壓力鑄造設備及其工藝

1、壓力鑄造設備及其工藝,壓力鑄造： 壓力鑄造highpressurediecasting(簡稱壓鑄)的實質就是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型（壓鑄模具）型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。 壓力鑄造，有高壓和高速充填壓鑄型兩大特點。它常用的壓射比是從幾千至幾萬KPa,甚至高達2X105KPa。充填速度約在1050m/s，有些時候甚至可達100m/s。充填時間很短，一般在0.010.2s范圍內,壓力鑄造與其它鑄造方法相比，有以下三方面優(yōu)點： 1.產(chǎn)品質量好： 鑄件尺寸精度高，一般相當于67級，甚至可達4級；表 面光潔度好，一般相當于58級；強度和硬度較高。 2.生產(chǎn)

2、效率高： 冷室壓鑄機平均8小時可壓鑄6007000次，小型熱室壓鑄機平均8小時可壓鑄30007000次。 3.經(jīng)濟效果優(yōu)良： 由于壓鑄件尺寸精度，表面光潔等優(yōu)點。一般不再進行機械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金屬利用率，又減少了大量的加工設備和工時；鑄件價格便宜,壓鑄缺點： 1）壓鑄時由于液態(tài)金屬充填型腔速度高，流態(tài)不穩(wěn)采有一般壓鑄 法鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進行熱處理； 2）對內凹復雜的鑄件，壓鑄較為困難； 3）高熔點金屬（如銅，黑色金屬）壓鑄型壽命較低； 4）不宜小批量生產(chǎn)，其主要原因是壓鑄型制造成本高，壓鑄機生產(chǎn)效率高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟,壓鑄應用范圍及發(fā)展趨勢： 壓鑄是最先進的金

3、屬成型方法之一，是實現(xiàn)少切削，無切削的有效途徑，應用很廣，發(fā)展很快。目前壓鑄合金不再局限于有色金屬的鋅、鋁、鎂和銅，而且也逐漸擴大用來壓鑄鑄鐵和鑄鋼件。 壓鑄件的尺寸和重量，取決于壓鑄機的功率。由于壓鑄機的功率不斷增大，鑄件的尺寸可以從幾毫米到12M；重量可以從幾克到數(shù)十公斤。在壓鑄技術方面又出現(xiàn)了真空壓鑄、加氧壓鑄、精密壓鑄以及可溶型芯的應用等新工藝,壓鑄機的分類及其工作方式： 1.按使用范圍分為通用壓鑄機和專用壓鑄機； 2.按鎖模力大小：分為小型機（4 000 kN）、中型機（4 000 kN10 000 kN）和大型機（10 000 kN）； 3.通常主要按機器結構和壓射室（以下簡稱壓室

4、）的位置及其工作條件加以分類: 壓鑄機分熱壓室壓鑄機和冷壓室壓鑄機兩大類。 冷壓室壓鑄機按其壓室結構和布置方式又分臥式、立式兩種形式,熱壓室壓鑄機,冷壓室壓鑄機,熱壓室壓鑄機與冷壓室壓鑄機的合模機構是一樣的，其區(qū)別在于壓射、澆注機構不同。熱壓室壓鑄機的壓室與熔爐緊密地連成一個整體，而冷壓室壓鑄機的壓室與熔爐是分開的,立式壓鑄機,熱室壓鑄機的特點： 目前生產(chǎn)中多數(shù)的熱室壓鑄機，市場供應的以鎖模力小于4000 kN的機器為主導，更多的則是鎖模力在1600 kN以下，而鎖模力大于4000 kN的很少。其特點如下： （1）通常以低熔點合金的壓鑄為主，而以鋅合金最為典型； （2）以小型壓鑄件的生產(chǎn)為宜，

