用于压铸模具的定向时序抽气方法.pdf

本发明提供了一种用于压铸模具的定向时序抽气方法，包括如下步骤：步骤10、在压铸模具的浇口与分型面已经初步确定的情况下，确定充型的先后时序，找出制件难以成型的部位；步骤20、在难以成型部位设置抽气阀，该抽气阀由控制器控制启闭，设计控制器的时间时序，控制抽气阀门的抽气时序和气压；步骤30、将控制器与成型设备的工作过程相匹配。本发明采用定向时序抽气装置，结合抽气位置和时序与及抽气气压等配合进行制件的生产。其实质是根据压铸用金属液态合金的流动前沿与充型状态，在型腔的不同部位和不同时间形成不同的负气压，造成有利于充型的条件，使制件薄壁和筋肋部位能充满，并得到力学性能良好的制件。

1、  一种用于压铸模具的定向时序抽气方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤10、在压铸模具的浇口与分型面已经初步确定的情况下，确定充型的先后时序，找出制件难以成型的部位；
步骤20、在难以成型部位设置抽气阀，该抽气阀由控制器控制启闭，设计控制器的时间时序，控制抽气阀的抽气时序和气压大小；
步骤30、将控制器与成型设备的工作过程相匹配。

2、  如权利要求1所述的用于压铸模具的定向时序抽气方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤40、优化调整浇口位置和分型面的设置，重复进行步骤10至步骤30。

