压铸过程原理及压铸工艺参数确定

压铸过程原理及压铸工艺,引言,压铸机、压铸模具及压铸合金是压铸生产的三大要素。但要生产出合格压铸件，没有正确的压铸工艺是不可能的。压铸工艺规定三大要素的工作方式。换言之，如果压铸机、压铸模具及压铸合金是压铸生产的硬件，那么压铸工艺就是压铸生产的软件。,2.1压射过程与压射过程曲线,压力和速度是压射过程的两个重要参数。记录压射过程中压力和速度动态特性的曲线，称为压射过程曲线。冷室压铸（1）小型压铸机三级压射，即为两级速度，一级增压。（2）中大型压铸机双回路控制的四级压射系统，即慢压射、一级快压射（也较慢）、二级快压射、增压。热室压铸，主要以两个阶段压射为主（一速升液和二速填充）。,一、压射过程压铸机的压射过程从压射冲头开始移动至型腔充满保压（热室压铸机），或者至增压结束（冷室压铸机）为止。压射过程中，随着压射冲头的位移，速度和压力都是按设定的模式变化。,说明：压射阶段的划分来源于长期的压铸实践，但并非必须完全遵循，根据压铸件及压铸工艺的具体状况设定。发展历程：不变化-二阶段-三阶段（或四阶段）最新进展：突破了传统的三阶段压射，可以根据工艺需要，多点设置速度和压力，可以非常灵活地设定压射过程；某些压铸机还具备压射冲头运动优化程序，根据压室参数、金属液充满度等参数，计算最佳压射模式，减少卷气现象。压射模式应根据压铸件及压铸工艺的具体状况设定，并非采用哪一种固定模式。,二、压射过程曲线压射过程分析的重要线图1、压射阶段理论上，压射压力与压射速度的平方成正比，一定的速度对应一定的压力，或者说使用一定压力才能达到一定的速度压射曲线中的上升斜线，表示压力和速度处于上升之中，起始点为速度或压力的切换点压射曲线中的平台，表明该阶段的速度和压力没有变化，一个稳定的平台可以理解为一个阶段（冷室压铸出现三个压射阶段I、II、III）在IV阶段（增压阶段），压力迅速上升出现高压平台，但速度值迅速降为零，这是增压阶段的特征，表明充型结束，增压形成。,二、压射过程曲线2、压力和速度值正常情况下，压力值和速度值相对应如果曲线异常，出现压力过高而速度偏低，表明压射系统可能出现问题，如压射冲头阻滞、浇道堵塞，或液压管路问题等如果压力曲线偏低，速度无法上升，表明压力没有建立，应检查压力设置是否合适或是存在泄压之处,二、压射过程曲线3、压力和速度切换状况各阶段的切换起始点至结束点，或者说切换处曲线斜率，反映了从低速切换至高速，或从低压切换至高压的响应速度。切换时速度和压力应该同步响应为佳，以反应迅速为佳。,二、压射过程曲线4、建压时间建压时间表示增压压力的响应速度，建压时间是反映压铸机性能的重要指标。增压压力必须在金属凝固之前建立，否则将大大影响增压效果。理论上讲，建压时间越短越好，可以在金属液凝固之前对其进行高压压实，有效减少内部缺陷，增加压铸件的致命性。目前先进压铸机的建压时间已达10ms以下。,二、压射过程曲线5、压力峰值压力峰值指的是快压射结束时（充型结束），迅速增压形成的压力冲击或水锤现象。在第III阶段结束后，压射冲头运动突然停止及压力快速切换，造成了压力瞬间升高，并伴有压力振荡现象。压力峰值虽是瞬态行为，但对压铸工艺非常不利。压力峰值可以引起胀形，造成泄压，影响压铸件成形质量，使压铸产生飞边、毛刺等。现代压铸机都把消除压力峰值作为一项重要内容。目前许多压铸机增加了反压措施，使压射冲头在充型结束前瞬间减速，从而大大减轻了水锤现象，缩小了压力峰值。