压铸模具设计基础知识

第一講:壓鑄基本概念

撰稿:Macherchen12/12/20221一.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鑄造離心鑄造真空吸鑄永久型鑄造12/12/20222二.壓鑄概論壓力鑄造概念:(鋁,錫,鋅,镁,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,簡稱壓鑄,其最終產品是壓鑄件.壓力鑄造特性:高速充填:通常澆口速度達30~60m/s之間.充填時間很短:中小型件通常為0.02~0.2s之間.高壓充填:熱室機壓力通常為70~350kg/c㎡溶湯的冷卻速度快

12/12/20223沖頭噴嘴壓室坩堝進口二.壓鑄概論壓鑄設備熱室壓鑄機冷室立式(全)卧式熱室壓鑄機的壓室通常浸入坩鍋的金屬液中,如圖示.12/12/20224三.壓鑄制程溶湯的流動方式（一）噴射及噴射流

壓力

運動能(碰壁)熱能和壓力由噴射﹑噴射流轉變為壓力流12/12/20225三.壓鑄制程溶湯的流動方式（二）壓力流

因沖撞,磨擦和氣體阻力等(抽象),運動能量耗盡(常發生在加強筋,凸台,遠離澆口之部位),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壁前進的特性.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﹐必須開設排氣槽.（三）再噴射（四）補縮金屬流（保壓時間）12/12/20226四.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3﹕1（應設計壁厚均勻﹐保証足夠強度與剛度的前提）12/12/20227四.成型工藝（二）加強肋﹕大于或等于2.5MM﹐會降低抗拉強度﹐易產生氣孔﹐縮孔。設計原則﹕1﹐受力大﹐減小壁厚﹐改善強度.2﹐對稱布置﹐壁厚均勻﹐避免縮孔氣孔.3﹐與料流方向一致﹐避免亂流.4﹐避免在肋上設置任何零部件.12/12/20228四.成型工藝（三）脫模斜度β12/12/20229四.成型工藝（四）圓角12/12/202210四.成型型工工藝藝（五五））孔孔鋅:0.8~1.5（（最最小小直直徑徑））鋁:2.0~2.5（（最最小小直直徑徑））（六六））文文字字:凸凸凹凹紋紋﹐﹐直直紋紋例:平平行行紋紋（（直直紋紋））高高0.7MM﹐﹐間間距距1MM﹐﹐角角度度60.5。外俓俓ΦΦ34.5mm共共104牙牙12/6/202211四.成型型工工藝藝（七七））螺螺紋紋﹐﹐齒齒輪輪(八八））嵌嵌件件合金外內外內6108P5P鋁10206P4P鋅最小螺距（P)0.751最小螺紋外徑最大螺紋長度12/6/202212五.壓鑄鑄合合金金及及其其性性能能（一一））壓壓鑄鑄合合金金鋁(Al),鋅鋅(Zn),镁镁(Mg),鉛鉛(Pb),錫錫(Sn),銅銅(Gu)（二二））壓壓鑄鑄合合金金之之鋅合合金金熱室室壓壓鑄鑄用用鋅合金金中中有效效合合金金元元素素:鋁鋁(Al),銅銅(Gu),鎂鎂(Mg)有害害雜雜質質元元素素:鐵鐵(Fe),硅硅(Si),鉛鉛(Pb),鎘鎘(Gd),錫錫(Sn)來源源於於鋁鋁來來源源於於鋅12/6/202213五.壓鑄合金及及其性能鋅合金種類類鋅合金種類類12/6/202214五.壓鑄合金及及其性能12/6/202215五.壓鑄合金及及其性能熱室壓鑄鋅鋅合金中的的合金元素素---合金金元素-鋁鋁鋁的加入可可`降低合金對對鐵的反應應能力,因因此降低了了合金對鋅鋅鍋,鵝頸頸及模具具的侵蝕降低合金的的熔點增加合金的的流動性能能改善合金的的機械性能能產生Fe2Al5浮渣,造成成其含量的的下降12/6/202216五.