压铸结构件生产的过程控制及条件管理

   压铸具有高速高压、生产节拍快、效率高、生产复杂形状产品等特点，非常适用于新能源汽车行业压铸结构件生产。压铸机实时控制，压铸单元的自动化、智能化水平不断提高，为压铸结构批量生产提供可靠保证。随着国家提出绿色环保、节能减排的要求，铝合金压铸结构件在汽车行业得到大量的应用。本文全面阐述压铸结构件生产过程中各个要素，明确过程控制中的管理项目，所需要的条件管理内容，为从事压铸的人员提出一种考虑问题、解决问题的方法。

关键词：过程控制，条件管理，压铸结构件，独立控温系统，抽真空系统。

压铸结构件生产稳定及合格率高是持续生产的基础。如何实现压铸结构件的稳定生产及提高合格率，是目前结构件压铸急于解决的问题。通过“过程控制，条件管理”，将质量造就在工序内，是提高合格率、稳定生产的最有效手段。

1. 压铸结构件生产的过程控制

对于压铸件生产过程的控制，首先要梳理压铸件的生产工艺流程以及每道工序下的内部控制点。工艺流程是以“一个流”的生产方式展开，每道工序根据自身内部的小流程进行区域化的布局，探讨压铸过程控制是压铸质量及生产控制关键要素。

对于压铸结构件生产过程来说，主要流程包括：铝合金熔化 → 压铸生产 → 热处理 → 后处理 → 机加工。对压铸单元生产压铸结构件的过程分析，如图1所示。在一个压铸单元中，有两个相互平行的运行循环系统[1]。

第一循环中包括：定量炉、压铸机、喷涂机器人及脱模剂喷涂系统、压铸模具、辅助工艺设备（抽真空系统、模具控温系统、脱模剂比系统等）构成的第一循环， 实现压铸件的产出，如图1所示。

第二循环由取件机器人及夹具、冷却水箱、光电外观检査装置、液压剪刀、切边机及切边模、打码机、产品的不良及合格品传送带、AGV小车及摆放机器人等构成的后处理循环。

研讨这两个循环过程，提出过程中的控制要点，明确实现这些控制需要考虑的条件。通过如何对这些条件进行管理，进而实现压铸单元高效率地生产出高品质的压铸结构件。

定量炉；压铸机；喷涂机器人及喷涂系统；压铸模具；

抽真空系统；模温控制系统；取件机器人；铸件完整性检查装置；

风冷箱或水冷箱；切边机及切边模；打码机；合格品及不良品传送带。

1.1 压铸单元的第一循环过程

1.1.1 压铸结构件产生过程

压铸结构件产生过程是第一个循环过程，包括定量炉、压铸机、喷涂机器人及喷涂系统、压铸模具、抽真空系统、模温控制系统，构成压铸结构件产品生产的过程。

1.1.2 定量炉

定量炉将铝水浇注到压室内，准备充填压铸模具。要关注铝水化学成分、铝水温度、浇注重量，这些影响着压铸参数波动。铝水温度要关注进入压室后的温度，始终保证铝水在整个压射过程有足够的流动性。

1.1.3 压铸机

压铸机是压铸单元的核心，主要工艺控制参数包括压射速度、铸造压力、冲头行程等。对于压铸结构件，必须要采用抽真空工艺。抽真空后增加真空度曲线，因此速度、压力、行程及真空四条曲线控制压铸结构件的成型质量。

压铸速度一般包括慢速、高速和减速三个过程。慢速速度以铝水稳定充满压室，不卷气为宜。高速速度保证铝水良好充满型腔的前提下不宜过高，否则影响模具寿命，一般控制在40~50m/s。当铝水填充至渣包位置时开始减速，避免出现飞边。慢速-高速切换位置，对产品质量有较大影响，应确认合适的转换点，并确保在符合真空度要求的前提下充填。

1.1.4 压铸模具

压铸模具是生产工装，要充分考虑产品的特性要求，做好模具浇注系统、排气系统、模温控制管路、顶出系统、滑块系统的设计。对于压铸结构件，模具的密封性尤为重要，可以采用镶块密封、顶杆密封、料筒密封、模具分型面的密封，良好的密封性是实现真空压铸的重要保证。真空设计要考虑铸件特性，可设立多通道抽真空。

