金屬壓鑄工藝與模具設(shè)計

1、金屬壓鑄工藝與模具設(shè)計 第1章 概 述 第1章 概 述 壓力鑄造簡稱壓鑄，屬鑄造工藝的范疇，是特 種鑄造中的一種。通常將砂型鑄造以外的鑄造 方法統(tǒng)稱為“特種鑄造”，常用的特種鑄造方 法有近十種之多，而壓鑄是其中應(yīng)用很廣的方 法之一。 第1章 概 述 1.1 鑄造工藝與壓力鑄造 1.2 壓鑄原理與金屬充填理論 1.3 壓鑄工藝特點及其應(yīng)用和發(fā)展 1.1 鑄造工藝與壓力鑄造 在金屬成型工藝發(fā)展過程中，鑄造是歷史最為悠久的一種工藝。將金屬液澆入鑄型內(nèi) 待其凝固冷卻后獲得鑄件，稱為重力鑄造。鑄型根據(jù)材料不同有泥型、砂型、金屬型、 失蠟型等。我國早在三千多年以前就用泥范(泥型)來澆注各種鑄件了。 根據(jù)文

2、獻記載和實物考察研究，鑄造技術(shù)的發(fā)展可分為兩大階段，前階段以青銅鑄造 技術(shù)為主，后階段以鑄鐵技術(shù)為主。大約五千年以前，人們就用鑄型澆出形狀簡單的 銅件，到中世紀(jì)末，裝飾青銅和錫基鑄件開始用于歐洲的教堂和家庭生活。我國在商 周時代，青銅技術(shù)達到了成熟期。河南安陽出土的殷朝祭器司母戊鼎重達700多公斤， 長高都超過一米，四周飾有精美的蟠龍紋及饕餮紋。湖北隋縣出土的一大批青銅器， 種類繁多，紋飾細致精美。其中六十四件編鐘鑄造精巧、音律準(zhǔn)確、音色優(yōu)美。這些 充分證明殷商時期銅合金的冶煉和鑄造技術(shù)已達到了很高的水平。 我國在公元前六世紀(jì)就發(fā)明了生鐵冶鑄技術(shù)，比歐洲早一千八百多年。隋唐以后，隨 著社會經(jīng)濟

3、的發(fā)展鑄造技術(shù)有了很大的進步。公元974年鑄造的河北滄州大鐵獅高6.1 m，長5.5 m，重達50 t。明朝永樂年間鑄造的永樂青銅大鐘重達40 t，鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng) 文十余萬字。 1.1 鑄造工藝與壓力鑄造 我國古代鑄造技術(shù)成就輝煌，但在近百年來卻大大落后于西方先進工業(yè)國家，有許多技術(shù)甚至都失傳了。到新中國 成立之后，鑄造技術(shù)又呈現(xiàn)出蓬勃的生機。南京晨光機器廠于1989年為香港的“天壇”鑄造了一尊青銅大佛，又在 1994年鑄造出“泰國第一佛”釋迦牟尼坐像和蓮花的部分，總高22 m，重40 t。 社會需要是促進科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要原因。當(dāng)一種生產(chǎn)工藝不能滿足社會需要時，就會有新的更好的工藝產(chǎn)生，壓

4、鑄技術(shù)的出現(xiàn)就是如此。壓鑄最早用來鑄造印刷用的鉛字，當(dāng)時需要生產(chǎn)大量清晰光潔以及可互換的鑄造鉛字，壓 鑄法隨之產(chǎn)生。1885年奧默根瑟勒(mergenthaler)發(fā)明了鉛字壓鑄機。最初壓鑄的合金是低熔點的鉛和錫合金。隨 著對壓鑄件需求量的增加，要求采用壓鑄法生產(chǎn)熔點和強度都更高的合金零件，這樣，相應(yīng)的壓鑄技術(shù)、壓鑄模具 和壓鑄設(shè)備就不斷地改進發(fā)展。1905年多勒(doehler)研究成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機，壓鑄鋅、錫、鉛合金鑄件。 1907年瓦格納(wagner)首先制成氣動活塞壓鑄機，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件。1927年捷克工程師約瑟夫 波拉克(joset polak)設(shè)計了冷壓室壓鑄機，克服

5、了熱壓室壓鑄機的不足之處，從而使壓鑄生產(chǎn)技術(shù)前進了一大步，鋁、鎂、銅等 合金零件開始廣泛采用壓鑄工藝進行生產(chǎn)。壓鑄生產(chǎn)是所有鑄造工藝中生產(chǎn)速度最快的一種，也是最富有競爭力的 工藝之一，使得它在短短的160多年的時間內(nèi)發(fā)展成為航空航天、交通運輸、儀器儀表、通信等領(lǐng)域內(nèi)有色金屬鑄 件的主要生產(chǎn)工藝。 20世紀(jì)60年代至70年代是壓鑄工藝與設(shè)備逐步完善的時期。而70年代到現(xiàn)在，則是電子技術(shù)和計算機技術(shù)加速用于 壓鑄工藝與設(shè)備的大發(fā)展階段。數(shù)控壓鑄機、計算機控制壓鑄柔性單元及系統(tǒng)(壓鑄fmc及fms)和壓鑄工藝與設(shè)備 計算機輔助設(shè)計(cad)的出現(xiàn)，標(biāo)志著壓鑄生產(chǎn)開始從經(jīng)驗操作轉(zhuǎn)變到科學(xué)控制新階段，從

6、而使壓鑄件的質(zhì)量、自 動化程度及勞動生產(chǎn)率都得到極大的提高。 各種常用鑄造方法適用范圍及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表1.1。 1.2 壓鑄原理與金屬充填理論 u1.2.1 壓鑄原理 u1.2.2 金屬充填理論 1.2 壓鑄原理與金屬充填理論 高壓和高速是壓鑄時金屬液充填成型過程中的兩 大特點，也是壓鑄與其他鑄造方法最根本的區(qū)別 所在。 1.2.1 壓鑄原理 壓鑄是將液態(tài)或半固態(tài)金屬澆入壓鑄機的壓室中，金屬液在運動的壓射沖頭 作用下，以極快的速度充填型腔，并在壓力的作用下結(jié)晶凝固而獲得鑄件的 一種鑄造方法。壓鑄時作用在金屬液上的壓射比壓從幾兆帕至幾十兆帕不等， 有時甚至高達500兆帕。金屬液充填型腔時，澆口

7、處的線速度達0.570 m/s。 充填的時間極短，一般為0.010.03 s。壓鑄生產(chǎn)過程如圖1.1所示。 壓鑄過程是由壓鑄機來實現(xiàn)的，壓鑄機分熱壓室壓鑄機和冷壓室壓鑄機兩大 類。 1. 熱壓室壓鑄機工作的基本原理 熱壓室壓鑄機的壓室通常浸沒在坩堝的金屬液中，如圖1.2所示。壓鑄過程中， 金屬液在壓射沖頭上升時通過進口進入壓室；壓射沖頭下壓時，金屬液沿著 通道經(jīng)噴嘴充填壓鑄模型腔，待金屬液冷卻凝固成型后，壓射沖頭上升，此 時開模取出鑄件，完成一個壓鑄循環(huán)。 1.2.1 壓鑄原理 1.2.1 壓鑄原理 1.2.1 壓鑄原理 2. 冷壓室壓鑄機工作的基本原理 冷壓室壓鑄機的壓室與保溫坩堝是分開的，