壓鑄合金及及其性能熱室壓鑄鋅鋅合金中的的合金元素素----合合金元素-銅銅的加入可可增加合金的的強度提高合金的的硬度改善合金的的抗磨損性性能降低合金的的可延伸性性造成壓鑄件件的尺寸不不穩定性(產生時效效脹大)(當銅的含含量>1.25%時時)12/6/202217五.壓鑄合金及及其性能熱室壓鑄鋅鋅合金中的的合金元素素---合合金元素素-鎂鎂的加入入可細化合金金組織,從而增增加壓鑄鑄件的強強度改善合金金抗晶間間腐蝕的的能力改善合金金的抗磨磨損性能能降低合金金的流動動性易在合金金熔融狀狀態下氧氧化損耗耗12/6/202218五.壓鑄合金金及其性性能熱室壓鑄鑄鋅合金金中的合合金元素素---雜雜質元素素-鎘,鉛鎘在合金金中的含含量絕對對不能>0.003%降低合金的的機械性能能造成合金晶晶間腐蝕鉛在合金中中的翎量絕絕對不能>0.003%降低合金的的時效機械械性能當含量超過過0.005%時,造成合金金晶間腐蝕蝕我們經常遇遇到這樣的的情況,工工件剛壓鑄鑄成型時,其表面質質量一切正正常.可是是,在室溫溫下存放數數星期或幾幾個月後,表面出現現鼓泡.12/6/202219五.壓鑄合金及及其性能熱室壓鑄鋅鋅合金中的的合金元素素---雜質質元素-錫錫錫在鋅合金金錠中的含含量絕對不不能>0.001%,在太鑄件中中的含量不不能>0.002%造成合金晶晶間腐蝕降低合金的的抗沖擊性性能降低合金的的抗拉伸強強度引起尺寸不不穩定12/6/202220五.壓鑄合金及及其性能熱室壓鑄鋅鋅合金中的的合金元素素---雜質質元素-鐵鐵鋅合金中鐵鐵元素含不不能>0.02%,鐵元素可可:增加合合金的硬度度但同時增加合金的的脆性和合金中的的鋁發生反反應形成Al5Fe2金屬間化合合物,造成鋁元素素的損耗並並形成浮渣渣在壓鑄件中中出現硬點點12/6/202221五.壓鑄合合金及及其性性能熱室壓壓鑄鋅鋅合金金中的的合金金元素素---雜質質元素素-硅硅硅在鋅鋅合金金中的的含量量絕對對不能能0.02%,提高鋅鋅合金金的脆脆性轉轉變溫溫率~20度降低鋅鋅合金金的可可加工工性12/6/202222五.壓鑄合合金及及其性性能熱室壓壓鑄鋅鋅合金金中的的合金金元素素----結結論熱室壓壓鑄用用鋅合合金必必須是是以特特高純純度鋅鋅為基基礎,加入入特高高純度度鋁,鎂和和銅嚴格控控制壓壓鑄溫溫度,避免免攪拌拌水口料料重熔熔時,一定定要嚴嚴格控控制重重熔溫溫度以以避免免鋁和和鎂的的損耗耗12/6/202223六.壓鑄工工藝影響金金屬液液充填填成型型的因因素很很多﹐﹐主要要有﹕﹕壓射射壓力力﹐壓壓射速速度﹐﹐充填填時間間﹐壓壓鑄模模溫。。（一一））壓壓射射壓壓力力的的概概念念定義義1﹕﹕壓壓射射力力指指壓壓射射沖沖頭頭作作用用于于金金屬屬液液面面上上的的力力。。(這這個個力力在在壓壓鑄鑄過過程程中中不不是是恆恆定定不不變變的的,它它大大小小隨隨不不同同的的壓壓鑄鑄階階段段變變化化而而改改變變.)壓射射液液壓壓缸缸壓壓射射沖沖頭頭壓壓室室熔熔液液模模具具型型腔腔t1:F1為為克克服服磨磨擦擦力力(壓壓室室中中)t2:開開始始進進入入型型腔腔﹐﹐因因澆澆口口急急減減﹐﹐阻阻力力增大大﹐﹐F2>F1,達達到到高高速速充充填填t3:(快快速速增增壓壓階階段段)快快速速充充填填直直止止充充滿滿型腔腔最最大大值值F3為為壓壓射射壓壓力力t4:F4靜靜壓壓力力﹐﹐對對鑄鑄件件壓壓實實(壓壓射射力力與與時時間間關關係係曲曲線線見見右右圖圖)壓力F時間t12/6/202224六.壓鑄鑄工工藝藝定義義2﹕﹕壓壓射射壓壓力力就就是是在在充充模模剛剛結結束束時時壓壓射射沖沖頭頭作作用用在在金金屬屬液液面面上上的的力力。。定義義3﹕﹕壓壓射射壓壓力力是是以以壓壓射射比比壓壓來來表表示示﹐﹐壓壓射射比比壓壓就就是是充充模模結結束束時時﹐﹐壓壓射射沖頭頭作作用用于于單單位位面面積積金金屬屬液液面面上上的的壓壓力力。。P﹕壓射比壓（Pa）F4F

