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          高真空壓鑄工藝 整體高效合一

          一、高真空壓鑄定義

                壓鑄上的高真空是指50毫巴以下的真空度,進一步的超高真空是指30毫巴以下的真空度,這在以前已經論述過,在此姑且統稱為高真空壓鑄。除了采取加大真空系統的排氣量包括真空機和排氣元件,增加系統的瞬間排氣能力等手段外,型腔空間(相應的包括與之相連的熔杯,下同)的密封成為至關重要的因素;同時控制型腔空間表面的干燥和清潔,以減少壓射高速充型時二次氣體的形成,提高系統排氣效率。甚至一些壓鑄企業在此基礎上,采取了大通道半真空過程排氣工藝,試圖將高真空排氣發揮到理論上的極致。

          二、高真空系統組成特點
                由此不難看出,壓鑄高真空系統由真空機和排氣元件,以及壓射時形成的相對高度封閉的型腔空間整體組成。
          真空機:為了實現系統瞬間大排氣能力,真空機在周期內低壓回復能力必須強大。一般兩種方式實現這一要求,一是加大真空泵排氣量;二是增加一個二級泵。同時,為了降低單個壓射周期真空系統壓力的上升,維持其更好真空值,真空罐一般要相應地增大與真空泵和壓鑄要求工藝相一致。
          排氣元件:對于全過程真空排氣工藝,排氣元件排氣面積確定還是以壓鑄件產品大小匹配為原則;對于半過程真空排氣工藝,排氣元件的排氣面積至少可以增加至實際所需的數倍。
          封閉的型腔空間:除了分型面的密封外,頂桿和滑塊也要考慮提高加工和配合精度或密封,沖頭采用卡環式配合密封。
          三、影響高真空效率因素
                首先,模具的密封度是至關重要的一環,包括分型面、頂針和滑塊。以往回答某款真空機在實際應用中型腔能達到多少真空度,是讓真空供應商著實難以回答的問題;業界為此提出了模具氣體泄漏量的概念來約束模具的交貨質量,這就為高真空壓鑄的實現奠定了基礎。具體的模具測漏方式有兩種:其一是在一定的真空度下,測試在給定的時間內型腔封閉空間泄漏后的真空度,進而算出泄漏量;其二是根據泵的排氣特性,在終壓時得到泄漏量。兩種方式算出的泄漏量都可以作為反映模具泄漏多少的一個數值,并將其當作是否能夠實現高真空的預判參考。比較之下,第一種方式簡單,但涉及的因素多;第二種方式稍復雜,結果卻更直接。應用中多采用第一種方式測量泄漏量。在此,小量程高精度的壓力感應器必不可少。在實際現場情況下,沖頭密封狀況也包括需要考慮的因素之中。
               其次,提升真空泵的排氣量或只增加二級泵的手段,其目的都一樣,都是為了在壓射周期內快速回復系統的低壓值或者說高真空度。就成本來說基本相當,效果也沒有什么差別,但從維護來看顯然前者有優勢。這里要說明的是,二級泵的使用會將系統壓力回復得更快些,但前提是前級泵要將壓力先降下來,工作制也許是間斷的,在足夠的工藝時間內,是否有必要采用二級泵值得考慮;在壓鑄行業中,二級泵的使用并不會顯示出明顯優勢,畢竟與其它一些行業的真空度要求比較起來,壓鑄真空只能算是粗真空。單極泵一般如果增加100%,那么雙極泵的二級泵比一級泵至少增加200%排量以上,否則沒有實際意義。與真空泵相匹配的真空罐也需要相應的加大,增加的幅度要與壓鑄周期和選擇的真空泵統籌考慮,不是越大越好,一般增大相對于真空泵增加幅度的50%左右。
                 第三,排氣元件。全過程排氣的元件(包括真空閥和排氣板)通常只需要按鑄件重(體積)比例進行選擇,過大的排氣面積需要更大的模芯排氣通道、過多的合金熔液,這會增加充型時間,為充型帶來負擔甚至引起意想不到的鑄造缺陷。對于半過程排氣元件(這里指的是真空閥),由于是借助其它力量主動提前隔斷型腔和排氣管路,如靠液壓傳動關閉的真空閥,不存在對模芯排氣通道內合金熔液的要求影響產生,所以可以加大至所需的幾倍以上。前者需要匹配得當,其結果經濟實用,但維護工作較大;后者要精確給出閥體關閉的沖頭行進位置,低速期排氣效率高,但對二次氣體敏感,對模具密封性要求更嚴格。
                第四,型腔空間表面的干燥和清潔,會對充型時二次氣體的產生起到很大作用,進而對半過程真空排氣工藝帶來重要影響,需要得到良好的控制。
          最后,其它的如合金質量,包括熔化、保溫和除氣等都會成為影響因素;還有工藝參數設定,涉及到壓鑄機與真空機同步的通訊和信號接口等等,就不一一在此陳述。
          四、高真空系統應用
                真空所要排除的氣體容積包括膠管部分、型腔部分以及熔杯空置部分,傳統的方式是將排氣元件安裝在模具末端進行排氣,今天來舉例討論的是目前應用相對較多的熔杯輔助式高真空排氣。
          1.系統原理
                 真空系統由雙泵雙罐組成,即各自獨立的真空泵和真空罐的并列系統:泵罐A用于熔杯排氣;泵罐B用于型腔排氣,統一由一套PLC控制。真空機與壓鑄機的同步和沖頭位置的傳輸由彼此的PLC通過以太網通信。模具上的真空閥由真空機信號觸發,液壓驅動,安裝于動模之上。在此可以看出,該系統應用的是典型的半過程真空排氣。