8、壓鑄時由人工用料勺從保溫坩堝內(nèi)舀取金屬液澆入壓室后再 進行壓鑄。根據(jù)壓鑄模與壓室的相對位置不同，冷壓室壓鑄機又可分為立式、臥式、全立式三種。 (1)立式冷壓室壓鑄機的基本原理。壓室與壓射機構(gòu)處于垂直位置，壓鑄過程如圖1.3所示。澆入壓 室中的金屬液被反料沖頭托住，以防止金屬液流入型腔。當(dāng)壓射沖頭下壓快要接觸金屬液面時，反料沖 頭突然下降讓出噴嘴入口，金屬液在壓射沖頭的作用下充填型腔并使壓鑄件在壓力下冷卻凝固。壓射沖 頭在完成金屬液充填型腔并保壓后返回。反料沖頭上升切斷余料并將其推至壓室的上沿，以便去除余料。 最后反料沖頭返回，動定模分開，取出壓鑄件，完成一個壓鑄循環(huán)。 (2)臥式冷壓室壓鑄機的

9、基本原理。壓室與壓射機構(gòu)處于水平位置，壓鑄過程如圖1.4所示。壓鑄過 程中，金屬液從加料口澆入壓室，壓射沖頭向前運動，推動金屬液使之經(jīng)澆道充填模具型腔。金屬液在 壓力下冷卻凝固，然后開模，取出帶著澆注系統(tǒng)和余料的壓鑄件，完成一個壓鑄循環(huán)。 (3)全立式冷壓室壓鑄機的基本原理。全立式冷壓室壓鑄機的合模機構(gòu)和壓射機構(gòu)垂直布置。它又 分上壓式和下壓式兩種。上壓式壓鑄原理如圖1.5(a)所示。壓鑄過程是先加料后合模，然后壓射沖頭由 下向上運動將金屬液通過澆注系統(tǒng)壓入型腔。下壓式壓鑄原理如圖1.5(b)所示。合模后，將金屬液澆入 壓室中，依靠下沖頭底部彈簧彈力，由下沖頭托住金屬液，防止其在重力的作用下流

10、入型腔。當(dāng)上沖頭 下壓時，通過金屬液推動下沖頭，下沖頭下降，讓出澆道，金屬液在上沖頭的壓力作用下充填型腔。 1.2.1 壓鑄原理 1.2.1 壓鑄原理 1.2.1 壓鑄原理 1.2.2 金屬充填理論 由前可知，壓鑄是金屬液在極高的壓力作用下，在很短的時間內(nèi)以極高的速度充滿型腔的。這個過程是十分復(fù)雜的， 它涉及流體動力學(xué)問題和熱力學(xué)問題，并且與許多因素有關(guān)，如金屬液的成分、黏度、表面張力、重度及結(jié)晶溫度， 鑄件的結(jié)構(gòu)形狀，澆口的位置、形狀及大小，壓射比壓、壓射速度，澆注系統(tǒng)，模具溫度等。這些因素又是動態(tài)的， 相互影響的。 高溫金屬液壓入溫度較低的壓鑄模澆注系統(tǒng)內(nèi)時，金屬液與模具之間就產(chǎn)生各種形式

11、的熱交換。金屬液失去熱量， 溫度降低；模具得到了熱量，溫度提高。金屬液溫度降低表面張力增大，黏度增大，流動性降低。當(dāng)它們超過某一 限度時，鑄件就會產(chǎn)生輪廓不清晰、缺肉、冷隔、流紋、夾渣等鑄造缺陷。 此外，金屬液充填型腔時還受到各種阻力的影響，而且充填速度越大受到的阻力也越大。金屬液進入型腔時，首先 受到型腔內(nèi)氣體的阻力，排氣不良的鑄型與排氣良好的鑄型相比，在充填金屬液時，前者的充填速度只有后者的一 半。其次，金屬液充填型腔過程中碰到型壁和型芯時也將受到較大的阻力，能量損失較大。 為了清楚地看到金屬液在充型受阻后對鑄件成型的影響，我們可以做充填u形型腔的試驗。試驗用u形鑄件，一個端 部為矩形，另

12、一個端部是圓形。澆口都位于鑄件另一端一壁的中心，直徑為2 mm，長為10 mm，如圖1.6所示。金 屬液充填速度為1520 m/s。圖1.7、圖1.8分別表示金屬液充填二種型腔的情況。比較圖1.7和圖1.8在相近的充填 時間段內(nèi)各自的充填情況，可以看到： (1)金屬液充填端部為矩形的型腔時受到的阻力比端部為圓形的大。 (2)端部為矩形時，在1610-3 s時金屬液就有回流產(chǎn)生，回流現(xiàn)象一直持續(xù)到充填結(jié)束。這是因為液流在直角 轉(zhuǎn)折處受到較大阻力，金屬液動能損失較大，向前充填的速度降低，致使從澆口進入型腔的金屬液在此積聚起來并 產(chǎn)生回流。 1.2.2 金屬充填理論 (3)8510-3 s時端部為矩

13、形的u形型腔尚有1/5的型腔未被充滿，而端部為圓形的u 形型腔在8610-3 s時已全部充滿。 (4)試驗測定了流動速度。在端部為矩形的u形型腔中流動速度由1520 m/s下降到 2.54 m/s時，端部為圓形的u形型腔只降到8.59.6 m/s。 當(dāng)金屬液在壓力作用下進入型腔，噴射的金屬流未撞擊對面型壁之前，其保持初始的 方向及截面形狀。撞擊型壁后，該處金屬液將形成擾動的聚集區(qū)。繼續(xù)充填，則擾動 明顯增加。先期撞擊型壁的金屬液流束從聚集區(qū)沿型壁向澆口方向折回，折回的金屬 液量與金屬流束的截面大小、速度及金屬液的黏度有關(guān)。在折回的過程中由于與型壁 摩擦及熱量損失，損耗了能量，從而使流束減慢下來

14、，以致聚集區(qū)的金屬液超過了往 回折的金屬液。因此在返回充填型腔的過程中，產(chǎn)生劇烈的渦流現(xiàn)象，如圖1.9所示。 當(dāng)f /f1/3且以較低的速度充填時，除金屬液聚集區(qū)的前沿部分稍有擾動外其余部分相 當(dāng)穩(wěn)定。而且，隨著聚集區(qū)的增加，充填過程越來越平穩(wěn)。反之，當(dāng)f /f1/3且高速充 填型腔時，則在整個充填過程中聚集區(qū)都發(fā)生激烈擾動。 1.2.2 金屬充填理論 1.2.2 金屬充填理論 圖1.7 端部為矩形的u形型腔的充填時間/10-3s 1.2.2 金屬充填理論 圖1.8 端部圓形u形型腔的充填時間/10-3 s 1.2.2 金屬充填理論 1.2.2 金屬充填理論 1.2.2 金屬充填理論 1.2.

