第4期 唐永艳:一种高效的充氧压铸模排气系统设计方案来判断型腔4内的空气是否由氧气置换完毕。型腔4经过氧气置换完毕后,使冲头9后退,将金属熔液从注液口7a向套管7内注入,并使冲头9前进,由此来将套管7内的金属熔液送入流路6。此时,使出入部件11向闸道5伸出,闸道5的流路面积变小,金属熔液通过闸道5向型腔4内喷射并与氧气反应,在型腔4内形成真空,防止铸件中气泡的残存。然后型腔4及闸道5内的金属熔液压力增加,直到套管7内金属熔化液的压力达到一定值以上的时候,使出入部件11从闸道5退出来,扩大闸道5的流路面积,推压套管7内的金属熔液进而向型腔4内的金属熔液施加足够的压力。这样就完成了型腔4内空气的置换,并向金属熔液施加足够的压力,从而能够制作不会产生气孔的铸件。

在上述排气系统中由于间隙13始终开放,当送入型腔4中的金属熔液通过该间隙13喷出的时候,会导致氧气传感器12的损坏。因此,将间隙13设定为金属熔液难以通过而空气或氧气等气体能够流通的尺寸,此外在通路中途还设有用于促进金属熔液冷却并防止喷出的冷却排气口14。然而,在上述的模具中,为防止金属熔液的喷出,间隙13比较狭窄,而且设置了冷却排气口14,这样型腔4中的空气或氧气也难以通过间隙13,用氧气对型腔内的空气进行置换所需时间较长。

图3 新的充氧压铸模排气系统氧气置换结束后的状态

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滞性及其与排气壁间的摩擦而产生的沿程能量损失,称为摩擦阻力或沿程阻力;另一种是空气流由于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失,称为局部阻力。我们在这里只考虑以摩擦阻力为主。

根据流体力学原理,空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下式计算:

Pm=

1v2

l Pas(1)

2 新的充氧压铸模排气系统

如图2、图3所示分别为新的充氧压铸模排气系统氧气置换结束前、后的状态。与图1所示结构不同的是:在24中,设有用于将型腔25内的气体向模具外排出的气体排出通道34;气体排出通道34形状弯曲,其通路入口34a连接于排气缝隙26中的冷却排气口26a的上游部分,通路出口34b开口于24的外表面。在通路出口34b的旁边,设有用于检测置换结束的氧气传感器35;在24中设有不用闭塞排气缝隙26即可开闭气体排出通道34的闭合机构36;闭合机构36具有圆筒37,以及沿圆筒37往复移动而相对于气体排出通道34伸入-退出的开闭栓38。

根据实际的铝合金压铸模的使用情况,压铸铝合金的排气系统取值深度0.15,宽度为20。根据排气阻力的相关理论,排气空气流动的阻力有两种,

一种是由于空气本身的粘

式中: 为摩擦阻力系数;v为排气空气的平均流速,m/s; 为空气的密度,kg/m3;l为排气道长度,m;Rs为排气道的水力半径,m;

Rs=

f

P

式中:f为管道中充满流体部分的横断面积,m2;P为湿周,排气道的周长,m;

摩擦阻力系数 与空气在排气道内的流动状态和排气管壁的粗糙度有关。

关于以下修正:(1)密度和粘度;(2)空气温度和大气压力;(3)管壁粗糙度。模具在排气的过程中没有改变,这里不再进行考虑。

根据以上公式,重新设计排气的原理是:降低排气的阻力,以提高换气效率。虽则不能改变原来的排气通道长和宽,但是可以改变排气的距离(长短)和可以改变后端的通路大小以改变空气喷射速度。

原来的排气长度是压铸模具本身根据强度要求设计的,原来的模具排气通道长度为0.08m。

现在的排气长度是在不改变原来模具强度的情况下,改变把原来的排气长度变短,变为0.01m,紧接着设计了图二的结构。图二的结构是!0.01的孔。置换出来的空气、氧气空气混合物、氧气经过冷却,速度缓冲后,排除模具并被氧气探测检测、达到氧气标准后,即可控制冲头注射液态铝合金并同步关闭氧气供给。

在其他条件没有变化的情况下,根据公式 Pm=1v2

!l Pa相应的空气阻力减小了八倍。4Rs2

图2

新的充氧压铸模排气系统氧气置换结束前的状态