冷室压铸机

设备

冷室压铸机是指压射室和压射冲头不浸于熔融金属中，而将定量的熔融金属浇到压射室中，然后进行压射的一种压铸机立室冷室压铸机的压射方式呈垂直放置, 显然沿袭了热式压铸机的压射方式, 典型的和成熟的立式冷室压铸机是由捷克工程师Josef Polak于1927 年发明制成的。卧式冷室压铸机于20 世纪20 年代初就已开发制造, 因具有较多优点, 特别是一次工作循环的程序比立式冷室压铸机更为简便, 经过其后的十几年的改进而渐趋定型, 在欧美各国广为流传。

简介

压铸技术发展至今有150 余年的历史, 与传统的、古老的铸造技术相比, 只能说是一种年轻的工艺技术。然而, 由于压铸技术所具有的许多特点, 使压铸件的应用领域日益扩大, 遍及各个工业门类, 因而发展速度十分惊人, 受到了普遍的关注。

压铸机是压铸生产中重要的基础技术装备, 与压铸工艺的互存、互动关系非常突出, 压铸工艺的改进或采用新的技术, 都要有与之相应的或新型的压铸机作为技术支撑。所以, 在压铸技术的发展进程中, 压铸机始终担负着重要的角色, 起着积极的、直接的推动作用。

压铸技术起源于印刷工业的铅字铸造技术。据文献报道, 19 世纪初, 世界印刷工业蓬勃发展, 活字( 单字母的铅字) 的需求量日益增多, 于是铸字机

应运而生, 较早的铸字机是美国William Wing 于1805 年制成的。1822 年, 美国William Church制造了一种用活塞压射的铸字机。后来, 美国DavidBruce于1838 年制造了一种新的铸字机, 其生产效率更高, 并且很快便在世界上流传, 一直延续到19世纪中叶。

冷室压铸机的问世

最早问世的冷室压铸机可以追溯到1920 年, 是由Carl Roehri率先发明并制造的, 这台冷室压铸机就是熔炉与机器分离的, 当用手工把熔炉中的熔融金属浇入压室( 料筒) 后, 随即就有一个冲头将熔融金属压射入模具内, 其后, 在顶出铸件的同时, 压室内多余金属形成的余料饼随着铸件一起取出。可见, 即使用现在的标准来说, 这完全是典型的冷室压铸机一次工作循环的过程。随着不断的研究、试验, 发现冷室压铸机不但适用于铝合金、镁合金的压铸, 也适合于铜合金的压铸。还有, 更可以生产大型而复杂的锌合金压铸件。经过一系列的改进和变革, 冷室压铸机分为立式冷室压铸机和卧式冷室压铸机2 种。

立室冷室压铸机的压射方式呈垂直放置, 显然沿袭了热式压铸机的压射方式, 典型的和成熟的立式冷室压铸机是由捷克工程师Josef Polak于1927 年发明制成的。其初衷原是为了铜合金压铸而开发的, 但后来发现同样适用于铝合金和镁合金的压铸。从那时起, 这种机器在东欧流行了30 余年之久, 但因自动浇料不便、生产效率相对稍低以及维护费时等不足之处, 向大型化发展的难度也很大, 故后来用量逐渐减少。然而, 由于这种立式冷室压铸机最大的特点是可以开设中心浇口, 故在个别场合还保留其应有的地位。至于另一种立式冷室压铸机呈上下开合模的结构, 其压室置于下模内, 熔融金属从底部压射入模具, 这种机器在压铸电机转子的生产中仍占有一定的位置。

卧式冷室压铸机于20 世纪20 年代初就已开发制造, 因具有较多优点, 特别是一次工作循环的程序比立式冷室压铸机更为简便, 经过其后的十几年的改进而渐趋定型, 在欧美各国广为流传。

自第二次世界大战以来, 成为铝合金、镁合金和铜合金的压铸生产的典型机型。由于卧式冷室压铸机在大型化、单元化、集成化、自动化等方面, 显示出巨大的优势, 还有, 卧式冷室压铸机对锌、铝、镁、铜等有色金属的压铸都适用, 并且也适用于黑色金属的压铸, 因此, 在压铸机的发展进程中, 始终占据着主导的地位。