15、2 金屬充填理論 第一階段：金屬液以接近內(nèi)澆口橫截面的形狀進入型腔，首先撞擊到對面的型壁，在該處沿型壁向 型腔四周擴展后返回澆口，在金屬液流過的型壁上形成鑄件的外殼(薄殼層)。 第二階段：隨后進入的金屬液沉積在薄殼層內(nèi)，并繼續(xù)充填，直至充滿。 第三階段：在型腔完全充滿的同時，壓力通過余料中心部分尚未凝固的金屬液的傳遞而作用在鑄件 上。 巴頓還認為，充填過程的三個階段對鑄件質(zhì)量所起的作用是不同的。第一階段是影響鑄件表面質(zhì)量； 第二階段是影響鑄件的硬度；第三階段是影響鑄件的強度。 三階段充填理論與噴射充填理論的實驗結(jié)果基本一致，全壁厚充填理論只在特定的條件下才出現(xiàn)。 由于壓鑄過程中充填鑄型是在極短

16、的時間內(nèi)完成的，并且金屬液有些是不連續(xù)的，另外，充填過程 還受壓鑄工藝參數(shù)、鑄件的結(jié)構(gòu)與形狀、澆口的位置與大小、壓鑄合金性能等因素的影響，因此對 充填理論一直存在著不同的看法。 1.3 壓鑄工藝特點及其應(yīng)用和發(fā)展 u1.3.1 壓鑄工藝特點 u1.3.2 壓鑄工藝的應(yīng)用及發(fā)展 1.3 壓鑄工藝特點及其應(yīng)用和發(fā)展 壓鑄是高壓高速充填成型，所以壓鑄工藝和生產(chǎn) 過程、壓鑄件的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及有關(guān)性能都有自 己的特點。 1.3.1 壓鑄工藝特點 與其他金屬成型工藝相比，壓鑄的特點為： (1)生產(chǎn)率極高，生產(chǎn)過程容易實現(xiàn)機械化和自動化。一般冷壓室壓鑄機每八小時可壓鑄600700 次，熱壓室壓鑄機每八小時可

17、壓鑄3 0007 000次。而且一幅壓鑄模中的型腔往往不止一個，這樣生產(chǎn) 的壓鑄件數(shù)也就成倍地增加了。 (2)鑄件的尺寸精度高，其尺寸穩(wěn)定、一致性好、加工余量少而且有很好的裝配性。壓鑄件的精度 可達it11it13級，有時可達it9級。表面粗糙度值一般為ra0.83.2，最低達ra0.4。一般壓鑄件只 需對少數(shù)幾個尺寸部位進行機械加工，有的零件甚至于不需機械加工就可直接裝配使用。這樣材料利用 率高，可達60%80%，毛坯利用率達90%。 (3)鑄件組織致密，具有較高的強度和硬度。由于壓鑄時金屬液是在壓力下凝固的，又因高速充填， 冷卻速度極快，使鑄件表面生成一層冷硬層(約0.30.8 mm)，該

18、層的金屬晶粒細小，組織致密。所以 壓鑄件強度和硬度較高，堅實耐磨。當(dāng)壓鑄件壁厚適當(dāng)且均勻時，其強度更高。 (4)可以壓鑄形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁深腔鑄件，因為金屬液在高壓下能保持高的流動性。壓鑄 件最小壁厚鋅合金可達到0.3 mm，鋁合金約為0.5 mm。最小鑄出孔徑為 0.7 mm，可鑄螺紋的最小 螺距為0.75 mm。 (5)鑲鑄法可省去裝配工序，簡化制造工藝。在壓鑄件的特定部位上可以直接嵌入所需的其他材料 的制件，例如磁鐵、銅套、絕緣材料等嵌件以滿足特殊要求，既省去了裝配工序，又簡化了制造工藝。 1.3.1 壓鑄工藝特點 (6)鑄件內(nèi)部有氣孔存在，但一般仍能滿足使用要求。由于金屬液充填速

19、度極快，充填時卷入型 腔中的氣體很難完全排除，致使壓鑄件內(nèi)常有氣孔及氧化夾雜物存在，從而降低了壓鑄件的質(zhì)量。 因此，一般壓鑄件不能進行熱處理，也不宜在高溫下工作。同樣，也不希望進行機械加工，以免鑄 件表層下的氣孔露出來。 (7)壓鑄機的壓室和壓鑄模型腔的材料限制了壓鑄合金的種類。高熔點的黑色金屬因其壓鑄模使 用壽命短而目前難以在實際生產(chǎn)中壓鑄。在同一種合金中，又有牌號限制，這是因為壓鑄過程的特 點，如激冷、收縮應(yīng)力、成型時的充填條件等造成的。 (8)壓鑄件的尺寸受壓鑄機鎖模力及裝模尺寸的制約，故大型壓鑄件的生產(chǎn)受到限制。目前大型 壓鑄機有所發(fā)展，大型零件的壓鑄問題正逐漸得到解決。 (9)壓鑄工

20、藝只適用于大批量生產(chǎn)。由于壓鑄機價格高，壓鑄模制造費用高、工時長、維修費用 也高，故生產(chǎn)總成本高，不宜小批量生產(chǎn)。 1.3.2 壓鑄工藝的應(yīng)用及發(fā)展 壓力鑄造的應(yīng)用范圍很廣。在有色合金中，以鋁合金壓鑄件比例最高(約30%35%)，鋅合金次之。 在國外，鋅合金鑄件大部分為壓鑄件，銅合金(黃銅)鑄件僅占壓鑄件總量的1%2%，鎂合金壓鑄 件易產(chǎn)生裂紋，且工藝復(fù)雜，故少用。目前用壓鑄工藝生產(chǎn)的鑄件重量可以從幾克到數(shù)十千克。其 投影面積可以從零點零幾平方厘米到數(shù)千平方厘米。現(xiàn)代工業(yè)的各個部門如汽車、摩托車、拖拉機、 航空、農(nóng)業(yè)機械、儀器、儀表、日常用品等方面無不用到壓鑄件。發(fā)達國家如美國、日本、英國、

21、德國等國的壓鑄件生產(chǎn)主要是在汽車制造業(yè)的促進下發(fā)展起來的。目前，我國壓鑄生產(chǎn)從壓鑄機質(zhì) 量和先進技術(shù)的綜合水平以及生產(chǎn)效率來看，與壓鑄生產(chǎn)先進國家相比還有一定的距離，不過隨著 汽車、航空、儀表等制造業(yè)的發(fā)展，壓鑄生產(chǎn)技術(shù)將隨之有一個大發(fā)展。今后發(fā)展的主要趨勢應(yīng)該 是： (1)進一步提高壓鑄模壽命，降低成本，以解決黑色金屬壓鑄問題。 (2)鎂合金是近幾年國際比較關(guān)注的合金材料。對鎂合金研究開發(fā)特別是鎂合金壓鑄、擠壓鑄造、 半固態(tài)加工等技術(shù)將得到進一步的研究和應(yīng)用。 (3)計算機在壓鑄中的應(yīng)用是提高壓鑄技術(shù)水平的重要途徑。計算機技術(shù)將在壓鑄中得到多方面 的應(yīng)用，例如金屬液充型的計算機模擬研究由高壓

22、鑄造轉(zhuǎn)向半固態(tài)壓鑄過程；低壓鑄造過程的充型 模擬研究；利用cad進行壓鑄模具設(shè)計，提高設(shè)計速度和設(shè)計精度；開發(fā)具有壓鑄模澆注系統(tǒng)的 cad設(shè)計軟件等。 (4)研究開發(fā)新型壓鑄機，生產(chǎn)更大的壓鑄件。 思 考 題 (1)什么是金屬壓力鑄造？ (2)幾種壓鑄機的基本工作原理各是什么？ (3)壓鑄工藝的特點是什么？主要應(yīng)用在什么場合？ 第2章 壓 鑄 合 金 第2章 壓 鑄 合 金 壓鑄合金、壓鑄模、壓鑄機是壓鑄生產(chǎn)的三要 素。要獲得優(yōu)質(zhì)的壓鑄件除了要求壓鑄件的結(jié) 構(gòu)工藝性合理，壓鑄模設(shè)計合理、制造精確， 壓鑄機性能優(yōu)良之外，還要有壓鑄工藝性良好 的合金。 第2章 壓 鑄 合 金 2.1 壓鑄合金性能