3、  如权利要求1所述的用于压铸模具的定向时序抽气方法，其特征在于：所述步骤10是采用计算机模拟材料充型的过程，并结合实际获取的经验来确定充型的先后时序。

用于压铸模具的定向时序抽气方法
【技术领域】
本发明涉及一种压铸模具设计的方法，特别涉及一种壁薄、面积较大且加强筋多的压铸件模具的定向时序抽气方法。
【背景技术】
压铸模具在模具中占有很大的比例，采用压铸模具生产的产品种类繁多，结构各异。其中，薄壁压铸件有很多好处，它降低零件重量与生产规模、减少材料开支及缩短成型周期等，特别是薄壁大型压铸件用途十分广泛，需求十分迫切，如军工、重型机械、车辆等各行业都在大力研发。目前，在许多装备上用到的大型复杂的薄壁零部件总是倾向于机械加工与组合焊接、精密模锻、粉末冶金等方法，但与整体压铸成型件相比，其性能差了许多。
在生产中，具有复杂结构的大型薄壁压铸件很难制作，因为在制造中，很容易产生堆积、翘曲和喷溅等问题，难以满足对表面质量的更为严格的要求。对于一些壁薄、面积较大且加强筋多的产品，由于受模具结构和成型工艺的影响，在利用压铸模具制造的过程中，常常出现制件在薄壁处或者离浇口较远处和加强筋处难以充满和制件内部出现气孔等缺陷，从而造成了大量的废品。
这是由于当熔化材料的前沿部份在压铸模具内流动时，它将会与温度较低的型芯或型腔内壁接触，并形成一层固化的薄表皮。这种提前凝固的表皮大致要占整个壁厚的20％，在这层表皮内边，注入的熔化材料仍在不断地向前流动。显然，如果零件的壁厚减少并达到“薄壁”的程度，其冷却速度也会加快，从而导致上述固化表皮占整个壁厚的比例将会增加，也就是说，其后续流入型腔的熔融“芯部”将会缩小；相反，零件产生冷凝的时间间隔却在缩短。这都给材料的继续流动增添了难度，从而使的零件在冷凝之前实现“充满”的要求变得更加困难。
为了克服填充困难，通常要对模具进行特别的设计或改装，如施加高达241MPa的注射压力、提高温度和1000mm/s的注入速度。然而，这些做法将要花费相当可观的资金，并且对于一些成型模具也是不可行的。也有以下情况出现：
1)熔化温度和模具温度的变化都会导致零件张力强度的改变。但熔化温度的增高将会使制件强度下降，而模具温度的升高则会使冷却时间增加；
2)缩短冷却时间和提高注射速度也都将使材料的温度得以增加；
3)提高注射速度，也会使熔化材料的相对黏度下降，制件的内应力增加。
限于上述原因，业内为克服上述缺点，对于该类制件往往是对制件进行结构改进，增加壁厚和制件斜度，或者改变模具的浇口位置。因受到制件功能用途的制约，对制件进行结构改进往往受到限制，浇口位置的设置也因制件功能而受到制约；生产中，还通过改变成型工艺参数来使型腔充满，但这一措施效果不明显；也有用真空成型的方法，即将型腔抽真空，但是这种方法因料流的稳定性不好控制等原因，在提高制件的强度和解决型腔充满方面效果极其有限。
另外，薄壁件的优点之一是当厚度减少时，需要冷却的材料更少。但还应该考虑到模具用材，因此，薄壁模具必须制造得十分坚固。然而，坚固模具的成本可能高于标准模具的30％～40％，但增加的成本通常会被提高的制件性能所抵消。一些企业如德国西门子公司等则纷纷采用真空压铸装置生产壁厚为1.6～1.8mm的镁合金零件。但该公司此成型技术的实质就是减轻零件件重，缩短成型周期，提高生产效率，降低生产成本，生产中还不能得到力学性能很好的大型薄壁压铸零件，也容易产生废品。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题，在于提供一种用于压铸模具的定向时序抽气方法，特别适用于壁薄、面积较大且加强筋多的压铸制件，其制件效果好，成品率高。
本发明是这样实现的：一种用于压铸模具的定向时序抽气方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤10、在压铸模具的浇口与分型面已经初步确定的情况下，确定充型的先后时序，找出制件难以成型的部位；
步骤20、在难以成型部位设置抽气阀，该抽气阀由控制器控制启闭，设计控制器的时间时序，控制抽气阀的抽气时序和气压；
步骤30、将控制器与成型设备的工作过程相匹配。
上述技术方案还进一步包括如下步骤：
步骤40、优化调整浇口位置和分型面的设置，重复进行步骤10至步骤30。
其中，所述步骤10是采用计算机模拟材料充型的过程，并结合实际获取的经验来确定充型的先后时序。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：本发明在设计压铸模具时，采用定向时序抽气方法，结合抽气位置和时序与及抽气气压等配合进行设计。该方法的实质是根据压铸用金属液态合金的流动前沿与充型状态，在型腔的不同部位和不同时间形成不同的负气压，造成有利于充型的条件，使制件薄壁和边缘部位、筋肋处能充满，并得到力学性能良好的制件。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明用于压铸模具设计的定向时序抽气方法的流程示意图。