自动化压铸机与压铸单元

随着大型压铸的迅速发展, 实现自动化的趋势迫在眉睫, 诚然, 自动化对中小型压铸机来说也同样重要, 于是, 需要有自动化压铸机进行自动化压铸生产便很快地提到议事日程上来。初期自动化压铸机的组成主要是: 以主机作为核心, 配备浇料、喷涂、取件等3 项装置, 有时加上切边机, 然后把相关程序的运作衔接起来, 实现压铸生产过程自动化。1964 年, KUX 公司提出了实现自动化应解决的问题, 除了压铸机主机配置3 项机械手以外, 还应考虑其他的配备和问题,包括: 防止分型面金属飞溅、合模过程的机器与模具的安全性、模具吹气清理和喷涂、压铸件的取出方法、压铸件水冷却并放置在传送带上、操作程序、生产效率、机器的构造、保温炉的容量及金属运输、压铸件的切边、等等, 这基本上就是一个压铸单元的要求。

约在20 世纪60 年代中, 机器人( Robot ) 开始在压铸工业中应用，极大地推动了自动化压铸机的发展, 美国Allen Stevens 公司成为最早用机器人于压铸生产的压铸厂之一。T oshiba 公司于1970 年介绍了日本开发自动化压铸机的进展情况, 据称, 日本进行全自动压铸机的试验是在1961 年开始的, 但那时的压铸机的构造尚不能适合自动化的要求, 工业上的配套问题也未解决, 但就在不到10 年的时间, 日本有了自动化的压铸机。20 世纪70 年代的10 年里, 压铸生产厂家对自动化压铸机的需求日渐增多, 有的公司如SouthernDie Cast ing & Engineering 公司, 除了对压铸机自动化装备提出建议之外, 还认为必须配备好的模具才能体现出压铸自动化的优点。还有, 欧洲同样也加快了采用自动化压铸机的步伐, 1983 年, Weingarten公司介绍了4 缸汽缸体在2 500 t 级压铸机上的生产情况, 当时这台压铸机已经采用了数字控制,同时着重对全自动压铸机的自动化生产进行了较为全面的阐述。可见, 这个时期, 压铸生产自动化、建立柔性单元已成为压铸业界全球性的新话题。

20 世纪60 年代以后, 液压技术、自动化控制技术、电子计算机技术、检测技术、冶金技术、材料工程、化工技术等各种工业技术迅猛发展, 新的工业产品也是日新月异, 而机械制造技术和模具制造技术也在同步地迅速发展。在这种时代背景下, 必然为压铸生产技术的发展创造了最有力的技术基础, 通过对各种技术的应用, 自动化压铸机也就得以日益完善。当以自动化压铸机为核心, 配置了各种辅助装置和配备了周边设备, 并加以按预定的程序运行, 便形成了压铸单元。卧式冷室压铸机上通常配置的辅助装置包括: 浇料、模具清理和喷涂、润滑剂的压送、取件、预热并放置铸入镶件、冲头及压室润滑、压射参数检测、压射过程监控、锁模力检测, 大杠自动抽出和复位、机器运动副润滑、压力液液面位置及温度显示、故障诊断及报警、快速换模、安全护栏等, 有的将喷涂、取件、放入铸入镶件等其中的2 项或3 项装置合用一台机械手; 周边设备则指: 保温炉、熔化炉、金属液( 或料锭料块) 添加和运送、铸入镶件加热、压铸件出模后的冷却、压铸件疵病部位即时简易检测、压铸件切边、压铸件喷丸或光饰、压铸件工序间及成品的传送、抽排烟雾等; 当压铸工艺需要时, 再配置模具温度控制装置、真空装置、带密封环的冲头及其配用的压室、局部加压装置等, 此时

主机操纵程序应具有与之相衔接的控制功能。

上述配置的齐全程度, 与产品的压铸工艺和技术要求有关, 也与机型大小有关。此外, 每个压铸单元就是一个独立的工作主体, 当一个厂房内布置的都是由压铸单元组成的, 便成为一个没有操作工的压铸自动化生产线。这时, 还可以将加料和输送压铸件成品这2 个首尾工序各自分别连接成运输线, 使厂房更加整齐。由于压铸生产自动化的核心是压铸机主机, 因此,压铸单元和压铸自动化生产线的发展, 便成为压铸机发展的重要部分。

我国压铸机发展的特征

在20 世纪40 年代的中后期, 我国只有为数不多的进口压铸机, 其中有: 英国的小型气动热室机( 上海) 、捷克的Polak 600 型( 锁模力76 t ) 立式冷室压铸机( 昆明) 和美国KUX 的锁模力100 t 的卧式冷室压铸机( 重庆) 。

