第三章 压力铸造ppt课件VIP

.,第三章压力铸造,.,3.1概述压力铸造(定义）：简称压铸，它是将液态金属或半固态金属在高压下快速充填到金属模的型腔，并在压力下快速凝固而获得铸件的一种成形方法。在压力铸造中，一般作用于金属上的压力在20200MPa范围，充型的初始速度为1570m/s，充型时间仅为0.010.2s。因此，高压和高速是压铸成形的重要特征，也是与其他铸造成形法的根本区别。压力铸造是所有铸造成形方法中生产速度最快的，在汽车、摩托车、电器仪表、电信器材、医疗器械、日用五金以及航天航空工业等方面都有广泛的应用。,.,压力铸造的实质、特点及应用一、压力铸造的实质：压力铸造（简称压铸）的实质，是在高压作用下，使液态或半固态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。即压力下浇注和压力下凝固。,这也是压铸区别于其它铸造方法的最基本特征。,.,高压：比压：作用在铸件上单位面积上的压力称为比压。一般在40-200MPaMax=500MPa。实际上,并非在如此大的压力下凝固，因内浇口很小，压力都转化为极高的充填速度，随后冷凝高速：充填速度为0.5120m/s，一般为550m/s,充填时间很短，一般为0.010.2秒。最短为千分之几秒。由于金属充填型腔的这种特点，使压力铸造的工艺和生产过程，压铸件的结构和其它性能都具有自己的特征。,.,3.1.1压力铸造特点（1）产品质量好尺寸精度高，CT67级。表面粗糙度低，58级。强度和硬度高，比砂型高25%30%，但延伸率低70%。可以制得薄壁复杂且轮廓清晰的铸件。现代超薄铝合金压铸技术可制造0.5mm厚的铸件，如铝合金笔记本电脑外壳。最小铸出孔0.7mm。（2）生产效率高。压力铸造的生产周期短，一次操作的循环时间约为5s3min，且易实现机械化和自动化。这种方法适于大批量的生产。,.,（3）经济效果优良由于铸件精度高，尺寸稳定，加工余量少，表面光洁。压铸件的加工余量一般在0.20.5mm范围，表面粗糙度在Ra3.2m以下。只要对零件进行少量加工便可进行装配，有的零件甚至不用机械加工就能直接装配使用。减少后续加工费用。同时金属利用率高。其他：采用镶铸法可省去装配工序并简化制造工艺。镶铸的材料一般为钢、铸铁、铜、绝缘材料等，镶铸体的形状有圆形、管形、薄片等。利用镶铸法可制备出有特殊要求的铸件。铸件表面可进行涂覆处理、压铸出螺纹、线条、文字、图案等,.,压力铸造存在的问题：由于液体金属充型速度极快，型腔中的气体很难排除，便以气孔形式存留于铸件中，因此普通压铸法压铸的铸件不能进行热处理或焊接（加热时气体膨胀将导致铸件鼓泡而报废），也不适于比较深的机加工，以免铸件表面显出气孔。现有模具材料主要适应于低熔点的合金，如锌、铝、镁等合金。生产铜合金、黑色金属等高熔点合金，其模具材料存在着较大的问题，主要是模具的寿命非常短。压铸设备投资高，压铸模制造复杂，周期较长，费用较高，一般不适用于小批量生产。由于充填型腔时金属液的冲击力大，一般压铸不能使用砂芯，因此不能压铸具有复杂内腔（内凹）结构的铸件，如闭舵结构的铝合金发动机缸体。,.,由于存在着上述压铸过程的工艺特性，因而决定了压铸生产和压铸出的零件便具有一系列特点：优点：1铸件壁可很薄,形状可极复杂，轮廓清晰。即可清晰地铸出壁极薄，形状极复杂的铸件。压铸零件的轮廓极为清晰，对薄壁键槽、凸凹多变的部位都能得到完整无缺的形状。通常壁厚为16mm，小件还可更薄。最小壁厚锌0.3mm铝0.5mm最小铸孔0.75mm最小螺纹距0.75mm从所得铸件的形状和结构的复杂程度来说，压铸比其它铸造方法具有更为显著的优越性。