《金属压铸工艺与模具设计》第5章：特殊压铸工艺简介

1、（时间：1次课，2学时）n压铸件内很难避免的气孔、缩松等缺陷不但使压铸压铸件内很难避免的气孔、缩松等缺陷不但使压铸件的力学性能件的力学性能(尤其是延伸率尤其是延伸率)和气密性降低，而且和气密性降低，而且也使得压铸件不能进行焊接和热处理，这样就限制也使得压铸件不能进行焊接和热处理，这样就限制了压铸件的使用。为解决气孔、缩松问题，国内外了压铸件的使用。为解决气孔、缩松问题，国内外采用一些特殊的压铸工艺，主要有真空压铸、充氧采用一些特殊的压铸工艺，主要有真空压铸、充氧压铸、精速密压铸、半固态压铸等。压铸、精速密压铸、半固态压铸等。 n5.1 真真 空空 压压 铸铸n5.2 充充 氧氧 压压 铸铸 n

2、5.3 精速密压铸精速密压铸 n5.4 半固态压铸半固态压铸 n5.5 黑色金属压铸黑色金属压铸 u5.1.1 真空压铸的特点真空压铸的特点 u5.1.2 真空压铸的密封真空压铸的密封 n真空压铸是抽出压铸模型腔内的气体，建立一定的真空度后真空压铸是抽出压铸模型腔内的气体，建立一定的真空度后注入金属液的压铸方法。真空压铸主要用于生产要求耐压、注入金属液的压铸方法。真空压铸主要用于生产要求耐压、强度高或要求进行热处理的高质量铸件。强度高或要求进行热处理的高质量铸件。 n与普通压铸相比，真空压铸的特点是：与普通压铸相比，真空压铸的特点是：n(1) 消除或减少了压铸件内部的气孔，使铸件组织致密，提高

3、了强度，消除或减少了压铸件内部的气孔，使铸件组织致密，提高了强度，压铸件可进行热处理。压铸件可进行热处理。n(2) 镁合金压铸件在型腔排气困难部位易形成裂纹的倾向减小了。提高镁合金压铸件在型腔排气困难部位易形成裂纹的倾向减小了。提高了力学性能，尤其是塑性。了力学性能，尤其是塑性。n(3) 金属液充填型腔时受到的反压力减小，可以用较低的压射比压压铸金属液充填型腔时受到的反压力减小，可以用较低的压射比压压铸较大的薄壁铸件，成型性好，铸件表面质量提高。较大的薄壁铸件，成型性好，铸件表面质量提高。n(4) 可减少或不设排气系统。可减少或不设排气系统。n(5) 真空密封结构复杂，制造安装困难，成本较高。

4、真空密封结构复杂，制造安装困难，成本较高。n(6) 因型腔内气体少，导热快，铸件如有较厚的凸台，凝固时补缩困难，因型腔内气体少，导热快，铸件如有较厚的凸台，凝固时补缩困难，缩松加重。缩松加重。 n真空压铸要求型腔在很短时间内达到预定的真空度，因此要设计好真空系统，真空压铸要求型腔在很短时间内达到预定的真空度，因此要设计好真空系统，并对压铸模密封。真空压铸密封方法很多，常用的有两种：并对压铸模密封。真空压铸密封方法很多，常用的有两种：n(1)利用真空罩密封压铸模利用真空罩密封压铸模(见图见图5.1)。金属液浇到压室，待压射冲头越过加。金属液浇到压室，待压射冲头越过加料口将压室密封后，即可抽出真空

5、罩内空气，然后进行压铸。真空罩有通用的料口将压室密封后，即可抽出真空罩内空气，然后进行压铸。真空罩有通用的和专用的。通用真空罩可用于不同厚度的压铸模，专用真空罩只适用于某一种和专用的。通用真空罩可用于不同厚度的压铸模，专用真空罩只适用于某一种压铸模。用真空罩密封的方法抽气量大，不适用带液压抽芯的压铸模，目前已压铸模。用真空罩密封的方法抽气量大，不适用带液压抽芯的压铸模，目前已很少采用。很少采用。 n(2)借助分型面抽真空借助分型面抽真空(见图见图5.2)。压铸模排气槽经分型面上的总排气槽与真。压铸模排气槽经分型面上的总排气槽与真空系统连通，待压射冲头越过加料口后，由行程开关空系统连通，待压射冲

