压铸工艺解析.pptx

第四章 压铸工艺v压铸合金，压铸模和压铸工艺参数是压铸生产的三大要素。压铸工艺是将压铸合金与压铸模结合起来的要素。v合金液能否有效的充填型腔，会不会产生缺陷，在很大程度下将取决于工艺参数。v在设计压铸模具时，选取合理的压铸工艺参数是设计模具的基础，也是发挥压铸机性能的基本条件。第一节 压力压铸工艺中压力的作用：v获得组织致密和轮廓清晰的压铸件；v防止产生铸造缺陷压力的产生 压铸压力是由压铸机中的液压泵产生的。泵借助储能器通过工作液传递给压射活塞，压射活塞与压射冲头是刚性连接，压射冲头将力施加于压室内的合金液上。压射力现代压铸机的压射力均是可以调整的。具有增压机构的压铸机的压射系统的示意图见下图。Fy=pgpD2/41压室2压射冲头3压射活塞4压射阀5蓄压罐6节能阀7增压活塞8增压活塞小端9换向阀10快速液控单向阀比压v压射比压是压室中合金液单位面积上所受的力，即压射力与压室冲头的面积之比。v充填时的比压称为压射比压，它的作用是克服合金液充填型腔的阻力，达到所需要的内浇口速度。v充填结束时的比压为压实比压，它将对正在凝固的合金施压，提高压铸件的致密度。v如果有增压机构时，增压后的比压称为增压比压，它比压实比压更高，决定了压铸件最终所受的压力和，模具所承受的涨型力。比压压射比压可以用下式计算，pb4Fy/(d2)式中 pb压射比压（MPa）Fy压射力（N）d压射冲头直径（mm）比压比压的作用：v提供金属充填的动能；v使合金凝固时有效的补缩；v影响到压铸件对模具的涨型力。比压的作用 较高的比压可以提供合金较高的充填动能，可以得到较高的充填速度，有利于合金克服充型阻力，有效地充填型腔的各个部分，复制型腔的各个细节。在较低的合金液的温度情况下，也能有效的充填型腔，这样对模具热冲击的作用较小，有利于提高压铸模的使用寿命。比压的作用v在合金充满型腔后，较高的比压可以有效的对合金在凝固时进行压实，对改善压铸件的致密度有十分重要的作用，减少压铸件的缩孔和缩松，从而提高压铸件的硬度和抗拉强度。v前人的研究结果证明，在比压分别为48Mpa和96Mpa时，所生产的压铸件的致密度后者比前者高1.4%，抗拉强度也大幅度提高。比压的选择应该考虑的因素是压铸件的基本情况和压铸合金及工艺状况几个方面。：v从压铸件的基本情况看，它的形状、尺寸、复杂程度和壁厚是需要重点考虑的。v合金的流动性、结晶温度期间和密度等v各种工艺因素如内浇口速度、内浇口状况和排溢系统也应该考虑。比压的选择压铸件结构的影响1.如果压铸件的壁厚较大，尺寸较大，应该有较大的比压提供合金充填型腔的能量，也需要较大的比压满足合金凝固时的补缩；2.如果压铸件的形状比较复杂，如壁厚差别大，合金充填时拐弯和流程长，应该采用较大的比压。反之，采用较小的比压。比压的选择压铸合金的特性1.合金的流动性较好，固相线和液相线之间的温差较小，或合金处于共晶点附近，如Y102，YZZnAl4等合金，可以采用较小的比压。2.而对于结晶温度宽，凝固时容易参数缩孔或缩松的合金，如铝镁合金ZAlMg10，镁铝合金YZMgAl9Zn等，较高的比压对于补缩有利。3.比重较大的合金，如铜合金，也应该采用较大的比压，有助于合金的充填。比压的选择浇注系统和排溢系统1.浇道拐弯多，对充填的阻力大，应该采用较大的比压；2.排溢系统通畅，数量较多，较大的比压对合金的补缩有利。反之，应该取较小值。比压的选择总的说来，如果生产条件有利于合金在型腔中充填，有利于合金对压铸件的缩松或缩孔进行补缩，则可以选用较小的比压；反之，则应该选用较大的比压。计算比压的选择v在模具设计时，我们要选择压铸机，压铸机的大小与合金的涨型力有关，也就是说与比压，主要是压实比压有关。v因此我们应该确定一个合适的比压，这个比压应该满足生产的需要，保证压铸件的质量。v根据生产中经验的积累，下表给出了一个计算比压计算比压，为设计压铸模时进行计算时使为设计压铸模时进行计算时使用用。其选用的原则与前面的分析一样，实际使用的比压应在所选用的比压的数值附近。