,.,2压铸件精度高，光洁度高，尺寸稳定，一致性好，加工余量很少。压铸模型腔具有较高的精度和很高的表面光洁度，故压铸件与其它铸造方法比，不但具有更高的精度和表面光洁度，而且在生产过程中，各个铸件尺寸一致性好，稳定性也好，从而具有很好的装配互换性。各种铸件精度比较,.,所有铸造方法中，该法的精度，光洁度最高，可达精车和磨床加工程度。因此，压铸件大多数情况下，只经少量机加工（打磨）就可以装配使用，加工余量一般在0.2-0.5mm.加工部位也是很少几个部分。有些件，可不经任何机加工就可装配使用，充分体现了压铸的少切削或无切削成型工艺的特点。,3压铸件表面组织致密。具有较高的强度和表面硬度,故压铸件组织致密，晶粒细化，有较高的强度和表面硬度（b比砂铸件高25-30%，但延伸率较低），特别是壁的厚度适当而均匀时，强度更高，又因表层激冷，故表层更是坚实耐磨。,.,4在压铸中采用镶铸法可以省略装配工序，简化制造工艺。在压铸中，可以采用镶铸法，来制造出有特殊要求的零件。镶铸法就是在压铸零件的特殊部位上铸入（嵌入）所需的其它材料的制件如铸入磁铁、铜套，钢衬垫，金属管，绝缘材料等，既满足特殊部位的使用性能要求。又省略了装配工序，简化了制造工艺。,.,.,5压铸生产效率很高压铸生产时，每一次操作循环时间约为5秒3分钟。一般10秒1分钟。小机器，每小时达300次。这样高的效率，对于结构零件（立体形状）来说，一般的成形工艺方法是不易达到的，所以压铸法不仅适合于形状复杂的铸件的生产，更适合于大批量的生产。王家压铸厂八小时，500件=60x个/小时,.,缺点6压铸件内部有气孔，对于有要求的零件要采取特殊的工艺措施才能满足要求。由于压铸过程中，熔融金属在充填时的流动速度大，致使型腔中气体来不及全部排出而卷入铸件中，处于内部的即为内部气孔。一般压铸件不能用在有密闭性要求，承载荷要求，及热处理要求的条件下，也不能在高温条件下使用。一般铸件上非主要的和不是紧固连接处的部位，存在分散的，细小的内部气孔，并不影响使用。当零件使用条件有要求时如密闭性要求，承载荷要求，及热处理要求高温状态使用时，则常规压铸件不能满足要求，需特殊工艺生产，如真空压铸。,.,7压铸法对合金有限制均为低熔点金属锌90%为压铸件铝30-50%为压铸件铜1-2%为压铸件镁新兴压铸时，机器压室和压铸模型腔的材料是决定模具寿命的主要因素。目前常用的材料对于熔点较低的锌，铝，镁，等合金的压铸来说，尚能达到寿命要求，（实际仍不理想）而对于熔点较高的铜合金的压铸，则压室和模具型腔的材料问题对寿命影响成为十分突出的问题了。对于熔点更高的黑色金属压铸就更是如此。近年来对用特种合金作为模具材料进行了试验，但因费用过高和存在一些技术问题，致使黑色金属压铸尚未普遍采用，所以压铸合金的类别还受到限制。,.,8压铸件大小受到限制由于目前生产上使用的压铸机功率还不够大，所以压铸件的大小，重量受到限制。近年来，大型压铸机有所增加。国内，最大200T，（王家压铸厂160T，压铸件最大50，直径达2m）9压铸生产费用高，但综合费用不高。压铸生产费用高，压铸模制造工期长，维护费用高。它适合于大批量生产。对大批生产分摊在每个压铸件的综合费用仍很低。（王家附模具加工周期为2个月，加工成本几十万。）,.,压力铸造的应用范围：（1）合金:低熔点金属。锌：90%是用压铸法生产的铝：30-50%为压铸件。批量尺寸合适就用压铸（近年受低压铸造竞争）铜：1-2%镁：工艺复杂易热裂，但不粘型，性能好，正在发展中。铁：极少（温度太高，压铸机寿命太短。）