壓鑄流程原理及其特點(diǎn)

交通與材料工程學(xué)院：呂玉榮§3.1壓鑄流程原理及其特點(diǎn)專業(yè)：材料工程技術(shù)課型：理論+實(shí)踐項(xiàng)目三鎂合金壓鑄工藝

任務(wù)一壓鑄流程原理及其特點(diǎn)任務(wù)二壓鑄工藝參數(shù)（一）任務(wù)三壓鑄工藝參數(shù)（二）任務(wù)四涂料及壓鑄件清理教學(xué)內(nèi)容壓鑄概念及分類123456壓鑄特點(diǎn)及應(yīng)用壓鑄工藝流程金屬充填理論壓鑄工藝過程壓鑄的發(fā)展方向111教學(xué)要求：掌握壓鑄概念及壓鑄工藝過程；熟悉壓鑄工藝流程、金屬充填理論及壓鑄的特點(diǎn)；了解壓鑄的應(yīng)用及壓鑄的發(fā)展方向。導(dǎo)入

一、壓鑄概念及分類

壓鑄即壓力鑄造的簡稱，它是在高壓作用下，將液態(tài)或半液態(tài)合金液以高的速度壓入鑄型型腔，并在壓力下凝固成形而獲得輪廓清晰、尺寸精確鑄件的方法。壓鑄的兩大特點(diǎn)：高壓、高速幾兆帕至幾十兆帕0.5～70m/s（充填時(shí)間一般為0.01～0.03s）壓鑄的分類方法很多，常見的壓鑄分類方法如下表。

二、壓鑄工藝流程

三、金屬充填理論金屬液充填形態(tài)對鑄件質(zhì)量起著決定性的作用，因此需要了解充填特性。典型的金屬熔體充填理論有三種：噴射充填理論、全壁厚充填理論和三階段充填理論。

1、噴射充填理論——最早提出（弗洛梅爾）

充填過程：在速度、壓力均保持不變的條件下，金屬液進(jìn)入內(nèi)澆口后仍保持內(nèi)澆口截面的形狀沖擊到對面的型壁（沖擊階段）。隨后，由于對面型壁的阻礙，金屬液呈渦流狀態(tài)，向著內(nèi)澆口一端反向充填（渦流階段），這時(shí)由于鑄型側(cè)壁對此回流金屬流的摩擦阻力，以及此金屬流動過程中溫度降低所形成的黏度迅速增高，因而使此回流金屬流的流速減慢。與此同時(shí)，一部分金屬液積聚在型腔中部，導(dǎo)致液流中心部分的速度大于靠近型壁處的速度。

具體充填形態(tài)如圖3-2所示。圖3-2金屬液在型腔內(nèi)的充填形態(tài)噴射充填理論應(yīng)用：適用于具有縫形澆口的長方形鑄件或具有大的充填速度以及薄的內(nèi)澆口的鑄件。注意：1、當(dāng)充填速度較低，且內(nèi)澆口截面積/型腔截面積>1/3時(shí)，充填平穩(wěn)。2、應(yīng)在內(nèi)澆口附近開設(shè)排氣槽，使型腔內(nèi)的氣體能順利排除。2、全壁厚充填理論——布蘭特提出

充填過程：金屬液通過內(nèi)澆口進(jìn)入型腔后，即擴(kuò)展至型壁，然后沿整個(gè)型腔截面向前充填，直到整個(gè)型腔充滿金屬液為止。其充填形態(tài)如圖3-3所示。

圖3-3全壁厚充填理論的充填形態(tài)注意：1、該理論完全不同于噴射填充理論。該理論認(rèn)為：無論內(nèi)澆口截面積與型腔截面積比值大小如何，流動形態(tài)不受影響。2、由于熔體是“全壁厚”形態(tài)向前推進(jìn)，猶如“液態(tài)活塞”，充填時(shí)不僅不產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，而且型腔中的氣體很容易得到充分的排除。3、三階段充填理論——巴頓提出

充填過程：

第一階段:合金熔體以接近內(nèi)澆道的形狀進(jìn)入型腔，首先沖擊對面的型壁，沿型腔表面向各方向擴(kuò)展，并形成壓鑄件表面的薄殼層。影響鑄件的表面質(zhì)量。

第二階段:隨后進(jìn)入的合金熔體沉積在薄殼層內(nèi)的空間進(jìn)行充填，直至充滿。影響鑄件的硬度。

第三階段:在型腔完全充滿的同時(shí)，壓力通過處于尚未凝固的中心部分作用在鑄件上，型腔內(nèi)的金屬得到壓實(shí)。影響鑄件的強(qiáng)度。圖3-4三階段充填理論的充填形態(tài)

三階段填充理論與噴射填充理論的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，全壁厚填充理論只在特定的條件下出現(xiàn)。但上述三種理論不是孤立的，隨壓鑄件的形狀、尺寸和工藝參數(shù)而改變。在同一壓鑄件上，由于各部位結(jié)構(gòu)尺寸的差異也會出現(xiàn)不同的填充形態(tài)?？傊?，

