压铸工艺.ppt

1,第一章压铸工艺,主要内容：1.金属压铸模的基本原理2.压铸件的工艺性3.常见压铸合金及压铸工艺参数,重点内容：1.压铸件的结构工艺性2.压铸工艺参数的确定与调整,2,第一节压铸的基本原理和特点,一、压铸的基本原理金属压力铸造（简称压铸）是指在高压作用下，将液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模具型腔，并在压力状态下结晶凝固，获得压铸件的工艺方法。,压铸过程循环图,3,二、压铸分类,4,压力铸造车间,5,1.热压室压铸机的压铸过程,a）合模状态b）压射c）压射冲头回程开模推出压铸件,3,4,5,6,7,8,1坩埚2压射冲头3压室4进口5熔融合金6鹅颈管7喷嘴8定模9动模,9,6,2.立式冷压室压铸机的压铸过程,a）合模熔融合金浇入压室b）压射反料冲头下退充填型腔c）压射冲头回程反料冲头上升推出余料d）开模推出压铸件,1压射冲头2压室3熔融合金4反料冲头5喷嘴6型腔7定模8动模9余料,1,2,3,4,6,7,8,5,垂直侧压室,9,7,3.卧式冷压室压铸机的压铸过程,a）合模熔融合金浇入压室b）压射熔融合金充填型腔c）开模冲头推出余料d）推出压铸件冲头复位,1压射冲头2压室3熔融合金4定模5动模6浇道7型腔8余料,水平压室,1,2,3,4,5,6,7,8,8,4.全立式冷压室压铸机的压铸过程,a）熔融合金浇入压室b）合模压射熔融合金充填型腔c）开模冲头上升推出余料d）推出压铸件冲头复位,(1)冲头上压式,1压射冲头2熔融合金3压室4动模5定模6型腔7余料,1,2,3,5,4,6,7,9,a）合模熔融合金浇入压室b）压射反料冲头下降熔融合金充满型腔c）开模d）冲头回程推出压铸件,4.全立式冷压室压铸机的压铸过程,(2)冲头下压式,1压射冲头2压室3型腔4动模5定模6熔融合金7反料冲头,7,6,5,4,3,2,1,8,（余料）,10,压铸生产具有高速、高压、充填时间极短，并在高压状态下凝固成形的特点，因此压铸具工艺有以下优点：1.压铸件的尺寸精度高、表面质量好；2.可以生产形状复杂、轮廓清晰、深腔薄壁的压铸件；,二.压铸生产的工艺特点,一般孔径不小于2mm（最小铸出孔径0.7mm），孔深不大于孔径的4-8倍，孔间距在10mm以上。,11,3.压铸件组织致密，具有较高的强度和硬度；4.材料利用率高。材料利用率60%-80%，毛坯利用率90%以上；5.生产效率高，易实现机械化和自动化生产；冷压室压铸机平均每小时压铸80-100次，热压室压铸机平均每小时可压铸400-1000次。6.经济效益好。,12,但是压铸生产也存在一些缺点：1.压铸件易出现气孔和缩松；2.不适合小批量生产；3.模具的寿命低；4.受压铸件结构和合金种类所限。目前主要压铸锌合金、铝合金及铜合金，黑色合金压铸生产尚不普遍。,13,第二节压铸件的工艺性,重庆三峡学院机械工程学院,压铸模、锻模与其他模具,Chapter2Thetechnologyofdiecasting,第一章压铸工艺,14,第二节压铸件的工艺性,一.压铸件的精度影响压铸件精度的主要因素有:模具精度及工作情况、压铸机的精度及刚度、合金成分及性能、压铸件的结构、尺寸、压铸工艺参数等。,压铸件的工艺性包括以下三方面的内容：压铸件的精度、压铸件的表面质量和压铸件的结构工艺性。,15,1.压铸件的尺寸精度压铸件尺寸的经济精度可达IT11IT13级，高时可达IT9IT10级，未注公差可参照IT14级选取。