CN115630522B - 一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，充分考虑了影响超大型一体化压铸产品的主要因素：合金特性、模具热膨胀特性、冷却工艺，并根据合金特性、模具热膨胀特性计算得到的模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量等参数，最后计算冷却工艺中的沾水温度、沾水速度和沾水时间，通过对沾水冷却工艺的控制精确实现对超大型一体化压铸产品的尺寸控制，避免了自然冷却收缩等无法管控的因素的影响，从而可以实现对超大型一体化压铸产品尺寸的精确控制。

Description

一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法

技术领域

本发明涉及压铸技术领域，具体涉及一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法。

背景技术

随着超大型一体化压铸推广，市场上对超大型一体化压铸的青睐。对超大型一体化压铸青睐的同时也对其要求也越高。因其产品尺寸较大，开发过程的控制要求也较高。超大型一体化压铸产品的尺寸很大，一般长度和宽度均超过1m，高度也超过0.5m，在压铸过程中对于尺寸的要求很高，尤其是其外径要求公差很严，而影响超大型一体化压铸产品的因素主要包括合金特性、模具热膨胀特性、冷却工艺等，实际工作中，需要通过对整个产品的工作特性，以及产品的设计及生产过程的整体性控制，才能保证整个产品尺寸在设计要求范围内。但是现有的压铸机械在压铸脱模后，一般采用自然冷却收缩，自然冷却是一个无法管控的因素，会导致超大型一体化压铸产品的尺寸无法进行精确控制，因此如何综合合金特性、模具热膨胀特性等主要因素，确定合适的降温冷却工艺，以提高对超大型一体化压铸产品的尺寸控制，是本领域急需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，可以综合合金特性、模具热膨胀特性等主要因素，确定合适的降温冷却工艺，进而可以提高对超大型一体化压铸产品尺寸的精确控制。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，具体包括如下步骤：

S1、根据合金特性分析，找出合金对应的体积变化曲线与温度关系图，根据合金对应的体积变化曲线与温度关系图确定出模温度，在此出模温度下通过合金的体积曲线计算出铸件的收缩量；

S2、根据模具镶块的尺寸和出模温度，设置模具的升温曲线及保温运行的温度和时间，并计算出模具在该升温及保温热状态下的尺寸变化；

S3、根据模具运行温度下计算得到的模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量计算出沾水工艺的沾水温度、沾水速度和沾水时间；

S4、将压铸模具安装在压铸机上，然后合模，将合金溶液压入模具内，然后根据步骤S2计算得到的升温曲线及保温运行的温度和时间对模具进行施压保持，压铸完成后进行开模；

S5、利用转运工装将压铸产品从模具内移出，根据步骤S3计算出来的沾水工艺对出模后的压铸产品进行沾水降温冷却，确保压铸产品尺寸稳定。

优选的，所述步骤S1中铸件的收缩量ΔT的计算公式如下：

ΔT＝T₁-T₂

其中T₁为出模温度时合金材料的体积变化率，T₂为冷却温度时合金材料的体积变化率，ΔT为合金铸件从出模温度降低至冷却温度后的收缩量。

优选的，所述步骤S2中模具的尺寸变化计算公式如下：

ΔS＝λ*L*W*H

其中λ为模具的热膨胀系数，L为模具的长，W为模具的宽，H为模具的高，ΔS为模具的热膨胀量。

优选的，所述步骤S3的具体步骤为：将参数模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量输入至ANSYS数值模拟软件对应的冷却工艺模型中，利用ANSYS数值模拟软件计算得到对应的沾水温度、沾水速度和沾水时间。

优选的，所述步骤S4中对压铸模具合模前先对压铸模具表面喷涂脱模剂。

优选的，压铸产品沾水降温冷却后通过转运工装将冷却后的压铸产品转移对应的搁架放置，通过搁架将压铸产品的底部托实。

本发明提供的一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法的有益效果在于：本发明充分考虑了影响超大型一体化压铸产品的主要因素：合金特性、模具热膨胀特性、冷却工艺，并根据合金特性、模具热膨胀特性计算得到的模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量等参数，最后计算冷却工艺中的沾水温度、沾水速度和沾水时间，通过对沾水冷却工艺的控制精确实现对超大型一体化压铸产品的尺寸控制，避免了自然冷却收缩等无法管控的因素的影响，从而可以实现对超大型一体化压铸产品尺寸的精确控制。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为铝合金的体积变化曲线与温度关系图。

