压力铸造工艺参数的选择

压力铸造工艺参数的选择压力铸造highpressurediecasting（简称压铸）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型（压铸模具）型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。与其它铸造方法相比，压铸有铸件尺寸精度高，产品质量好，生产效率高以及经济效益高等优势。压力铸件的质量主要受控于压铸的填充过程中诸多因素的影响，如:压力、速度、温度、熔融金属的性质以及填充特性等等。所以工艺参数的选择成为决定压力铸件是否成功的关键因素。压铸工艺是将压铸机、压铸模和压铸合金综合运用的过程压铸时金属填充型腔的过程，是将压力、速度、温度以及时间等工艺因素得到有机组合的过程。这些工艺因素既相互制约，相辅相成，只有正确选择和调整这些因素，使之协调一致，才能获得预期的结果。压射过程中，不仅重视铸件结构的工艺性、铸型的先进性、压铸机性能和结构优良性，压铸合金选用的适应性和熔炼工艺的规范性。也应重视压力、速度、温度和时间等工艺参数对铸件质量的重要作用。这些工艺参数的选择与合理匹配，是保证压铸件综合性能的关键。、压力的选择在压力铸造的整个过程中，压射压力是压铸工艺最基本的成型参数，液态金属的充填流动和压实都是在压力和充填速度的作用下完成的，合理选择和确定压射压力和充填速度是压铸工艺的一个重要问题。在压射过程中，随着冲头位置的移动，压力也出现不同的变化，这个变化规律都会对铸件质量产生重大影响。1・压射力（F）压射力是压铸机压射机构中推动压射活塞运动的力，它是反映压铸机功能的一个主要参数。压射力的大小，由压射缸的截面积和工作液的压力所决定压射力的计算公式如下：F=PnD2/4式中：F--压射力（N）；P—压射油缸内工作液的压力（Pa）；D—压射油缸的直径（m）；n=3.1416。2•比压（P）及其选择比压是压室内金属液单位面积上所受的压力，填充时的比压称为压射比压。压射后的比压称为增压比压，它决定了压铸件最终所受的压力和模具的胀型力。比压一般是根据铸件形状、尺寸、复杂程度、壁厚、零件的要求、温度、合金特性以及浇注排气系统来选择。比压对铸件机械性能的影响：比压增大，结晶细，表面质量提高，气孔影响减轻，从而抗拉强度提高，但延伸率有所降低。合金熔液在高比压作用下填充型腔，合金温度升高，流动性改善，有利于铸件质量的提高。比压的经验数据：承受轻负荷的零件的比压一般为30〜40MPa；承受较大负荷的零件的比压一般为40〜80MPa；气密性面和大壁薄零件的比压为80〜120MPa。拿铝合金来说，常用比压如表1所示。表1：压铸铝合金常用比压 单位：MPa壁厚铸件壁厚V3mm铸件壁厚3〜6mm结结构较结构较结构较结构较构简单复杂简单复杂铝合金25-3035-4545-6060-70比压的计算公式：P=4F/nD2式中：P—压射比压（MPa）；F--压射力（N）；D--冲头直径（mm）；n=3.14。调整比压有两种途径：调整压射力和选择不同的冲头直径根据压射压力与压射冲头尺寸的对应关系，使用压铸机提供的最小压射冲头时，能够获得最大的压射压力。压铸机的压射力大，压射压力可调节的范围也大，压铸工艺灵活性大。在选择压射压力时，应充分考虑压铸机能够提供的压射力及使用的压射冲头，注意不要超出可调节的范围。此外，高的压射压力会加速压铸模具和机器的磨损。所以，在保证压铸件质量的前提下，采用较低的压力为宜。动态压射压力及增压压射压力的选择与许多因素有关，如压铸件结构特征、压铸合金特性、浇注系统、合金及压铸模温度、压铸件质量标准等，选择时应该根据以上各个方面的不同要求来综合考虑。二、充填速度的选择在压铸中，充填速度也是压铸工艺主要参数之一，充填速度的高低直接影响压铸件的质量，正确选用充填速度对设计压铸模和获得合格压铸件十分重要。充填速度过小会使压铸件的轮廓尺寸不清晰，尺寸残缺；气孔率增加，力性能下降，但高速的金属液又会冲蚀型腔而影响压铸模的寿命。充填速度的选择，一般应遵循的原则为：对于厚壁或内部质量要求较高的压铸件，选择较低的充填速度和高的增压比压；对于薄壁或表面质量要求高的压铸件以及复杂的压铸件，选择较高的比压和高的充填速度。根据实际压铸设备和工艺条件的不同，常用充填速度可参照表2。表2常用的充填速度(m/s)合金简单厚壁铸件一般铸件复杂薄壁铸件锌合金、铜合金10-151515-20镁合金20-2525-3535-40铝合金10-1510-2525-30压射速度是指压射冲头在特定条件下运动的线速度，这一速度由压铸机的特性所决定。压铸机所给定的压射速度一般在0.1〜7m/s范围内变动。熔融金属在压射冲头的推动下，经过浇注系统内浇口时的速度可以认为不变或变化很小。把流动过程看成在一封闭的管道中进行，根据等流量连续性方程有以下关系A卞亍AiV2v2=Ajv/A2=nd?Vi/（4A?）式中：J为压射速度，m/s；V2为充填速度，m/s；A曲压射冲头（近似压室）截面积，m2；A?为内浇口截面积，m2；d为压室（压射冲头）的直径，m。由上式可知，金属液的充填速度V2与压室直径的平方、压射冲头的压射速度V!成正比，而与内浇口的截面积成反比。说明压室直径越大，充填速度也越大；压射速度越大，充填速度相应也越大；内浇口的截面积越大，充填速度则越小。三、温度参数的选择这里所说的压铸温度主要是指合金浇注温度、压铸模的温度和压铸模具的的工作温度。1、合金浇注温度合金浇注温度是指金属液从压室进入型腔的平均温度，通常用保温炉内的温度表示，一般要求高于合金的液相线20〜30°C。浇注温度过高，合金收缩大，使压铸件容易产生裂纹，压铸件晶粒粗大，还会造成脆性；浇注温度过低，易产生冷隔、表面流纹和浇不足等缺陷。在压力较高的情况下，应适当降低浇注温度，这样可以有效延长压铸模使用寿命，减少产生涡流和卷入空气，减少金属在凝固过程中的体积收缩，使缩孔和缩松减少。各种压铸合金的浇注温度，因其壁厚和结构的复杂程度而不同，其值可参考表3。表3各种压铸合金浇注温度压铸件结构压铸件壁厚W3mm压铸件壁厚〉3mm简单结构复杂结构简单结构复杂结构锌含420-430-410-420-