四、壓鑄工藝過程圖中每一階段的左圖表示壓射的過程，右下圖為對應(yīng)的壓射沖頭位移曲線，右上圖為每一位移階段時(shí)相應(yīng)的壓力升值。圖中P為壓射壓力，S為壓射沖頭移動距離，t為時(shí)間。

圖(a)為初始階段，熔融金屬澆入壓室內(nèi)，準(zhǔn)備壓射。在壓鑄填充的全過程中，熔融金屬總是被壓力所推動，而填充結(jié)束時(shí)，熔融金屬仍然是在壓力的作用下凝固的。所以，在壓鑄填充過程中，對壓力的變化應(yīng)有一個(gè)總體的概念。圖3-10所示的壓鑄填充過程為四級壓射。它體現(xiàn)了壓射沖頭移動的情況和壓力的變化。

階段Ⅰ：慢速封口階段。如圖(b)，壓射沖頭緩慢地移過澆料口，使熔融金屬受到推動，因沖頭的移動速度低且沖力小，故金屬不會從澆料口處濺出。這時(shí)推動金屬的壓力為P0，其作用為克服壓射缸內(nèi)活塞移動時(shí)的總摩擦力、沖頭與壓室之間的摩擦力。沖頭越過澆料口的這段距離為S1。

階段Ⅱ：金屬堆聚階段。如圖(c)，壓射沖頭以一定的速度(比階段Ⅰ的速度略快)移動，與這一速度相應(yīng)的壓力值增到P1，熔融金屬充滿壓室的前端和澆道并堆聚于內(nèi)澆口前沿，但因速度不大，故金屬在流動時(shí)，澆道中的包卷氣體只在一個(gè)較小的限度內(nèi)。沖頭在這一階段所移動的距離為S2。

注：在這一階段的最后瞬間，即當(dāng)金屬到達(dá)內(nèi)澆口時(shí)，由于內(nèi)澆口的截面在澆口系統(tǒng)各部分的截面中總是最小的，故該處阻力最大，壓射壓力便因此而增大，其增大值應(yīng)達(dá)到足以突破內(nèi)澆口處的阻力。

階段Ⅲ：填充階段。

如圖(d)，這一階段的開始，壓射壓力便因內(nèi)澆口處的阻力而升至P2，沖頭的速度按設(shè)定的最大速度移動，推動熔融金屬突破內(nèi)澆口而以高的速度填充入封閉的模腔，這一階段沖頭移動的距離為S3。

注：在短促的填充瞬間，金屬雖已充滿型腔，但還存在疏松組織。

階段Ⅳ：壓實(shí)凝固階段。如圖(e)，壓射沖頭按設(shè)定的壓力作用于型腔中正在凝固的金屬上，疏松組織便成為密實(shí)組織。此時(shí)作用在金屬上的壓力，通常稱為最終壓力。

注：當(dāng)壓射系統(tǒng)沒有增壓機(jī)構(gòu)時(shí)，最終壓力能達(dá)到的最大值為P3，當(dāng)壓射系統(tǒng)帶有增壓機(jī)構(gòu)時(shí)，最終壓力又從P3升至P4。這一階段沖頭移動的距離為S4，其實(shí)際的距離縣很小的。在壓鑄周期中，其中P3越高所得的充填速度越高，而P4越大，則越易獲得外廓清晰、組織致密和表面粗糙度要求高的鑄件。在整個(gè)過程中P3和P4是最重要的。所以，在壓鑄過程中壓力的主要作用在一定程度上是為了獲得速度，保證液態(tài)金屬的流動性。

但要達(dá)到這一目的，必須具備以下條件：（1）鑄件和內(nèi)澆口應(yīng)具有適當(dāng)?shù)暮穸?；?）具有相當(dāng)厚度的余料和足夠的壓射力，否則效果不好。

注意：

五、壓鑄特點(diǎn)及應(yīng)用壓鑄的特點(diǎn)——優(yōu)點(diǎn)：(1)尺寸精度高，表面粗糙度值小。對鋁、鎂合金壓鑄件尺寸公差可達(dá)CT5～CT7，表面粗糙度值能達(dá)Ra=0.8～3.2μm。因此，壓鑄件可以不進(jìn)行機(jī)加工，確需加工，加工量也很小。(2)力學(xué)性能好。壓鑄件晶粒細(xì)小，組織致密，強(qiáng)度好，硬度高。

(3)尺寸穩(wěn)定。互換性好。(4)清晰度高。能鑄出形狀復(fù)雜、薄壁、深腔、文字、花紋和圖案等零件。

(5)生產(chǎn)率高?？蓪?shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化操作，適合大批量生產(chǎn)。一般冷室壓鑄機(jī)平均每小時(shí)壓鑄6～80次，熱室壓鑄機(jī)平均每小時(shí)可壓鑄400～1000次。

(6)材料利用率高。材料的工藝出品率可達(dá)60%～80%,甚至可達(dá)90%。

(7)壓鑄件中可鑲