（以前国外有研究，到八十年代就看不到此文章了，）（2）大小：最重50kg最轻几克最大2m直径（太大，Q=PS要很大）最小0.2壁厚（3）精度：高精度。（所有铸造方法中精度，光洁度最高。）（4）批量：大批量。（压型很贵）（5）越复杂，壁越薄，越显示优越性。,.,应用：最多为汽车拖拉机制造业，仪器，仪表，电子工业，农机，国防工业，计算机，医疗器械制造业中。（大部分在上海民用件，大连锁厂）例：用压铸法生产的零件有（1）发动机汽缸件（2）汽缸盖变速箱体（3）发动机罩（4）仪表，壳体，支架（5）管接头（6）齿轮等,.,3.2压铸机压铸机是压铸生产的最基本设备，压铸过程是通过它来实现的。所以要了解压铸，必须首先了解压铸机的主要机构，工作原理及各类型压铸机的特点。3.2.1压铸机的分类（1）热压室压铸机优点：生产工序简单，效率高；金属消耗少，工艺稳定。缺点：压室、压射冲头长期浸泡在液体金属中，影响使用寿命，并易增加合金的含铁量。应用：低熔点合金，如锌合金,.,热压室压铸机：结构压室浸在保温坩埚的液体金属中，压射部件装在坩埚上面，压铸过程如图3-1所示。,工艺过程当压射冲头3上升时，液体金属1通过进口5进入压室4内，合型后，在压射冲头下压时，液体金属沿着通道6经喷嘴充填压铸型8，冷却凝固成型，然后开型取件，完成一个压铸循环。,图3-1热压室压铸机压铸过程示意图1一液态金属2一坩埚3一压射冲头4一压室5一进口6一通道7一喷嘴8一压铸型,.,.,特点：优点：1)工序简单，效率高，易实现机械化2)金属消耗少，工艺稳定；3)压入型腔的金属干净，铸件质量好缺点：压室，压射冲头长期浸在液体金属中，影响使用寿命。热压室压铸机目前大多用于压铸锌合金等低熔点合金铸件，但有时也用于压铸小型镁合金铸件。应用锌合金等低熔点合金、小型镁合金铸件,.,.,.,（2）冷压室压铸机,卧式压铸机立式压铸机全立式压铸机,.,冷压室压铸机冷压室压铸机的压室与保温炉是分开的，压铸时从保温坩埚中舀出液体金属倒入压铸机压室然后压射（1）卧式压注机：结构压室的中心线是水平的，压铸型与压室的相对位置及压铸过程,图32卧式压铸机铸过程示意图a）合型b）压铸c）开型1-压射冲头2-压室3-液态金属4-定型5-动型6-型腔7-浇道8-余料,.,.,工艺过程合型后，液体金属浇入压室2，压射冲头1向前推进，将液体金属经浇道压入型腔7，开型时，余料借助压射冲头前伸的动作离开压室，同铸件一起取出，完成压铸循环。以上两种压铸机压型都在压室的侧面优缺点：A压室简单，维护方便。B金属进入型腔，流程短，压力损失小，有利于传递最终压力，便于提高比压，故使用较广C可压有色件，黑色金属压铸也可采用,.,（2）立式压铸机结构：立式压铸机压室中心线是垂直的，压铸型与压室的相对位置及压铸过程如图3-3,图3-3立式压铸机压铸过程示意图a）合型b）压铸C）开型1-压射冲头2-压室3-液态金属4-定型5-动型6-喷嘴7-型腔8-反料冲头9-余料,.,.,工艺过程：合型后，浇入压室2中的液体金属3，被已封住喷嘴孔6的反料冲头8托住，当压射冲头向下压到液体金属面时，反料冲头开始下降（下降高度由弹簧及分配阀控制），打开喷嘴6，液体金属被压入型腔。凝固后，压射冲头退回，反料冲头上升，切断余料并将其顶出压室，余料取走后再降到原位，然后开型取出铸件，完成一个压铸循环。,.,优缺点：A有切断，顶出余料的下油缸，结构比较复杂，增加了维修困难。B工艺上立式压铸机压室内空气不会随液态金属进入型腔，便于开设中心浇口。C但由于浇口长，液体金属消耗大，充填过程能量损失也较大。