F:壓射壓力（N）Aπd2d﹕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比。30MPa簡單50MPa簡單40MPa復雜60MPa復雜壁厚=<3mm壁厚>3mm鋅合金的壓射比壓P=實際際比比壓壓應應等等于于計計算算比比壓壓乘乘以以壓壓力力損損減減系系數數K(約約0.88).比壓壓大大小小可可通通過過調調節節壓壓鑄鑄機機的的壓壓射射力力和和更更換換不不同同直直徑徑的的壓室室來來實實現現。。12/6/202225六.壓鑄鑄工工藝藝（二二））充充填填速速度度及及其其選選擇擇充填填速速度度是是指指熔熔融融金金屬屬地地壓壓射射沖沖頭頭壓壓力力的的作作用用下下﹐﹐通通過過內內澆澆口口時時的的線線速速度度。。影響響充充填填速速度度的的因因素素有有壓壓射射速速度度﹐﹐壓壓射射比比壓壓和和內內澆澆口口截截面面積積等等。。根據等流量連續方程V1A1πD2V1A24A2V1

壓射速度（m/s）V2

充填速度（m/s）A1壓室沖頭截面積（m2）A2內澆口截面積D壓室沖頭直徑A1V1=A2V2V2=在設設計計壓壓鑄鑄模模時時﹐﹐內內澆澆口口的的設設置置一一般般應應預預留留出出修修模模位位置置﹐﹐以以便便在在試試模模時時修修整整截截面面大大小小。。匿匿內內澆澆口口面面積積過過小小﹐﹐充充型型壓壓力力損損失失增增加加﹐﹐加加大大壓壓鑄鑄機機負負荷荷則則充充填填速速度度過過大大﹐﹐液液態態金金屬屬呈呈噴噴射射狀狀進進入入型型腔腔﹐﹐壓壓鑄鑄件件內內部部組組織織氣氣孔孔量量增增加加﹐﹐高高速速沖沖蝕蝕型型腔腔﹐﹐影影響響壽壽命命。。當當澆澆口口尺尺寸寸足足夠夠大大以以后后﹐﹐充充填填速速度度控控制制主主要要是是通通過過調調節節壓壓射射速速度度來來實實現現。。12/6/202226六.壓鑄鑄工工藝藝

沖頭空行程壓射速度﹕(m/s)鋅合金﹕0.3~0.5鋁﹕0.5~1.1

伯努力方程V=

2Pρ(理想)V﹕流體速度（m/s）P﹕流體壓力（Pa）ρ﹕流體密度（Kg/m3）V2=μ

2Pρ（因粘性﹐表面

張力﹐內磨擦）μ﹕阻力系數鋅合金=55.4V2P12/6/202227六.壓鑄工藝藝金屬液自開始進入模具型腔到充滿所需的時間稱為充模時間（三）合金的澆注溫度溶點﹕389。C澆鑄溫度﹕425。C逐層混

合糊狀凝固（四）模具溫度簡單﹕180。C~200。C（連續工作）模具預熱130。C~180。C復雜﹕190。C~220。C（連續工作）模具預熱150。C~200。C（五）充填時間與持壓時間因素﹕大小﹐復雜程度﹐澆口處的面積﹐充填速度.mm--鑄件重量(kg)ρA2Vρ--流體密度（Kg/m3）A2--內澆口截面積t=V--充填速度12/6/202228七.特特殊壓壓鑄工工藝產生氣氣孔疏疏松的的原因因:高高速充充模氣氣體末末完全全排出出及凝凝固收收縮得得不到到充分分補縮縮。（一））真空空壓鑄鑄特點﹕﹕1.顯顯著減減少氣氣孔,組織織更致致密,提高高了力力學性性能;2.減減小小充型型反壓壓力,成型型好,表面面質量量得到到改善善;3.可可減減小或或不用用排氣氣系統統;4.結結構構復雜雜﹐成成本高高.一般只只適用用于薄薄壁,流程程較長長的鑄鑄件,而對對壁厚厚不均均,較較厚凸凸台的的鑄件,則加加重縮縮松.（二））充氧氧壓鑄鑄（P.F法壓壓鑄））又稱稱無氣氣孔壓壓鑄（（既氣氣孔無無氧氣氣）特點﹕﹕1.消消除氣氣孔,提高高力學學性能能;2.可可對對充氧氧壓鑄鑄件進進行熱熱處理理,強強度增增高30%,屈屈服強強度增增強100%;3.充充氧氧壓鑄鑄可在在200~300。。C環環境工工作,可焊焊接;4.與與真真空相