壓鑄模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)1

1、第一講:壓鑄基本概念 撰稿: Macherchen2022/10/11一. 鑄造工藝 砂型鑄造 金屬型鑄造 特種鑄造 壓力鑄造 重力鑄造 低壓鑄造 熔模鑄造 陶瓷型鑄造 連續(xù)鑄造 離心鑄造 真空吸鑄 永久型鑄造2022/10/12二. 壓鑄概論壓力鑄造概念: (鋁,錫,鋅,鎂,鉛,銅,合金) 即將溶融合金在高壓,高速條件下充型並在高壓下冷卻凝固成型的一種精密鑄造方法, 簡(jiǎn)稱壓鑄,其最終產(chǎn)品是壓鑄件. 壓力鑄造特性:高速充填:通常澆口速度達(dá)3060m/s之間.充填時(shí)間很短:中小型件通常為0.020.2s之間.高壓充填:熱室機(jī)壓力通常為70350kg/c溶湯的冷卻速度快 2022/10/13沖頭噴

2、嘴壓室坩堝進(jìn)口二. 壓鑄概論壓鑄設(shè)備 熱室 壓鑄機(jī) 冷室 立式(全) 臥式熱室壓鑄機(jī)的壓室通常浸入坩鍋的 金屬液中,如圖示.2022/10/14三. 壓鑄制程溶湯的流動(dòng)方式（一）噴射及噴射流 壓力 運(yùn)動(dòng)能(碰壁) 熱能和壓力 由噴射噴射流轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫α?2022/10/15三. 壓鑄制程溶湯的流動(dòng)方式（二）壓力流 因沖撞,磨擦和氣體阻力等(抽象),運(yùn)動(dòng)能量耗盡(常發(fā)生在加強(qiáng)筋,凸臺(tái),遠(yuǎn)離澆口之部位),具有接受後繼金屬液中供給的壓力能,從而使金屬液沿著型腔內(nèi)壁前進(jìn)的特性.利用這特性,可便以型腔排氣.在壓力流充填的部位,匯集著由噴射和噴射流所充填部分的氣體必須開設(shè)排氣槽.（三）再噴射（四）補(bǔ)縮金屬流

3、（保壓時(shí)間）2022/10/16四.成型工藝 （一）壁厚 鋅合金: 0.3MM (最小) 鋁0.5MM 最小孔徑: 0.7MM 螺紋螺距0.75MM 最大壁厚與最小壁厚之比不要大于31（應(yīng)設(shè)計(jì)壁厚均勻保証足夠強(qiáng)度與剛度的前提）2022/10/17四.成型工藝（二）加強(qiáng)肋大于或等于2.5MM會(huì)降低抗拉強(qiáng)度易產(chǎn)生氣孔縮孔。設(shè)計(jì)原則1受力大減小壁厚改善強(qiáng)度. 2對(duì)稱布置壁厚均勻避免縮孔氣孔. 3與料流方向一致避免亂流. 4避免在肋上設(shè)置任何零部件.2022/10/18四.成型工藝（三）脫模斜度2022/10/19四.成型工藝（四）圓角2022/10/110四.成型工藝 （五）孔 鋅: 0.81.5（

4、最小直徑） 鋁: 2.02.5（最小直徑） （六）文字: 凸凹紋直紋 例:平行紋（直紋）高0.7MM間距1MM角度60.5。 外俓34.5mm 共104牙2022/10/111四.成型工藝 （七）螺紋齒輪 (八）嵌件合金外內(nèi)外內(nèi)6108P5P鋁10206P4P鋅最小螺距（P)0.751最小螺紋外徑最大螺紋長(zhǎng)度2022/10/112五.壓鑄合金及其性能（一）壓鑄合金 鋁(Al),鋅(Zn),鎂(Mg),鉛(Pb),錫(Sn),銅(Gu)（二）壓鑄合金之鋅合金 熱室壓鑄用鋅合金中 有效合金元素:鋁(Al),銅(Gu),鎂(Mg) 有害雜質(zhì)元素:鐵(Fe),硅(Si),鉛(Pb),鎘(Gd),錫(S