,2.2压铸工艺参数及其确定方法,一、压铸压力压铸压力是压铸工艺的基本特征，金属液的充型和压实都是在压力作用下完成的，分为动态压射力和增压压射力。压铸过程中的压力是由压铸机的压射机构产生的压射机构通过工作液体将压力传递给压射活塞然后由压射活塞经压射冲头施加于压室内的金属液上,一、压铸压力（两种表现形式）1、压射力：来源于高压泵，通过压射冲头对金属液施加压力，施加压力的大小用比压表示。2、压射比压：指压射过程中，压室内单位面积上金属液所受到的静压力,式中P压射比压（MPa）；F压射力（N）；A压射冲头截面积（近似等于压室截面积）（mm2）；D压室直径（mm）。,2.2压铸工艺参数及其确定方法,一、压铸压力3、压射比压的取值范围冷室压铸机的动态压射比压一般在3090MPa之间，增压压射比压一般在50300MPa之间热室压铸机提供的压射比压可达到2050MPa使用压铸机提供的最小压射冲头才能得到最大压射比压,表1部分压铸机的压射力及压射冲头尺寸与压射比压的关系,一、压铸压力4、选择合理的压射比压,比压也可以根据压铸件的某一特征进行选取，表2列出了冷室压铸推荐的压射比压参考值。在快压射阶段，一般优先压射速度调整，动态比压随之确定。,表2冷室压铸推荐的压射比压（增压参考值）（单位：MPa）,二、压铸速度,压射速度：是压射冲头推动金属液移动的速度，也成为冲头速度。充型速度：金属液通过内浇口进入型腔的速度，也称为内浇口速度。,1、冲头速度在压射起始阶段，或低速压射阶段，金属液尚未达到内浇口，所以只考虑冲头速度。在这一阶段，冲头速度一般都控制在0.10.4m/s之间。冷室压铸金属液的充满度高，冲头速度可取低些。一般技术资料中给出的压射速度推荐范围都很宽，应权衡各种因素选取，冷室压铸机最大压射速度可达10m/s.,二、压铸速度,冲头速度过高时液态金属的波面,二、压铸速度,2、充型速度高速压射阶段，金属液充填型腔。充型速度对金属液的充型模式及压铸件成型具有重要作用，在选择时必须十分小心。充型速度过高容易引起紊流、卷气、氧化及粘模等现象，还会加速模具的磨损。在保证压铸件质量的前提下，充型速度应尽量选低。充型速度与压射压力相关，相同的压铸条件下，要达到高的充型速度，需要的压射力大。,二、压铸速度,表4基于压铸件壁厚的冷室压铸充型速度,表3不同合金种类常用的冷室压铸充型速度,二、压铸速度,3、充型速度和冲头速度的关系在冷室压铸机中，压室、浇道和压铸模型腔相连，成为一个密闭系统，因而它们之间具有连续方程的关系，即,因此，充型速度确定后，根据内浇口和压射冲头面积核算冲头速度。,二、压铸速度,4、速度切换位置,A给汤完了状态压射时间内，溶汤安定后，开始压射,B低速压射，压室充填设定防止空气卷入的速度注意无溶汤飞溅，冲头的卡住等的影响。,C低速压射，浇道充填多段压射的机器另外可以设定，一般情况下，以加速度的匀加速进行设定。,D高速切换位置一般来说以溶汤到达浇口的位置为基准进行设定，根据产品前后调整切换位置来决定最佳的位置。,从溶汤到达浇口位置作为高速切换位置是最基本的,E减速位置产品充填完了后，在集渣包充填完了之前进行有效减速的决定，设定后短射必然会有，但必须对产品的影响加以确认。,F增压位置增压为充填完了开始增压，切换位置一般在充填完了的前20mm左右设定。,不论哪一个切换要点，都要计算机器、电气工作时间的延迟，比计算值之前1015mm左右进行设定。