压铸速度压铸速度有两个概念：v压射速度v内浇口速度（充填速度）压射速度v压射速度是压室内压射冲头推动合金液前进的速度。故又称为冲头速度。v压射速度分为低速和高速两个阶段。可以通过压铸机的压射速度调节阀实现无级调速。压射速度v压射速度的大小与直接控制了合金液充填模具型腔的形态，因此它是一个很重要的一个工艺参数。它服务于合金液的充填形态，与内浇口速度紧密相关，而受控于压铸机的控制机构。压射速度v 在压射过程中，压射速度应该根据生产实际，如合金在压室中的充满度、内浇口速度等，进行调整。v在低速压射阶段一般取0.1-0.4m/s；v在高速压射阶段，可以高达2m/s。内浇口速度v内浇口速度是合金液通过内浇口的速度，它也是合金液充填模具型腔的速度，所以也称为充填速度。内浇口速度v内浇口速度与合金液充填的形态有密切关系。它对充填型腔的质量有很大的影响。v较高的内浇口速度，具有较高的动能，能够在合金液在凝固之前迅速充填型腔，获得轮廓清晰，表面光洁的压铸件。因此，现代压铸一般倾向采用较高的内浇口速度。在生产实际中，内浇口速度可以高达100m/s。平 均 壁 厚（mm）11.522.533.54内 浇 口 速度（m/s）46-5544-5342-5040-4838-4636-4434-42平 均 壁 厚（mm）5678910内 浇 口 速度（m/s）32-4030-3728-3426-3224-2922-27推荐压铸件平均壁厚和内浇口速度关系美国压铸工程师协会推荐内浇口速度最 小 壁 厚（mm）0.7621.27-1.5251.905-2.2862.54-2.794内浇口速度（m/s）46-5543-5240-4937-46最 小 壁 厚（mm）2.858-3.814.65-5.086.35内浇口速度（m/s）34-4331-4028-35内浇口速度与压射速度的关系 在冷室压铸机中，压室、浇道和压铸模构成一个密封系统，根据流体力学的连续性原理，各个截面的流量是相等的。即：(d2/4)vy=Anvn （46）式中 d压室直径(cm)vy压射速度(cm/s)An内浇口截面积(cm2)vn内浇口速度(cm/s)浇注温度v合金液的浇注温度是指合金液自压室进入型腔的平均温度。v由于在生产中测量不便，通常用保温炉内合金液的温度表示。浇注温度v在生产中，不提倡采用高温浇注，在能够充填型腔的条件下，应该尽量采用较低的温度浇注，这样不仅可以减少压铸件的缩松和缩孔，也能有效地减少合金液粘模，延长模具的寿命。v在生产中，一般以高于合金液的液相线2030为宜。各种合金的浇注温度（）合金种类压铸件壁厚3mm结构简单结构复杂结构简单结构复杂锌合金*420-440430-450410-430420-440铝合金铝硅合金铝铜合金铝镁合金610-650620-650640-680640-700640-720660-700590-630600-640620-650610-650620-650640-680镁合金640-680660-700620-660640-680铜合金普通黄铜硅黄铜870-920900-940900-950930-970850-900880-920870-920900-940浇注温度对YX040锌合金力学性能的影响浇注温度对铝合金的力学性能的影响压铸模具温度1压铸中模具的受热 生产中，压铸合金液是一种高温液体。根据合金的种类不同，从摄氏300多度到1000度以上。合金液填充进入模具型腔中后，会在型腔中凝固而放出潜热，然后放出晶格热量使温度逐步下降。压铸模的温度与合金液的浇注温度有一定的关系，可按下式计算：Tm=(1/3)Tj25（C）(4-9)式中Tm压铸模温度（C）Tj浇注温度（C）压铸模工作温度模温的选择v除生产锌合金压铸件外，生产其它合金压铸件的模温均与上式相符。v值得注意的是，壁厚越薄，压铸件的结构越复杂，模温应该高一些，这样有利于合金液的填充。v过高的模温对模具的寿命也是不利的，它有可能导致合金液粘模（尤其是铝合金），压铸件变形，压铸模零件变形或尺寸变化造成活动零件之间间隙变化而被卡住而不能运动。