压力铸造设备及其工艺.ppt

压力铸造设备及其工艺 压力铸造 压力铸造highpressurediecasting 简称压铸 的实质就是在高压作用下 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 压力铸造 有高压和高速充填压铸型两大特点 它常用的压射比是从几千至几万KPa 甚至高达2X10 5KPa 充填速度约在10 50m s 有些时候甚至可达100m s 充填时间很短 一般在0 01 0 2s范围内 压力铸造与其它铸造方法相比 有以下三方面优点 1 产品质量好 铸件尺寸精度高 一般相当于6 7级 甚至可达4级 表面光洁度好 一般相当于5 8级 强度和硬度较高 2 生产效率高 冷室压铸机平均8小时可压铸600 7000次 小型热室压铸机平均8小时可压铸3000 7000次 3 经济效果优良 由于压铸件尺寸精度 表面光洁等优点 一般不再进行机械加工而直接使用 或加工量很小 所以既提高了金属利用率 又减少了大量的加工设备和工时 铸件价格便宜 压铸缺点 1 压铸时由于液态金属充填型腔速度高 流态不稳采有一般压铸法铸件易产生气孔 不能进行热处理 2 对内凹复杂的铸件 压铸较为困难 3 高熔点金属 如铜 黑色金属 压铸型寿命较低 4 不宜小批量生产 其主要原因是压铸型制造成本高 压铸机生产效率高 小批量生产不经济 压铸应用范围及发展趋势 压铸是最先进的金属成型方法之一 是实现少切削 无切削的有效途径 应用很广 发展很快 目前压铸合金不再局限于有色金属的锌 铝 镁和铜 而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和铸钢件 压铸件的尺寸和重量 取决于压铸机的功率 由于压铸机的功率不断增大 铸件的尺寸可以从几毫米到1 2M 重量可以从几克到数十公斤 在压铸技术方面又出现了真空压铸 加氧压铸 精密压铸以及可溶型芯的应用等新工艺 压铸机的分类及其工作方式 1 按使用范围分为通用压铸机和专用压铸机 2 按锁模力大小 分为小型机 4000kN 中型机 4000kN 10000kN 和大型机 10000kN 3 通常主要按机器结构和压射室 以下简称压室 的位置及其工作条件加以分类 压铸机分热压室压铸机和冷压室压铸机两大类 冷压室压铸机按其压室结构和布置方式又分卧式 立式两种形式 热压室压铸机 冷压室压铸机 热压室压铸机与冷压室压铸机的合模机构是一样的 其区别在于压射 浇注机构不同 热压室压铸机的压室与熔炉紧密地连成一个整体 而冷压室压铸机的压室与熔炉是分开的 立式压铸机 热室压铸机的特点 目前生产中多数的热室压铸机 市场供应的以锁模力小于4000kN的机器为主导 更多的则是锁模力在1600kN以下 而锁模力大于4000kN的很少 其特点如下 1 通常以低熔点合金的压铸为主 而以锌合金最为典型 2 以小型压铸件的生产为宜 中 大型压铸件不宜采用热室压铸 3 填充进入模具型腔的金属液始终在密闭的通道内流动 氧化夹杂物不易卷入 对压铸件的质量较为有利 4 压铸过程的自动化容易实现 5 由于不需要浇料程序 在正常运行的状态下 生产效率较高 6 压射比压稍低 并且压射过程没有增压阶段 但对小型 薄壁件影响较小 7 压射冲头 浇壶 喷嘴等热作件的寿命难以掌握和控制 失效后更换较为费时 8 更换或修理熔炉时 要拆装热作件 增加了辅助时间 9 对于高熔点合金的热室压铸 目前仍以镁合金较为适宜 而用于镁合金的热室压铸机 同样存在上述的特点 卧式冷室压铸机的特点 1 适合于各种有色合金和黑色金属 目前尚不普遍 的压铸 2 机器的大小型号较为齐全 3 生产操作少而简便 生产效率高 