压铸过程原理及压铸工艺参数确定

第2讲压铸过程原理

及压铸工艺引言压铸机、压铸模具及压铸合金是压铸生产的三大要素。但要生产出合格压铸件，没有正确的压铸工艺是不可能的。压铸工艺规定三大要素的工作方式。换言之，如果压铸机、压铸模具及压铸合金是压铸生产的硬件，那么压铸工艺就是压铸生产的软件。2.1压射过程与压射过程曲线压力和速度是压射过程的两个重要参数。记录压射过程中压力和速度动态特性的曲线，称为压射过程曲线。冷室压铸（1）小型压铸机三级压射，即为两级速度，一级增压。（2）中大型压铸机双回路控制的四级压射系统，即慢压射、一级快压射（也较慢）、二级快压射、增压。热室压铸，主要以两个阶段压射为主（一速升液和二速填充）。一、压射过程压铸机的压射过程从压射冲头开始移动至型腔充满保压（热室压铸机），或者至增压结束（冷室压铸机）为止。压射过程中，随着压射冲头的位移，速度和压力都是按设定的模式变化。阶段进程描述I起始位置：从压射冲头起始位置至越过浇料口位置参数：压射速度v1（冲头），压射压力p1（动态）特征：低压低速，运行平稳说明：低速推进，防止金属液从浇料口溢出，有利于气体排出。压力主要用于克服系统摩擦阻力，只有小部分用于推动金属液II起始位置：从压射冲头越过浇料口位置至金属液充满至内浇口处参数：压射速度v2，压射压力p2（动态）特征：压力增大，压射冲头速度加快说明：压射冲头通过浇料口，压射压力提高，压射冲头速度加快，金属液充满压室至浇注系统。该阶段应注意防止卷气，并尽量避免金属液提前进入型腔III起始位置：从金属液充满内浇口处至型腔完成充满参数：压射速度v3，压射压力p3（动态）特征：压射压力再次升高，压射速度略有下降，充型速度最快说明：金属液流经内浇口充填型腔。由于内浇口处截面积大幅缩小，流动阻力剧增，压射速度略有下降，但此时充型速度最快。要保持足够的充型速度，需更高的压射压力，用于克服浇注系统主要是内浇口处的流动阻力。IV起始位置：充型结束参数：压射速度迅速减至零，增压压力p4建立特征：压射冲头停止运动，压力剧增，达到全过程的最高值说明：金属液完成充满型腔。增压压力对凝固中的金属液进行压实，压射冲头可能稍有前移。金属液凝固后，增压压力撤除，压射过程结束。通过增压使压铸件密度增加，获得清晰压铸件说明：压射阶段的划分来源于长期的压铸实践，但并非必须完全遵循，根据压铸件及压铸工艺的具体状况设定。发展历程：不变化-二阶段-三阶段（或四阶段）最新进展：突破了传统的三阶段压射，可以根据工艺需要，多点设置速度和压力，可以非常灵活地设定压射过程；某些压铸机还具备压射冲头运动优化程序，根据压室参数、金属液充满度等参数，计算最佳压射模式，减少卷气现象。压射模式应根据压铸件及压铸工艺的具体状况设定，并非采用哪一种固定模式。二、压射过程曲线—压射过程分析的重要线图1、压射阶段理论上，压射压力与压射速度的平方成正比，一定的速度对应一定的压力，或者说使用一定压力才能达到一定的速度压射曲线中的上升斜线，表示压力和速度处于上升之中，起始点为速度或压力的切换点压射曲线中的平台，表明该阶段的速度和压力没有变化，一个稳定的平台可以理解为一个阶段（冷室压铸出现三个压射阶段I、II、III）在IV阶段（增压阶段），压力迅速上升出现高压平台，但速度值迅速降为零，这是增压阶段的特征，表明充型结束，增压形成。二、压射过程曲线2、压力和速度值正常情况下，压力值和速度值相对应如果曲线异常，出现压力过高而速度偏低，表明压射系统可能出现问题，如压射冲头阻滞、浇道堵塞，或液压管路问题等如果压力曲线偏低，速度无法上升，表明压力没有建立，应检查压力设置是否合适或是存在泄压之处二、压射过程曲线3、压力和速度切换状况各阶段的切换起始点至结束点，或者说切换处曲线斜率，反映了从低速切换至高速，或从低压切换至高压的响应速度。切换时速度和压力应该同步响应为佳，以反应迅速为佳。