23、要求 2.2 壓 鑄 合 金 2.1 壓鑄合金性能要求 并非任何性能的合金都能用來生產(chǎn)壓鑄件，用于壓鑄生產(chǎn)的合金其性能有兩方面的要求，一是在壓鑄件成型時 有良好的成型工藝性，二是成型后的壓鑄件能滿足產(chǎn)品的使用要求。合金的成型工藝性能是指合金的鑄造成型 工藝性、切削加工性、焊接性能、電鍍性能、熱處理性能等。合金的使用性能包括合金的力學(xué)性能、物理性能 和化學(xué)性能。因此，用于壓鑄生產(chǎn)的合金應(yīng)具有以下性能： (1)結(jié)晶溫度范圍小，以防止壓鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷。 (2)具有良好的流動性，有利于成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、表面質(zhì)量好的壓鑄件。 (3)線收縮率小，可降低鑄件產(chǎn)生熱裂的傾向并且易于獲得尺寸精度較高的鑄件。

24、 (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(yīng)大型薄壁復(fù)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(xué)反應(yīng)的傾向小，防止黏模及相互合金化以延長模具壽命。 在滿足使用性能的前提下，選用壓鑄合金時盡可能考慮工藝性能優(yōu)良的合金。目前得到廣泛應(yīng)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，極少采用壓鑄生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)黑色金 屬鑄件。 通常有色壓鑄合金分高熔點壓鑄合金和低熔點壓鑄合金兩大類。前者有鋁合金、鎂合金和銅合金，后者有鉛合 金、錫

25、合金和鋅合金。 2.2 壓 鑄 合 金 u2.2.1 鉛合金和錫合金 u2.2.2 鋅合金 u2.2.3 鋁合金 u2.2.4 鎂合金 u2.2.5 銅合金 2.2 壓 鑄 合 金 常用的壓鑄合金有鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅 合金。鉛、錫合金僅用于少數(shù)場合。 2.2.1 鉛合金和錫合金 鉛合金和錫合金是壓鑄生產(chǎn)中最早使用的合金， 用來制造印刷用鉛字。這類合金的特點是比重大、 熔點低，鑄造和加工性能好，但力學(xué)性能不高。 適用于力學(xué)性能要求不高的各種復(fù)雜的小零件， 目前很少使用。 2.2.2 鋅合金 在壓鑄發(fā)展史中，壓鑄鋅合金曾占有相當(dāng)重要的地位。鋅合金的特點是：熔 點低，熔煉、保溫均比較容易；對

26、模具熱損害小，模具壽命長；鑄造工藝性 好，可壓鑄結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁鑄件；與鐵的親合力小，不粘模。鋅合金在常溫 下有良好的力學(xué)性能，加工性、焊接性、電鍍性均良好。由于鋅合金的比重 大，因此航空、電子、儀表等工業(yè)部門的產(chǎn)品中很少用鋅合金壓鑄件。它抗 蝕性能差，容易產(chǎn)生晶間腐蝕，導(dǎo)致發(fā)生強度和尺寸變化，嚴(yán)重時鑄件會完 全碎裂，也就是出現(xiàn)“老化”現(xiàn)象。 壓鑄鋅合金的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途見表2.1。 2.2.2 鋅合金 2.2.3 鋁合金 壓鑄鋁合金的使用性能和工藝性能都優(yōu)于其他壓鑄合金，而且來源豐富，所以在各國的壓鑄生產(chǎn)中都占據(jù)極重要的地位， 其用量遠遠超過其他壓鑄合金。 鋁合金的特點是：比重小

27、、強度高；鑄造性能和切削性能好；耐蝕性、耐磨性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性好。鋁和氧的親和力很 強，表面生成一層與鋁結(jié)合得很牢固的氧化膜，致密而堅固，保護下面的鋁不被繼續(xù)氧化。鋁硅系合金在雜質(zhì)鐵含量較 低的情況下，粘模傾向嚴(yán)重。鋁合金體收縮值大，易在最后凝固處形成大的集中縮孔。 用于壓鑄生產(chǎn)的鋁合金主要是鋁硅合金、鋁鎂合金和鋁鋅合金三種。純鋁鑄造性能差，壓鑄過程易粘模，但因它的導(dǎo)電 性好，所以在生產(chǎn)電動機的轉(zhuǎn)子時使用。 鋁合金中主要合金元素及雜質(zhì)對其性能影響如下： (1)硅。硅是大多數(shù)鋁合金的主要元素。它能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。硅 與鋁能生成固熔體，它在鋁中的溶解度隨溫

28、度升高而增加，溫度577時溶解度為1.65%，而室溫時僅為0.2%。在硅含 量增加到11.6%時，硅與其在鋁中的固溶體形成共晶體，提高了合金高溫流動性，收縮率減小，無熱裂傾向。二元系鋁 硅合金耐蝕性高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好、比重和膨脹系數(shù)小。硅能提高鋁鋅系合金的抗蝕性能。 當(dāng)合金中硅含量超過共晶成分，而銅、鐵等雜質(zhì)又較多時，就會產(chǎn)生游離硅，硅含量越高，產(chǎn)生的游離硅就越多。游離 硅的硬度很高，由它們所組成的質(zhì)點的硬度也很高，加工時刀具磨損厲害，給切削加工帶來很大的困難。此外，高硅鋁 合金對鑄鐵坩鍋熔蝕嚴(yán)重。硅在鋁合金中通常以粗針狀組織存在，降低合金的力學(xué)性能，為此需要進行變質(zhì)處理。 (2)銅。銅和

29、鋁組成固溶體，當(dāng)溫度為548時，銅在鋁中的溶解度為5.65%，室溫時降至0.1%左右。銅含量的增加 可提高合金的流動性、抗拉強度和硬度，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。 2.2.3 鋁合金 在高硅鋁合金中，銅含量以0.8%為界限。當(dāng)含量低于0.8%時，能提高合金的強度和硬度以及彈性極限；當(dāng)含量超過 0.8%時則起著相反的作用。含硅量7%以下的鋁硅合金中加入1%2%的銅可提高鑄件的表面光潔度。 (3)鎂。在共晶溫度(449)下鎂在鋁中的溶解度可達17.4%。鎂含量高的鋁合金是一種堅固的工業(yè)鋁合金，具有良 好的加工性能。含鎂8%的鋁合金，具有優(yōu)良的耐蝕性

30、，但是鋁鎂合金的鑄造性能很差，在高溫下的強度和塑性都較低， 冷卻時的收縮也大，故容易產(chǎn)生熱裂和形成疏松。此外，鎂的存在會增加合金在熔煉和保溫過程中的氧化傾向。 在高硅鋁合金中加入少量(0.2%0.3%)的鎂可提高合金的強度極限、彈性極限、疲勞極限及硬度，而其塑性降低不多。 (4)鋅。鋁合金中的鋅能提高合金的流動性，但在高硅鋁合金中，鋅使合金的熱裂傾向增加，而耐蝕性有所降低， 故應(yīng)嚴(yán)格控制鋅含量不超出規(guī)定的范圍?？墒卿\含量很高的鋁鋅合金(含鋅量為9%13%)卻具有較好的鑄造成型性能和 力學(xué)性能，其切削性能也比較好。 (5)鐵。鋁合金中含有少量的雜質(zhì)鐵(0.6%1.4%)能削弱鋁和鐵的親合力，從而

