壓力鑄造工藝參數(shù)的選擇

壓力鑄造工藝參數(shù)的選擇壓力鑄造highpressurediecasting（簡稱壓鑄）的實(shí)質(zhì)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。與其它鑄造方法相比，壓鑄有鑄件尺寸精度高，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高以及經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)勢。壓力鑄件的質(zhì)量主要受控于壓鑄的填充過程中諸多因素的影響，如:壓力、速度、溫度、熔融金屬的性質(zhì)以及填充特性等等。所以工藝參數(shù)的選擇成為決定壓力鑄件是否成功的關(guān)鍵因素。壓鑄工藝是將壓鑄機(jī)、壓鑄模和壓鑄合金綜合運(yùn)用的過程壓鑄時金屬填充型腔的過程，是將壓力、速度、溫度以及時間等工藝因素得到有機(jī)組合的過程。這些工藝因素既相互制約，相輔相成，只有正確選擇和調(diào)整這些因素，使之協(xié)調(diào)一致，才能獲得預(yù)期的結(jié)果。壓射過程中，不僅重視鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性、鑄型的先進(jìn)性、壓鑄機(jī)性能和結(jié)構(gòu)優(yōu)良性，壓鑄合金選用的適應(yīng)性和熔煉工藝的規(guī)范性。也應(yīng)重視壓力、速度、溫度和時間等工藝參數(shù)對鑄件質(zhì)量的重要作用。這些工藝參數(shù)的選擇與合理匹配，是保證壓鑄件綜合性能的關(guān)鍵。、壓力的選擇在壓力鑄造的整個過程中，壓射壓力是壓鑄工藝最基本的成型參數(shù)，液態(tài)金屬的充填流動和壓實(shí)都是在壓力和充填速度的作用下完成的，合理選擇和確定壓射壓力和充填速度是壓鑄工藝的一個重要問題。在壓射過程中，隨著沖頭位置的移動，壓力也出現(xiàn)不同的變化，這個變化規(guī)律都會對鑄件質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。1?壓射力（F）壓射力是壓鑄機(jī)壓射機(jī)構(gòu)中推動壓射活塞運(yùn)動的力，它是反映壓鑄機(jī)功能的一個主要參數(shù)。壓射力的大小，由壓射缸的截面積和工作液的壓力所決定壓射力的計(jì)算公式如下：F=PnD2/4式中：F--壓射力（N）；P—壓射油缸內(nèi)工作液的壓力（Pa）；D—壓射油缸的直徑（m）；n=3.1416。2?比壓（P）及其選擇比壓是壓室內(nèi)金屬液單位面積上所受的壓力，填充時的比壓稱為壓射比壓。壓射后的比壓稱為增壓比壓，它決定了壓鑄件最終所受的壓力和模具的脹型力。比壓一般是根據(jù)鑄件形狀、尺寸、復(fù)雜程度、壁厚、零件的要求、溫度、合金特性以及澆注排氣系統(tǒng)來選擇。比壓對鑄件機(jī)械性能的影響：比壓增大，結(jié)晶細(xì)，表面質(zhì)量提高，氣孔影響減輕，從而抗拉強(qiáng)度提高，但延伸率有所降低。合金熔液在高比壓作用下填充型腔，合金溫度升高，流動性改善，有利于鑄件質(zhì)量的提高。比壓的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：承受輕負(fù)荷的零件的比壓一般為30?40MPa；承受較大負(fù)荷的零件的比壓一般為40?80MPa；氣密性面和大壁薄零件的比壓為80?120MPa。拿鋁合金來說，常用比壓如表1所示。表1：壓鑄鋁合金常用比壓 單位：MPa壁厚鑄件壁厚V3mm鑄件壁厚3?6mm結(jié)結(jié)構(gòu)較結(jié)構(gòu)較結(jié)構(gòu)較結(jié)構(gòu)較構(gòu)簡單復(fù)雜簡單復(fù)雜鋁合金25-3035-4545-6060-70比壓的計(jì)算公式：P=4F/nD2式中：P—壓射比壓（MPa）；F--壓射力（N）；D--沖頭直徑（mm）；n=3.14。調(diào)整比壓有兩種途徑：調(diào)整壓射力和選擇不同的沖頭直徑根據(jù)壓射壓力與壓射沖頭尺寸的對應(yīng)關(guān)系，使用壓鑄機(jī)提供的最小壓射沖頭時，能夠獲得最大的壓射壓力。