鄭桂云，葛樹志

（中建投（紹興）機(jī)械科技有限公司，浙江紹興 312000）

公司現(xiàn)有的JY400 t，JY800 t精密擠壓機(jī)不能滿足副車架，電池包等大型鑄件的需求，為了擴(kuò)大產(chǎn)能，適應(yīng)市場需求研發(fā)設(shè)計(jì)了JY4 000 t精密擠壓鑄造機(jī)。

1 JY4 000 t精密擠壓鑄造機(jī)結(jié)構(gòu)

JY4 000 t精密擠壓鑄造機(jī)由八大部分組成，分別是注料部分，合型部分，頂出部分，壓射部分，液壓部分，護(hù)門部分，操作平臺部分，電氣部分。其生產(chǎn)過程為：首先合型部分進(jìn)行合型，然后閉鎖模具，注料部分把鋁液充進(jìn)模具型腔，壓射部分推動沖頭前進(jìn)擠壓鋁液進(jìn)行第一次擠壓，設(shè)定時間到頂出部分做二次擠壓，冷卻一定時間后合型部分開模，開模到位，頂出部分頂出鑄件，取出鑄件，壓射回程。設(shè)備的最大特點(diǎn)是整個鑄造過程中可以對鑄件進(jìn)行二次擠壓，鑄件無縮孔、縮松等缺陷，組織細(xì)密，力學(xué)性能高于其他鑄造方法。設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 JY4 000 t精密擠壓鑄造機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 JY4 000 t精密擠壓鑄造機(jī)主要參數(shù)設(shè)計(jì)

JY4 000 t精密擠壓鑄造機(jī)主要參數(shù)如表1所示。該設(shè)備設(shè)計(jì)的最大合型力為40 000 kN，最大壓射力為185 t，最大裝模厚度為2 200 mm，最小裝模厚度為900 mm.

表1 JY4 000 t精密擠壓機(jī)主要參數(shù)

2.1 壓射系統(tǒng)的主要參數(shù)設(shè)計(jì)

已知壓射力：F=1 850 kN，工作壓力：PN=25 MPa，最高允許壓力 Pmax，Pmax≤1.2 PN，Pmax=30 MPa.

2.1.1 壓射缸直徑計(jì)算

根據(jù) F=（π/4）D2·P，

1 850 000=0.785×D2×25×1 000 000，得出D=307 mm，取 D=310 mm.

式中：D—壓射缸直徑，單位mm.

2.1.2 活塞桿直徑d（單位mm）的計(jì)算

對于雙作用單邊活塞桿液壓缸，活塞桿直徑：

式中：ψ—速比，查表取1.85，得出d=210 mm.

2.1.3 壓射缸壁厚δ

由于 δ/D=0.08～0.3，壓射缸缸筒壁厚 δ≥Pmax×D（/2.3σp-3Pma）x，壓射缸材料45鋼，許用應(yīng)力：

σp=σb/n

式中：σb—材料的抗拉強(qiáng)度：σb=600 MPa；

n—安全系數(shù)，通常取n=5，

許用應(yīng)力σp=600/5=120 MPa，

所以 δ≥Pmax×D（/2.3σp-3Pma）x=30×310（/2.3×120-3×30）=50 mm，壓射缸法蘭固定采用卡環(huán)結(jié)構(gòu)，卡環(huán)深15 mm，故壓射缸壁厚取65 mm，壓射缸外徑D1=310+65×2=440 mm.

2.1.4 壓射行程

由于設(shè)計(jì)的擠壓機(jī)特殊的進(jìn)料方式，壓射行程比標(biāo)準(zhǔn)的擠壓機(jī)行程短，故取L=800 mm；

2.1.5 壓射缸進(jìn)油比例閥的選擇

設(shè)計(jì)壓射速度vmax=0.8 m/s，壓射缸單位時間所需最大流量 Vmax，Vmax=π/4×D21×v×60=0.785×3.12×8×60=3 620 L/min，根據(jù)此流量選擇壓射缸進(jìn)油比例閥規(guī)格，查詢派克樣本，比例閥通徑流量對應(yīng)關(guān)系見表2.