5、中、大型壓鑄件不宜采用熱室壓鑄； （3）填充進入模具型腔的金屬液始終在密閉的通道內流動，氧化夾雜物不易卷入，對壓鑄件的質量較為有利； （4）壓鑄過程的自動化容易實現(xiàn)； （5）由于不需要澆料程序，在正常運行的狀態(tài)下，生產(chǎn)效率較高； （6）壓射比壓稍低，并且壓射過程沒有增壓階段，但對小型、薄壁件影響較??； （7）壓射沖頭、澆壺、噴嘴等熱作件的壽命難以掌握和控制，失效后更換較為費時； （8）更換或修理熔爐時，要拆裝熱作件，增加了輔助時間； （9）對于高熔點合金的熱室壓鑄，目前仍以鎂合金較為適宜，而用于鎂合金的熱室壓鑄機，同樣存在上述的特點,臥式冷室壓鑄機的特點： （1）適合于各種有色合金和黑色金屬（

6、目前尚不普遍）的壓鑄； （2）機器的大小型號較為齊全； （3）生產(chǎn)操作少而簡便，生產(chǎn)效率高，且易于實現(xiàn)自動化； （4）機器的壓射位置較容易調節(jié)，適應偏心澆口的開設，也可以采用中心澆口，此時模具結構需采取相應措施； （5）壓射系統(tǒng)的技術含量較高； （6）壓射過程的分級、分段明顯并容易實現(xiàn)，能夠較大程度地滿足壓鑄工藝的各種不同的要求，以適應生產(chǎn)各種類型和各種要求的壓鑄件； （7）壓射過程的壓力傳遞轉折少； （8）壓室內金屬液的水平液面上方與空氣接觸面積較大，壓射時易卷入空氣和氧化夾雜物；對于高要求或特殊要求的壓鑄件，通過采取相應措施仍能得到較滿意的結果,壓鑄機組成： （1）合模機構:單位為千牛（k

7、N），是表征壓鑄機大小的首要參數(shù)。 （2）壓射機構: （3）液壓系統(tǒng):為壓鑄機的運行提供足夠的動力和能量。 （4）電氣控制系統(tǒng) （5）零部件及機座 （6）其他裝置先進的壓鑄機還帶有參數(shù)檢測、故障報警、壓鑄過程監(jiān)控、計算機輔助的生產(chǎn)信息的存儲、調用、打印及其管理系統(tǒng)等。 （7）輔助裝置:根據(jù)自動化程度配備澆料、噴涂、取件等裝置,合模機構,液壓系統(tǒng),電氣系統(tǒng),壓鑄機的工作方式: （1）合攏模具； （2）將金屬液以人工或自動方式澆入壓室（多數(shù)以自動方式）； （3）壓射沖頭按預定的速度和一定的壓力推送金屬液填充進入模具型腔； （4）填充完畢，沖頭保持一定的壓力，直至金屬液完全凝固成為壓鑄件為止； （5

8、）打開模具，沖頭與開模動作同步移動，從而推著余料餅隨著壓鑄件和澆口一同留在動模而脫離定模，到達一定的距離時，沖頭便返回復位； （6）開模后，壓鑄件、澆口和余料餅留在動模上，隨即頂出并取出壓鑄件； 至此，完成一次壓鑄循環(huán),壓鑄機選用原則: （1）了解壓鑄機的類型及其特點； （2）考慮壓鑄件的合金種類以及相關的要求； （3）選擇的壓鑄機應滿足壓鑄件的使用條件和技術要求； （4）選定的壓鑄機在性能、參數(shù)、效率和安全等方面都應有一定的預留，以確保滿意的成品率、生產(chǎn)率和安全性； （5）在保證第4點的前提下，還應考慮機器的可靠性與穩(wěn)定性，據(jù)此來選擇性價比合理的壓鑄機； （6）對于壓鑄件品種多而生產(chǎn)量小的生

9、產(chǎn)規(guī)模，在保證第4點的前提下，應科學地選擇能夠兼容的規(guī)格，使既能含蓋應有的品種，又能減少壓鑄機的數(shù)量； （7）在壓鑄機的各項技術指標和性能參數(shù)中，首要應注意的是壓射性能，在同樣規(guī)格或相近規(guī)格的情況下，優(yōu)先選擇壓射性能的參數(shù)范圍較寬的機型； （8）在可能的條件下，盡量配備機械化或自動化的裝置，對產(chǎn)品質量、生產(chǎn)效率、安全生產(chǎn)、企業(yè)管理以及成本核算都是有益的； （9）評定選用的壓鑄機的效果，包括：成品率、生產(chǎn)率、故障率、維修頻率及其工作量、性能的穩(wěn)定性、運行的可靠性以及安全性等,壓鑄工藝的過程,集中融化,機邊保溫,配置涂料,壓鑄操作循環(huán),壓鑄過程,壓鑄過程,壓鑄過程,壓鑄過程,壓鑄過程,壓鑄過程,壓

