壓鑄過程原理及壓鑄工藝技術培訓

1、 第2講 壓鑄過程原理 及壓鑄工藝n壓鑄機、壓鑄模具及壓鑄合金是壓鑄生產的三大要素。n但要生產出合格壓鑄件，沒有正確的壓鑄工藝是不可能的。壓鑄工藝規(guī)定三大要素的工作方式。n換言之，如果是壓鑄生產的，那么就是壓鑄生產的。n壓力和速度是壓射過程的兩個重要參數(shù)。記錄壓射過程中壓力和速度動態(tài)特性的曲線，稱為壓射過程曲線。n冷室壓鑄（1）小型壓鑄機 三級壓射，即為兩級速度，一級增壓。（2）中大型壓鑄機 雙回路控制的四級壓射系統(tǒng)，即慢壓射、一級快壓射（也較慢）、二級快壓射、增壓。n熱室壓鑄，主要以兩個階段壓射為主（一速升液和二速填充）。n壓鑄機的壓射過程從壓射沖頭開始移動至型腔充滿保壓（熱室壓鑄機），或者

2、至增壓結束（冷室壓鑄機）為止。n壓射過程中，隨著壓射沖頭的位移，速度和壓力都是按設定的模式變化。階段階段進程描述進程描述I I起始位置：起始位置：從壓射沖頭起始位置至越過澆料口位置參數(shù)：參數(shù)：壓射速度v1（沖頭），壓射壓力p1（動態(tài)）特征：特征：低壓低速，運行平穩(wěn)說明：說明：低速推進，防止金屬液從澆料口溢出，有利于氣體排出。壓力主要用于克服系統(tǒng)摩擦阻力，只有小部分用于推動金屬液IIII起始位置：起始位置：從壓射沖頭越過澆料口位置至金屬液充滿至內澆口處參數(shù)：參數(shù)：壓射速度v2，壓射壓力p2（動態(tài)）特征：特征：壓力增大，壓射沖頭速度加快說明：說明：壓射沖頭通過澆料口，壓射壓力提高，壓射沖頭速度加快

3、，金屬液充滿壓室至澆注系統(tǒng)。該階段應注意防止卷氣，并盡量避免金屬液提前進入型腔IIIIII起始位置：起始位置：從金屬液充滿內澆口處至型腔完成充滿參數(shù)：參數(shù)：壓射速度v3，壓射壓力p3（動態(tài)）特征：特征：壓射壓力再次升高，壓射速度略有下降，充型速度最快說明：說明：金屬液流經內澆口充填型腔。由于內澆口處截面積大幅縮小，流動阻力劇增，壓射速度略有下降，但此時充型速度最快。要保持足夠的充型速度，需更高的壓射壓力，用于克服澆注系統(tǒng)主要是內澆口處的流動阻力。IVIV起始位置：起始位置：充型結束參數(shù)：參數(shù)：壓射速度迅速減至零，增壓壓力p4建立特征：特征：壓射沖頭停止運動，壓力劇增，達到全過程的最高值說明：說

4、明：金屬液完成充滿型腔。增壓壓力對凝固中的金屬液進行壓實，壓射沖頭可能稍有前移。金屬液凝固后，增壓壓力撤除，壓射過程結束。通過增壓使壓鑄件密度增加，獲得清晰壓鑄件n說明：壓射階段的劃分來源于長期的壓鑄實踐，但并非必須完全遵循，根據壓鑄件及壓鑄工藝的具體狀況設定。n發(fā)展歷程：不變化-二階段-三階段（或四階段）n最新進展：突破了傳統(tǒng)的三階段壓射，可以根據工藝需要，多點設置速度和壓力，可以非常靈活地設定壓射過程；某些壓鑄機還具備壓射沖頭運動優(yōu)化程序，根據壓室參數(shù)、金屬液充滿度等參數(shù)，計算最佳壓射模式，減少卷氣現(xiàn)象。n壓射模式應根據壓鑄件及壓鑄工藝的具體狀況設定，并非采用哪一種固定模式。1 1、壓射階

5、段、壓射階段n理論上，壓射壓力與壓射速度的平方成正比，一定的速度對應一定的壓力，或者說使用一定壓力才能達到一定的速度n壓射曲線中的上升斜線，表示壓力和速度處于上升之中，起始點為速度或壓力的切換點n壓射曲線中的平臺，表明該階段的速度和壓力沒有變化，一個穩(wěn)定的平臺可以理解為一個階段（冷室壓鑄出現(xiàn)三個壓射階段I、II、III）n在IV階段（增壓階段），壓力迅速上升出現(xiàn)高壓平臺，但速度值迅速降為零，這是增壓階段的特征，表明充型結束，增壓形成。2 2、壓力和速度值、壓力和速度值n正常情況下，壓力值和速度值相對應n如果曲線異常，出現(xiàn)壓力過高而速度偏低，表明壓射系統(tǒng)可能出現(xiàn)問題，如壓射沖頭阻滯、澆道堵塞，或