且易于实现自动化 4 机器的压射位置较容易调节 适应偏心浇口的开设 也可以采用中心浇口 此时模具结构需采取相应措施 5 压射系统的技术含量较高 6 压射过程的分级 分段明显并容易实现 能够较大程度地满足压铸工艺的各种不同的要求 以适应生产各种类型和各种要求的压铸件 7 压射过程的压力传递转折少 8 压室内金属液的水平液面上方与空气接触面积较大 压射时易卷入空气和氧化夹杂物 对于高要求或特殊要求的压铸件 通过采取相应措施仍能得到较满意的结果 压铸机组成 1 合模机构 单位为千牛 kN 是表征压铸机大小的首要参数 2 压射机构 3 液压系统 为压铸机的运行提供足够的动力和能量 4 电气控制系统 5 零部件及机座 6 其他装置先进的压铸机还带有参数检测 故障报警 压铸过程监控 计算机辅助的生产信息的存储 调用 打印及其管理系统等 7 辅助装置 根据自动化程度配备浇料 喷涂 取件等装置 合模机构 液压系统 电气系统 压铸机的工作方式 1 合拢模具 2 将金属液以人工或自动方式浇入压室 多数以自动方式 3 压射冲头按预定的速度和一定的压力推送金属液填充进入模具型腔 4 填充完毕 冲头保持一定的压力 直至金属液完全凝固成为压铸件为止 5 打开模具 冲头与开模动作同步移动 从而推着余料饼随着压铸件和浇口一同留在动模而脱离定模 到达一定的距离时 冲头便返回复位 6 开模后 压铸件 浇口和余料饼留在动模上 随即顶出并取出压铸件 至此 完成一次压铸循环 压铸机选用原则 1 了解压铸机的类型及其特点 2 考虑压铸件的合金种类以及相关的要求 3 选择的压铸机应满足压铸件的使用条件和技术要求 4 选定的压铸机在性能 参数 效率和安全等方面都应有一定的预留 以确保满意的成品率 生产率和安全性 5 在保证第4点的前提下 还应考虑机器的可靠性与稳定性 据此来选择性价比合理的压铸机 6 对于压铸件品种多而生产量小的生产规模 在保证第4点的前提下 应科学地选择能够兼容的规格 使既能含盖应有的品种 又能减少压铸机的数量 7 在压铸机的各项技术指标和性能参数中 首要应注意的是压射性能 在同样规格或相近规格的情况下 优先选择压射性能的参数范围较宽的机型 8 在可能的条件下 尽量配备机械化或自动化的装置 对产品质量 生产效率 安全生产 企业管理以及成本核算都是有益的 9 评定选用的压铸机的效果 包括 成品率 生产率 故障率 维修频率及其工作量 性能的稳定性 运行的可靠性以及安全性等 压铸工艺的过程 集中融化 机边保温 配置涂料 压铸操作循环 压铸过程 压铸过程 压铸过程 压铸过程 压铸过程 压铸过程 压铸过程 压铸的三要素 1 压铸的三要素 原材料 2 压铸的三要素 压铸模 3 压铸的三要素 压铸机 压铸的三要素 原材料 对原材料的要求 满足两方面要求 良好的成型工艺性包括 1 铸造成型工艺性 2 切削加工性 3 焊接性能 4 电镀性能 5 热处理性能等 满足产品的使用要求包括 1 合金的力学性能 2 物理性能 3 化学性能 压铸的三要素 原材料 原材料应有的特性 1 具有良好的流动性 有利于成型结构复杂 表面质量好的压铸件 2 结晶温度范围小 以防止压铸件产生缩孔和缩松缺陷 3 线收缩率小 可降低铸件产生热裂倾向并易于获得尺寸精度较高的铸件 4 高温时有足够的热强度和可塑性 高温脆性和热裂倾向小 防止推出铸件时产生变形和开裂 5 在常温下有较高的强度 以适应大型薄壁复杂压铸件的使用要求 6 具有良好的加工性能和一定的抗蚀性能 7 成型过程中与型壁产生物理 化学反应的倾向小 防止黏模及相互合金化以延长模具寿命 目前得到广泛应用的压铸合金是有色金属 黑色金属由于熔点太高 致使压铸模的使用寿命极低 因此极少采用 