10、鑄過程,壓鑄的三要素： （1）壓鑄的三要素-原材料； （2）壓鑄的三要素-壓鑄模； （3）壓鑄的三要素-壓鑄機,壓鑄的三要素-原材料,對原材料的要求,滿足兩方面要求,良好的成型工藝性 包括： 1.鑄造成型工藝性； 2.切削加工性； 3.焊接性能； 4.電鍍性能； 5.熱處理性能等,滿足產(chǎn)品的使用要求 包括： 1.合金的力學性能； 2.物理性能； 3.化學性能,壓鑄的三要素-原材料,原材料應有的特性,1) 具有良好的流動性 ，有利于成型結構復雜、表面質量好的壓鑄件。 (2) 結晶溫度范圍小 ，以防止壓鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。 (3) 線收縮率小 ，可降低鑄件產(chǎn)生熱裂傾向并易于獲得尺寸精度較高的鑄

11、件。 (4) 高溫時有足夠的熱強度和可塑性，高溫脆性和熱裂傾向小，防止推出鑄件時產(chǎn)生變形和開裂。 (5) 在常溫下有較高的強度 ，以適應大型薄壁復雜壓鑄件的使用要求。 (6) 具有良好的加工性能和一定的抗蝕性能 。 (7) 成型過程中與型壁產(chǎn)生物理- 化學反應的傾向小，防止黏模及相互合金化以延長模具壽命。 目前得到廣泛應用的壓鑄合金是 有色金屬，黑色金屬由于熔點太 高，致使壓鑄模的使用壽命極低，因此極少采用,壓鑄的三要素-原材料,原材料的分類,壓鑄 合金,注：澆鑄溫度一般以保溫爐的金屬液的溫度來計量,壓鑄的三要素-原材料,壓鑄鋁合金的種類,塑性良好 強度較高 鑄造性能不好 耐蝕性差 熱裂傾向大

12、,鋁鋅合金,流動性好 收縮小 熱裂傾向小 氣密性較好 力學性能較好 延伸率較低,鋁硅合金,耐蝕性優(yōu)良 力學性能好 加工性較好 加工表面光亮 重量輕 鑄造工藝復雜,力學性能很好 加工性好 焊接性好 鑄造性能不好 耐蝕性不好 收縮率大,鋁鎂合金,鋁銅合金,壓鑄 鋁合金,Al-Si9Cu3 德國 Al-Si12Cu1(Fe) 德國 YL112 中國 YL108 中國 A380 美國 ADC12 日本,壓鑄的三要素-原材料,各元素在鋁硅合金中的作用,硅： 大多數(shù)鋁合金的主要元素，改善合金在高溫時的流動性，提高合金抗拉 強度，但使塑性下降，游離硅的硬度很高，給切削加工帶來很大的困難。 銅： 可提高合金的

13、流動性、抗拉強度和硬度以及表面光潔度，但降低了耐蝕 性和塑性，熱裂傾向增大，壓鑄通常不用鋁銅合金，而用鋁-硅-銅合金。 鎂： 加入少量(0.20.3%)的鎂可提高合金的強度極限、彈性極限、疲勞極 限及硬度，而其塑性有所降低。 鋅： 提高合金的流動性，但熱裂傾向增加，抗耐蝕性有所降低。 鐵： 少量的雜質鐵(0.61.4%)能降低鋁合金在壓鑄過程中的粘模傾向，但 降低了力學性能，特別是沖擊韌性和塑性。 錳： 錳的存在能減少鐵的有害影響，錳含量在0.4%以下時還能增加塑性， 一般鋁合金中允許錳含量不超過0.5%，否則會引起偏析,壓鑄的三要素壓鑄模,壓鑄模的作用,壓鑄模是壓鑄生產(chǎn)中重要的工裝，它對生產(chǎn)