5、n) 來源於鋁 來源於鋅 2022/10/113五.壓鑄合金及其性能鋅合金種類鋅合金種類2022/10/114五.壓鑄合金及其性能 2022/10/115五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-合金元素-鋁 鋁的加入可 降低合金對(duì)鐵的反應(yīng)能力,因此降低了合金對(duì)鋅鍋,鵝 頸及模具的侵蝕 降低合金的熔點(diǎn) 增加合金的流動(dòng)性能 改善合金的機(jī)械性能 產(chǎn)生Fe2 Al5浮渣,造成其含量的下降 2022/10/116五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-合金元素-銅 銅的加入可 增加合金的強(qiáng)度 提高合金的硬度 改善合金的抗磨損性能 降低合金的可延伸性 造成壓鑄件的尺寸不穩(wěn)定性(產(chǎn)生時(shí)效

6、脹大) (當(dāng)銅的含量1.25%時(shí))2022/10/117五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-合金元素-鎂 鎂的加入可 細(xì)化合金組織,從而增加壓鑄件的強(qiáng)度 改善合金抗晶間腐蝕的能力 改善合金的抗磨損性能 降低合金的流動(dòng)性 易在合金熔融狀態(tài)下氧化損耗2022/10/118五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質(zhì)元素-鎘,鉛 鎘在合金中的含量絕對(duì)不能0.003% 降低合金的機(jī)械性能 造成合金晶間腐蝕鉛在合金中的翎量絕對(duì)不能0.003% 降低合金的時(shí)效機(jī)械性能 當(dāng)含量超過0.005%時(shí),造成合金晶間腐蝕 我們經(jīng)常遇到這樣的情況,工件剛壓鑄成型時(shí),其表面質(zhì)量一切正常.可是,在

7、室溫下存放數(shù)星期或幾個(gè)月後,表面出現(xiàn)鼓泡. 2022/10/119五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質(zhì)元素-錫 錫在鋅合金錠中的含量絕對(duì)不能0.001%, 在太鑄件中的含量不能0.002%造成合金晶間腐蝕降低合金的抗沖擊性能降低合金的抗拉伸強(qiáng)度引起尺寸不穩(wěn)定2022/10/120五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質(zhì)元素-鐵 鋅合金中鐵元素含不能0.02%,鐵元素可: 增加合金的硬度但同時(shí) 增加合金的脆性和合金中的鋁發(fā)生反應(yīng)形成Al5Fe2金屬間化合物, 造成鋁元素的損耗並形成浮渣在壓鑄件中出現(xiàn)硬點(diǎn)2022/10/121五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的

8、合金元素-雜質(zhì)元素-硅 硅在鋅合金中的含量絕對(duì)不能0.02%, 提高鋅合金的脆性轉(zhuǎn)變溫率20度 降低鋅合金的可加工性2022/10/122五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素 -結(jié)論 熱室壓鑄用鋅合金必須是以特高純度鋅為基礎(chǔ),加入特高純度鋁,鎂和銅 嚴(yán)格控制壓鑄溫度,避免攪拌 水口料重熔時(shí),一定要嚴(yán)格控制重熔溫度以避免鋁和鎂的損耗2022/10/123六.壓鑄工藝 影響金屬液充填成型的因素很多主要有壓射壓力壓射速度充填時(shí)間壓鑄模溫。（一）壓射壓力的概念 定義1壓射力指壓射沖頭作用于金屬液面上的力。 (這個(gè)力在壓鑄過程中不是恆定不變的,它大小隨不同的壓鑄階段變化而改變.)壓射液壓缸

9、壓射沖頭 壓室熔液 模具型腔 t1:F1為克服磨擦力(壓室中) t2:開始進(jìn)入型腔因澆口急減阻力 增大F2F1,達(dá)到高速充填 t3:(快速增壓階段)快速充填直止充滿 型腔最大值F3為壓射壓力 t4:F4靜壓力對(duì)鑄件壓實(shí)(壓射力與時(shí)間關(guān)係曲線見右圖)壓力F時(shí)間t2022/10/124六.壓鑄工藝 定義2壓射壓力就是在充模剛結(jié)束時(shí)壓射沖頭作用在金屬液面上的力。定義3壓射壓力是以壓射比壓來表示壓射比壓就是充模結(jié)束時(shí)壓射 沖頭作用于單位面積金屬液面上的壓力。 P壓射比壓（Pa）F 4F F: 壓射壓力（N）A d2 d壓室直徑(m) A沖頭截面積（m2） 壓射比壓與壓射壓力成正比與壓射沖頭的截面積成反