20 世纪50 年代, 我国自行设计制造出全液压的50 型卧式冷室压铸机, 锁模力有500 kN 和1 000 kN两种规格。当时, 也成批地进口了捷克的Polak 立式冷室压铸机, 共4 种规格, 最大的锁模力为2 200 kN,前苏联的卧式冷室压铸机, 曲肘式合模, 共3 种规格,最大的锁模力为5 300 kN。到了20 世纪60 年代初,开始自行制造立式冷室压铸机和卧式冷室压铸机, 即900 型( 锁模力1 150 kN) 和J 1113 型( 锁模力1 250kN) 。进入20 世纪70 年代, 为了发展系列化产品, 组织了以济南铸锻机械研究所为主, 有上海工艺研究所和上海压铸机厂参加, 联合进行一些有关的技术工作:编制压铸机型谱草案, 初步规范了我国压铸机的系列的主要技术参数; 设计和试制了J 1125、J 1140 和J1163 型全液压卧式冷室压铸机; 设计制造了1 台锁模力4 000 kN 全液压卧式冷室压铸机( 上海锻压机床厂制造) ; 生产了第一台热室压铸机和第一台自动浇料装置。及至20 世纪80 年代和90 年代初, 有关单位继续完成了锁模力16 000 kN 以下的卧式冷室压铸机系列产品的开发; 立式冷室压铸机也形成了锁模力2 500kN 以下的系列产品; 1986 年试制出国内第一台J1163 A 型自动压铸机组; 1990 年开发出国内第一台柔性压铸单元, 锁模力为4 000 kN; 其后的几年里, 又将辅助装置和参数检测装置加以定型并形成产品。在压铸机的设计工作方面, 20 世纪80 年代, 设计的压铸机压射性能已接近当时的国外水平; 合模机构全部采用液压驱动、曲肘机械扩力结构取代了全液压。而热室压铸机在当时也形成了锁模力1 500 kN 以下的系列化产品, 全立式压铸机也有了锁模力3 150 kN 以下的系列化产品。

为了进一步推动我国压铸机生产的发展, 1980 年颁布了第一个压铸机参数标准, 1990 年在重新修订和颁布压铸机参数标准的同时, 还颁布了第一个压铸机精度、技术条件标准, 使压铸机的设计、制造和验收有了可遵循( 或参照) 的依据。

我国的压铸机制造业

20 世纪60 年代, 上海压铸机厂成为国内第一家压铸机专业生产厂, 不久, 压铸机的生产厂家不断涌现, 相继有隆华、灌南、阜新等一批专业生产压铸机的骨干企业。多年来, 这些压铸机厂生产了大量的国产压铸机,为我国压铸事业的发展做出了贡献。在大型压铸机方面, 阜新压铸机厂还曾生产了锁模力为28 000 kN 的大型压铸机, 为当时填补了国内的空白。

20 世纪90 年代, 我国的压铸机发展更为迅速, 压铸机的设计水平、技术参数、性能指标、机械结构、制造质量等都有不同程度的提高, 有的已经达到或接近国外水平, 正在向大型化、自动化和单元化进军。在此期间, 国内新的压铸机企业陆续崭露头角, 其中, 香港力劲公司是典型的代表, 该公司开发了多项国内领先的压铸机机型, 例如: 卧式冷室压铸机最大空压射速度6m/ s( 1997 年) 和8 m/ s( 2000 年初) 、镁合金热室压铸机( 2000 年初) 、匀加速压射系统( 2002 年) 、最大空压射速度10 m/ s 及多段压射系统( 2004 年6 月) 、实时控制压射系统( 2004 年8 月) 和锁模力30 000 kN 的大型压铸机( 2004 年7 月) 等。近年来, 上海压铸机厂、灌南压铸机厂等骨干企业都开发了最大空压射速度为8 m/ s 以上的卧式冷室压铸机和锁模力在10 000 kN以上的大型压铸机。可见, 我国正在形成一个有实力的、具有自主知识产权的压铸机制造业。

总结

随着我国国民经济持续增长的大好形势, 我国的压铸工业的前景定会更加辉煌, 压铸机制造业将继续努力, 为进一步促进我国的压铸工业的发展做出更大的贡献。

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