14、節(jié)拍,鑄件質量起著極為重要作用，它與壓鑄工藝、生產(chǎn)操作即互相影響又互相制約，關系極為密切。 其重要作用是： （1 ）決定著鑄件形狀和尺寸公差級. （2 ）澆注系統(tǒng)決定了熔融金屬的填充狀況. （3 ）控制和調節(jié)壓鑄過程熱平衡. （4 ）模具的強度限制了壓射比壓的最大限度. （5 ）影響著壓鑄生產(chǎn)的生產(chǎn)效率,壓鑄的三要素壓鑄模,壓鑄模的結構,成型系統(tǒng) ： 就是由優(yōu)質鋼材圍成的可以形成零件的空腔。 澆注系統(tǒng) ： 就是將合金液引入成型系統(tǒng)，并排除氣體和雜質的通道。 模架系統(tǒng) ： 由結構鋼組成的用以支撐、定位、導向的結構。 抽芯系統(tǒng) ： 解決鑄件垂直于開模方向的凹槽和孔洞成型后出模的機構。 頂出系統(tǒng) ：

15、 就是方便將成型后的鑄件從模具內拿下來，并使頂桿復位。 模溫系統(tǒng) ： 保證模具的工作溫度。（保證模具的溫度符合工藝的要求，提高模具的壽命；包括冷卻水道、軟管銅管、接頭、模溫機等。鋁合金壓鑄模 預熱溫度：150200 工作溫度：180225,為什么要控制模 具溫度,壓鑄的三要素壓鑄模,壓鑄模的結構,模具溫度過高對壓鑄生產(chǎn)的影響 1. 鑄件容易附在型腔上，增加頂出困難，且損傷型腔表面。 2. 增加壓鑄的循環(huán)時間。 3. 鑄件易產(chǎn)生氣孔與收縮不良的缺陷 4. 離型劑容易揮發(fā)和變質。 模具溫度過低對壓鑄生產(chǎn)的影響 1. 模具容易因受熱沖擊產(chǎn)生龜裂 2. 影響合金液的流動性。 3. 鑄件容易產(chǎn)生欠鑄、冷

16、隔、流痕等缺陷。 4. 降低壓鑄產(chǎn)品的精度 5. 鑄件容易發(fā)生抱住模芯的現(xiàn)象,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄機選擇,1. 確定比壓,比壓推薦值( MPa,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄機選擇,2. 計算脹型力,F= AP/10 式中 F: 脹型力(KN，注：1T=10KN) A: 鑄件在分型面上的投影面積，多腔模 則為各腔投影面積之和，一般另加30%作為澆注系統(tǒng)和溢流排氣系統(tǒng)的 面積(cm2)。 P: 比壓( MP a,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄過程主要工藝參數(shù),1.壓力,壓力的存在是壓鑄工藝區(qū)別于其他鑄造方法的主要特點。壓力是使鑄件獲得組織致密和輪廓清晰的因素 壓力的表示形式有壓射力和比壓兩種,1. 1

17、壓射力,壓射力：是壓鑄機壓射機構中推動壓射活塞運動的力。壓射力是反映壓鑄機功能的一個主要參數(shù)。 壓射力的大小是由壓射缸的截面積和壓射腔內工作液的壓力所決定,1. 2 比壓,壓室內熔融金屬在單位面積上所受的壓力稱為比壓。比壓是壓射力與壓室截面積的比值； 比壓 是熔融金屬在填充過程中各階段實際得到的作用力的大小的表示方法，反映了熔融金屬在填充的各個階段以及金屬流經(jīng)各個不同截面積時的力的概念。 將填充時的比壓稱為填充比壓又稱壓射比壓。增壓階段的比壓稱為增壓比壓這兩個比壓的大小同樣都是根據(jù)壓射力來確定的,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄過程主要工藝參數(shù),1. 3 壓力的作用和影響,填充比壓： 是克服澆注系統(tǒng)和