31、降低鋁合金在壓鑄過程中的粘模傾 向。從這一角度來說，雜質(zhì)鐵的存在對壓鑄生產(chǎn)是有利的，所以鋁合金在采用砂型鑄造工藝時鐵含量不允許超過1%，而 使用壓鑄工藝時允許鐵含量控制在1.5%以內(nèi)。但是鋁合金中鐵含量不能太高，因為鋁和鐵會生成feal3、fe2al7和al-si- fe等片狀或針狀組織存在于合金中，降低了力學(xué)性能，特別是沖擊韌性和塑性。承受較大動載荷的零件鐵含量應(yīng)控制在 1%以內(nèi)。 (6)錳。鋁合金中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，因為錳能使合金中鐵的片狀 或針狀晶體組織變?yōu)榧毭艿木w形狀，故一般鋁合金中允許錳含量不超過0.5%。合金中錳含量高時會引起偏析。

32、壓鑄鋁合金的牌號、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途見表2.2。 2.2.4 鎂合金 鎂合金的比重是各種壓鑄合金中最小的(僅為1.761.83g/cm3)，是鋁合金的 2/3左右。鎂合金的強度高，屈服極限低于鋁合金，承受載荷的能力稍差。但 在承受沖擊載荷時有較大的沖擊韌性。鎂合金在常溫和低溫下(-196)都有良 好的力學(xué)性能。鎂合金與鐵的親合力小，故發(fā)生粘?，F(xiàn)象較少，模具壽命長。 鑄件尺寸穩(wěn)定，且有良好的切削加工性能。鎂是一種非?；顫姷脑兀兹?燒，鎂合金在熔煉和壓鑄過程中易被氧化，給生產(chǎn)帶來較大的困難，并且鎂 合金壓鑄件易產(chǎn)生縮松和熱裂缺陷，抗蝕性能較低。 由于鎂合金有以上的特點，故常用于重量要求輕

33、，但又有一定強度的零件。 如航空工業(yè)、汽車發(fā)動機零部件、室外移動設(shè)備的零部件以及在低溫下工作 的零件。 當(dāng)前我國用于壓鑄的鎂合金只有5號鑄造用鎂合金，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見 表2.3。 2.2.4 鎂合金 2.2.5 銅合金 銅合金作為一種壓鑄用的金屬材料力學(xué)性能遠遠超過鋅合金、鋁合金 和鎂合金。另外，銅合金抗蝕性能好、耐磨性好、疲勞極限和導(dǎo)熱性 都很高，線膨脹系數(shù)也較小，故用于制造耐磨和工作溫度變化時要求 尺寸穩(wěn)定的零件。銅合金的導(dǎo)電性能很好，并且具有抗磁性能，常用 來制造不允許受磁場干擾的儀器儀表零件。 銅合金的熔點較高，會較快地使模具由于熱疲勞而降低壽命，而且銅 合金的熔煉與保溫不能使用

34、鋁合金壓鑄時常用的電阻保溫爐。常用于 壓鑄生產(chǎn)的銅合金主要是鑄造黃銅，它們的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表 2.4。 2.2.5 銅合金 思 考 題 (1)壓鑄合金應(yīng)具備哪些性能？ (2)常用壓鑄合金有哪些？ (3)硅、銅、鎂、鋅、鐵對壓鑄鋁合金性能有何影響？ 第3章 壓鑄件設(shè)計 第3章 壓鑄件設(shè)計 壓鑄件設(shè)計是壓鑄生產(chǎn)技術(shù)中十分重要的環(huán)節(jié)。 設(shè)計壓鑄件除要滿足使用要求外，同時應(yīng)該滿 足成型工藝要求并且盡量做到模具結(jié)構(gòu)簡單、 生產(chǎn)成本低。 第3章 壓鑄件設(shè)計 3.1 壓鑄件的精度、表面粗糙度及加工余量 3.2 壓鑄件基本結(jié)構(gòu)單元設(shè)計 3.3 壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝性 3.1 壓鑄件的精度、表面粗糙度及加

35、工余量 u3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 u3.1.2 表面形狀和位置 u3.1.3 表面粗糙度 u3.1.4 加工余量 3.1 壓鑄件的精度、表面粗糙度及加工余量 壓鑄件的精度較高，表面光潔，且穩(wěn)定性好，因 此，壓鑄件具有很好的互換性。 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 壓鑄件的尺寸精度取決于壓鑄件的設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)以及模具制造的質(zhì)量。通 常，壓鑄件的尺寸精度比模具的精度低三到四級左右。壓鑄件尺寸穩(wěn)定性取 決于工藝因素、操作條件、模具修理次數(shù)及其使用期限等各方面因素。壓鑄 件的尺寸精度一般按機械加工精度來選取，在滿足使用要求的前提下，盡可 能選取較低的精度等級。此外，同一壓鑄件上不同部位的尺寸可按照

36、實際使 用要求選取不同的精度，以提高經(jīng)濟性。 1. 長度尺寸 壓鑄件能達到的尺寸公差及配合尺寸公差等級見表3.1。 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 4. 角度 壓鑄件上的角度公差是由設(shè)計要求和工藝能達到的程度共同決定的，對于一 般要求的角度公差可按表3.5選取。 5. 孔中心距尺寸 孔中心距尺寸公差按表3.6選取。若受模具分型面或活動成型零件影響，在基 本尺寸公差上再加上附加公差。 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 3.1.1 壓鑄件的尺寸精度 3.1

37、.2 表面形狀和位置 壓鑄件的表面形狀和位置主要由壓鑄模的成型表面決定，而壓鑄模成型表面 的形位公差精度較高，所以對壓鑄件的表面形位公差一般不另行規(guī)定，其公 差值包括在有關(guān)尺寸的公差范圍內(nèi)。對于直接用于裝配的表面，類似機械加 工零件，在圖中注明表面形狀和位置公差。 對于壓鑄件而言，變形是一個不可忽視的問題，整形前和整形后的平面度和 直線度公差按表3.7選取。平行度、垂直度和傾斜度公差按表3.8選取。同軸 度和對稱度公差按表3.9選取。 3.1.2 表面形狀和位置 3.1.2 表面形狀和位置 3.1.2 表面形狀和位置 3.1.3 表面粗糙度 壓鑄件的表面粗糙度取決于壓鑄模成型零件型腔表面的粗糙

38、度，通常壓鑄件 的表面粗糙度比模具相應(yīng)成型表面的粗糙度高兩級。若是新模具，壓鑄件的 表面粗糙度應(yīng)達到gb 103183的ra2.50.63 m，要求高的可達到ra0.32 m。隨著模具使用次數(shù)增加，壓鑄件的表面粗糙度逐漸增大。 3.1.4 加工余量 當(dāng)壓鑄件某些部位尺寸精度或形位公差達不到設(shè)計要求時，可在這些部位適 當(dāng)留取加工余量，用后續(xù)的機械加工來達到其精度要求。由于壓鑄件的表層 組織致密、強度高，因此機械加工余量應(yīng)選用小值。壓鑄件的機械加工余量 按表3.10選取。 3.1.4 加工余量 3.2 壓鑄件基本結(jié)構(gòu)單元設(shè)計 u 3.2.1 壁的厚度、連接形式及連接處的圓角 u 3.2.2 脫模斜