壓鑄機(jī)的壓射力大，壓射壓力可調(diào)節(jié)的范圍也大，壓鑄工藝靈活性大。在選擇壓射壓力時，應(yīng)充分考慮壓鑄機(jī)能夠提供的壓射力及使用的壓射沖頭，注意不要超出可調(diào)節(jié)的范圍。此外，高的壓射壓力會加速壓鑄模具和機(jī)器的磨損。所以，在保證壓鑄件質(zhì)量的前提下，采用較低的壓力為宜。動態(tài)壓射壓力及增壓壓射壓力的選擇與許多因素有關(guān)，如壓鑄件結(jié)構(gòu)特征、壓鑄合金特性、澆注系統(tǒng)、合金及壓鑄模溫度、壓鑄件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等，選擇時應(yīng)該根據(jù)以上各個方面的不同要求來綜合考慮。二、充填速度的選擇在壓鑄中，充填速度也是壓鑄工藝主要參數(shù)之一，充填速度的高低直接影響壓鑄件的質(zhì)量，正確選用充填速度對設(shè)計(jì)壓鑄模和獲得合格壓鑄件十分重要。充填速度過小會使壓鑄件的輪廓尺寸不清晰，尺寸殘缺；氣孔率增加，力性能下降，但高速的金屬液又會沖蝕型腔而影響壓鑄模的壽命。充填速度的選擇，一般應(yīng)遵循的原則為：對于厚壁或內(nèi)部質(zhì)量要求較高的壓鑄件，選擇較低的充填速度和高的增壓比壓；對于薄壁或表面質(zhì)量要求高的壓鑄件以及復(fù)雜的壓鑄件，選擇較高的比壓和高的充填速度。根據(jù)實(shí)際壓鑄設(shè)備和工藝條件的不同，常用充填速度可參照表2。表2常用的充填速度(m/s)合金簡單厚壁鑄件一般鑄件復(fù)雜薄壁鑄件鋅合金、銅合金10-151515-20鎂合金20-2525-3535-40鋁合金10-1510-2525-30壓射速度是指壓射沖頭在特定條件下運(yùn)動的線速度，這一速度由壓鑄機(jī)的特性所決定。壓鑄機(jī)所給定的壓射速度一般在0.1?7m/s范圍內(nèi)變動。熔融金屬在壓射沖頭的推動下，經(jīng)過澆注系統(tǒng)內(nèi)澆口時的速度可以認(rèn)為不變或變化很小。把流動過程看成在一封閉的管道中進(jìn)行，根據(jù)等流量連續(xù)性方程有以下關(guān)系A(chǔ)卞亍AiV2v2=Ajv/A2=nd?Vi/（4A?）式中：J為壓射速度，m/s；V2為充填速度，m/s；A曲壓射沖頭（近似壓室）截面積，m2；A?為內(nèi)澆口截面積，m2；d為壓室（壓射沖頭）的直徑，m。由上式可知，金屬液的充填速度V2與壓室直徑的平方、壓射沖頭的壓射速度V!成正比，而與內(nèi)澆口的截面積成反比。說明壓室直徑越大，充填速度也越大；壓射速度越大，充填速度相應(yīng)也越大；內(nèi)澆口的截面積越大，充填速度則越小。三、溫度參數(shù)的選擇這里所說的壓鑄溫度主要是指合金澆注溫度、壓鑄模的溫度和壓鑄模具的的工作溫度。1、合金澆注溫度合金澆注溫度是指金屬液從壓室進(jìn)入型腔的平均溫度，通常用保溫爐內(nèi)的溫度表示，一般要求高于合金的液相線20?30°C。澆注溫度過高，合金收縮大，使壓鑄件容易產(chǎn)生裂紋，壓鑄件晶粒粗大，還會造成脆性；澆注溫度過低，易產(chǎn)生冷隔、表面流紋和澆不足等缺陷。在壓力較高的情況下，應(yīng)適當(dāng)降低澆注溫度，這樣可以有效延長壓鑄模使用壽命，減少產(chǎn)生渦流和卷入空氣，減少金屬在凝固過程中的體積收縮，使縮孔和縮松減少。各種壓鑄合金的澆注溫度，因其壁厚和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度而不同，其值可參考表3。表3各種壓鑄合金澆注溫度壓鑄件結(jié)構(gòu)壓鑄件壁厚W3mm壓鑄件壁厚〉3mm簡單結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋅含420-430-410-420-