D可压有色金属件,.,（3）全立式压铸机：结构：压室与压铸型相对位置及压铸过程如图3-4所示。工艺过程：液态金属浇入压室3后合型，压射冲头1上压将液态金属压入型腔6，冷凝后开型顶出铸件。压室在压型的下面。,图3-4全立式压铸机压铸过程示意图a）定型与动型b）合型压铸C）开型1-压射冲头2-液态金属3-压室4一定型5一动型一型腔7一余料,.,.,优缺点：A占地面积少B平稳可靠C放置嵌件方便D操作不便，生产效率比上两种压铸机低。,.,.,3.3.2压铸机的主要结构,3.2.2.1合型机构动力式合型机构机械式合型机构,.,压铸机主要由开合型机构，压射机构，动力系统和控制系统等组成。开合型机构：开型、合型、锁型。压射机构：控制压射力，压射行程，压射速度动力系统：动力主要是液压，也有机械控制系统控制系统：信号的传送、控制。图3-5,图35冷室卧式压铸机（J1125型）总体结构1一高压泵2一合型机构3一压射机构4一蓄压气5一机座,.,.,合型机构,开合型机构是带动压铸模的动模部分移动使模具分开或合拢的机构。由于压射充填时的压力作用，合拢后的动模仍有被撑开的趋势，故这一机构还要起锁紧模具的作用。推动动模移动，合拢的力为合模力，锁紧模具的力称为锁模力。但生产中统称为合模力。合模力是压铸机功率的第一个参数。合模机构通常是水平放置的，故模具大都是水平方向开合的。一般锁型力等于或小于压铸机额定合型力的85%，开型力为锁型力的1/81/6,.,合型机构传动形式：（1）动力式合型机构：其中普遍应用的是全液压合型机构。特点：1结构简单，操作方便，在安装不同厚度的压铸型时容易调整。2在生产中压铸型的热膨胀可以自动补偿而不影响合型力。3对大型压铸机不适用（原因：因合型速度慢，动力消耗太大，机构的刚性和合型力可靠性差，胀型力稍大时，动型就会产生退让。因此这种机构只用在小型压铸机上。）,.,（2）机械式合型机构：机械式合型机构分为：曲肘式大多数压铸机，特别是大型压铸机采用斜楔式混合式,为适应不同厚度的压型，用齿轮齿条7使动型座板与动型作水平移动，进行调整，然后用螺帽5固定，要求调整到动型与定型闭合时，a、b、c三点恰成一直线，亦称死点，利用该死点进行锁型，,图4-7曲肘合型机构示意图l-液压合型缸2-合型活塞3-连杆4-三角形铰链5一螺帽6一力壁7一齿轮,目前大部分压铸机，特别是大型压铸机多采用曲肘式合型机构。如图动作过程原理如下：当液压油进入合型缸1时，推动合型活塞2带动连杆，使三角形铰链4绕支点a摆动，通过力臂6将力传给动型，产生合型动作,.,其特点：1）合型力大。曲肘连杆系统可将合型缸推力放大1626倍。与全液压合型机构相比，合型缸直径大大减少，同时，高压油的耗量也显著减少。2)运动特性好。在开、合铸型时，越近死点，运动速度越慢，使两半型缓慢闭合，也有利于顶出铸件和抽芯。3)合型机构刚性大。控制系统简单4)主要缺点是曲肘系统工程的转轴和衬套的材料，加工精度和使用时润滑要求高。压型受热膨胀时，要调整“死点”的位置较麻烦,.,.,.,3.2.2.2压射机构,.,压射机构压射机构是实现压铸工艺的关键部分，它直接影响铸件质量，即影响以下主要参数：压射速度压射冲头在压室中的前进速度分三个阶段压射行程压射冲头所走的距离压射力液体压力压射冲头的面积,.,压射速度：现在多数压铸机采用三级速度压射缸。为防止金属液飞溅，压射冲头开始运动时速度缓慢。当压射冲头行过浇注口更长的距离后，就进行快速压射。在压射将要终了时，再以可调压力进行垱压，施以高压。高速压射，以便充满型腔时得到较大的液体动压力。压射行程：压射冲头所走的距离。需根据具体情况而选定。