图2是本发明一实施例中灯罩外壳的料流顺序图。
图3是图2中灯罩外壳的抽气阀布置位置示意图。
图4是本发明用于压铸模具设计的定向时序抽气方法的原理图。
图5是本发明中抽气阀门关闭的时序简图。
【具体实施方式】
请参阅图1所示，揭示本发明用于压铸模具设计的定向时序抽气方法的流程，包括如下步骤：
步骤10、在压铸模具的浇口与分型面已经初步确定的情况下，采用计算机模拟材料充型的过程，并结合实际获取的经验来确定充型的先后时序，找出制件难以成型的部位；
步骤20、在难以成型部位设置抽气阀，该抽气阀由控制器控制启闭，设计控制器的时间时序，控制抽气阀门的抽气时序和气压；
步骤30、将控制器与成型设备的工作过程相匹配；
步骤40、优化调整浇口位置和分型面的设置，重复进行步骤10至步骤30。
请参阅图2所示，是本发明一实施例中灯罩外壳的料流顺序图。该实施例以利用压铸模具制造灯罩外壳为例，该灯罩外壳是户内外大型景观灯的外壳，其是属于壁薄、面积较大且加强筋多的产品。
步骤10、首先，因压铸模具的浇口与分型面已经初步确定，可直接进行数值模拟分析，采用计算机模拟材料充型的过程，并结合已经获得的经验，确定充型的先后时序，即确定压铸时金属液态合金在型腔内的流动时序：
①浇口→②分流道→③壳体上表面和两侧面→④壳体后侧面；
其中在A处所示的加强筋、突起小柱销等处，由于厚度薄，具有一定高度，料冷却快，该处型腔也容易被液态合金封口而致使气压不稳，难充满成型；气压的变化也容易形成料流紊乱，容易造成该处质量差，是制件难以成型的部位；B处突起的耳状部位由于液态合金将型腔口部封住，使气体不容易排除，造成该处成型质量较差；C处和D处是壳体壁部的边缘部位，是料流的末端，很多气体被挤压到该处，也很难成型。
步骤20、如图3所示，在上述相对难以成型部位A、B、C、D处设置若干个抽气阀(图中未具体显示)，分别设于A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2、D1处，让抽气阀与控制器相连接，设置好控制器的时间时序，用以控制所述抽气阀的抽气时序和气压。
步骤30、依据公式确定抽气时间：一般可用真空泵对封闭容器抽气的气体压力P与抽气时间t关系的公式P=P0exp(St-V)]]>进行估算。
式中：P为目标容器的压力；
P₀为初始压力；
S为真空泵抽气速率；
V为目标容器容积。
本实施例中的真空机选用CKJZ-5系统，在PART-9压铸机控制系统下与压铸机联动，压铸机选用1000吨冷室压铸机(BD-1000-V4-N)。
制件的体积1.605671×106mm³，真空罐的体积为153.96×106mm³，抽气阀与真空罐相通，目标容器容积即为制件体积与真空罐体积之和V＝155.565671×106mm³。抽气阀的启闭由控制器决定；CKJZ-5真空机的抽气速率为S＝5L/s；容器初始压力P₀为一个大气压即P₀＝1.01325×10⁵Pa，压铸时气压即目标容器的压力P＝1.333×10^-1Pa。现将各数值代入上式，可以得出对容器的抽气时间为t＝0.5s。
通过计算所得的抽气时间为t＝0.5s，再依据步骤10所确定的流动时序，采用PLC(Programmable Logic Controller可编程控制器)编程设计控制器对阀门进行时序控制，使控制器与压铸机匹配。
如图4所示，是本发明利用压铸模具制件的定向时序抽气方法的原理图。压铸时，压铸机的压铸冲头1运动到一定距离(液态合金将型腔内的空间封闭时)，感应器(图中未示)将信号传递给控制器2，使控制器2启动开始工作，控制所有的抽气阀3开启进行抽气，在液态合金即将流动到相应的抽气阀3之前，依据所设计的时序将该处抽气阀3关闭。
再结合图4和图5所示，图5是本发明中抽气阀门关闭的时序简图。合模后，在压铸冲头1运动到一定距离时，控制器2得到压射启动信号，控制器2开始工作；所有抽气阀3开启，抽气阀3与真空罐4相通，再通过真空罐4与真空机5连接，进行抽气，这也是压铸冲头1低速压射时段t1，也叫真空延迟时段，而后进入快速压射阶段t2时，真空启动便使真空度达到要求，液态合金开始填充型腔6，在t3高速压射阶段，控制器2的关闭信号按照时序给抽气阀3，tA、tB、tC、tD为关闭相应抽气阀的时间间隔；关闭的顺序依次是A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2和D1，关闭抽气阀3阀门的时间间隔可以根据工艺实验获得。关闭抽气阀3后，真空停止，才可开模。
步骤40、该步骤为可选步骤，根据实际生产情况需要，优化调整浇口位置和分型面的设置，重复进行步骤10至步骤30。步骤10中确定的浇口位置和分型面位置是依据模拟分析和经验所得，是在未采用抽气装置的情况下的结果。采用抽气装置后对浇口位置和分型面位置可以更加灵活，受限制条件更少，因此，可以根据制件和生产的要求进行适当调整，做到既能得到充型完整的制件，更能使制件在尺寸、使用要求、力学性能等各方面满足要求的。