压铸模设计-第三章 压铸原理及压铸合金课件

第三章压铸过程原理及常用压铸合金压铸压力和压铸速度液态金属充填持型的特点常用压铸合金1第一节压铸压力和压铸速度一、压铸压力压铸压力在压铸工艺中是主要的参数之一，其表示形式有：压射力来源于高压泵，它是压铸机压射机构中推动压射活塞的力，其大小随压铸机的规格不同而异。压射比压是压室内金属液在单位面积上所受的压力。2压射力的计算公式：

式中：Fγ是压射力(N)；Pg是液压系统的管路工作压力(Pa)；AD是压铸机压射缸活塞的截面积(m2)。压射比压的计算公式：

式中，Pb是压射比压(Pa)；Fγ是压射力(N)；Ad是压射冲头(近似压室)截面积(m2)。3图3－1压铸过程中压射比压的变化曲线5二压铸速度在压铸中，压铸速度有压射速度和充填速度两个不同概念。压射速度是指压铸机压射缸内的液压推动压射冲头前进的速度；充填速度是指液体金属在压力作用下，通过内浇道进入型腔的线速度。6第二节液态金属充填铸型的特点液体金属充填铸型的过程是一个非常复杂的过程，它涉及到流体动力学和热力学的一些理论问题，并与许多因素有关，如液体金属的粘度、表面张力、密度及结晶温度范围；铸件的形状、内浇道形状及位置、铸件与内浇道两者截面积之比；压射比压及充填速度以及压铸过程的热参数等。7

填充理论：认为液态金属的充填过程是遵循流体力学定律，并且有摩擦和涡流现象。液态金属充填矩形型腔时的运动特性和内浇道与型腔截面积之比有关。当金属流经浇口进入型腔后，仍保持浇口的断面直向型腔远端的对面型腔射去；待到达对面型壁后，在此处的型腔中聚积，消失了冲击力后，沿型壁在整个型腔的断面上反向移动，并产生剧烈的涡流现象。如图3－2所示。

充型条件：S/A>1/3-1/4,内浇口速度0.5-15m/s,且撞击型强或液流遇到阻碍时容易产生喷射填充。喷射填充形态见图2-16。一、喷射填充理论8勃兰特1937年提出了一种与当时流传的费罗梅尔理论完全不同的金属充填型腔形态理论，如图3-3所示。

填充理论：金属液经内浇口进入型腔后，即扩展至型壁，后沿整个型壁向前填充，直至充满为止。

充型条件：内浇口速度低于0.3m/s，内浇口厚度δ与压铸件厚度t之比＞（2/3-1/2）。

应用范围：一般用于结晶温度区间较宽的合金和形状较简单的压铸件。二、全壁厚填充理论101944年巴顿认为：充填过程是包含力学、热力学和流体力学因素的复合问题，大致可分为三个阶段，如图3-4所示。第一阶段液态金属以接近内浇道的形状进入型腔，首先冲击对面的型壁，沿型腔表面向个方向扩展，并形成压铸件表面的薄壳层。影响铸件的表面质量。第二阶段随后进入的液态金属沉积在薄壳层内的空间进行充填，直至充满。影响铸件的硬度。三、三阶段填充理论12

三阶段填充理论与喷射填充理论的实验结果基本一致，全壁厚填充理论只在特定的条件下出现，上述三种理论不是孤立的，它随压铸件的形状、尺寸和工艺参数而改变。在同一压铸件上，由于各部位结构尺寸的差异也会出现不同的填充形态。总结14压铸的充型过程模拟15

一、对压铸合金的要求合金材料的性能包括使用性能和工艺性能，见表3-1。性能类别项目内容使用性能力学性能抗拉强度、高温强度、伸长率、硬度物理性能密度、液相线温度、固相线温度、线膨胀率、体膨胀率、比热容、热导率化学性能耐热性、耐蚀性工艺性能铸造工艺性流动性、抗热裂性、模具粘附性切削加工性、焊接性能、电镀性能、热处理性能表3-1压铸合金使用性能和工艺性能第三节常用压铸合金16根据压铸的工艺特点，对压铸合金应有如下基本要求：过热温度不高时，具有较好的流动性；线收缩率和裂纹倾向小；结晶温度范围小；具有一定的高温强度；在常温下有较高的强度；与型壁间产生物理-化学作用的倾向性小；具有良好的加工性能和一定的抗蚀性。