           2.周期動作
                 模具關閉,型腔上真空閥Vh復位開啟;定量倒料;沖頭越過熔杯倒料口,此時受“沖頭位置:熔杯真空開始”觸發,泵罐A的V1開啟,真空開始于熔杯頂部排氣,并測量熔杯真空度;當沖頭接近熔杯頂部排氣口,接到“沖頭位置:熔杯真空結束”觸發,泵罐A的V1關閉,熔杯排氣結束;當受到“沖頭位置:型腔真空開始”觸發,泵罐B的V2開啟,型腔真空排氣開始,并測量型腔真空度;在“沖頭位置:型腔真空結束”觸發時,泵罐B的V2和型腔上的真空閥Vh關閉,型腔真空排氣結束;壓射結束;開模到位;取件;噴涂;再次關模到位,型腔上真空閥Vh再次復位開啟,周而復始。型腔排氣可與熔杯共同開始也可以接力進行,取決于具體工藝要求和設定。


           3.系統參數設定和傳感器調整
                 參數設定主要是指以上所提到的4個沖頭位置觸發點:即熔杯真空開始、熔杯真空結束、型腔真空開始和型腔真空結束。
                傳感器調整是指用于兩個真空罐、熔杯排氣閥和型腔排氣閥處的4個滿程高精度真空傳感器,其調整精度為+/-10個點,單位1毫巴;以及用于測量模具泄漏量的小量程高精度真空傳感器,其調整精度為+/-10個點,單位0.1毫巴。


           4.手動模具泄漏測量
                手動模式下,按下啟動鍵,當系統壓力平衡后,將得到泄漏流量。模具泄漏量從1升/秒~5升/秒,取決于產品對真空度的要求。


           5.采用其它真空閥的替代方案
                上述模具型腔排氣采用的為液壓式真空閥,由于響應時間較長,真空閥在高速充型前某個位置必須關閉,否則將有合金熔液進入閥體的危險,影響其使用的可重復性,整個工藝為半過程排氣。如果改用其它全過程真空閥,這里以海望的強力閥為例,可以將閥安裝在定模上,其周期動作不同在于,在受“沖頭位置:型腔真空結束”觸發時,泵罐B的V2和型腔上的真空閥Vh半關閉,型腔真空排氣繼續,直至壓射結束。這樣可以在高速充型時將二次氣體排除,繼續維持型腔的高真空度不受影響。
           五.小結
                要著重說明的是,這里提到了所謂高真空也就是幾十毫巴級的真空度,而不是接近絕對“0”真空度的某個值,所以產品還是有形成氣孔缺陷的可能,還是需要整體考慮排氣方案與具體壓鑄工藝的優化配合來完成高品質壓鑄產品的生產。也就是說,高真空壓鑄并不是簡單將真空機或排氣元件提高到某個范圍就能實現,還必須兼顧與之相關聯的模具,噴涂、壓鑄工藝設定等一系列因素。高真空壓鑄系統最終指的是整體合一的高效真空壓鑄系統。隨著壓鑄產業升級的到來,可以預見到真空壓鑄的應用會得到更廣泛的的普及和提高,從而進一步擴展中國壓鑄企業結構件產品范圍和提升壓鑄件的整體品質。

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