1.1.5 喷涂机器人及喷涂系统

机器人机械臂上安装喷涂模块的形式已成为主流，具有灵活性高等优点。传统上，喷涂操作除了为压铸模具型腔涂覆脱模剂外，还起到降低模温的作用。

在压铸结构件的生产中，可采用微量喷涂工艺，让喷涂操作只负责涂覆脱模剂，模温控制由温度控制系统控制，达到精确控温。对于大型一体压铸结构件产品一般采用微喷涂，以减少模具的热量损失，为模具充填提供有效温度保证。

1.1.6 抽真空系统

抽真空压铸工艺是保证铸件减少气孔可以热处理的必要条件。抽真空接口安装于压铸模具型腔填充的末端，保证全压铸过程抽真空。抽真空系统最重要的参数是真空罐的体积，决定了抽真空的能力大小。真空罐体积是模具型腔体积的40~60倍。抽真空系统安装位置尽量靠近压铸机，缩短连接管路长度，提高抽真空效率，使模具具有较低的真空度。

1.1.7 模温控制系统

压铸模具温度及均匀性影响着压铸件的成型质量，一体化压铸结构件对模具温度要求更高。模温控制系统要具备实时监控模温的能力，匹配冷却设备，结合良好的模具温控管路设计，保证模温始终处于工艺要求的范围内。

压铸结构件压铸最好采用独立的模具控温系统，采用间断的冷却方式。模具合模时冷却系统关闭，压射充填完成马上打开冷却系统。当达到开模温度时，应关闭冷却系统。开模取出铸件后，采用压缩空气清理模具型腔。应采用纯水机提供冷却水保证模具冷却通道不堵塞，对冷却水实时降温。对于模具的冲头及分流锥及浇口套可以采用车间内部的冷却系统进行温度控制。

1.2 后处理辅助循环过程控制

后处理过程是第二循环，包括取件机器人、铸件完整性检查装置、液压剪刀、风冷箱或水冷箱、切边机及切边模、打码机、合格品及不良品传送带及AGV小车等。

模具开模取件机器人从模具中夹取铸件，要考虑铸件的夹取位置，以保证夹取平稳。

取出的铸件进行光电装置检查，确认产品的完整性之后，转移到下一个工位。

采用液压剪刀去除产品上多余排气道，使得到产品便于冷却及切边机清理。

通过冷却水箱或风冷箱对压铸结构件进行冷却，需控制水箱水温度、风冷时间及风量，以保证合适的工件冷却效果。

切边机采用翻转机构便于切下的余料翻转清理，同时采用夹紧设计，使产品留在切边机动模，采用托板取出工件。对于切边模的设计还要充分考虑压铸结构件产品的变形，切边模具有矫形的功能。要设定压缩空气喷涂装置，充分清理模具残留杂质，确保产品下一模工况洁净。

合格品放置在传送带转出，通过机器人夹取工件转移到AGV小车，转运到热处理工区，不良品由不良品传送带传出。

2. 实现压铸结构件生产的条件管理

条件管理是生产高质量压铸结构件的保证[2]。

2.1压铸结构件生产的条件管理设定

2.1.1 铝液通过定量炉浇铸到压室过程条件设定

冲头的冷却要充分，润滑要适中，内润滑要保证冲头油均匀喷涂在压室内壁，防止卡冲头。采用密封冲头，防止冲头与压室之间的间隙发生泄漏。

内润滑冲头及密封冲头使用

浇注重量精度应控制在±1%以下，使料饼厚度尺寸稳定。浇铸温度应精确控制，铝液的化学成份稳定。

浇注温度要考虑到从保温炉到料筒中铝液的温降，慢速压射过程中铝液的温降，保证铝液在整个压铸过程中的流动性。尤其对于大型一体压铸结构件产品浇注重比较重，浇注到料筒时间长，铝水降温比较快，浇注温度一般要设定在680-690℃。同时考虑到吸氢，定量炉要具有良好的密闭性。由于定量炉要求用压缩空气控制浇注重量，压缩空气采用冷干机控制不含水分。

2.1.2 压铸工艺参数设定

压铸工艺参数设定内容包括不同位置的压射速度、速度建立的时间、增压压力、建压时机等。可以将充填过程分为两个阶段分析，如图3所示。第一阶段慢压射，注意排除料筒内部的气体。第二阶段高速充填，金属液在高压下凝固形成铸件。由于压铸机具有多段设定的功能可以把这两个阶段的速度和压力细分为多段设定。