18、型腔中的流動阻力，特別是內澆口處的阻力，使金屬液流保證達到需要的內澆口速度。 增壓比壓： 則是決定了正在凝固的金屬所受到的壓力以及這時所形成的脹型力的大小。 比壓對鑄件機械性能的影響 ：比壓增大，結晶細，細晶層增厚，由于填充特性改善，表面質量提高，氣孔影響減輕，從而抗拉強度提高。 對填充條件的影響：合金熔液在高比壓下填充型腔，合金溫度升高，流動性改善，有利于鑄件質量的提高,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄過程主要工藝參數(shù),2. 速度,壓鑄過程中，壓射速度受壓力的直接影響，又與壓力共同對鑄件內部質量，表面要求和輪廓清晰程度起著重要的作用。壓力是速度的基礎 速度的表示形式分為沖頭速度和內澆口速度兩種,2.

19、 1 沖頭速度與內交口速度的關系,根據(jù)連續(xù)性原理，在同一時間內金屬流以速度V1流過壓室截面積為F1的合金液體積，應等于以速度V2流過內澆口截面積為F2的合金液體積 F1室V1射=F2內V2內 因此，壓射錘頭的壓射速度越高，則金屬流經(jīng)內澆口的速度越高,2. 2 壓射速度,壓射速度又分為兩級，一級壓射速度亦稱慢壓射速度，這級速度是指沖頭起始動作直至沖頭將室內的金屬液送入內澆口之前的運動速度，在這一階段中要求將壓室中的金屬液充滿壓室，在既不過多地降低合金液溫度又有利于排除壓室中的氣體的原則下。 二級壓射速度又稱 快壓射速度，這個速度由壓鑄機的特性所決定，壓鑄機所給定的最高壓射速度一般在4-5米/秒范

20、圍內,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄過程主要工藝參數(shù),2. 3 快壓射速度的作用和影響,快壓射速度對合金機械性能的作用和影響，提高壓射速度，動能轉化為熱能，提高了合金熔液的流動性，有利于消除流痕，冷隔等缺陷，提高了機械性能和表面質量，但速度過快時，合金熔液呈霧狀和氣體混合，產(chǎn)生嚴重裹包氣，機械性能下降,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄過程主要工藝參數(shù),2. 4 內澆口速度,熔融金屬進入內澆口導入型腔時的線速度，稱為內澆口速度 通常采用的內澆口速度范圍為15-70米/秒。 內澆口速度高低與鑄件機械性能的影響極大，內澆口速度太低，鑄件強度下降；速度提高，強度上升；速度過高，強度又下降,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄過

21、程主要工藝參數(shù),3. 溫度,壓鑄過程中，溫度對填充過程的熱狀態(tài)，以及操作的效率等方面起著重要的作用。壓鑄中所指的溫度是指澆注溫度和模具溫度，溫度控制是獲得優(yōu)良鑄件的重要工業(yè)因素。 熔融金屬的澆注溫度是指它自壓室進入型腔時的平均溫度。由于對填充室內的金屬液的溫度測量不方便，一般以保溫爐的溫度表示,3. 1 澆注溫度的作用和影響,合金溫度對鑄件機械性能的影響。隨著合金溫度的提高。機械性能有所改善，但超過一定限度后，性能惡化，主要原因是： 氣體在合金中的溶解度，隨溫度的升高而增大，雖然溶解在合金中的氣體，但在壓鑄過程中難以析出，影響機械性能 含鐵量隨合金溫度升高而增加，使流動性降低，結晶粗大，性能惡化 鋁合金、鎂合金隨溫度升高氧化加劇，氧化夾雜物，使合金性能惡化,壓鑄的三要素壓鑄機,壓鑄過程主要工藝參數(shù),3. 2 模具溫度的作用和影響,在壓鑄過程中，模具需要一定的溫度。模具的溫度是壓鑄工藝中又一重要的因素，它對提高生產(chǎn)效率和獲得優(yōu)質鑄件有著重要的作用。 在填充過程中，模溫對金屬液流溫度、粘度、流動性，填充時間，直充流