压铸的三要素 原材料 原材料的分类 压铸合金 注 浇铸温度一般以保温炉的金属液的温度来计量 压铸的三要素 原材料 压铸铝合金的种类 塑性良好强度较高铸造性能不好耐蚀性差热裂倾向大 铝锌合金 流动性好收缩小热裂倾向小气密性较好力学性能较好延伸率较低 铝硅合金 耐蚀性优良力学性能好加工性较好加工表面光亮重量轻铸造工艺复杂 力学性能很好加工性好焊接性好铸造性能不好耐蚀性不好收缩率大 铝镁合金 铝铜合金 压铸铝合金 Al Si9Cu3德国Al Si12Cu1 Fe 德国YL112中国YL108中国A380美国ADC12日本 压铸的三要素 原材料 各元素在铝硅合金中的作用 硅 大多数铝合金的主要元素 改善合金在高温时的流动性 提高合金抗拉强度 但使塑性下降 游离硅的硬度很高 给切削加工带来很大的困难 铜 可提高合金的流动性 抗拉强度和硬度以及表面光洁度 但降低了耐蚀性和塑性 热裂倾向增大 压铸通常不用铝铜合金 而用铝 硅 铜合金 镁 加入少量 0 2 0 3 的镁可提高合金的强度极限 弹性极限 疲劳极限及硬度 而其塑性有所降低 锌 提高合金的流动性 但热裂倾向增加 抗耐蚀性有所降低 铁 少量的杂质铁 0 6 1 4 能降低铝合金在压铸过程中的粘模倾向 但降低了力学性能 特别是冲击韧性和塑性 锰 锰的存在能减少铁的有害影响 锰含量在0 4 以下时还能增加塑性 一般铝合金中允许锰含量不超过0 5 否则会引起偏析 压铸的三要素 压铸模 压铸模的作用 压铸模是压铸生产中重要的工装 它对生产节拍 铸件质量起着极为重要作用 它与压铸工艺 生产操作即互相影响又互相制约 关系极为密切 其重要作用是 1 决定着铸件形状和尺寸公差级 2 浇注系统决定了熔融金属的填充状况 3 控制和调节压铸过程热平衡 4 模具的强度限制了压射比压的最大限度 5 影响着压铸生产的生产效率 压铸的三要素 压铸模 压铸模的结构 成型系统 就是由优质钢材围成的可以形成零件的空腔 浇注系统 就是将合金液引入成型系统 并排除气体和杂质的通道 模架系统 由结构钢组成的用以支撑 定位 导向的结构 抽芯系统 解决铸件垂直于开模方向的凹槽和孔洞成型后出模的机构 顶出系统 就是方便将成型后的铸件从模具内拿下来 并使顶杆复位 模温系统 保证模具的工作温度 保证模具的温度符合工艺的要求 提高模具的寿命 包括冷却水道 软管铜管 接头 模温机等 铝合金压铸模预热温度 150 200 工作温度 180 225 为什么要控制模具温度 压铸的三要素 压铸模 压铸模的结构 模具温度过高对压铸生产的影响1 铸件容易附在型腔上 增加顶出困难 且损伤型腔表面 2 增加压铸的循环时间 3 铸件易产生气孔与收缩不良的缺陷4 离型剂容易挥发和变质 模具温度过低对压铸生产的影响1 模具容易因受热冲击产生龟裂2 影响合金液的流动性 3 铸件容易产生欠铸 冷隔 流痕等缺陷 4 降低压铸产品的精度5 铸件容易发生抱住模芯的现象 压铸的三要素 压铸机 压铸机选择 1 确定比压 比压推荐值 MPa 压铸的三要素 压铸机 压铸机选择 2 计算胀型力 F A P 10式中 F 胀型力 KN 注 1T 10KN A 铸件在分型面上的投影面积 多腔模则为各腔投影面积之和 一般另加30 作为浇注系统和溢流排气系统的面积 cm2 P 比压 MPa 压铸的三要素 压铸机 压铸过程主要工艺参数 1 压力 压力的存在是压铸工艺区别于其他铸造方法的主要特点 压力是使铸件获得组织致密和轮廓清晰的因素压力的表示形式有压射力和比压两种 1 1压射力 压射力 是压铸机压射机构中推动压射活塞运动的力 压射力是反映压铸机功能的一个主要参数 压射力的大小是由压射缸的截面积和压射腔内工作液的压力所决定 1 2比压 