6、头越过加料口后，由行程开关6打开真空阀打开真空阀5开始抽真空，开始抽真空，金属液充满型腔后由小液压缸关闭总排气槽，防止金属液进入真空系统。这种金属液充满型腔后由小液压缸关闭总排气槽，防止金属液进入真空系统。这种方法抽气量少而且压铸模制造维修简单。方法抽气量少而且压铸模制造维修简单。n真空压铸需注意的是：因型腔内气体少，压铸件易激冷，为有利补缩，内浇口真空压铸需注意的是：因型腔内气体少，压铸件易激冷，为有利补缩，内浇口厚度要比普通压铸加大厚度要比普通压铸加大10%50%。此外，因压铸件冷却快，晶粒细密，合。此外，因压铸件冷却快，晶粒细密，合金收缩率小于普通金收缩率小于普通 压铸。压铸。u5.2.

7、1 充氧压铸的特点充氧压铸的特点u5.2.2 充氧压铸装置及工艺参数充氧压铸装置及工艺参数 n充氧压铸又称无气孔压铸，主要用于铝合金压铸。它是充氧压铸又称无气孔压铸，主要用于铝合金压铸。它是在压铸前用氧气置换出型腔中的气体，再将金属液压入在压铸前用氧气置换出型腔中的气体，再将金属液压入型腔的方法。型腔里的氧与铝合金反应，即型腔的方法。型腔里的氧与铝合金反应，即=，形成数，形成数量不多量不多(总质量的总质量的0.1%0.2%)的小微粒的小微粒(1以下以下)。这。这些微粒弥散在铝合金中，不影响加工。些微粒弥散在铝合金中，不影响加工。 n(1) 消除或大大减少压铸件内部气孔，组织致密，使压铸件消除或

8、大大减少压铸件内部气孔，组织致密，使压铸件强度提高强度提高10%，延伸率提高，延伸率提高0.5%1%。n(2) 可对充氧压铸的铸件进行热处理，力学性能提高。可对充氧压铸的铸件进行热处理，力学性能提高。n(3) 铸件可在铸件可在200300的环境中工作，而且可以焊接。的环境中工作，而且可以焊接。n(4) 与真空压铸相比，装置结构简单，操作方便，投资少。与真空压铸相比，装置结构简单，操作方便，投资少。 n充氧压铸要求型腔和压室中的空气最快、最彻底地由氧气代替。充氧压铸要求型腔和压室中的空气最快、最彻底地由氧气代替。n1. 充氧压铸装置n充氧压铸装置如图充氧压铸装置如图5.3所示。氧气加入方法很多，

9、一般有压室加氧和模具上加氧两种。立所示。氧气加入方法很多，一般有压室加氧和模具上加氧两种。立式冷压室压铸机多从反料冲头处充氧，如图式冷压室压铸机多从反料冲头处充氧，如图5.4所示。它结构简单，密封可靠，易保证质所示。它结构简单，密封可靠，易保证质量，适合于中心浇口铸件。卧式冷压室压铸机采用在压铸模上设充氧孔充氧的方法，充氧量，适合于中心浇口铸件。卧式冷压室压铸机采用在压铸模上设充氧孔充氧的方法，充氧后压室中铝合金液与氧气接触面积大，容易氧化。后压室中铝合金液与氧气接触面积大，容易氧化。 n2. 充氧压铸工艺参数n(1)应在合模到还有应在合模到还有23 mm间隙时开始充氧，此时合模动作停留间隙时

10、开始充氧，此时合模动作停留12 s，然后，再，然后，再继续合模或减慢合模速度，以保证留在型腔中的空气排清。合模后要继续充氧一段时间，继续合模或减慢合模速度，以保证留在型腔中的空气排清。合模后要继续充氧一段时间，充氧最佳时间根据压铸件大小、复杂程度及充氧孔位置而定，一般为充氧最佳时间根据压铸件大小、复杂程度及充氧孔位置而定，一般为36 s。n(2)充氧压力一般为充氧压力一般为0.40.7 MPa。充氧结束后应立即压铸。充氧结束后应立即压铸。n(3)充氧压铸的压射速度与压射比压与普通压铸相同。充氧压铸的压射速度与压射比压与普通压铸相同。n(4)模具预热温度略高，一般为模具预热温度略高，一般为250

