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压铸生产飞边跑料问题如何在模具设计中解决

2021-03-22 12:07

压铸批量生产过程中跑料是一件非常让人头痛的事情,是压铸生产过程导致铸件质量不稳定最严重的问题之一, 过程不稳定铸件合格率必定出现忽上忽下的情况。模具如果是因为设计的问题导致飞料,压铸工艺也较难解决,多数时候是束手无策。压铸的三高特性(高速、高压、高温)对模具的品质有着较高的要求,压铸过程产生飞料三高的压铸工艺参数必定要降低才能有所缓解,但是铸件的质量对三高的压铸工艺参数较为敏感,因此多数时候降低温度、速度、压力也就代表着铸件质量的降低。另外飞料对模具损坏也会有较大影响,飞料的位置都存在较高的填充速度和压力,高速的铝液和钢材的粘合度较好,粘在模芯上很难清除掉,一般需要用錾子一点点的剥离,为了清除彻底很多位置还需要动用到抛光机,所以常常飞料的位置模具表面必然会生产凹陷,导致恶性循环。

记得以前试模,如果选中的是旧压铸机,装模的时候我们都会按标准流程问一句:压铸机还正常吗?压铸机墙板平不平?主管会回应:上午压产品还是压得好好的,大家默认进入下一个环节。一般试模出现飞料,最紧张的是设计工程师和模具装配工程师,在如今的加工设备和配模设备的保证下,模具合模不到位的可能性很小,因此装配工程师可以不用紧张了(但服务客户的心态不能出现偏差)。

飞料的问题虽然不仅仅是模具的问题,还有压铸机的墙板问题,锁模力不足的问题,高速速度过高、增压压力过大等一系列压铸工艺参数问题。但从我个人的认知来看绝大多数是模具的问题(设计问题),下面粗浅的描述一下产生飞边的一些因素及解决方案:

1,锁模力 

锁模力的计算是设计模具首先要做的选项,计算锁模力首先要测量及评估铸件、滑块、浇注系统及排渣系统的投影面积,铸件和滑块的投影面积计算比较简单,一般按实际的100%计算在内。

在计算浇注系统及排渣系统的时候还是有一定的经验性,由于压铸公司对于铸件质量意识在逐步提高以及前期生产的规划,客户早就帮模具公司确定好了压铸机机台,因此目前大部分铸件已经不存在锁模力不够的问题。

4个排气块进行充分排气(这里不讨论排气量到底对内部质量有多少影响),如果把排气块的面积都算上排渣系统的投影面积已经超过了铸件的投影面积,因此正常情况我们只把排气块锯齿前的面积算上就可以了,锯齿后面的部分可以不作计算。

对于浇注系统的投影面积,主要看铸件的大小及壁厚而决定:一般小件高速起点较为提前,流道部分也是在高速填充状态,流道的周边不存在提前凝固的现象,因此计算投影面积需按100%进行计算;大件一般都要做适当的预填充,也就是说在预填充过程浇注系统部分以较慢的速度填充,在慢速填充的过程浇注系统部分位置表层会提前凝固,见下图

表层凝固后,铝液靠中间的通道继续给型腔提供铝液(这样的案例都源于实际的流态板实验,此项实验存在能量持续补给和惯性流动的问题,所以这也仅是一种理论的假设,此实验并不能证明实际流态就是如此,起码表层的厚度会有较大的差别),考虑表层凝固因此我们计算大件且浇注系统面积较大的件时,一般取70%的面积进行计算(只限个人经验)。

由于担心侧边流量不足问题,做了一个假浇口作为流道和产品的过渡部分,这样设计之后整个浇铸系统投影面积大概会达到铸件的70%左右,如要100%计算在内就需要更大的压铸机匹配,当然每个铸件都存在差别,在左右抉择困难的时候经验的因素就会起到决定性的作用。

一般普通民用件40-60Mpa,安全结构件采用70Mpa左右,动力总成件采用70-90Mpa

相信都有碰到过小压铸机压大产品的案例,比较典型的是路灯产品,投影面积4000cm^2左右,但很多公司在用1000T左右的压铸机生产, 因为价格和质量的综合原因,既然选择了就要承担一系列压铸问题,比如过程停机清理、人员安全、合格率低、后期补胶、客诉等一些列问题。

2,压射中心

这里所讨论的压射中心是针对模具结构排位、浇注系统排位和排渣系统排位所涉及的料筒位置的选择, 每家根据价格及技术水平在模具设计的时候喜好不一样,并没有统一的标准,有喜欢追求双边进料把产品竖着放、也有追求最短的填充行程把产品横着放、还有浇排系统拉的比较开的,也有设计的比较紧凑的。

3,模具材料大小  

模具材料的大小和关键点的封料面密切相关,关键点封料面一旦存在问题飞料的问题在所难免。我一直认为流动的铝液有一种“感知”的能力,它能够“感知”模具哪里封料面少哪里封料面多,所以千万不要存在侥幸的心理去减少材料的大小。

模具材料大小需要制定一个留边距离最小的标准,目前现状是价低的模具基本不会关注这一点,能省则省因此模具价格也是越来越低,当然价格只是其中一个原因,最重要的还是模具公司的价值观,是想着为压铸客户的生产稳定性负责还是为了赚那一点点省下来的材料费。材料的大小一般要注重以下几个位置:

  • 分流锥位置

    分流锥位置的设计在国内一般很少引起足够的重视,只有了解压铸生产的设计师才会重视这个点,比如生产效率的原点是由分流锥和料筒的冷却决定的,如果不了解压铸生产、不了解压铸的痛点不可能设计出最优的分流锥和料筒(由于全自动化生产的需求欧洲压铸企业普遍做的更好,日本压铸企业做的更为实用和简单) 。

    此点由于力的耐受较差,很容易被压变形,一旦被压塌此位置就形成一个永久性的飞料点,这里有很多的问题解决方案,最基础的是材料要适当加大,欧洲比较喜欢的方案是采用方形的材料制作分流锥,这样就有足够的承压面来保证此位置的强度。
  • 渣包排气位置
  • 据我所了解日本一般飞料情况比较少,欧洲通常都是大机压小产品,锁模力足够大不存在锁模力不足的情况,所以飞料的情况也相对少,但是由于欧洲采用高速高压的压铸工艺也难免出现飞料的情况,如果是一些相对较小的飞边也没什么问题,全自动岛内切边避免了后续的打磨工序。日本压铸和模具有很多特有的诀窍,模具制作方面的细节处理,模框很多时候都和模芯一样平齐,这样的设计理念理论上增加了渣包排气的封料面。另外压铸工艺方面常用是低速低压,最小的能耗最长的模具寿命还能生产出品质足够的产品。另外排气块周边排气槽封料尺寸的设计也是防止飞料的重点。

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