39、度 u 3.2.3 壓鑄孔和槽 u 3.2.4 肋 u 3.2.5 壓鑄齒與螺紋 u 3.2.6 嵌件 u 3.2.7 凸紋、凸臺、文字與圖案 3.2 壓鑄件基本結(jié)構(gòu)單元設(shè)計 不論零件如何復(fù)雜，都可以將其分解為壁、連接 壁的圓角、孔和槽、肋、凸臺、螺紋等部分，這 些部分就是組成零件的結(jié)構(gòu)單元。 3.2.1 壁的厚度、連接形式及連接處的圓角 壓鑄件壁的厚薄對其質(zhì)量有很大的影響。壓鑄件表面約0.81.2 mm的表層由于快速冷卻而晶粒細 小、組織致密，因為它的存在使壓鑄件的強度較高。而若是厚壁壓鑄件，其壁中心層的晶粒粗大， 易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。通常，壓鑄件的力學(xué)性能隨著壁厚增加而降低，而且也增加

40、了材料的用 量和壓鑄件的重量。圖3.1為鑄件壁厚對抗拉強度的影響。圖3.2為鋁合金壓鑄件壁厚與抗拉強度及 比重的關(guān)系。當(dāng)然，壁太薄可能出現(xiàn)欠鑄、冷隔等缺陷。因此，在保證壓鑄件有足夠強度和剛度的 條件下，以薄壁和均勻壁厚為佳。一般情況下，壁厚不宜超過4.5 mm，同一壓鑄件內(nèi)最大壁厚與 最小壁厚之比不要大于3 1。壓鑄件總體尺寸越大，壁厚也應(yīng)越厚。而壁厚一定時，該壁厚的面積 也應(yīng)受到一定的限制。壓鑄件的最小壁厚與適宜壁厚見表3.11。 為有利于金屬液流動和壓鑄件成型，避免壓鑄件和壓鑄模產(chǎn)生應(yīng)力集中和裂紋，壓鑄件壁與壁的連 接通常采用國內(nèi)外設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)推薦的圓角和隅部加強漸變過渡連接。各種過渡連接形式

41、及尺寸計算見 表3.12。 3.2.1 壁的厚度、連接形式及連接處的圓角 3.2.1 壁的厚度、連接形式及連接處的圓角 3.2.1 壁的厚度、連接形式及連接處的圓角 3.2.1 壁的厚度、連接形式及連接處的圓角 3.2.1 壁的厚度、連接形式及連接處的圓角 3.2.2 脫模斜度 脫模斜度又稱鑄造斜度。為了便于壓鑄件從壓鑄模中脫出及防止劃傷鑄件表 面，鑄件上所有與模具運動方向(即脫模方向)平行的孔壁和外壁均需具有脫模 斜度。最好在設(shè)計壓鑄件時就在結(jié)構(gòu)上留有斜度。若壓鑄件設(shè)計時未考慮脫 模斜度，則由壓鑄工藝來考慮。 脫模斜度一般不計入公差范圍內(nèi)，其大小根據(jù)合金性質(zhì)、脫模深度、形狀復(fù) 雜程度以及壁厚

42、而定。一般高熔點合金壓鑄件的脫模斜度大于低熔點合金壓 鑄件；脫模深度淺的大于深的；形狀復(fù)雜的大于形狀簡單的；厚壁的大于薄 壁的；內(nèi)孔的大于外壁的。一般在滿足壓鑄件使用要求的前提下，脫模斜度 應(yīng)盡可能取大值。表3.13為最小脫模斜度值。 3.2.2 脫模斜度 3.2.3 壓鑄孔和槽 3.2.3 壓鑄孔和槽 3.2.3 壓鑄孔和槽 3.2.4 肋 3.2.5 壓鑄齒與螺紋 3.2.5 壓鑄齒與螺紋 3.2.5 壓鑄齒與螺紋 3.2.6 嵌件 壓鑄件內(nèi)鑲?cè)虢饘倩蚍墙饘僦萍?，與壓鑄件形成牢固不可分開的整體，此鑲?cè)氲闹萍Q為嵌件。壓 鑄件內(nèi)鑲?cè)肭都哪康氖鞘箟鸿T件的某一部位能夠具有特殊的性能，如強度、硬

43、度、耐蝕性、耐磨 性、導(dǎo)磁性、導(dǎo)電性、絕緣性等，或代替部分裝配工序，或者將復(fù)雜件轉(zhuǎn)化為簡單件。 設(shè)計有嵌件的壓鑄件應(yīng)注意以下幾點： (1)嵌件與壓鑄件應(yīng)牢固連接。為防止嵌件受力時在壓鑄件內(nèi)移動、旋轉(zhuǎn)或拔出，在嵌件鑲?cè)雺?鑄件的部分，其表面上設(shè)計成適當(dāng)?shù)陌纪範(fàn)睿畛２捎玫挠袧L花、滾紋、切槽、銑扁等方法。 (2)嵌件放入模具內(nèi)時與模具應(yīng)有可靠的定位和合理的公差配合。 (3)嵌件周圍的金屬層厚度不能過薄，以提高鑄件對嵌件的包緊力及防止金屬層產(chǎn)生裂紋。金屬 層厚度可按嵌件直徑選取，包住嵌件的金屬層最小厚度見表3.19。 (4)嵌件鑲?cè)腓T件的部分不應(yīng)有尖角，以免壓鑄件在尖角處開裂。 (5)嵌件與壓鑄件基

44、體之間不應(yīng)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，必要時嵌件外表面可加鍍層。 (6)有嵌件的壓鑄件應(yīng)避免熱處理，以免兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生不同的體積變化，導(dǎo) 致嵌件在壓鑄件內(nèi)松動。 3.2.6 嵌件 3.2.7 凸紋、凸臺、文字與圖案 壓鑄件上可以壓鑄出凸紋、凸臺、文字和圖案。它們最好是凸體，以便模具 加工。文字大小一般不小于gb 4457.384規(guī)定的5號字，文字凸出高度大于 0.3 mm，一般取0.5 mm。線條最小寬度為凸出高度的1.5倍，常取0.8 mm。 線條最小間距大于0.3 mm，脫模斜度為1015。線端應(yīng)避免尖角，圖案應(yīng) 盡量簡單。 3.3 壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝性 3.3.1 簡化模具結(jié)構(gòu)、延

45、長模具壽命 3.3.2 有利于脫模與抽芯 3.3.3 防止壓鑄件變形 3.3 壓鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝性 設(shè)計壓鑄件時除了結(jié)構(gòu)、形狀等方面有一定要求 外，還應(yīng)使鑄件適應(yīng)壓鑄工藝性。 3.3.1 簡化模具結(jié)構(gòu)、延長模具壽命 3.3.1 簡化模具結(jié)構(gòu)、延長模具壽命 3.3.1 簡化模具結(jié)構(gòu)、延長模具壽命 3.3.1 簡化模具結(jié)構(gòu)、延長模具壽命 3.3.2 有利于脫模與抽芯 3.3.2 有利于脫模與抽芯 3.3.3 防止壓鑄件變形 壓鑄件形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，收縮時會產(chǎn)生變形或出現(xiàn)裂紋。解決的方法除設(shè) 加強肋外也可采用改變鑄件結(jié)構(gòu)的方法。圖3.15(a)中壓鑄件斷面厚薄不勻， 容易產(chǎn)生翹曲變形。改成均勻壁厚