确定压铸件的尺寸公差时，考虑如下因素：（1）以空间对角线表示压铸件轮廓尺寸大小,16,（2）分型面、活动成型部分对尺寸的影响与分型面无关的为A类尺寸，与分型面有关的为B类尺寸。,17,（3）合金种类的影响（4）其它因素的影响不同的压铸工艺水平和保证条件对精度有不同程度的综合影响。引起的尺寸误差较小时选取级精度，较大时选取级精度。精密压铸件尺寸公差数值的选用，见教材：表1-1压铸高精度尺寸推荐公差数值；表1-2压铸严格尺寸推荐公差数值；表1-3铝合金、镁合金压铸尺寸未注公差数值。,锌合金、锡合金和铅合金（熔点：420232327C）,铝合金和镁合金（熔点：660649C）,铜合金（熔点：1084C）,18,2.压铸件的自由角度和锥度公差,3.压铸件的形状和位置公差压铸件的表面形状和尺寸精度主要取决于压铸模成型表面的形状和位置精度，同时，压铸件的变形也是不可忽略的影响因素。表1-5压铸件平行度和垂直度公差；表1-6压铸件同轴度和对称度公差。,19,二.压铸件的表面质量压铸件的表面粗糙度值，一般比模具成型表面的粗糙度值低两级。新模具可获得Ra值为0.8m的压铸件。模具在正常使用寿命内：锌合金铸件Ra=1.6-3.2m铝、镁合金铸件Ra=3.2m铜合金铸件受模具龟裂的影响表面质量最差。压铸件表面粗糙度的数值，随着模具使用次数的增加而增大。,三.压铸件的加工余量当压铸件的尺寸精度、形位精度达不到设计要求时，应优先考虑采用精整加工的方法，如矫正、拉光、挤光等，以便保留强度较高的致密层。必须采用机械加工时，应选用较小的余量，并以不受分型面及活动成型部分影响的表面为基准进行加工。,20,四.压铸件的结构工艺性1.压铸件的壁厚厚壁压铸件中心层晶粒较大，易产生气孔、缩孔等缺陷，使其强度和致密性随壁厚的增大而下降。因此，在保证强度和刚度的前提下，应尽量减小壁厚，通常工艺条件下以不超过4.5mm为宜。同时，要尽量使各截面壁厚均匀，在较厚部分采用设加强肋的方法防止铸件缺陷。需要注意的是，铸件壁厚太薄将会导致欠铸、冷隔现象的产生。,21,2.压铸件的孔和槽隙压铸件可以直接铸出比较小深的小孔和比较窄的槽隙。合金收缩时会对型心产生很大的抱紧力，使型心抽出时容易弯曲、折断或破坏铸件。因此，对压铸件的孔径、孔深以及孔间距应加以限制。（见教材）,22,3.脱模斜度压铸件应有合理的脱模斜度，防止脱模时表面划伤，延长模具寿命。脱模斜度与压铸件的尺寸、模具型腔（或型心）的表面状态、合金的种类等有关。压铸件壁厚，对型心的抱紧力，脱模斜度；收缩率及熔点，脱模斜度；压铸件内表面或孔比外表面的脱模斜度要大。在允许范围内，采用较大的脱模斜度，可减少推件力和抽芯力，一般取20-1。,23,4.压铸件的圆角半径在压铸件壁与壁连接处设计成圆角，有利于气体的排出，熔融合金的流动，防止在尖角出产生应力集中，保证压铸件的质量。对模具来说，也可以避免尖角出的应力集中和裂纹，延长模具寿命。,24,5.加强肋可提高压铸件强度和刚度，改善压铸工艺性，是熔融合金流路顺畅。还可减小壁厚，消除壁厚过大而产生的缺陷。,（见教材）,25,6.螺纹压铸外螺纹，采用对开结构的螺纹型环时，需考虑留有0.20.3mm加工余量。铸造内螺纹需要螺纹型心旋出机构，模具结构复杂。一般先铸出底孔，再加工成螺纹孔。并且螺纹长度不宜过长，因为收缩时会在长度方向累积较大误差。,（见教材）,26,7.齿轮压铸齿轮的最小模数见下表，脱模斜度按内表面值选取。对精度要求高的齿轮，齿面应留有0.20.3mm的加工余量。通常键槽最小值为1.0-1.5mm，键槽深最大10-12mm。,27,8.图案、文字和标志,在压铸件上图案、文字和标志均采用凸体，图形笔画尽量简单，避免尖角，便于模具加工和延长模具使用寿命。