压室内熔融金属在单位面积上所受的压力称为比压 比压是压射力与压室截面积的比值 比压是熔融金属在填充过程中各阶段实际得到的作用力的大小的表示方法 反映了熔融金属在填充的各个阶段以及金属流经各个不同截面积时的力的概念 将填充时的比压称为填充比压又称压射比压 增压阶段的比压称为增压比压这两个比压的大小同样都是根据压射力来确定的 压铸的三要素 压铸机 压铸过程主要工艺参数 1 3压力的作用和影响 填充比压 是克服浇注系统和型腔中的流动阻力 特别是内浇口处的阻力 使金属液流保证达到需要的内浇口速度 增压比压 则是决定了正在凝固的金属所受到的压力以及这时所形成的胀型力的大小 比压对铸件机械性能的影响 比压增大 结晶细 细晶层增厚 由于填充特性改善 表面质量提高 气孔影响减轻 从而抗拉强度提高 对填充条件的影响 合金熔液在高比压下填充型腔 合金温度升高 流动性改善 有利于铸件质量的提高 压铸的三要素 压铸机 压铸过程主要工艺参数 2 速度 压铸过程中 压射速度受压力的直接影响 又与压力共同对铸件内部质量 表面要求和轮廓清晰程度起着重要的作用 压力是速度的基础速度的表示形式分为冲头速度和内浇口速度两种 2 1冲头速度与内交口速度的关系 根据连续性原理 在同一时间内金属流以速度V1流过压室截面积为F1的合金液体积 应等于以速度V2流过内浇口截面积为F2的合金液体积F1室V1射 F2内V2内因此 压射锤头的压射速度越高 则金属流经内浇口的速度越高 2 2压射速度 压射速度又分为两级 一级压射速度亦称慢压射速度 这级速度是指冲头起始动作直至冲头将室内的金属液送入内浇口之前的运动速度 在这一阶段中要求将压室中的金属液充满压室 在既不过多地降低合金液温度又有利于排除压室中的气体的原则下 二级压射速度又称快压射速度 这个速度由压铸机的特性所决定 压铸机所给定的最高压射速度一般在4 5米 秒范围内 压铸的三要素 压铸机 压铸过程主要工艺参数 2 3快压射速度的作用和影响 快压射速度对合金机械性能的作用和影响 提高压射速度 动能转化为热能 提高了合金熔液的流动性 有利于消除流痕 冷隔等缺陷 提高了机械性能和表面质量 但速度过快时 合金熔液呈雾状和气体混合 产生严重裹包气 机械性能下降 压铸的三要素 压铸机 压铸过程主要工艺参数 2 4内浇口速度 熔融金属进入内浇口导入型腔时的线速度 称为内浇口速度通常采用的内浇口速度范围为15 70米 秒 内浇口速度高低与铸件机械性能的影响极大 内浇口速度太低 铸件强度下降 速度提高 强度上升 速度过高 强度又下降 压铸的三要素 压铸机 压铸过程主要工艺参数 3 温度 压铸过程中 温度对填充过程的热状态 以及操作的效率等方面起着重要的作用 压铸中所指的温度是指浇注温度和模具温度 温度控制是获得优良铸件的重要工业因素 熔融金属的浇注温度是指它自压室进入型腔时的平均温度 由于对填充室内的金属液的温度测量不方便 一般以保温炉的温度表示 3 1浇注温度的作用和影响 合金温度对铸件机械性能的影响 随着合金温度的提高 机械性能有所改善 但超过一定限度后 性能恶化 主要原因是 气体在合金中的溶解度 随温度的升高而增大 虽然溶解在合金中的气体 但在压铸过程中难以析出 影响机械性能含铁量随合金温度升高而增加 使流动性降低 结晶粗大 性能恶化铝合金 镁合金随温度升高氧化加剧 氧化夹杂物 使合金性能恶化 压铸的三要素 压铸机 压铸过程主要工艺参数 3 2模具温度的作用和影响 在压铸过程中 模具需要一定的温度 模具的温度是压铸工艺中又一重要的因素 它对提高生产效率和获得优质铸件有着重要的作用 在填充过程中 模温对金属液流温度 粘度 流动性 填充时间 直充流态等均有较大影响 模温过低时 表层冷