压射压力:等于压室中液体金属的压射比压的乘以压射冲头的面积。,.,3.2.3压铸机的选择,按不同品种及批量选择按铸件结构及工艺参数选择铸件外形尺寸铸件重量铸件高度,.,压铸机型号的选定为保证压铸生产的顺利进行和获得优质铸件，所选用压铸机的技术规格及其特征必须满足压铸零件的客观要求，一般选用压铸机时必须考虑如下几个因素：1铸件在分型面上的投影面积铸件垂直分型面的投影面积F（包括浇注系统和集渣包的投影面积）与压铸机比压P（N/）及合模力Q的关系见下式：0.85Q=FP0.85为安全系数；P压铸比压：冲头单位面积上的压力F铸件垂直分型面的投影面积Q压铸机合模力,.,可见，根据已知投影面积F（）和所需要的比压就可以计算出所需压铸机的合模力。此力和所用压铸机的合模力不应相差太大，否则会降低机器的生产力。对每台压铸机，它所允许铸件分型面上的投影面积有一定限制。固所压的铸件大小有一定限制,.,2压室容量核算：压室中所能容纳的金属重量应包括铸件、浇注系统、溢流槽及余料等全部金属量。同时应考虑压室的充满度。一般在7080%。过低会影响压铸机效率，同时也易卷入气体。一般压铸机最大容量在压铸机的技术规格中可以查到，有时需另行设计压室时可按下式计算：W=2/3d2/4L2/3不满系数W铸件、浇注系统、溢流槽及余料,.,3压铸机开模（型）距离（铸件高度）开型距离：定型板和动型板之间的相对距离。压铸机都有一定的最大和最小开型距离，为使开型后铸件能从压型中自由取出，铸件的高度和压型的高度有一定的限制；为使合型时，动型和定型能和得严密，压铸型的总高度要大于机器的最小开型距离。,.,有如下关系：SmaxLKH1H2Smin1/3时除液体金属聚集区的前沿部分稍有扰动外，其余部分则相当稳定，而且随着聚集区的增加，充填过程愈来愈平稳。f/F1/3时在高的填充速度下，整个充填过程发生激烈扰动。充分排气是减少涡流的重要条件,.,第二种理论：1937年勃兰特（Brandt）提出的这种理论是用铝合金压入试验性的压铸型中，用不同厚度的内浇口和不同厚度的矩形型腔进行了一系列试验得出的。它认为金属液压入型腔后，即扩散至型壁。然后，沿整个型腔截面向前流动，直到整个型腔充满为止。这种观点认为金属液填充是由后向前进行的，流动中不产生涡流，型腔中的空气可以充分排除。,图3-3勃兰特充填理论,.,.,第三种理论：巴顿（Bafton）1994年提出的巴顿同意弗洛梅尔的理论，并认为只有这样才能解释从大量废品、未压完整的及完好的铸件中所观察的现象。在此基础上，1944年巴顿提出了他的理论，认为液体金属充满型腔的过程是一个非常复杂的过程，与很多因素有关，如金属的物理性能，浇注温度，模具温度、压力内浇口厚度、压室容积、横浇道截面积与方位，铸件体积，压射速度等等。它通过填充实验提出了填充三个阶段理论：第一阶段：金属液以接近内浇口的形状进入型腔，射入型腔与型壁相撞后，就相反于内浇口或沿着型壁表面展开，在型腔的转角处，由于金属积聚而产生涡流。在正常均匀热传导下与型腔接触部分形成一层凝固层，即为铸件表层。,.,第二阶段随后液体金属进入薄壳层内的空间进行充填，直至充满。第三阶段在型腔完全充满的同时，压力通过尚未凝固的中心部分作用在铸件上。该理论认为：充填过程的三阶段对铸件质量所起的作用是不同的，第一阶段影响铸件的表面质量，第二阶段影响铸件的硬度，第三阶段影响铸件的强度。目前有实验证明，进入型腔中液体金属的动能，决定了充填形态，如果内浇口处的液体金属的动能大于型腔内的阻力，则按弗洛梅尔理论充填，反之则按勃兰特理论充填。,.,.,.,3.4压铸工艺参数压铸生产中，压铸机、压铸合金和压铸型是三大要素，压铸工艺则是将三大要素组合并加以运用的过程。