合金鋁的440450430440含520-530-510-520-銅的540550530540含610-640-590-610-鋁硅的r630680630630合金11含銅的620650640700600640620650含640-660-620-640-鎂的660700660670鎂合金640680660700620660640680合銅^普邂黃1銅870920900950850900870920金硅900-930-880-900-黃銅9409709209402、壓鑄模具的的預(yù)熱溫度壓鑄模在使用前要預(yù)熱到一定的溫度，壓鑄過程中要始終保持在一定的溫度范圍內(nèi)。壓鑄模預(yù)熱的作用有三個方面：1）避免高溫液體金屬對冷壓鑄模的沖擊，延長壓鑄模使用壽命。壓鑄過程中，高溫合金液直接沖擊型腔，如果溫差過大，會因熱應(yīng)力的變化而使壓鑄模過早疲勞失效，從而縮短使用壽命。2）避免液體金屬在模具中因激冷而過快凝固，從而失去流動性，導(dǎo)致壓鑄件不能順利充型，造成澆不足、冷隔等鑄造缺陷。3）壓鑄模中，熱膨脹應(yīng)在生產(chǎn)前通過預(yù)熱加以調(diào)整，否則合金液會穿入模具間隙而影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。3、壓鑄模具的工作溫度在連續(xù)生產(chǎn)中，壓鑄模溫度會不斷升高，尤其是壓鑄高熔點(diǎn)合金時，溫度升高很快。溫度過高會產(chǎn)生液體金屬粘型，還可能出現(xiàn)壓鑄件因來不及完全凝固、推出溫度過高而導(dǎo)致變形、模具運(yùn)動部件卡死等問題。同時，過高的壓鑄模溫度會使壓鑄件冷卻緩慢，造成晶粒粗大而影響力學(xué)性能。因此在壓鑄過程中，對壓鑄模溫度要進(jìn)行合理控制，壓鑄模溫度過高時，應(yīng)采取冷卻措施。壓鑄模工作溫度一般可按下式計(jì)算tx= 12土At式中，12為壓鑄模工作溫度，°C；t2為液體金屬的澆注溫度，°C；At為溫度控制公差（一般取25C）。例表鋅合金的壓鑄模工作溫度C壓鑄件結(jié)構(gòu)特性壓鑄件壁厚W3mm壓鑄件壁厚〉3mm簡單結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)復(fù)雜結(jié)構(gòu)4合金預(yù)熱溫度鋅130180150200110140120150連續(xù)工作保持溫度180200190220140170150200四、時間參數(shù)的選擇壓鑄過程中的時間有充填時間、持壓時間和留模時間三個時間段。首先我們來看充填時間，充填時間的長短主要取決于壓鑄件的體積、壁厚的大小、壓鑄件形狀的復(fù)雜程度、內(nèi)澆口處的面積和充填速度等。對大而簡單的壓鑄件，充填時間要相對長些，對小而簡單的薄壁壓鑄件充填時間相對短些。壓鑄件的平均壁厚與充填時間的推薦值見表4。表4壓鑄件的平均壁厚與充填時間的推薦值壓鑄件平均壁厚mm充填時間s壓鑄件平均壁厚mm充填時間s1.00.010—0.01450.0480.0721.50.014—0.02060.0560.0642.00.018—70.066-

0.0260.1002.50.0220.03280.0760.1163.00.028-0.04090.0880.1383.50.0340.050100.1000.1604.00.0400.060一一在壓鑄過程中，充填時間長，充填速度慢，有利于排氣，但鑄件表面粗糙度較差。充填時間短，充填速度快，可獲得良好的表面精度鑄件，但鑄件的致密度較差，內(nèi)部的氣孔量較多。從壓鑄合金液充滿型腔到內(nèi)澆口完全凝固，在沖頭壓力作用下所持續(xù)的時間稱為持壓時間。持壓時間的作用是使壓力傳遞給未凝固的金屬，保證壓鑄件在壓力下結(jié)晶，以獲得致密的組織。持壓時間長知取決于壓鑄件的材料和壁薄。對于熔點(diǎn)高、結(jié)晶溫度范圍大的厚壁壓鑄件，特莊時間應(yīng)長些，對于熔點(diǎn)低、結(jié)晶溫度范圍小的薄壁壓鑄件，持壓時同可以短些。生產(chǎn)中常用的持壓時間見表5。表5生產(chǎn)中常用的持壓時間s合金壓鑄件整厚V2.5mm壓鑄件壁厚2.5-6mm鋅合金1-23-7鋁合金1-23-8銅合金2-35-10從壓鑄終了到壓鑄模打開的時間，稱為壓鑄件在模具中的留模時間。留模時間應(yīng)根據(jù)壓鑄件的合金性質(zhì)、壓鑄件壁厚和結(jié)構(gòu)特性來參考選擇（見表6）。以推出壓鑄件不變形、不開裂、保證外部尺寸和形狀的最短時間為宜。表6各種壓鑄合金常用留模時間s合金壓鑄件壓鑄件壁壓鑄件壁壁厚V3mm厚3?4