6、液壓管路問題等n如果壓力曲線偏低，速度無法上升，表明壓力沒有建立，應檢查壓力設置是否合適或是存在泄壓之處3 3、壓力和速度切換狀況、壓力和速度切換狀況n各階段的切換起始點至結束點，或者說切換處曲線斜率，反映了從低速切換至高速，或從低壓切換至高壓的響應速度。n切換時速度和壓力應該同步響應為佳，以反應迅速為佳。4 4、建壓時間、建壓時間n建壓時間表示增壓壓力的響應速度，建壓時間是反映壓鑄機性能的重要指標。n增壓壓力必須在金屬凝固之前建立，否則將大大影響增壓效果。n理論上講，建壓時間越短越好，可以在金屬液凝固之前對其進行高壓壓實，有效減少內部缺陷，增加壓鑄件的致命性。n目前先進壓鑄機的建壓時間已達1

7、0ms以下。5 5、壓力峰值、壓力峰值n壓力峰值指的是快壓射結束時（充型結束），迅速增壓形成的壓力沖擊或水錘現(xiàn)象。n在第III階段結束后，壓射沖頭運動突然停止及壓力快速切換，造成了壓力瞬間升高，并伴有壓力振蕩現(xiàn)象。n壓力峰值雖是瞬態(tài)行為，但對壓鑄工藝非常不利。壓力峰值可以引起脹形，造成泄壓，影響壓鑄件成形質量，使壓鑄產生飛邊、毛刺等。n現(xiàn)代壓鑄機都把消除壓力峰值作為一項重要內容。目前許多壓鑄機增加了反壓措施，使壓射沖頭在充型結束前瞬間減速，從而大大減輕了水錘現(xiàn)象，縮小了壓力峰值。n壓鑄壓力是壓鑄工藝的基本特征，金屬液的充型和壓實都是在壓力作用下完成的，分為動態(tài)壓射力和增壓壓射力。n壓鑄過程中的

8、壓力是由壓鑄機的壓射機構產生的n壓射機構通過工作液體將壓力傳遞給壓射活塞n然后由壓射活塞經壓射沖頭施加于壓室內的金屬液上1、壓射力：來源于高壓泵，通過壓射沖頭對金屬液施加壓力，施加壓力的大小用比壓表示。2、壓射比壓：指壓射過程中，壓室內單位面積上金屬液所受到的靜壓力式中 P壓射比壓（MPa）； F壓射力（N）； A壓射沖頭截面積（近似等于壓室截面積）（mm2）； D壓室直徑（mm）。3、壓射比壓的取值范圍n冷室壓鑄機的動態(tài)壓射比壓一般在3090MPa之間，增壓壓射比壓一般在50300MPa之間n熱室壓鑄機提供的壓射比壓可達到2050MPan使用壓鑄機提供的最小壓射沖頭才能得到最大壓射比壓機器噸

9、位/kN30005000800012000動態(tài)壓射力/kN140210300480增壓壓射力/kN3505507201120壓射沖頭直徑/mm40 80 601007012080140動態(tài)壓射比壓/MPa11127 74 26 78 269531增壓壓射比壓/MPa278691947018764223724、選擇合理的壓射比壓n比壓也可以根據壓鑄件的某一特征進行選取，表2列出了冷室壓鑄推薦的壓射比壓參考值。在快壓射階段，一般優(yōu)先壓射速度調整，動態(tài)比壓隨之確定。合金一般壓鑄件耐壓壓鑄件大平面薄壁件/表面質量要求高受力壓鑄件鋅合金3030404060鋁合金30408010040604080鎂合金3

10、0406010040604080n壓射速度：是壓射沖頭推動金屬液移動的速度，也成為沖頭速度。n充型速度：金屬液通過內澆口進入型腔的速度，也稱為內澆口速度。1、沖頭速度n在壓射起始階段，或低速壓射階段，金屬液尚未達到內澆口，所以只考慮沖頭速度。n在這一階段，沖頭速度一般都控制在0.10.4m/s之間。n冷室壓鑄金屬液的充滿度高，沖頭速度可取低些。n一般技術資料中給出的壓射速度推薦范圍都很寬，應權衡各種因素選取，冷室壓鑄機最大壓射速度可達10m/s.沖頭速度過高時液態(tài)金屬的波面沖頭速度過高時液態(tài)金屬的波面2、充型速度n高速壓射階段，金屬液充填型腔。n充型速度對金屬液的充型模式及壓鑄件成型具有重要作

11、用，在選擇時必須十分小心。n充型速度過高容易引起紊流、卷氣、氧化及粘模等現(xiàn)象，還會加速模具的磨損。n在保證壓鑄件質量的前提下，充型速度應盡量選低。n充型速度與壓射壓力相關，相同的壓鑄條件下，要達到高的充型速度，需要的壓射力大。平均壁厚/mm1.02.03.04.05.06.07.08.0充型速度/（m/s）46554250384634423240303728342632合金種類鋁合金鋅合金鎂合金銅合金充型速度/（m/s）20603050409020503、充型速度和沖頭速度的關系n在冷室壓鑄機中，壓室、澆道和壓鑄模型腔相連，成為一個密閉系統(tǒng)，因而它們之間具有連續(xù)方程的關系，即4、速度切換位置A