必须采用合理的压铸工艺，以保证能高效生产优质压铸件。1压射比压和充填速度的选择1.1选择压射比压及充填速度应考虑的因素：1)铸件的结构特点（壁厚及复杂程度）2)压铸合金的种类及性能（如流动性能及密度）3)浇注系统的阻力大小4)排气是否顺利5)合金的压铸温度和压型的工作温度,.,3.4.1压铸压力和压铸速度,.,常用压铸合金压射比压经验数据,.,.,常用压铸合金的充填速度,.,3.4.2压铸温度规范压铸的过程中温度规范对于充填成型，凝固过程以及压铸型寿命和稳定生产等方面都有很大的影响。,3.4.2.1浇注温度浇注温度过高，合金收缩大，铸件容易产生裂纹，晶粒粗大，粘型。浇注温度过低，易产生冷隔、表面流纹及浇不足等缺陷。,.,.,浇注温度的选择：浇注温度是指压室进入型腔时液体金属的平均温度，由于对压室内液体金属温度测量不方便，一般用保温炉内的温度表示浇注温度过高：合金收缩大，铸件易产生裂纹，粘型浇注温度过低：易产生冷隔，表面流纹和浇不足选择原则：在保证轮廓清晰，表面光洁的条件下，尽量降低浇注温度。甚至可以粥状压铸。（但对含Si量高的铝件，不宜采用粥状压铸，否则硅将大量析出，以游离态存在于铸件中，使工作性能变坏）,.,各种合金浇注温度的经验数据如表3-4各种合金浇注温度的经验数据,.,3.4.2.2压铸型的温度,预热的作用：1.避免高温液体金属对冷压铸型的“热冲击”，延长压铸型的使用寿命。2.避免液体金属“激冷”造成浇不足、冷隔、“冰冻”等缺陷。预热的方法：煤气喷灯、电热器、感应加热。,.,（1）压型的预热：压型使用前要预热到一定的温度，预热的作用有两方面：1）避免高温液体金属对冷压铸型的热冲击，延长压型的寿命。2）避免液体金属激冷，造成浇不足、冷隔等（2）预热方式：1）煤气喷烧2）喷灯3）电热器4）感应加热,.,（3）连续生产中压型的工作温度a）控制压型温度的必要性连续生产中压型温度往往会升高，尤其是压铸高熔点合金，压型温度上升很快。压型温度过高：粘型、铸件冷却慢、晶粒粗大，对铸件性能影响。因此，铸件温度过高应采取冷却措施。b)压铸型一般工作温度t型=1/3t浇tt型铸型工作温度t浇金属浇注温度t控制公差，一般取25C）常用措施：1）吹压缩空气2）其它冷却液,如图44（东工P128图450）,.,不同压铸合金压型工作温度参考值,.,3.4.2.3充填、持压和开型时间1.充填时间：液体金属开始进入型腔起至充满型腔止所需的时间为充填时间。充填时间的长短，取决于铸件体积的大小铸件形状的复杂程度。内浇口截面积大小大而简单的铸件充填时间长些；薄而复杂的铸件充填时间短些,图37卧式压铸机铸过程示意图a）合型b）压铸c）开型1-压射冲头2-压室3-液态金属4-定型5-动型6-型腔7-浇道8-余料,.,2.持压时间:从液态金属充满型腔到内浇口完全凝固时，压射冲头作用在液体金属上的持续时间。持压时间的作用：使压力传递给未凝固的金属，保证压力下结晶，以获得致密的组织。持续时间的长短取决于铸件的材质和壁厚熔点高、结晶范围大的壁厚铸件持压时间长些；熔点低、结晶范围小的薄壁铸件持压时间短些持压时间不足易造成疏松、铸件内形成孔洞；持压时间过长立式压铸机切料困难,图38卧式压铸机铸过程示意图a）合型b）压铸c）开型1-压射冲头2-压室3-液态金属4-定型5-动型6-型腔7-浇道8-余料,.,3.开型时间铸件在型中停留时间从持压终了至开型取出铸件所需要的时间称为开型时间或铸件在型中停留时间。停留时间太短铸件出型温度过高，强度低，型内顶出铸件可能发生变形，气体膨