,二、压铸速度,5、高速压射行程,二、压铸速度,6、根据水力学原理，充型速度与压射比压的关系,二、压铸速度,7、影响充填速度的因素影响充填速度的因素有三个，即压射速度、压射比压和内浇口截面积。因此，生产中通常采用的调整充填速度的方法是：调整压射速度、改变压射压力、调整内浇口的截面积。,三、时间,压铸工艺中的时间参数包括充型时间、持压时间和留模时间三个部分。1、充型时间：金属液开始进入型腔至型腔充满所需时间，可按下式估算：,三、时间,1、充型时间：经验推荐见下表,三、时间,2、增压建压时间：指充型（快压射）结束至增压压力形成所需的时间。建压时间越短越好，取决于型腔中金属液的凝固时间凝固时间长的合金，增压建压时间可长些，但必须在浇口凝固之前达到增压比压但建压时间由压铸机压射系统性能决定，不能任意调节。目前最先进压铸机的建压时间已达到10ms以内。,三、时间,3、持压时间：指金属液充满型腔后，压射系统继续保持压力的时间持压的目的是保证金属液在整个凝固期间都处于高压之下，达到紧实压铸件的目的。持压时间应比金属液在型腔内的凝固时间长。,表5基于压铸件壁厚的持压时间推荐值,三、时间,4、留模时间：从持压终了至开模顶出压铸件的时间段留模的目的是使压铸件在型腔中冷却到一定温度，形成一定强度，避免开模顶出时压铸件变形、开裂。留模时间过长，压铸件的冷却及收缩幅度大，包紧力增大，会导致顶出困难。在以下情况时，留模时间可取短些：合金的收缩大、高温强度较高；薄壁件、结构复杂；压铸模具热容量大、冷却能力强。,四、温度,温度是压铸工艺中的热因素，主要涉及金属液的浇注温度和压铸模具温度。1、浇注温度：指金属液进入浇注系统或型腔时的温度，一般用保温炉内的金属液温度表示。浇注温度应高于合金液相线温度300C左右，以弥补合金液在浇注过程中及在压室停留期间的热损失，以保证金属液在充型时仍有良好的流动性。,表6常用压铸合金的推荐浇注温度,四、温度,2、压铸模具工作温度压铸模具温度对压铸件质量、尺寸精度及压铸模具寿命都有影响。温度过高，容易导致粘模、压铸件顶出变形、压铸模具活动部件卡死、开模时间延长等。压铸模具温度控制在浇注温度的1/3左右，薄壁、结构复杂的压铸件可适当调高。压铸模预热一般多用煤气、喷灯、电器或感应加热。国外在压铸生产中大量采用模温机，不但提高压铸模具寿命，还可以稳定生产优质压铸件。,各种压铸合金的模具工作温度经验数据见表,2.3压铸用涂料（P44）,一、涂料作用（1）高温时保持良好的润滑性。在压铸件与模具之间形成隔离层及润滑膜，保持熔融金属的流动性，改善合金的成形性能，美化压铸件外观。（2）所形成的润滑膜窜入到模具的活动部位，减少压铸件与成形零件间的摩擦，使构件动作灵活，压铸件脱模顺畅，尺寸稳定，并减少零件的磨损，相应地提高模具寿命。（3）通过水分的蒸发，局部冷却模具，使其在生产过程中减少热疲劳应力。（4）在喷涂过程中清除碎屑，减少废品，操作流畅，达到安全生产的目的。,2.3压铸用涂料,二、对压铸涂料的总体要求（1）高温时，能保持良好的润滑性能。（2）挥发点低，在1001500C时，稀释剂能很快地挥发。（3）对模具及压铸件材料没有腐蚀作用。（4）性能稳定，在空气中不会因稀释剂很快挥发而变浓。（5）无特殊味道，在高温时不析出或分解出有害气体，也不留有残余物质。（6）配制工艺简单，来源丰富，价格低廉。,2.3压铸用涂料,三、涂