根據(jù)派克比例閥流量選63 mm通徑的插件才能滿足最大速度要求，由于比例閥大了，而低速封口段最低速度為0～0.1 m/s，此時的流量Vmin=π/4×根據(jù)力士樂比例閥樣本（見表3），選取通徑為25 mm的比例閥，以達(dá)到低速封口段要求。

表2 派克比例閥流量表

表3 力士樂比例閥流量表

2.2 壓射蓄能器體積的確定

壓射過程中需要用到的蓄能器里有效油的體積：

蓄能器總體積V0：

式中：P2—最高工作壓力，定為14 MPa；

P1—最低工作壓力，MPa.

擠壓機(jī)蓄能器工作時，系統(tǒng)穩(wěn)定性要求比較高，但因?yàn)橄到y(tǒng)有增壓，為了減少蓄能器的體積，所以加大允許壓力降到15%，P1=P2（1-15%）=14×85%=11.9 MPa；

P0為充氣壓力，為塞式蓄能器在壓射系統(tǒng)中做輔助動力源，充氣壓力一般取0.8～0.9 P1，P0=0.8×11.9=9.52 MPa.

以上壓力均為絕對壓力，相應(yīng)的氣體體積分別為 V0，V1，V2；指數(shù) n，絕熱過程 n=1.4，（對氮?dú)猓?，則1/n=0.715，VW為有效工作容積，L，VW=V1-V2，

蓄能器總?cè)莘e取600 L，活塞蓄能器取2個100 L，和4個100 L氣瓶。

增壓蓄能器泵站的高壓儲存在蓄能器里，最高工作壓力Pmax= 25 MPa，根據(jù)：

式中△V2—壓射缸內(nèi)增壓壓縮的液壓油體積變化，

Vw—壓射缸中液壓油的體積Vw=60 L，

△P—壓力變化量，P=Pmax-P1=25-11.9=13.1MPa；

K—液壓油體積壓縮系數(shù)，K=（5～7）×10-10m2/N；

△V2=△P·Vw/E=13.1×106×60×10-9/1.6=0.49L.

增壓蓄能器最高壓力P2max=25 MPa，壓力降10%，P21=25×0.9=22.5 MPa，充氣壓力 P20=22.5×0.9=20 MPa，根據(jù)蓄能器體積計(jì)算公式可得增壓蓄能器體積V20=7 L，增壓選10 L的耐壓30 MPa的蓄能器。

壓射部分裝配圖如圖2所示，壓射部分液壓原理圖如圖3所示。

圖2 壓射部分裝配圖

圖3 中合模到位后，合模發(fā)訊給V614，一快閥得電，同時S606得電，壓力油進(jìn)入壓射缸，下擠壓頭前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)封口后對模具型腔內(nèi)的鋁液進(jìn)行擠壓。冷卻時間到S720得電，下擠壓頭返回，當(dāng)需要快速時，V613得電，二快閥得電，下擠壓頭快速前進(jìn)進(jìn)行擠壓。按下高壓按鈕，S617，S619打開，分別給增壓蓄能器和壓射蓄能器充油。

2.3 合型部分的技術(shù)參數(shù)確定

已知最大工作壓力Pmax=25 MPa，最大合型力F合=4 000 t.

由于中間加上擠壓頂出缸，中間預(yù)留空間大，選4缸結(jié)構(gòu)，缸徑尺寸的確定：

合型缸桿徑d=660mm.回程速度V回=0.09m/s，機(jī)器的整個動作過程中合型時需要的流量最大，但靠的是上面的油箱，由充液閥供油，而回程時完全是靠泵供油，故泵的參數(shù)以回程時需要的流量為準(zhǔn)，回程的最大流量：

伺服泵控系統(tǒng)81.4 kW意大利菲斯電機(jī)+125/125美國SUNNY雙聯(lián)高壓齒輪泵+90 kW深圳麥格米特，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)為2 000 r/min，兩臺伺服泵最大流量（125+125）×2000/1000×2=1000 L/min，滿足速度要求。