图3为ANSYS数值模拟软件冷却收缩过程模拟流程图。

图4为ANSYS数值模拟软件生成的冷却收缩模拟状态图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例：一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法。

超大型一体化压铸产品对尺寸的控制要求较高，实际生产中对于超大型一体化压铸产品尺寸的主要影响因素包括：1)合金材料的体收缩；2)模具热膨胀；3)产品出模温度；4)冷却工艺。针对上述主要影响因素，本发明从如下几个方案进行了改进设计：

参照图1所示，一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，具体包括如下步骤：

S1、根据合金特性分析，找出合金对应的体积变化曲线与温度关系图，根据合金对应的体积变化曲线与温度关系图确定出模温度，在此出模温度下通过合金的体积曲线计算出铸件的收缩量。

其中合金材料的热收缩与合金材料本身的特性相关，例如铝合金和锌合金的体收缩就不同，会直接影响到产品的最终成型尺寸。合金从液态通过冷却到固态，体积变化在不同温度情况下有所不同。从液相线到固相线体积变化较大，固相线到出模温度体积变化与温度成线性关系。因液态合金到固态的凝固过程中是在模具内部，所以模具的尺寸决定产品出模是的尺寸。合金材料的热收缩量ΔT的计算公式如下：

ΔT＝T₁-T₂

其中T₁为出模温度时合金材料的体积变化率，T₂为冷却温度时合金材料的体积变化率，ΔT为合金铸件从出模温度降低至冷却温度后的收缩量。而铸件出模温度时合金材料的体积变化率T₁和冷却温度时合金材料的体积变化率T₂可以根据合金特性对应的体积变化曲线与温度关系图得到，以铝合金为例，其对应的体积变化曲线与温度关系图如图2所示，铝合金在出模温度T₁为200℃时材料体积变化率为-9.5％，铝合金在冷却温度T₂为30℃时材料体积变化率为-10.4％，那么，合金铸件从出模温度200℃降低至冷却温度30℃后的收缩量ΔT＝T₁-T₂为0.9％。

产品出模温度到冷却温度的过程，是产品不受外界束缚的自然收缩过程，对产品的最终尺寸具有重大影响，因此需要对合金从出模温度降低到冷却温度过程总的热收缩量ΔT进行计算，为压铸产品的最终成型尺寸提供参考。对于超大型一体化压铸件，出模温度一般控制在150℃～200℃之间。

S2、根据模具镶块的尺寸和出模温度，设置模具的升温曲线及保温运行的温度和时间，并计算出模具在该升温及保温热状态下的尺寸变化。

对于超大型一体化压铸产品，模具镶块尺寸较大，模具的热膨胀对铸件尺寸有较大影响，尤其是加热温度对铸件尺寸的影响很大，所以对模具温度的控制也尤为关键。对于模具温度的控制，可以首先根据模具镶块的尺寸，计算该出模温度下模具材料的热膨胀量，模具的热膨胀量计算公式如下：

ΔS＝λ*L*W*H

其中λ为模具的热膨胀系数，和模具的材料特性有关，可以通过查找相关手册获得，L为模具的长，W为模具的宽，H为模具的高，ΔS为模具的热膨胀量。对于超大型一体化模具，模具加热温度一般控制在150～250℃。通过计算出来的热膨胀量可以为后续冷却降温工艺提供相应的参数参考。

S3、根据模具运行温度下计算得到的模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量计算出沾水工艺的沾水温度、沾水速度和沾水时间。

沾水工艺是指产品出模后浸泡到水内，使得产品定型，沾水工艺需要控制介质的温度、沾水速度以及沾水时间。介质温度过低会导致产品收缩速度快，产品收缩不平衡容易出现局部变形。沾水的速度过慢会导致产品阶梯性冷却，导致收缩不平衡。沾水时间过短会导致产品取出后温度较高，还会出现后期的尺寸变化。因此，确定合适的沾水降温冷却工艺，是控制超大型一体化压铸产品尺寸的重要因素，而沾水工艺需要考虑的重要因素则包括模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量，根据上述因素才能更好的确定沾水工艺的沾水温度、沾水速度和沾水时间。

