宋 雷，邵 明

（1.廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510442；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510640）

擠壓鑄造設(shè)備壓射運(yùn)動(dòng)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究*

宋 雷1，2，邵 明2

（1.廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510442；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510640）

壓射功能是擠壓鑄造設(shè)備的核心功能之一，壓射過程的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是對鑄件的質(zhì)量有著重要的影響。通過對壓射運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)壓射速度存在明顯的波動(dòng)，并對造成壓射速度波動(dòng)的主要原因進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)建議。

壓射機(jī)構(gòu)；擠壓鑄造；運(yùn)動(dòng)參數(shù)

0 引言

壓射功能是擠壓鑄造設(shè)備的核心功能之一，壓射機(jī)構(gòu)，如圖1所示，是執(zhí)行壓射功能的核心機(jī)構(gòu)，其主要由壓室、沖頭和推桿組成。壓射機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是擠壓鑄造工藝的核心工藝參數(shù)，主要包括沖頭的位移、壓射速度和壓射加速度，壓射壓力是表征擠壓運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的關(guān)鍵參數(shù)，也是運(yùn)動(dòng)參數(shù)研究中不可忽略的指標(biāo)[1-5]。壓射機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對鑄件質(zhì)量和設(shè)備的運(yùn)行性能有著重要的影響，在工作過程中壓射機(jī)構(gòu)會產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的摩擦作用，使得壓射過程中運(yùn)動(dòng)參數(shù)產(chǎn)生波動(dòng)，造成金屬熔液卷氣、鑄件縮松、冷隔等缺陷。研究壓射過程中運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律，對優(yōu)化工藝參數(shù)、提高鑄件質(zhì)量具有十分重要的作用。

圖1 擠壓鑄造機(jī)壓射機(jī)構(gòu)示意圖

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在本實(shí)驗(yàn)研究中以KDJ-250T臥式擠壓鑄造機(jī)作為研究對象，該機(jī)最大鎖模力2 500 kN，鑄件重量范圍為1.5～3 kg，以如圖2（a）所示的階梯板為鑄造對象，其模具結(jié)構(gòu)如圖2（b）所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)將擠壓鑄造機(jī)的參數(shù)設(shè)置為典型工藝狀態(tài)，壓射壓力為78 MPa，壓射速度為0.1 m/s，模具和壓室預(yù)熱到約200℃。沖頭位移、壓射速度和壓射加速度具有微分關(guān)系，在測量中只需要檢測沖頭位移就可以獲得其余兩個(gè)參數(shù)。由于壓射機(jī)構(gòu)中空間十分有限，較難采用直接方式測量壓射壓力，壓射機(jī)構(gòu)是采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)的，因此可以采用檢測液壓油壓力的方式間接測量壓射壓力。擠壓鑄造設(shè)備根據(jù)鑄件的典型工藝參數(shù)生產(chǎn)鑄件，通過拉線位移傳感器和液壓油壓力傳感器檢測壓射機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

圖2 鑄件與模具結(jié)構(gòu)示意圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

擠壓鑄造實(shí)驗(yàn)測得的壓射機(jī)構(gòu)典型運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線如圖3所示。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

壓射機(jī)構(gòu)的功能是將金屬熔液推射入模型型腔，因此主要分析壓射機(jī)構(gòu)的上升運(yùn)動(dòng)過程。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看到?jīng)_頭上升過程中壓射壓力起初較小，在上升過程的后半段壓射壓力呈階躍性的達(dá)到高壓力，這使得壓射壓力存在低壓和高壓兩個(gè)階段。進(jìn)入高壓階段中壓射壓力有一個(gè)小幅度的緩慢增大過程。壓射速度存在明顯的低速和高速兩個(gè)階段，在低速階段中除了在啟動(dòng)過程中壓射速度有明顯的波動(dòng)外，其余時(shí)間中壓射的速度可以保持較好的穩(wěn)定性，這從壓射加速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中也可以得到驗(yàn)證，與低速階段對應(yīng)的壓射加速度的波動(dòng)主要是在啟動(dòng)階段，其余時(shí)間的壓射加速度基本為0；在高速階段中，壓射速度有明顯的波動(dòng)，這也與壓射加速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是對應(yīng)的。

從實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，壓射壓力和壓射速度均可以達(dá)到鑄件的工藝要求，但是在壓射機(jī)構(gòu)工作過程中壓射速度和加速度存在明顯的波動(dòng)，這種波動(dòng)容易造成壓射過程中金屬熔液卷氣，影響鑄件質(zhì)量。壓射機(jī)構(gòu)在工作過程中有受到較為強(qiáng)烈的熱作用和機(jī)械力作用，這使得沖頭與壓室之間存在較為強(qiáng)烈的摩擦作用，金屬熔液會滲入壓室與沖頭之間的間隙，這又會增加沖頭與壓室之間的摩擦，這種摩擦作用是造成壓射速度波動(dòng)的主要原因。此外壓射速度的波動(dòng)主要是在高速階段，這與壓射壓力高壓階段中的緩慢升壓過程相重疊，而壓射壓力又是沖頭運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿υ?，因此可以推測壓射壓力也是造成壓射速度波動(dòng)的原因之一。要避免壓射速度的波動(dòng)提高鑄件質(zhì)量，需要使壓室與沖頭之間保持良好的潤滑條件，采取有效地溫度控制方法，減小壓室與沖頭之間的摩擦的作用；此外要提高液壓系統(tǒng)的性能，使高壓階段中的緩慢升壓過程盡量縮短，升壓幅度盡量減小，這也是有利于避免壓射速度波動(dòng)的。

圖3 壓射機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線圖

3 結(jié)論

本文對擠壓鑄造過程中壓射機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)KDJ-250T擠壓鑄造機(jī)壓射機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)可以滿足鑄件工藝要求；對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)壓射速度存在明顯的波動(dòng)，這不利于成形高質(zhì)量的鑄件。通過對造成壓射速度波動(dòng)的主要原因進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)建議。

［1］Qi Shi.Prediction of thermal distortion and thermal fa?tigue in shot sleeve［D］.School of Engineering， The Ohio State University，2002：11-14.

［2］Ghomashchi M R，Vikhrov A.Squeeze casting：an over?view ［J］. Journal of Materials Processing Technolo?gy，2000，101（4）：1-9.

［3］宋雷，邵明，游東東.擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)卡擦可靠性分析［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，41（7）：32-37.

［4］張衛(wèi)文，趙海東，張大童，等.金屬材料擠壓鑄造成形技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.中國材料進(jìn)展，2011，30（7）：24-32.

［5］宋雷，邵明.擠壓鑄造壓射機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2013（8）：185-187.

Experiment Research for Injection Movement Parameters of Squeeze Casting Equipment

SONG Lei1，2，SHAO Ming2
（1.Guangzhou Vocational College of Technology&Business，Guangzhou510442，China；2.School of Mechanical&Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Injection is one of key function of squeeze casting equipment， movement parameters vitally effect the quality of castings. Through experiment research for injection movement parameters， obvious fluctuation of injection velocity is found， the analysis for cause of velocity fluctuation is carried out，and improved suggestion is proposed.

injection device；squeeze Casting；movement parameters

TG249.2

A

1009－9492(2014)03－0001－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.001

宋 雷，男，1979年生，山東濰坊人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：金屬成形設(shè)備設(shè)計(jì)研究。已發(fā)表論文13篇。

(編輯：阮 毅）

*國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（編號：2011BAE21B02）；廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合重大專項(xiàng)（編號：2009A090100026）

2013－12－31