二、、压压射射过过程程曲曲线线4、建建压压时时间间建压压时时间间表表示示增增压压压压力力的的响响应应速速度度，，建建压压时时间间是是反反映映压压铸铸机机性性能能的的重重要要指指标标。。增压压压压力力必必须须在在金金属属凝凝固固之之前前建建立立，，否否则则将将大大大大影影响响增增压压效效果果。。理论论上上讲讲，，建建压压时时间间越越短短越越好好，，可可以以在在金金属属液液凝凝固固之之前前对对其其进进行行高高压压压压实实，，有有效效减减少少内内部部缺缺陷陷，，增增加加压压铸铸件件的的致致命命性性。。目前前先先进进压压铸铸机机的的建建压压时时间间已已达达10ms以下下。。二、、压压射射过过程程曲曲线线5、压压力力峰峰值值压力力峰峰值值指指的的是是快快压压射射结结束束时时（（充充型型结结束束）），，迅迅速速增增压压形形成成的的压压力力冲冲击击或或水水锤锤现现象象。。在第第III阶段段结结束束后后，，压压射射冲冲头头运运动动突突然然停停止止及及压压力力快快速速切切换换，，造造成成了了压压力力瞬瞬间间升升高高，，并并伴伴有有压压力力振振荡荡现现象象。。压力力峰峰值值虽虽是是瞬瞬态态行行为为，，但但对对压压铸铸工工艺艺非非常常不不利利。。压压力力峰峰值值可可以以引引起起胀胀形形，，造造成成泄泄压压，，影影响响压压铸铸件件成成形形质质量量，，使使压压铸铸产产生生飞飞边边、、毛毛刺刺等等。。现代代压压铸铸机机都都把把消消除除压压力力峰峰值值作作为为一一项项重重要要内内容容。。目目前前许许多多压压铸铸机机增增加加了了反反压压措措施施，，使使压压射射冲冲头头在在充充型型结结束束前前瞬瞬间间减减速速，，从从而而大大大大减减轻轻了了水水锤锤现现象象，，缩缩小小了了压压力力峰峰值值。。2.2压铸铸工工艺艺参参数数及及其其确确定定方方法法一、、压压铸铸压压力力压铸铸压压力力是是压压铸铸工工艺艺的的基基本本特特征征，，金金属属液液的的充充型型和和压压实实都都是是在在压压力力作作用用下下完完成成的的，，分分为为动动态态压压射射力力和和增增压压压压射射力力。。压铸铸过过程程中中的的压压力力是是由由压压铸铸机机的的压压射射机机构构产产生生的的压射射机机构构通通过过工工作作液液体体将将压压力力传传递递给给压压射射活活塞塞然后后由由压压射射活活塞塞经经压压射射冲冲头头施施加加于于压压室室内内的的金金属属液液上上一、、压压铸铸压压力力（（两两种种表表现现形形式式））1、压压射射力力：：来来源源于于高高压压泵泵，，通通过过压压射射冲冲头头对对金金属属液液施施加加压压力力，，施施加加压压力力的的大大小小用用比比压压表表示示。。2、压射比比压：指指压射过过程中，，压室内内单位面面积上金金属液所所受到的的静压力力式中P——压射比压压（MPa）；F——压射力（（N）；A——压射冲头头截面积积（近似似等于压压室截面面积）（（mm2）；D——压室直径径（mm）。2.2压铸工艺艺参数及及其确定定方法一、压铸铸压力3、压射比比压的取取值范围围冷室压铸铸机的动动态压射射比压一一般在30～90MPa之间，增增压压射射比压一一般在50～300MPa之间热室压铸铸机提供供的压射射比压可可达到20～50MPa使用压铸铸机提供供的最小小压射冲冲头才能能得到最最大压射射比压机器吨位/kN30005000800012000动态压射力/kN140210300480增压压射力/kN3505507201120压射冲头直径/mm4080601007012080140动态压射比压/MPa11127742678269531增压压射比压/MPa27869194701876422372表1部分压铸机的压射力力及压射射冲头尺尺寸与压压射比压压的关系系一、压铸铸压力4、选择合合理的压压射比压压比压也可可以根据据压铸件件的某一一特征进进行选取取，表2列出了冷冷室压铸铸推荐的的压射比比压参考考值。在快压射射阶段，，一般优优先压射射速度调调整，动动态比压压随之确确定。