合金铝的440450430440含520-530-510-520-铜的540550530540含610-640-590-610-铝硅的r630680630630合金11含铜的620650640700600640620650含640-660-620-640-镁的660700660670镁合金640680660700620660640680合铜^普邂黄1铜870920900950850900870920金硅900-930-880-900-黄铜9409709209402、压铸模具的的预热温度压铸模在使用前要预热到一定的温度，压铸过程中要始终保持在一定的温度范围内。压铸模预热的作用有三个方面：1）避免高温液体金属对冷压铸模的冲击，延长压铸模使用寿命。压铸过程中，高温合金液直接冲击型腔，如果温差过大，会因热应力的变化而使压铸模过早疲劳失效，从而缩短使用寿命。2）避免液体金属在模具中因激冷而过快凝固，从而失去流动性，导致压铸件不能顺利充型，造成浇不足、冷隔等铸造缺陷。3）压铸模中，热膨胀应在生产前通过预热加以调整，否则合金液会穿入模具间隙而影响生产的正常进行。3、压铸模具的工作温度在连续生产中，压铸模温度会不断升高，尤其是压铸高熔点合金时，温度升高很快。温度过高会产生液体金属粘型，还可能出现压铸件因来不及完全凝固、推出温度过高而导致变形、模具运动部件卡死等问题。同时，过高的压铸模温度会使压铸件冷却缓慢，造成晶粒粗大而影响力学性能。因此在压铸过程中，对压铸模温度要进行合理控制，压铸模温度过高时，应采取冷却措施。压铸模工作温度一般可按下式计算tx= 12土At式中，12为压铸模工作温度，°C；t2为液体金属的浇注温度，°C；At为温度控制公差（一般取25C）。例表锌合金的压铸模工作温度C压铸件结构特性压铸件壁厚W3mm压铸件壁厚〉3mm简单结构复杂结构简单结构复杂结构4合金预热温度锌130180150200110140120150连续工作保持温度180200190220140170150200四、时间参数的选择压铸过程中的时间有充填时间、持压时间和留模时间三个时间段。首先我们来看充填时间，充填时间的长短主要取决于压铸件的体积、壁厚的大小、压铸件形状的复杂程度、内浇口处的面积和充填速度等。对大而简单的压铸件，充填时间要相对长些，对小而简单的薄壁压铸件充填时间相对短些。压铸件的平均壁厚与充填时间的推荐值见表4。表4压铸件的平均壁厚与充填时间的推荐值压铸件平均壁厚mm充填时间s压铸件平均壁厚mm充填时间s1.00.010—0.01450.0480.0721.50.014—0.02060.0560.0642.00.018—70.066-

0.0260.1002.50.0220.03280.0760.1163.00.028-0.04090.0880.1383.50.0340.050100.1000.1604.00.0400.060一一在压铸过程中，充填时间长，充填速度慢，有利于排气，但铸件表面粗糙度较差。充填时间短，充填速度快，可获得良好的表面精度铸件，但铸件的致密度较差，内部的气孔量较多。从压铸合金液充满型腔到内浇口完全凝固，在冲头压力作用下所持续的时间称为持压时间。持压时间的作用是使压力传递给未凝固的金属，保证压铸件在压力下结晶，以获得致密的组织。持压时间长知取决于压铸件的材料和壁薄。对于熔点高、结晶温度范围大的厚壁压铸件，特庄时间应长些，对于熔点低、结晶温度范围小的薄壁压铸件，持压时同可以短些。生产中常用的持压时间见表5。表5生产中常用的持压时间s合金压铸件整厚V2.5mm压铸件壁厚2.5-6mm锌合金1-23-7铝合金1-23-8铜合金2-35-10从压铸终了到压铸模打开的时间，称为压铸件在模具中的留模时间。留模时间应根据压铸件的合金性质、压铸件壁厚和结构特性来参考选择（见表6）。以推出压铸件不变形、不开裂、保证外部尺寸和形状的最短时间为宜。表6各种压铸合金常用留模时间s合金压铸件压铸件壁压铸件壁壁厚V3mm厚3〜4