11、，以便使涂料中的气体尽快挥发排除。，以便使涂料中的气体尽快挥发排除。n充氧压铸要注意加氧口和排气口的选择和设计，避免加氧不足或与金属液氧化后剩余的氧充氧压铸要注意加氧口和排气口的选择和设计，避免加氧不足或与金属液氧化后剩余的氧在压铸时排不出而会造成气孔。在压铸时排不出而会造成气孔。n精速密压铸是精密、快速、密实压铸的简称，又称双冲头精速密压铸是精密、快速、密实压铸的简称，又称双冲头(或称套筒双冲头或称套筒双冲头)压铸。它的压射冲压铸。它的压射冲头由两个套在一起的筒形外压射冲头和中心柱状内压射冲头组成。压射初期，内外冲头一起动头由两个套在一起的筒形外压射冲头和中心柱状内压射冲头组成。压射初期，内

12、外冲头一起动作。当充填结束铸件外壳凝固，型腔达到一定压力后，中心内冲头继续前进，推动压室内的金作。当充填结束铸件外壳凝固，型腔达到一定压力后，中心内冲头继续前进，推动压室内的金属液补充压实铸件。双压射冲头结构如图属液补充压实铸件。双压射冲头结构如图5.5所示。所示。n精速密压铸工艺控制如下：精速密压铸工艺控制如下：n(1)根据压铸件为顺序凝固这个原则确定内浇口位置，使金属液由远及近向内浇口方向凝固，根据压铸件为顺序凝固这个原则确定内浇口位置，使金属液由远及近向内浇口方向凝固，以利于内冲头补压时能起补缩、压实作用。以利于内冲头补压时能起补缩、压实作用。n(2)内浇口厚大，一般与铸件壁厚相当，约内

13、浇口厚大，一般与铸件壁厚相当，约515 mm，其截面积大约是普通压铸内浇口的，其截面积大约是普通压铸内浇口的10倍左右。倍左右。n(3)压射冲头的速度限定在最低的范围，为普通压铸的压射冲头的速度限定在最低的范围，为普通压铸的1/10或更低。内浇口速度是普通压铸或更低。内浇口速度是普通压铸的的1/5，充型平稳，避免或减少了金属液涡流和喷射现象，减少气体卷入。，充型平稳，避免或减少了金属液涡流和喷射现象，减少气体卷入。n(4)内压射冲头补充压实时比压为内压射冲头补充压实时比压为3.5100 MPa，行程约，行程约50150 mm。 n也可在模具上设计补压冲头，对压铸件补充压实如图也可在模具上设计补

14、压冲头，对压铸件补充压实如图5.6所示。所示。n精速密压铸件中减少或消除了气孔和缩松，与普通压铸件相比，致密度提高精速密压铸件中减少或消除了气孔和缩松，与普通压铸件相比，致密度提高3%5%，强度提，强度提高高20%以上，铸件精度高，飞边少，可以热处理和焊接。但内浇口较厚，需用专用设备切除。以上，铸件精度高，飞边少，可以热处理和焊接。但内浇口较厚，需用专用设备切除。又因低速压射，充填性能差，不宜压铸薄壁件又因低速压射，充填性能差，不宜压铸薄壁件(一般适用于壁厚在一般适用于壁厚在45 mm以上以上)。不适合在小。不适合在小型压铸机上使用，通常用于锁模力型压铸机上使用，通常用于锁模力4000 kN以

15、上的压铸机。以上的压铸机。n普通压铸是金属液温度在液相线以上进行压铸的。随着温度下降，金属液中逐渐产生固相普通压铸是金属液温度在液相线以上进行压铸的。随着温度下降，金属液中逐渐产生固相树枝状初晶，黏度随之增大。当固相达到树枝状初晶，黏度随之增大。当固相达到20%时，树枝状晶开始互相连接形成网状，金时，树枝状晶开始互相连接形成网状，金属液流动受阻，不能压铸成型。如固相的树枝状晶成为球状晶，则金属液的流动性能有所属液流动受阻，不能压铸成型。如固相的树枝状晶成为球状晶，则金属液的流动性能有所改善，即使固相比例更高一些，在一定压力下也能流动。半固态压铸就是在金属液凝固过改善，即使固相比例更高一些，在一

