擠壓鑄造設備壓射運動參數的實驗研究*

宋 雷，邵 明

（1.廣州科技貿易職業學院，廣東廣州 510442；2.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州 510640）

擠壓鑄造設備壓射運動參數的實驗研究*

宋 雷1，2，邵 明2

（1.廣州科技貿易職業學院，廣東廣州 510442；2.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州 510640）

壓射功能是擠壓鑄造設備的核心功能之一，壓射過程的運動參數是對鑄件的質量有著重要的影響。通過對壓射運動參數進行實驗研究，發現壓射速度存在明顯的波動，并對造成壓射速度波動的主要原因進行分析，提出了改進建議。

壓射機構；擠壓鑄造；運動參數

0 引言

壓射功能是擠壓鑄造設備的核心功能之一，壓射機構，如圖1所示，是執行壓射功能的核心機構，其主要由壓室、沖頭和推桿組成。壓射機構的運動參數是擠壓鑄造工藝的核心工藝參數，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動動力的關鍵參數，也是運動參數研究中不可忽略的指標[1-5]。壓射機構的運動參數對鑄件質量和設備的運行性能有著重要的影響，在工作過程中壓射機構會產生較為強烈的摩擦作用，使得壓射過程中運動參數產生波動，造成金屬熔液卷氣、鑄件縮松、冷隔等缺陷。研究壓射過程中運動參數變化規律，對優化工藝參數、提高鑄件質量具有十分重要的作用。

圖1 擠壓鑄造機壓射機構示意圖

1 實驗設計

在本實驗研究中以KDJ-250T臥式擠壓鑄造機作為研究對象，該機最大鎖模力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，其模具結構如圖2（b）所示。實驗時將擠壓鑄造機的參數設置為典型工藝狀態，壓射壓力為78 MPa，壓射速度為0.1 m/s，模具和壓室預熱到約200℃。沖頭位移、壓射速度和壓射加速度具有微分關系，在測量中只需要檢測沖頭位移就可以獲得其余兩個參數。由于壓射機構中空間十分有限，較難采用直接方式測量壓射壓力，壓射機構是采用液壓油缸驅動的，因此可以采用檢測液壓油壓力的方式間接測量壓射壓力。擠壓鑄造設備根據鑄件的典型工藝參數生產鑄件，通過拉線位移傳感器和液壓油壓力傳感器檢測壓射機構的運動參數。

圖2 鑄件與模具結構示意圖

2 實驗結果與分析

2.1實驗結果

擠壓鑄造實驗測得的壓射機構典型運動參數曲線如圖3所示。

2.2實驗結果的分析

壓射機構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構的上升運動過程。從實驗結果中可以看到沖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到高壓力，這使得壓射壓力存在低壓和高壓兩個階段。進入高壓階段中壓射壓力有一個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階段，在低速階段中除了在啟動過程中壓射速度有明顯的波動外，其余時間中壓射的速度可以保持較好的穩定性，這從壓射加速度的實驗數據中也可以得到驗證，與低速階段對應的壓射加速度的波動主要是在啟動階段，其余時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，這也與壓射加速度的實驗數據是對應的。

從實驗中可以發現，壓射壓力和壓射速度均可以達到鑄件的工藝要求，但是在壓射機構工作過程中壓射速度和加速度存在明顯的波動，這種波動容易造成壓射過程中金屬熔液卷氣，影響鑄件質量。壓射機構在工作過程中有受到較為強烈的熱作用和機械力作用，這使得沖頭與壓室之間存在較為強烈的摩擦作用，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的主要原因。此外壓射速度的波動主要是在高速階段，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動的主要動力源，因此可以推測壓射壓力也是造成壓射速度波動的原因之一。要避免壓射速度的波動提高鑄件質量，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的。

圖3 壓射機構運動參數曲線圖

3 結論

本文對擠壓鑄造過程中壓射機構的運動參數進行了實驗研究，發現KDJ-250T擠壓鑄造機壓射機構的運動參數可以滿足鑄件工藝要求；對實驗數據進行分析，發現壓射速度存在明顯的波動，這不利于成形高質量的鑄件。通過對造成壓射速度波動的主要原因進行分析，提出了改進建議。

［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.擠壓鑄造壓射機構卡擦可靠性分析［J］.華南理工大學學報，2013，41（7）：32-37.

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

［5］宋雷，邵明.擠壓鑄造壓射機構的結構改進［J］.機電工程技術，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。研究領域：金屬成形設備設計研究。已發表論文13篇。

(編輯：阮 毅）

*國家科技支撐計劃資助項目（編號：2011BAE21B02）；廣東省教育部產學研結合重大專項（編號：2009A090100026）

2013－12－31