压铸文字一般不小于5号字体，文字凸出高度应大于0.3-0.5mm，线条宽度一般为凸出高度的1.5倍，线条间最小距离为0.3mm，脱模斜度为10-15。,五号字体,28,9.镶嵌件镶嵌件在压铸件内必须稳固牢靠，有防止移动和转动的结构，可在镶嵌件铸入部位采取滚花、切槽、铣扁等方式，使合金与基体包紧。包紧部分不应有尖角，避免铸件开裂。,29,五.压铸件的结构工艺性分析示例,30,31,第三节压铸合金,重庆三峡学院机械工程学院,32,第三节压铸合金,压铸合金的种类及性能直接影响着压铸模的寿命、压铸机类型的选择及铸件表面修饰的方法等。,铝合金,一.压铸合金的种类：,锌合金,应用很少,应用普遍,熔点高、易氧化和开裂，模具寿命低,33,为了满足压铸件的使用要求，保证铸件质量，对压铸合金提出以下要求：1.强度和硬度高，塑性好；性能稳定，耐磨和抗腐蚀性好；2.密度小，导电和导热性好；3.流动性能好，结晶温度范围小，产生气孔缩松的倾向小；适应大型薄壁件的压铸生产需要4.收缩率小，产生热裂、冷裂和变形的倾向小，保证压铸件的精度；5.熔炼工艺简单，熔点低，不易氧化，吸气小；低的合金铸压温度有利于延长模具的寿命6.具有良好的技术经济性。,二.对压铸合金的基本要求：,34,1.压铸铝合金铸造性能好，密度小，比强度高，耐腐蚀性、耐磨性、导热性、导电性好以及具有良好的切削性能。2.压铸锌合金密度大，熔点低，熔化保温方便，模具寿命长，铸造工艺性好，可压制复杂薄壁件。与铁的亲和力小，不易粘模，焊接和电镀性能良好。3.铜合金导电性、导性热好，力学性能高，切削性能好，摩擦因素小；熔点高，模具寿命低；原材料价格较高。4.镁合金密度小，比强度大，具有良好的刚度和减振性，切削性能优良，与铁的亲和力小，不易粘模；高温脆性和热裂倾向大、耐蚀性差。,三.常用压铸合金及选用：,35,第四节压铸工艺参数的选择,压铸工艺参数：是指压射压力、压射速度、浇注温度和压铸模温度以及充填时间等工艺参数。,压铸工艺是将压铸生产的三大要素压铸合金、压铸模和压铸机进行有机组合的综合运用。,充填时间则是有关工艺参数的协调和综合的结果。,36,一.压力：,t,压射力是获得组织致密、轮廓清晰压铸件的重要条件。,1.压射力压射力是指压铸机压射缸内的工作液作用于压射冲头使其推动熔融合金充填模具型腔的力。（1）压射力变化规律分为四个阶段：第阶段：排气阶段；第阶段：熔融合金堆积阶段；第阶段：充填阶段；第阶段：增压阶段。,37,（2）压射力的计算：有增压机构时：无增压机构时：式中：Fy压射力；pzg增压后，压射缸内的工作压力(MPa)；pg压射缸内的工作压力(MPa)；D压射缸的直径(mm)。,38,2.压射比压（1）压射比压与增压比压压射比压是指在压室内，熔融合金单位面积上所受到的压力，充填阶段的比压称为压射比压。压实阶段的比压称为增压比压。压射比压可按下式计算：式中：pb压射比压(MPa)；Fy压射力；A压射冲头截面积(mm2)；d压射冲头直径(mm)。,39,（2）压射比压的选择和调整生产中根据铸件的形状尺寸、结构复杂程度、壁厚大小以及压铸合金的特性和压铸温度，模具的浇注及排溢系统设计情况等确定压射比压。一般压铸件的形状复杂，工艺条件较为苛刻时，常采用高的压射比压和增压比压。但是过高的比压会使铸件质量变差，降低模具寿命。因此，在满足要求的前提下，尽可能选择较低的压射比压和增压比压。调整比压的方法有：调整压射力的大小和更换不同直径的压射冲头。,40,3.胀型力与锁紧力：熔融合金充填型腔时，对型腔壁和分型面产生的作用力称为胀型力。