16、定压力下也能流动。半固态压铸就是在金属液凝固过程中进行搅拌，使固体质点成为颗粒状悬浮在金属液中，用这种金属浆料进行压铸的程中进行搅拌，使固体质点成为颗粒状悬浮在金属液中，用这种金属浆料进行压铸的 方方法。法。n半固态压铸工艺通常有两种：一种是流变压铸。它是将上述半固态浆料直接加入压室压铸半固态压铸工艺通常有两种：一种是流变压铸。它是将上述半固态浆料直接加入压室压铸成型。另一种是触变压铸，又称搅溶压铸。它是使半固态浆料先凝固，制成一定大小的锭成型。另一种是触变压铸，又称搅溶压铸。它是使半固态浆料先凝固，制成一定大小的锭块，压铸前将锭块重新加热到固相含量一定的半固态温度，再加入压室进行压铸。图块，

17、压铸前将锭块重新加热到固相含量一定的半固态温度，再加入压室进行压铸。图5.7所示为半固态压铸的工艺过程。所示为半固态压铸的工艺过程。n与普通压铸相比，半固态压铸优点是：与普通压铸相比，半固态压铸优点是：n(1)半固态金属浆料黏度大、充型平稳、不易卷入气体。同时，固相比例高半固态金属浆料黏度大、充型平稳、不易卷入气体。同时，固相比例高(可达可达50%60%)，凝固收缩小，铸件不易有气孔、缩松，力学性能好，可热处理。，凝固收缩小，铸件不易有气孔、缩松，力学性能好，可热处理。n(2)带入压铸模的热量小，对模具热冲击小，因而提高了模具使用寿命。带入压铸模的热量小，对模具热冲击小，因而提高了模具使用寿命

18、。n半固态压铸工艺的出现，为解决高熔点合金压铸模寿命问题带来了希望。半固态压铸工艺的出现，为解决高熔点合金压铸模寿命问题带来了希望。 n黑色金属压铸的困难在于它的熔点比有色金属高得多，因此压铸模和压射系统的工作条件恶劣，一般黑色金属压铸的困难在于它的熔点比有色金属高得多，因此压铸模和压射系统的工作条件恶劣，一般压铸模寿命很短，影响了在压铸领域的应用。近年来，由于模具材料的发展，黑色金属压铸进展较快，压铸模寿命很短，影响了在压铸领域的应用。近年来，由于模具材料的发展，黑色金属压铸进展较快，目前已能压铸灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、碳钢、不锈钢和合金钢等，压铸件的重量可做到几十克目前已能压铸灰铸铁、

19、可锻铸铁、球墨铸铁、碳钢、不锈钢和合金钢等，压铸件的重量可做到几十克到几千克。黑色金属铸件力学性能比砂型铸件好，尺寸精度可达到到几千克。黑色金属铸件力学性能比砂型铸件好，尺寸精度可达到IT12IT14级，表面粗糙度达级，表面粗糙度达Ra0.86.3。国外的黑色金属压铸模多使用钽、锆、钼合金。国外的黑色金属压铸模多使用钽、锆、钼合金(TZM合金合金)，寿命可达一万到二万次以上。，寿命可达一万到二万次以上。国内多用国内多用3W23Cr4MoV或或3Cr2W8V做成型零件材料，寿命在做成型零件材料，寿命在5000次以上。次以上。n黑色金属压铸在压铸机选用、模具结构及压铸工艺参数等方面与有色金属压铸基

20、本相同，不同之处在黑色金属压铸在压铸机选用、模具结构及压铸工艺参数等方面与有色金属压铸基本相同，不同之处在于：于：n(1)模具预热温度为模具预热温度为200250，连续生产保持温度为，连续生产保持温度为250300。若采用钼合金可适当。若采用钼合金可适当提高模具温度。提高模具温度。n(2)为了减轻压铸模受热程度，减少合金的凝固收缩，应尽可能采用较低的浇注温度。常用黑色金为了减轻压铸模受热程度，减少合金的凝固收缩，应尽可能采用较低的浇注温度。常用黑色金属的浇注温度为：铸铁属的浇注温度为：铸铁13001350，中碳钢，中碳钢14401460，合金钢，合金钢 15501560。n(3)黑色金属压铸一般应采用较高的比压和较低的充填速