模温的控制v在每天模具第一次生产时，必须对模具进行预热，达到模温的下限。加热的方法可以是煤气或天然气，电热等，v切忌采用合金液对模具进行预热，这样并不能起到预热模具的目的，反而对模具的寿命有影响，同时也浪费合金液。模温的控制v对模具的冷却一般采用在模具中设置冷却通道，通入冷却水冷却模具；v对于局部地方，散热十分严重，模温不能保持在工作温度，这时需要考虑在这个地方加热达到所需要的模温，以保证压铸件的质量。压铸件的机械性能及气孔率与压铸模温度关系（YZZnAl4锌合金）压铸件的机械性能及气孔率与压铸模温度关系（铝合金和镁合金）模具的热平衡v如果模具吸收的热量与释放出的热量相等，模具就会保持在预定的温度 Q=Q1+Q2+Q3Q为模具吸收的热量（kJ/h）Q1模具自然传走的热量（kJ/h）Q2为模具特定部位传走的热量（kJ/h）Q3为冷却系统带着的热量（kJ/h）压铸模具温度1压铸中模具的受热 生产中，压铸合金液是一种高温液体。根据合金的种类不同，从摄氏300多度到1000度以上。合金液填充进入模具型腔中后，会在型腔中凝固而放出潜热，然后放出晶格热量使温度逐步下降。每一个生产周期总的放热量为：Q=Nmq （412）压铸模受热 为了简化，把每一种合金的单位质量从浇注温度起到压铸件推出模具的温度的区间的平均放的热量记为q，各种合金的q值为：锌合金 175.8KJ/Kg；铝硅合金 887.6 KJ/Kg；铝镁合金 795.5 KJ/Kg；镁合金 711.8 KJ/Kg.压铸模受热v利用以上的q值，可以计算出单位时间内合金液传递给模具的热量。v式 中 Q1每 小 时 合 金 液 放 出 的 热 量（KJ/h）v N压铸生产率（次/h）m1每次压铸合金液的质量（Kg/次）压铸中热量的平衡 模具中的热量的出路有两条，1）模具的自然传热，包括模具对压铸机的模具安装板的传热和模体向周围环境传热和辐射散热；2）由冷却通道中的冷却液体向外传递。如果达到在生产周期内传入模具的热量等于传出的热量，则模具温度就可以达到平衡。模具的自然传热 v在这部分传热中，大部分是通过向周围环境辐射散热。v这部分热量包括模具表面与周围的空气传热和向外界辐射散热。它随着压铸模的表面的状况而变化，这包括模具的表面积，模具表面的粗糙度和型腔表面的涂料状况。v它也与周围的环境状况有关，这包括室温和空气的流动状况等。压铸中热量的平衡可以用下式进行粗略计算：Q1=Amf1 （412）式中：Am模具的面积（M2）Am=模具的侧面积动模和定模座板的底面积分型面积开模率其中 开模率开模时间/一个压铸循环 f1 模具自然传热的热流量（J/M2 h）几种合金的 f1值：锌合金4186.8kJ/M2 h；铝合金和镁合金 6280.2 kJ/M2 h；铜合金 8373.6 kJ/M2 h 特定部位的传热 v特定部位指在压铸机内，压铸机定模安装板;压射冲头和分流锥、压室、浇口套、喷嘴冷却通道。v分流锥、浇口套和喷嘴传走的热量为：Q21=SA1f2SA1：浇口套、喷嘴和压室冷却通道的表面积之和（m2)f2：分流锥冷却通道的热流量，取251.2104 kJ/m2 h 浇口套、喷嘴和压室冷却通道的热流量，取209.3104 kJ/m2h特定部位的传热v压射冲头和定模安装板冷却通道传走的热量为Q22v由于每一台压铸机的冷却系统不同，差异较大，Q22的具体数据应该在压铸生产过程中，进行测定，获得较为准确的数值。