46、可避免，如圖3.15(b)所示。圖3.16(a)中板 狀零件收縮時容易產(chǎn)生翹曲變形，如圖3.16(b)所示改為有凹腔，避免或減少 翹曲變形。箱形薄壁件收縮變形如圖3.17(a)所示，采用加肋的方法來避免變 形，如圖3.17(b)所示。 3.3.3 防止壓鑄件變形 3.3.3 防止壓鑄件變形 3.3.3 防止壓鑄件變形 思 考 題 (1)鑄件設(shè)計應(yīng)該滿足哪幾方面要求？設(shè)計內(nèi)容主要包括哪幾方面？ (2)鑄件的尺寸精度受哪些因素影響？ (3)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計的工藝性是指什么？ 第4章 壓 鑄 工 藝 第4章 壓 鑄 工 藝 壓鑄工藝是把壓鑄合金、壓鑄模和壓鑄機這三個壓鑄生產(chǎn)要素有機組合 和運用的過程。壓

47、鑄時，影響金屬液充填成型的因素很多，其中主要有 壓射壓力、壓射速度、充填時間和壓鑄模溫度等。這些因素是相互影響 和相互制約的，調(diào)整一個因素會引起相應(yīng)的工藝因素變化，因此，正確 選擇與控制工藝參數(shù)至關(guān)重要。 第4章 壓 鑄 工 藝 4.1 壓 力 4.2 速 度 4.3 溫 度 4.4 時 間 4.5 壓室充滿度 4.6 壓鑄用涂料 4.7 壓鑄件的整修和處理 4.1 壓 力 u4.1.1 壓射力 u4.1.2 比壓及其選擇 u4.1.3 脹模力 4.1 壓 力 壓力是使壓鑄件獲得致密組織和清晰輪廓的重要 因素，壓鑄壓力有壓射力和壓射比壓兩種形式。 4.1.1 壓射力 壓射力是指壓射沖頭作用于金

48、屬液上的力，來源于高壓泵，壓鑄時它推動金屬液充填到模具型腔中。在壓鑄過程中， 作用在金屬液上的壓力并不是一個常數(shù)，而是隨著不同階段而變化。圖4.1所示為壓射各階段壓射力與壓射沖頭運動 速度的變化。圖中所示壓射四個階段分別是： 第一階段(1)，此時壓射沖頭低速前進，封住加料口，推動金屬液前進，壓室內(nèi)壓力平穩(wěn)上升，空氣慢慢排出。高 壓泵作用的壓力p1主要是克服壓室與壓射沖頭及液壓缸與活塞之間的摩擦力，其值很小。 第二階段(2)，壓射沖頭以較快的速度前進，將金屬液推至壓室前端，充滿壓室并堆積在澆口前沿。由于內(nèi)澆口在 整個澆注系統(tǒng)中截面積最小，因此阻力最大，壓力升高到p2以突破內(nèi)澆口阻力。此階段后期，

49、由于內(nèi)澆口阻力使金 屬液堆積，瞬時壓力升高，產(chǎn)生壓力沖擊而出現(xiàn)第一個壓力峰。 第三階段(3)，壓射沖頭按要求的最大速度前進，金屬液突破內(nèi)澆口阻力充填型腔，并迅速充滿，壓力升至p3。在 此階段結(jié)束前，金屬液會產(chǎn)生水錘作用，壓力升高，產(chǎn)生第二個壓力峰并出現(xiàn)波動。 第四階段(4)，壓射沖頭稍有前進，但這段距離實際上很小。鑄件在這一階段凝固，由于p4的保壓作用，鑄件被進 一步壓實，消除或減少內(nèi)部縮松，提高了壓鑄件密度。 上述過程稱為四級壓射。但目前壓鑄機大多是三級壓射，一般將第一、二級壓射階段作為一級壓射，第三、四階段 則分別作為第二、三級壓射。其中，p3、p4對鑄件質(zhì)量影響最大。p3越大，充填速度越

50、大，金屬液越容易及時充 滿型腔。p4越大，則越容易得到輪廓清晰、表面光潔和組織致密的壓鑄件。最終壓力p4與合金種類、壓鑄件質(zhì)量要 求有關(guān)，一般為30500 mpa。 4.1.1 壓射力 4.1.1 壓射力 4.1.2 比壓及其選擇 4.1.2 比壓及其選擇 由式(4.3)可見，比壓與壓鑄機的壓射力成正比，與壓射沖頭直徑的平方成反比。所以，比壓可以通 過改變壓射力和壓射沖頭直徑來調(diào)整。 在制訂壓鑄工藝時，正確選擇比壓的大小對鑄件的力學(xué)性能、表面質(zhì)量和模具的使用壽命都有很大 影響。首先，選擇合適的比壓可以改善壓鑄件的力學(xué)性能。隨著比壓的增大，壓鑄件的強度亦增加。 這是由于金屬液在較高比壓下凝固，其

51、內(nèi)部微小孔隙或氣泡被壓縮，孔隙率減小，致密度提高。隨 著比壓增大，壓鑄件的塑性降低。比壓增加有一定限度，過高時不但使延伸率減小，而且強度也會 下降，使壓鑄件的力學(xué)性能惡化。此外，提高壓射比壓還可以提高金屬液的充型能力，獲得輪廓清 晰的壓鑄件。 選擇比壓時，應(yīng)根據(jù)壓鑄件的結(jié)構(gòu)、合金特性、溫度及澆注系統(tǒng)等確定，一般在保證壓鑄件成型和 使用要求前提下，選用較低的比壓。選擇比壓時應(yīng)考慮的因素見表4.1。各種壓鑄合金的計算壓射 比壓見表4.2。在壓鑄過程中，壓鑄機性能、澆注系統(tǒng)尺寸等因素對比壓都有一定影響。所以，實 際選用的比壓應(yīng)等于計算比壓乘以壓力損失折算系數(shù)。壓力損失折算系數(shù)k值見表4.3。 4.1

52、.2 比壓及其選擇 4.1.2 比壓及其選擇 4.1.2 比壓及其選擇 4.1.2 比壓及其選擇 4.1.2 比壓及其選擇 4.1.3 脹模力 4.2 速 度 u4.2.1 壓射速度 u4.2.2 內(nèi)澆口速度 u4.2.3 內(nèi)澆口速度與壓射速度和壓力的關(guān)系 4.2 速 度 壓鑄過程中，速度受壓力的直接影響，又與壓力 共同對內(nèi)部質(zhì)量、表面輪廓清晰度等起著重要作 用。速度有壓射速度和內(nèi)澆口速度兩種形式。 4.2.1 壓射速度 4.2.1 壓射速度 4.2.1 壓射速度 4.2.2 內(nèi)澆口速度 金屬液通過內(nèi)澆口處的線速度稱內(nèi)澆口速度，又稱充型速度，它是壓鑄工藝 的重要參數(shù)之一。選用內(nèi)澆口速度時，參考