如图3和图4所示，ANSYS数值模拟软件中对应的铸件冷却工艺模型是一种基于大数据下的专业用于计算和优化铸件冷却工艺的模型，只需将参数模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量等参数输入至ANSYS数值模拟软件对应的铸件冷却工艺模型中，利用ANSYS数值模拟软件可以自动形成收缩过程中所涉及温度区间内的材料热物性参数与温度的关系曲线，生成冷却收缩模拟状态图，并得到对应的沾水温度、沾水速度和沾水时间，在此沾水工艺下，可以精确控制铸件的收缩量，达到良好的控制效果。

S4、将压铸模具安装在压铸机上，然后合模，将合金溶液压入模具内，然后根据步骤S2计算得到的升温曲线及保温运行的温度和时间对模具进行施压保持，压铸完成后进行开模，对压铸模具合模前先对压铸模具表面喷涂脱模剂，提高脱模效果；

S5、利用转运工装将压铸产品从模具内移出，根据步骤S3计算出来的沾水工艺对出模后的压铸产品进行沾水降温冷却，确保压铸产品尺寸稳定。

S6、压铸产品沾水降温冷却后通过转运工装将冷却后的压铸产品转移对应的搁架放置，通过搁架将压铸产品的底部托实，由于超大型一体化压铸件，质量重，产品大的特点，如取出后产品放置不合理，会在因自身重力作用，出现局部变形，所以产品生产后的放置也尤为重要，需要对压铸产品的底部托实。

本发明充分考虑了影响超大型一体化压铸产品的主要因素：合金特性、模具热膨胀特性、冷却工艺，并根据合金特性、模具热膨胀特性计算得到的模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量等参数，最后计算冷却工艺中的沾水温度、沾水速度和沾水时间，通过对沾水冷却工艺的控制精确实现对超大型一体化压铸产品的尺寸控制，避免了自然冷却收缩等无法管控的因素的影响，从而可以实现对超大型一体化压铸产品尺寸的精确控制。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，其特征在于具体包括如下步骤：

S1、根据合金特性分析，找出合金对应的体积变化曲线与温度关系图，根据合金对应的体积变化曲线与温度关系图确定出模温度，在此出模温度下通过合金的体积曲线计算出铸件的收缩量；

S2、根据模具镶块的尺寸和出模温度，设置模具的升温曲线及保温运行的温度和时间，并计算出模具在该升温及保温热状态下的尺寸变化；

S3、根据模具运行温度下计算得到的模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量计算出沾水工艺的沾水温度、沾水速度和沾水时间，具体步骤为：将参数模具热状态下的尺寸变化、出模温度、冷却温度、以及出模温度下计算得到的铸件收缩量输入至ANSYS数值模拟软件对应的冷却工艺模型中，利用ANSYS数值模拟软件形成收缩过程中所涉及温度区间内的材料热物性参数与温度的关系曲线，生成冷却收缩模拟状态图，并得到对应的沾水温度、沾水速度和沾水时间；

S4、将压铸模具安装在压铸机上，然后合模，将合金溶液压入模具内，然后根据步骤S2计算得到的升温曲线及保温运行的温度和时间对模具进行施压保持，压铸完成后进行开模；

S5、利用转运工装将压铸产品从模具内移出，根据步骤S3计算出来的沾水工艺对出模后的压铸产品进行沾水降温冷却，确保压铸产品尺寸稳定。

2.如权利要求1所述的超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，其特征在于：所述步骤S1中铸件的收缩量ΔT的计算公式如下：

ΔT=T₁-T₂

其中T₁为出模温度时合金材料的体积变化率，T₂为冷却温度时合金材料的体积变化率，ΔT为合金铸件从出模温度降低至冷却温度后的收缩量。

3.如权利要求1或2所述的超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，其特征在于：所述步骤S2中模具的尺寸变化计算公式如下：

ΔS=λ*L*W*H

其中λ为模具的热膨胀系数，L为模具的长，W为模具的宽，H为模具的高，ΔS为模具的热膨胀量。

4.如权利要求1所述的超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，其特征在于：所述步骤S4中对压铸模具合模前先对压铸模具表面喷涂脱模剂。

5.如权利要求1所述的超大型一体化压铸产品尺寸控制方法，其特征在于：压铸产品沾水降温冷却后通过转运工装将冷却后的压铸产品转移对应的搁架放置，通过搁架将压铸产品的底部托实。