vQ2=Q21+Q22冷却通道的传热v模具中冷却通道传出的热量为：Q3=Q-Q1-Q2=Q-Q1-(Q21+Q22)(4-15)冷却通道设计v冷却系统传走的热量与通道的表面积和平均传热系数可用下式表示：vQ3A3f3式中：A3每个冷却通道的表面积 f3 冷却通道壁表面积的热流量 （kJ/m2h)冷却通道壁面积热流量(f3)s与d的关系 f3（kJ/m2h)lL/2lL/2s 2d2d s 3ds 3d125.6104104.710483.7104146.5104125.6104104.7104s为冷却水管到型壁的距离，d为水管直径，l为水管工作长度，L为水管长度冷却通道设计v冷却通道的总表面积与模具结构、型腔分布、通道直径和个数有关；vAQ3/f3=ndl 或n A/(dl)式中：n冷却通道个数 l单通道的有效工作长度（m)d预先确定的通道直径（m)教材41页计算冷却通道的模具示意图分流锥传热冷却分流锥冷却分流锥冷却浇口套冷却浇口套模具的冷却通道冷却型芯冷却型芯冷却厚壁冷却厚壁第四节 时间v充填时间v增压建压时间v持压时间v留模时间充填时间v合金自开始进入型腔到型腔填满所需时间v它是模具设计的一个重要参数（浇口设计）v它对压铸件的质量有较大的影响表面粗糙度和气孔率表面粗糙度空隙率表面粗糙度空隙率（）543210最佳最差04080120160充填时间(ms)充填时间v可以采用下表平均壁厚b(mm)充填时间t（s)123456789100.0100.0140.0180.0260.0280.0400.0400.0600.060 0.0720.0560.0840.0660.100.0760.1160.0880.1380.100.16充填时间v日本人濑川和喜推荐最小壁厚b（mm)适当充填时间（s)1.01.52.02.53.03.1以上0.0200.0450.080.120.180.20充填时间v选择时的原则v浇注温度高，取上限v模温高，取上限v熔化潜热与比热高的合金，取上限持压时间v合金液在凝固之前，增压压力持续作用的时间v取决于压铸件的材料和壁厚，合金的熔点v壁厚大，合金熔点高，结晶温度宽，持压时间应该长，否则应该短生产中常用的持压时间（s)压铸合金压铸件壁厚2.5mm压铸件壁厚2.56mm锌合金铝合金镁合金铜合金1212122 3373838510留模时间v持压终了至开模推出压铸件的时间v保证压铸件推出时不变形，不开裂的最短时间v合金收缩大，强度高，压铸件薄壁，模具吸热能力强，留模时间应该短v留模时间长，影响生产率，同时使模温下降各种合金常用的留模时间（s)压铸合金壁厚3mm 壁厚34mm壁厚5mm锌合金铝合金镁合金铜合金5107127128157121015101515202025253015252030压铸用涂料涂料的作用：v润滑作用，尤其是对运动零件，推出机构，压射机构v调节压铸件的冷却速度v保护模具1.防粘模2.减少合金液与模具的摩擦3.减少合金液对模具的热冲击对涂料的要求v高温下有良好的润湿性v挥发点低100150时，稀释剂易挥发v对压铸件和模具无腐蚀作用v性能稳定，不产生有害气体v不在模具表面产生积垢方法和种类v型腔涂料：喷射v冲头涂料：涂刷v分为水基和油基，前者环保效果好，后者润滑性好第七节 压铸件的整修和处理压铸件的清理v用压力机和模具去浇口、溢流槽和飞边v用带锯、车床或铣床清除中心浇口或内浇口v用清理滚筒清除飞边v用砂轮等工具清除飞边v用液氮清理飞边压铸件的整形v形状复杂的压铸件可能由于热应力、推出力造成变形，这时应该整形v用专用的工模具和压力机对压铸件进行处理v可以是高温下处理和室温下处理v整形后应该进行热处理，防止再次变形压铸件的修补v一般压铸件出现缺陷不进行修补v对于大型、有贵重嵌件的缺陷压铸件为了节约，可以采用修补的方法v采用镶块或焊补的办法进行修补压铸件后处理v后处理指时效退火或低温时效处理v目的是消除应力、稳定压铸件尺寸和提高力学性能合金及处理方法加热温度（）保温时间（h)冷却方式锌合金时效铝合金时效镁合金时效铜合金退火955175 51501902003002.5323351.52.5空冷空冷炉冷空冷负温时效50602(2kg)空冷压铸件表面处理v为了外表的美观或耐磨、耐蚀，可以进行表面处理v铝合金一般不进行表面处理v锌合金可以镀铬、镀铜等v镁合金很少在铸态下使用，需要进行电镀、阳极氧化处理或涂有机涂层压铸件浸渍处理v目的：提高气密性和防水性v在内部缺陷处真空状态下压入密封剂v常用密封剂为水玻璃、聚酯树酯和厌氧密封剂