12、給湯完了狀態(tài)壓射時間內，溶湯安定后，開始壓射B低速壓射，壓室充填設定防止空氣卷入的速度注意無溶湯飛濺，沖頭的卡住等的影響。C低速壓射，澆道充填多段壓射的機器另外可以設定，一般情況下，以加速度的勻加速進行設定。D高速切換位置一般來說以溶湯到達澆口的位置為基準進行設定，根據產品前后調整切換位置來決定最佳的位置。E減速位置產品充填完了后，在集渣包充填完了之前進行有效減速的決定，設定后短射必然會有，但必須對產品的影響加以確認。F增壓位置增壓為充填完了開始增壓，切換位置一般在充填完了的前20mm左右設定。5、高速壓射行程6、根據水力學原理，充型速度與壓射比壓的關系7、影響充填速度的因素n影響充填速度的因

13、素有三個，即壓射速度、壓射比壓和內澆口截面積。n因此，生產中通常采用的調整充填速度的方法是：調整壓射速度、改變壓射壓力、調整內澆口的截面積。n壓鑄工藝中的時間參數(shù)包括充型時間、持壓時間和留模時間三個部分。1、充型時間：金屬液開始進入型腔至型腔充滿所需時間，可按下式估算：1、充型時間：經驗推薦見下表平均壁厚平均壁厚/mm充型時間充型時間/s平均壁厚平均壁厚/mm充型時間充型時間/s1.50.010.033.00.050.101.80.020.043.80.050.122.00.020.065.00.060.202.30.030.076.40.080.302.50.040.092、增壓建壓時間：指

14、充型（快壓射）結束至增壓壓力形成所需的時間。n建壓時間越短越好，取決于型腔中金屬液的凝固時間n凝固時間長的合金，增壓建壓時間可長些，但必須在澆口凝固之前達到增壓比壓n但建壓時間由壓鑄機壓射系統(tǒng)性能決定，不能任意調節(jié)。n目前最先進壓鑄機的建壓時間已達到10ms以內。3、持壓時間：指金屬液充滿型腔后，壓射系統(tǒng)繼續(xù)保持壓力的時間n持壓的目的是保證金屬液在整個凝固期間都處于高壓之下，達到緊實壓鑄件的目的。n持壓時間應比金屬液在型腔內的凝固時間長。4、留模時間：從持壓終了至開模頂出壓鑄件的時間段n留模的目的是使壓鑄件在型腔中冷卻到一定溫度，形成一定強度，避免開模頂出時壓鑄件變形、開裂。n留模時間過長，壓

15、鑄件的冷卻及收縮幅度大，包緊力增大，會導致頂出困難。n在以下情況時，留模時間可取短些：合金的收縮大、高溫強度較高；薄壁件、結構復雜；壓鑄模具熱容量大、冷卻能力強。n溫度是壓鑄工藝中的熱因素，主要涉及金屬液的澆注溫度和壓鑄模具溫度。1、澆注溫度：指金屬液進入澆注系統(tǒng)或型腔時的溫度，一般用保溫爐內的金屬液溫度表示。n澆注溫度應高于合金液相線溫度300C左右，以彌補合金液在澆注過程中及在壓室停留期間的熱損失，以保證金屬液在充型時仍有良好的流動性。2、壓鑄模具工作溫度n壓鑄模具溫度對壓鑄件質量、尺寸精度及壓鑄模具壽命都有影響。n溫度過高，容易導致粘模、壓鑄件頂出變形、壓鑄模具活動部件卡死、開模時間延長

16、等。n壓鑄模具溫度控制在澆注溫度的1/3左右，薄壁、結構復雜的壓鑄件可適當調高。n壓鑄模預熱一般多用煤氣、噴燈、電器或感應加熱。n國外在壓鑄生產中大量采用模溫機，不但提高壓鑄模具壽命，還可以穩(wěn)定生產優(yōu)質壓鑄件。n各種壓鑄合金的模具工作溫度經驗數(shù)據見表一、涂料作用一、涂料作用（1）高溫時保持良好的潤滑性。在壓鑄件與模具之間形成隔離層及潤滑膜，保持熔融金屬的流動性，改善合金的成形性能，美化壓鑄件外觀。（2）所形成的潤滑膜竄入到模具的活動部位，減少壓鑄件與成形零件間的摩擦，使構件動作靈活，壓鑄件脫模順暢，尺寸穩(wěn)定，并減少零件的磨損，相應地提高模具壽命。（3）通過水分的蒸發(fā)，局部冷卻模具，使其在生產過程中減少熱疲勞應力。（4）在噴涂過程中清除碎屑，減少廢品，操作流暢，達到安全生產的目的。二、對壓鑄涂料的總體要求二、對壓鑄涂料的總體要求（1）高溫時，能保持良好的潤滑性能。（2）揮發(fā)點低，在1001500C時，稀釋劑能很快地揮發(fā)。（3）對模具及壓鑄件材料沒有腐蝕作用。（4）性能穩(wěn)定，在空氣中不會因稀釋劑很快揮發(fā)而變濃。（5）無特殊味道，在高溫時不析出或分解出有害氣體，也不留有殘余物質。（6）配