53、如下： (1)鑄件形狀復(fù)雜或薄壁時，內(nèi)澆口速度應(yīng)高些； (2)合金澆入溫度低時，內(nèi)澆口速度可高些； (3)合金和模具材料導(dǎo)熱性能好時，內(nèi)澆口速度應(yīng)高些； (4)內(nèi)澆口厚度較厚時，內(nèi)澆口速度應(yīng)高些。 內(nèi)澆口速度過高也會帶來一系列問題，主要是容易包卷氣體形成氣孔。此外， 也會加速模具的磨損。推薦的內(nèi)澆口速度見表4.5。 4.2.3 內(nèi)澆口速度與壓射速度和壓力的關(guān)系 4.2.3 內(nèi)澆口速度與壓射速度和壓力的關(guān)系 4.3 溫 度 u4.3.1 合金澆注溫度 u4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3 溫 度 壓鑄過程中，溫度規(guī)范對充填成型、凝固過程以 及壓鑄模壽命和穩(wěn)定生產(chǎn)等方面都有很大影響。 壓鑄的

54、溫度規(guī)范主要是指合金的澆注溫度和模具 溫度。 4.3.1 合金澆注溫度 合金澆注溫度是指金屬液自壓室進入型腔的平均溫度。由于對壓室內(nèi)的金屬液溫度測量不方便，通 常用保溫爐內(nèi)的金屬液溫度表示。由于金屬液從保溫爐取出到澆入壓室一般要降溫1520，所 以金屬液的熔化溫度要高于澆注溫度。但過熱溫度不宜過高，因為金屬液中氣體溶解度和氧化程度 隨溫度升高而迅速增加。 澆注溫度高，能提高金屬液流動性和壓鑄件表面質(zhì)量。但澆注溫度過高，會使壓鑄件結(jié)晶組織粗大， 凝固收縮增大，產(chǎn)生縮孔縮松的傾向也增大，使壓鑄件力學(xué)性能下降。并且還會造成粘模嚴(yán)重，模 具壽命降低等后果。因此，壓鑄過程中金屬液的流動性主要靠壓力和壓射

55、速度來保證。圖4.2和圖 4.3所示為澆注溫度對壓鑄件力學(xué)性能的影響。 選擇澆注溫度時，還應(yīng)綜合考慮壓射壓力、壓射速度和模具溫度。通常在保證成型和所要求的表面 質(zhì)量的前提下，采用盡可能低的澆注溫度。甚至可以在合金呈黏稠“粥”狀時進行壓鑄。一般澆注 溫度高于合金液相線溫度2030。但對硅含量高的鋁合金不宜采用“粥狀”壓鑄，因為硅將大 量析出以游離狀態(tài)存在于壓鑄件內(nèi)，使加工性能惡化。各種壓鑄合金的澆注溫度見表4.6。 4.3.1 合金澆注溫度 4.3.1 合金澆注溫度 4.3.1 合金澆注溫度 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 在壓鑄生產(chǎn)過程中，模具溫度過高、過低都會影響鑄件質(zhì)量和模具壽命，因此，

56、壓鑄模在壓鑄生產(chǎn) 前應(yīng)預(yù)熱到一定溫度，在生產(chǎn)過程中要始終保持在一定的溫度范圍內(nèi)，這一溫度范圍就是壓鑄模的 工作溫度。 1. 模具溫度 預(yù)熱壓鑄?？梢员苊饨饘僖涸谀＞咧幸蚣だ涠沽鲃有匝杆俳档?，導(dǎo)致鑄件不能順利成型。即使成 型也因激冷而增大線收縮，使壓鑄件產(chǎn)生裂紋或表面粗糙度增加。此外，預(yù)熱可以避免金屬液對低 溫壓鑄模的熱沖擊，延長模具壽命。 連續(xù)生產(chǎn)中，模具吸收金屬液的熱量若大于向周圍散失的熱量，其溫度會不斷升高，尤其壓鑄高熔 點合金時，模具升溫很快。模具溫度過高，使壓鑄件因冷卻緩慢而晶粒粗大，并且?guī)斫饘僬衬＃?壓鑄件因頂出溫度過高而變形，模具局部卡死或損壞，延長開模時間，降低生產(chǎn)率等問題。

57、為使模 具溫度控制在一定的范圍內(nèi)，應(yīng)采取冷卻措施，使模具保持熱平衡。 壓鑄模的工作溫度可以按經(jīng)驗公式(4.9)計算或由表4.7查得。壓鑄模溫度對壓鑄件力學(xué)性能影響如 圖4.4和圖4.5所示。 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡 4.3.2 模具溫度和模具熱平衡

58、4.4 時 間 u4.4.1 充填時間和增壓建壓時間 u4.4.2 持壓時間和留模時間 4.4 時 間 壓鑄工藝中的時間是指充填時間、增壓建壓時間、 持壓時間和留模時間。 4.4.1 充填時間和增壓建壓時間 金屬液從開始進入模具型腔到充滿型腔所需要的時間稱為充填時間。充填時間長短取決于壓鑄件的大小、復(fù)雜程度、 內(nèi)澆口截面積和內(nèi)澆口速度等。體積大形狀簡單的壓鑄件，充填時間要長些，體積小形狀復(fù)雜的壓鑄件，充填時短 些。當(dāng)壓鑄件體積確定后，充填時間與內(nèi)澆口速度和內(nèi)澆口截面積之乘積成反比。即選用較大內(nèi)澆口速度時，也可 能因內(nèi)澆口截面積很小而仍需要較長的充填時間。反之，當(dāng)內(nèi)澆口截面積較大時，即使用較小的

59、內(nèi)澆口速度，也可 能縮短充填時間。因此，不能孤立地認為內(nèi)澆口速度越大，其所需的充填時間越短。 在考慮內(nèi)澆口截面積對充填時間的影響時，還要與內(nèi)澆口的厚度聯(lián)系起來。如內(nèi)澆口截面積雖大，但很薄，由于壓 鑄金屬呈黏稠的“粥狀”，黏度較大，通過薄的內(nèi)澆口時受到很大阻力，則將使充填時間延長。而且會使動能過多 地損失，轉(zhuǎn)變成熱能，導(dǎo)致內(nèi)澆口處局部過熱，可能造成粘模。 壓鑄時，不論合金種類和鑄件的復(fù)雜程度如何，一般充填時間都是很短的，中小型壓鑄件僅0.030.20 s，或更短。 但充填時間對壓鑄件質(zhì)量的影響是很明顯的，充填時間長，慢速充填，金屬液內(nèi)卷入的氣體少，但鑄件表面粗糙度 高。充填時間短，快速充填，則情

60、況相反。充填時間與壓鑄件平均壁厚及內(nèi)澆口速度的關(guān)系見表4.5。充填時間對壓 鑄件質(zhì)量影響如圖4.6所示。 增壓建壓時間是指從金屬液充滿型腔瞬間開始，至達到預(yù)定增壓壓力所需時間，也就是增壓階段比壓由壓射比壓上 升到增壓比壓所需的時間。從壓鑄工藝角度來說，這一時間越短越好。但壓鑄機壓射系統(tǒng)的增壓裝置所能提供的增 壓建壓時間是有限度的，性能較好的機器最短建壓時間也不少于0.01 s。 增壓建壓時間取決于型腔中金屬液的凝固時間。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，因為合金一旦凝固，壓力無法傳遞，即使增壓也起不了壓實作用。因此壓鑄機增壓裝置上，增壓建 壓時間的可調(diào)性