一、对压铸合金的要求（续）17二、压铸合金分类及主要性质在压铸生产中，常用的压铸合金为铝合金、锌合金、镁合金和铜合金，最早用于压铸的铅、锡合金现在仅用于个别场合。近年来，黑色金属压铸特别是不锈钢的压铸已有一定的进展，但仍处于初始阶段，在国内用于生产者尚少。18锌合金的缺点老化现象。它是锌合金的应用范围受到限制的主要原因。温度低于0℃时．其冲击韧度急剧地降低；温度升高时，力学性能下降，且易发生蠕变。尺寸变化。锌合金在压铸成为铸件后会发生尺寸的收缩，开始收缩速度比较快，到三五天以后，大约完成了2/3后收缩速度减慢，尺寸逐渐趋于稳定。尺寸变化是由于压铸后内部组织的变化、湿空气和高温引起的腐蚀作用的结果。20合金牌号合金代号特点用途锌合金YZZnAl4YX040熔点低，模具寿命长；铸造工艺性好，可压铸特别复杂的薄壁件；不宜粘模，具有良好的常温性能；焊接和电镀性能良好；密度大；抗蚀性差；锌对有害杂质的作用极为敏感，必须采用纯度高的原材料进行熔制，并对合金严格管理。尺寸稳定的合金，用于高精度零件YZZnAl4Cu1YX041中强度合金，用于镀铬及不镀铬的各种零件YZZnAl4Cu3YX043高强度合金，用于镀珞的各种小型薄壁零件表3-2常用压铸锌合金的特点和用途21表3-3常用压铸铝合金力学性能及应用范围23元素对合金的作用或影响硅可显著改善合金的流动性，抑制高温脆性。铜可以提高流动性、抗拉强度和硬度，改善切削性能和减少粘模的倾向，但降低了合金的伸长率和耐蚀性，热裂倾向增大。镁可改善合金的流动性，减少粘模倾向，但收缩却增大。高硅铝合金中加入少量镁，可以提高强度极限、弹性极限、疲劳极限和硬度。锌提高流动性；对于含铜和硅的铝合金，添加锌有助于改善力学性能。铁铁能减少粘模倾向，易于压铸。但铁量太多时，形成片状或针状组织存在于合金中，使合金铸造性能变坏，降低力学性能。镍增加合金的强度和硬度，减少含铁量多时所产生的不良影响。锡改善切削性能，但会降低强度和耐蚀性，助长高温脆性。表3-4合金元素对压铸铝合金性能的影响24汽车上的应用26摩托车上的应用27电动工具上的应用28镁合金具有明显的性能优势：比强度和比刚度高；导热导电性能好；电磁屏蔽能力强；良好的压铸成型性能、阻尼性能、减振性能及切削加工性能；回收利用率高；被誉为“21世纪的绿色工程材料”.

30镁合金的优点质轻，其密度是铝的2/3、钢的1/4，比强度和比刚度高;具有优良的阻尼减振性能，疲劳强度比铝合金高;受冲击载荷时，所吸收的能量比铝合金大一半以上;具有熔点低、凝固快、凝固收缩小、不腐蚀钢质模具等特点；易于回收和切削加工;具有良好的电磁屏蔽性能、导热导电性能;镁含金具有优良的服模性能，在压铸时，与铁的亲和力小，即使采用较小的出模斜度也不会出现粘模现象。31镁与氧的化学亲和力很大，且表面生成的氧化镁膜是不致密的，故氧化剧烈很易燃烧。因此镁的熔炼和铸造均需采用专门的防护措施。铸镁合金的结晶温度间隔一般都比较大，组织中的共晶体量也较少，体收缩和线收缩均较大，镁合金压铸时，易产生缩松和热裂。镁的标准电极电位较低，其表面形成的氧化膜是不致密的，因而抗蚀性较低，故镁铸件常需进行表面氧化处理和涂漆保护。镁合金的缺点32表3-5压铸镁台金化学成分表3-6

压铸镁合金力学性能及应用范围33镁作为一种迅速崛起的工程金属材料，每年以15％的速率保持快速增长。以镁合金压铸件为例，根据国际镁协会的估计，1991年，在全球镁合金压铸件中，镁的应用已达到2.4万吨。此后每年以15％—20％的速率稳步增长，及至1997年，已达6.4万吨。2000年突破10万吨大关。到2008年，可能增加到24万吨规模，其中80％是汽车工业的应用。2、应用范围34

镁合金进气歧管奔驰镁合金坐椅框架

镁合金轮毂镁合金车架台湾美利达公司镁合金在道路交通工具上的应用35摩托车零部件36移动电话壳体摄象机壳体手锯壳体镁合金在3C产品和手动工具上的应用37镁合金笔记本外壳

重量：1.09kg(T2)/1.29kg(W2)38镁合金照相机外壳镁合金手机外壳39铜合金的力学性能高，其绝对值超过锌、铝和镁等合金；铜合金在大气中及海水中都有良好的抗蚀性能；具有小的摩擦因数，耐磨性也很好；疲劳极限和导热性都很高；线膨胀系数较小；铜合金的导电性能好，并且具有抗磁性能。（四）铜合金40表3-7

压铸铜合金力学性能及应用范围41应用广泛，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。

铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及印刷线路板等。在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、