模具的相关数据,铸件材质为ADC12铝合金,充型重量1.3Kg(铸件及溢流),内浇口尺寸135mm2,厚壁处5mm,薄壁筋处厚2.5mm长25mm,标准壁厚3mm,压室直径70mm,铸件有气密性要求,外观要求无冷隔流痕。掌握了以上信息后,我们就可以利用PQ图表验算模具设计是否有问题。
通过输入铸件参数,模具浇口数据,确定影响压铸工艺的标准壁厚定为2.5mm,参考下表确定工艺窗口浇口速度为40-50m/s,由于有气密性要求,充型时间适当延长至0.04-0.045s。从PQ图表(图1)我们可以清楚的看到模具DL工作线(绿色)与工艺窗口(有剖面线的区域)没有重合的部分,这说明模具有很大的问题,我们无论怎么调整设备,也不会使模具工作在工艺窗口内,即满足不了工艺要求。但它给我们了一个提示方向,当我们增大浇口面积到260mm时,模具DL线与工艺窗口有重合部分(图2),这时我们就可以认为模具浇口面积比较合理。
下一步我们模拟调整设备参数,调整二快阀门开度为70%,使模具与设备匹配工作点落工艺窗口内(图3)。通过查参数,设备的空压射速度3.6m/s,而与模具配合,实际工作点压射速度为3.18m/s。
于是我们增大浇口面积到260mm,重新试模,调整500T设备空压速度到3.6m/S。结果产品成型完好,加工后气孔控制在10%以内,但生产2个班次后模具开始跑铝,飞边毛刺严重无法继续生产。
模具跑铝、飞边严重说明合金的胀型力大于设备的合模力,于是我们根据产品的投影面积,增压压力重新校核了胀型力,发现由于增压产生的胀型力远小于设备的合模力。通过与车间沟通一致认为产生跑铝、飞边的原因在于压射速度太高,压射终了的冲击过大,是造成模具跑铝的主要原因。通过PQ图模拟,在不改变充型条件下想降低压射速度,只有改变冲头直径(如图4),将压室直径改为75mm,空压射速度可以降为3.2,实压速度可以降低到2.7m/s。
由于改变压室直径要牵连重新制作模具浇口套,费用和周期较长。于是我们独辟蹊径,考虑到影响快速压射冲击力的因素,发现其不但与压射速度有关,还与压射活塞杆及压射活塞的质量有很大的关系,那我们是否可以选用400T,其活塞杆与活塞的质量相对要轻一些,故冲击力也小一点,模拟其PQ关系如图5。
经实际400T压铸机的生产验证,在不改变压室直径的情况下,虽然空压速度要提高到3.7m/s,但实压速度还是3.2m/s,压射终了的冲击力明显小于500T,模具也不再跑铝,增压压力也足够产品气孔通样得以保证。
所以,只要我们正确掌握PQ图表的用法,有时候真的有意想不到的结果,比如换用小设备,即节能还解决了跑铝,飞边的问题。
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