10、比。30MPa簡(jiǎn)單50MPa簡(jiǎn)單40MPa復(fù)雜60MPa復(fù)雜壁厚=3mm鋅合金的壓射比壓 P= 實(shí)際比壓應(yīng)等于計(jì)算比壓乘以壓力損減系數(shù)K(約0.88). 比壓大小可通過調(diào)節(jié)壓鑄機(jī)的壓射力和更換不同直徑的 壓室來實(shí)現(xiàn)。2022/10/125六.壓鑄工藝 （二）充填速度及其選擇 充填速度是指熔融金屬地壓射沖頭壓力的作用下通過內(nèi)澆口時(shí)的線速度。 影響充填速度的因素有壓射速度壓射比壓和內(nèi)澆口截面積等。根據(jù)等流量連續(xù)方程V1A1 D2V1 A2 4A2V1 壓射速度（m/s）V2 充填速度（m/s）A1 壓室沖頭截面積（m2）A2 內(nèi)澆口截面積D 壓室沖頭直徑 A1V1 = A2V2V2= 在設(shè)計(jì)壓鑄模

11、時(shí)內(nèi)澆口的設(shè)置一般應(yīng)預(yù)留出修模位置以便在試模時(shí)修整截面大小。匿內(nèi)澆口面積過小充型壓力損失增加加大壓鑄機(jī)負(fù)荷則充填速度過大液態(tài)金屬呈噴射狀進(jìn)入型 腔壓鑄件內(nèi)部組織氣孔量增加高速?zèng)_蝕型腔影響壽命。當(dāng)澆口尺寸足夠大以后充填速度控制主要是通過調(diào)節(jié)壓射速度來實(shí)現(xiàn)。2022/10/126六.壓鑄工藝 沖頭空行程壓射速度 (m/s)鋅合金 0.30.5鋁 0.51.1 伯努力方程V= 2P(理想) V流體速度（m/s） P流體壓力（Pa）流體密度（Kg/m3）V2= 2P（因粘性表面 張力內(nèi)磨擦）阻力系數(shù)鋅合金= 55.4V2P2022/10/127六.壓鑄工藝金屬液自開始進(jìn)入模具型腔到充滿所需的時(shí)間稱為充

12、模時(shí)間（三）合金的澆注溫度溶點(diǎn)389。C 澆鑄溫度425。C逐層混 合糊狀凝固（四）模具溫度簡(jiǎn)單180。C200。C（連續(xù)工作）模具預(yù)熱130。C180。C復(fù)雜190。C220。C（連續(xù)工作）模具預(yù)熱150。C200。C（五）充填時(shí)間與持壓時(shí)間因素大小復(fù)雜程度澆口處的面積充填速度. mm-鑄件重量(kg) A2V-流體密度（Kg/m3）A2-內(nèi)澆口截面積t=V-充填速度2022/10/128七.特殊壓鑄工藝 產(chǎn)生氣孔疏松的原因:高速充模氣體末完全排出及凝固收縮得不到充分補(bǔ)縮。（一）真空壓鑄特點(diǎn)1. 顯著減少氣孔,組織更致密,提高了力學(xué)性能; 2. 減小充型反壓力,成型好,表面質(zhì)量得到改善; 3

13、. 可減小或不用排氣系統(tǒng); 4. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高. 一般只適用于薄壁,流程較長(zhǎng)的鑄件,而對(duì)壁厚不均,較厚凸臺(tái)的 鑄件,則加重縮松.（二）充氧壓鑄（P.F法壓鑄）又稱無氣孔壓鑄（既氣孔無氧氣）特點(diǎn)1. 消除氣孔,提高力學(xué)性能; 2. 可對(duì)充氧壓鑄件進(jìn)行熱處理,強(qiáng)度增高30%,屈服強(qiáng)度增強(qiáng)100%; 3. 充氧壓鑄可在200300。C環(huán)境工作,可焊接; 4. 與真空相比,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投資少,操作方便; 5. 操作時(shí)應(yīng)注意安全.2022/10/129七.特殊壓鑄工藝 （三）精.速.密壓鑄（ACURAD)特點(diǎn)1. 雙沖頭壓鑄; 2. 克服卷氣,收縮產(chǎn)生針孔; 3. 內(nèi)澆口采取定向凝固(下方),便于補(bǔ)縮.（四)半固態(tài)壓鑄 合金所