合型部分與以往設(shè)計(jì)不同的是，頂出缸頂出力加大，頂出缸除了具有頂出功能之外，還具備二次擠壓功能，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型頂出力為100 t左右，這次設(shè)計(jì)的頂出力加大到178 t，以方便對鑄件實(shí)現(xiàn)二次擠壓，擠壓速度，擠壓力可以在屏幕上設(shè)定，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)二次擠壓。

圖3 壓射部分液壓原理圖

雙重?cái)D壓鑄造工藝如圖4所示。

下擠壓沖頭將熔杯中的液態(tài)金屬推入已密閉的模具中，并持續(xù)保壓，這稱為第一次擠壓，上模中上擠壓頭預(yù)留一定的壓下量（h），然后上擠壓頭再下行施以高壓，即對半凝固和已凝固的鑄件進(jìn)行第二次擠壓，直至將鑄件壓實(shí)或完全凝固。由于實(shí)施了直接擠壓和間接擠壓兩種工藝形成的擠壓結(jié)合，因此實(shí)現(xiàn)了兩種工藝的互補(bǔ)，可鑄造形狀復(fù)雜的鑄件，鑄件致密性好，尺寸精度高，表面光潔度高，再加上抽真空系統(tǒng)的配合，鑄件可進(jìn)行固溶強(qiáng)化熱處理，鑄件的各項(xiàng)指標(biāo)性能得到很大提高，此設(shè)備的研制成功，專門用于生產(chǎn)性能要求高，不容易成型的高端壓鑄件。

3 JY4 000 t精密擠壓鑄造機(jī)特點(diǎn)與適用性

與通用鑄造機(jī)相比研制的JY4 000 t擠壓鑄造機(jī)可以生產(chǎn)出更多形狀和更高品質(zhì)的產(chǎn)品。設(shè)備能夠精確控制沖頭壓射速度曲線，速度控制精準(zhǔn)，配以抽真空配合，加上二次擠壓，生產(chǎn)出的鑄件能進(jìn)行固溶熱處理，如生產(chǎn)的高鐵支架，材料是ZL115，處理后的性能指標(biāo)經(jīng)檢測機(jī)構(gòu)檢測抗拉強(qiáng)度為324 MPa，延伸率為11%，滿足高性能鑄件的要求，檢測報(bào)告如圖5所示。

圖4 雙重?cái)D壓鑄造工藝示意圖

4 結(jié)論

JY4 000 t精密擠壓鑄造機(jī)和現(xiàn)有的擠壓鑄造機(jī)相比，壓射系統(tǒng)固定在于模具下方（含擠壓料筒和擠壓活塞等），充型結(jié)束后下擠壓頭進(jìn)行壓射，閉模澆注，節(jié)省了時間，改善了澆注后的液態(tài)金屬品質(zhì)，壓射系統(tǒng)使用高性能比例閥，高壓蓄能器，使壓射速度可實(shí)現(xiàn)十段無級調(diào)速，其壓射力可在50μs時間內(nèi)達(dá)最大值，再加上二次擠壓，參數(shù)穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)全過程自動，使用了以工業(yè)控制計(jì)算實(shí)現(xiàn)閉環(huán)電路控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的間接擠壓、直接擠壓、雙重?cái)D壓鑄造的全過程以及其周邊設(shè)備（噴涂機(jī)，料餅切斷機(jī)，取件機(jī)器人等）的自動化生產(chǎn)，可以優(yōu)選并儲存100多副模具 （零件）的最佳工藝參數(shù)，確保每副模具生產(chǎn)時，工藝參數(shù)穩(wěn)定。與通用擠壓鑄造機(jī)相比，先進(jìn)的擠壓鑄造機(jī)可以生產(chǎn)出更多形狀和更高品質(zhì)的產(chǎn)品。如生產(chǎn)的高檔擠壓鑄件，如大型汽車鋁輪轂、復(fù)雜發(fā)動機(jī)箱體、高受力轉(zhuǎn)向節(jié)及汽車用大型十字梁，電池包，電機(jī)殼等都是通用擠壓機(jī)做不出來的。

圖5 高鐵支架檢測報(bào)告