在充型过程中，为保证动、定模相互紧密闭合，沿合模方向上施加在模具上的夹紧力称为锁模力。（1）主胀型力：是指压铸件在分型面上的投影面积（包括浇注系统、溢流、排气系统的面积）与压射比压的乘积。式中：Fz主主胀型力，模具分型面上的膨胀力(N)；pb压射比压(MPa)；A压铸件在分型面的投影面积总和，一般另加30%作为浇注系统与溢流排气系统的面积(mm2)。,41,（2）分胀型力：是指作用在滑块锁紧面上的法向分力引起的胀型力之和。采用斜销抽芯、斜滑块抽芯机构时的分胀型力可按下式计算：胀型力：式中：Fz分由法向分力引起的分胀型力，为各个型芯产生法向分力之和(N)；A分侧向活动型芯成型端面的投影面积(mm2)；楔紧块的楔紧角()；Fz胀型力(N)。,若侧向活动型芯成形端面面积不大，侧向分型力可以忽略不计。,42,1.压射速度：压铸过程中，压射冲头移动的线速度称为压射速度。压射过程第、阶段采用低速压射：熔融金属堆积。第阶段采用高速压射：式中：vyh高速压射速度(m/s)；V型腔容积(mm3)；n型腔数；d压射冲头直径(mm)；充填时间(s)；一般压铸件可按计算数值提高1.2倍，对有较大镶件的压铸件或大模具压小铸件时可提高1.5-2倍。,二.速度：,压射速度可通过压铸机的流量控制阀进行无级调节。,一般压射速度为0.3-5m/s。,43,2.充填速度在压射冲头作用下，熔融合金通过内浇口进入型腔的线速度称为充填速度。充填速度偏低易造成铸件轮廓不清晰；采用较高的充填速度可获得轮廓清晰、表面光洁的铸件；充填速度过高，易使压铸件产生气泡，还会加速模具工作零件的磨损。充填速度与内浇口截面积有关，内浇口截面积小，充填速度高；反之充填速度低。调整充填速度的方法：调整压射速度、改变压射比压和调整内浇口截面积等。,44,1.合金浇注温度熔融合金的浇铸温度是指熔融合金自压室进入型腔的平均温度。一般用保温炉内熔融合金的温度表示。浇注温度过高，压铸件易变形开裂；过低，则造成充填困难，易产生冷隔、表面流纹和浇注不足等缺陷。,三.温度,当浇铸速度大时，应适当降低浇铸温度。,45,2.模具温度模具温度即模具的工作温度。压铸前应对模具充分预热到一定程度，主要是基于如下考虑：（1）避免模具激热而胀裂；（2）避免熔融合金激热而充型困难或产生冷隔，或因线收缩加大而造成铸件开裂；（3）降低型腔中空气密度，利于排气。但模具温度也不宜太高，否则易造成粘模、铸件顶出变形、模具局部卡死甚至损坏，且会延长开模时间，降低生产率等。模具工作温度按下式计算：式中：tm模具工作温度；tj合金浇注温度。,模具预热一般采用煤气喷烧、喷灯、电热器和感应加热。,46,1.充填时间熔融合金自开始进入型腔到充满所需的时间称为充填时间。它与压铸件体积、复杂程度及压射比压、内浇口截面积等因素有关。充填时间一般在0.010.2s之间，根据生产实际进行调整。2.增压建压时间增压建压时间是指熔融合金在充模的增压阶段，从充满型腔的瞬时开始，至达到预定的增压压力所需的时间。也即压射比压上升到增压比压所需的时间。该时间愈短愈好，但受限于压铸机性能至少也要0.010.2s。,四.时间,增压建压时间取决于型腔中熔融合金的凝固时间。,47,3.保压时间熔融合金充满型腔到凝固前，增压比压持续的时间称为保压时间。保压可以加强补缩，获得组织更加致密的压铸件。保压时间一般为12s，对于结晶温度范围大、壁厚的压铸件可长些约为23s。3.留模时间留模时间是指保压时间终了到开模推出压铸件的时间。以推出压铸件不变形、不开裂的最短时间为宜。,合金的收缩率大、强度高、压铸件壁厚、模具热容量大、散热快，留模时间应短些；