合金一般压铸件耐压压铸件大平面薄壁件/表面质量要求高受力压铸件锌合金3030～4040～60铝合金30～4080～10040～6040～80镁合金30～4060～10040～6040～80表2冷室压铸铸推荐的的压射比比压（增增压参考考值）（（单位：：MPa）二、压铸铸速度压射速度度：是压压射冲头头推动金金属液移移动的速速度，也也成为冲冲头速度度。充型速度度：金属属液通过过内浇口口进入型型腔的速速度，也也称为内内浇口速速度。1、冲头速速度在压射起起始阶段段，或低低速压射射阶段，，金属液液尚未达达到内浇浇口，所所以只考考虑冲头头速度。。在这一阶阶段，冲冲头速度度一般都都控制在在0.1～0.4m/s之间。冷室压铸铸金属液液的充满满度高，，冲头速速度可取取低些。。一般技术术资料中中给出的的压射速速度推荐荐范围都都很宽，，应权衡衡各种因因素选取取，冷室室压铸机机最大压压射速度度可达10m/s.二、压铸铸速度冲头速度过高时液态金属的波面二、压铸铸速度2、充型速速度高速压射射阶段，，金属液液充填型型腔。充型速度度对金属属液的充充型模式式及压铸铸件成型型具有重重要作用用，在选选择时必必须十分分小心。。充型速度度过高容容易引起起紊流、、卷气、、氧化及及粘模等等现象，，还会加加速模具具的磨损损。在保证压压铸件质质量的前前提下，，充型速速度应尽尽量选低低。充型速度度与压射射压力相相关，相相同的压压铸条件件下，要要达到高高的充型型速度，，需要的的压射力力大。二、压铸铸速度平均壁厚/mm1.02.03.04.05.06.07.08.0充型速度/（m/s）46～5542～5038～4634～4232～4030～3728～3426～32表4基于压铸铸件壁厚厚的冷室室压铸充充型速度度合金种类铝合金锌合金镁合金铜合金充型速度/（m/s）20～6030～5040～9020～50表3不同合金金种类常常用的冷冷室压铸铸充型速速度二、压铸铸速度3、充型速速度和冲冲头速度度的关系系在冷室压压铸机中中，压室室、浇道道和压铸铸模型腔腔相连，，成为一一个密闭闭系统，，因而它它们之间间具有连连续方程程的关系系，即因此，充充型速度度确定后后，根据据内浇口口和压射射冲头面面积核算算冲头速速度。二、压铸铸速度4、速度切切换位置置A．给汤完完了状态态压射时间间内，溶溶汤安定定后，开开始压射射B．低速压压射，压压室充填填设定防止止空气卷卷入的速速度注意无溶溶汤飞溅溅，冲头头的卡住住等的影影响。C．低速压压射，浇浇道充填填多段压射射的机器器另外可可以设定定，一般般情况下下，以加加速度的的匀加速速进行设设定。D．高速切切换位置置一般来说说以溶汤汤到达浇浇口的位位置为基基准进行行设定，，根据产产品前后后调整切切换位置置来决定定最佳的的位置。。※从溶汤到到达浇口口位置作作为高速速切换位位置是最最基本的的E．减速位位置产品充填填完了后后，在集集渣包充充填完了了之前进进行有效效减速的的决定，，设定后后短射必必然会有有，但必必须对产产品的影影响加以以确认。。F．增压位位置增压为充充填完了了开始增增压，切切换位置置一般在充充填完了了的前20mm左右设定定。※不论哪一一个切换换要点，，都要计计算机器器、电气气工作时时间的延迟，比比计算值值之前10～15mm左右进行行设定。。二、压铸铸速度5、高速压压射行程程二、压铸铸速度6、根据水水力学原原理，充充型速度度与压射射比压的的关系二、压铸铸速度7、影响充充填速度度的因素素影响充填填速度的的因素有有三个，，即压射射速度、、压射比比压和内内浇口截截面积。。因此，生生产中通通常采用用的调整整充填速速度的方方法是：：调整压压射速度度、改变变压射压压力、调调整内浇浇口的截截面积。。三、时间间压铸工艺艺中的时时间参数数包括充充型时间间、持压压时间和和留模时时间三个个部分。。1、充型时时间：金金属液开开始进入入型腔至至型腔充充满所需需时间，，可按下下式估算算：三、时间间1、充型时时间：经经验推荐荐见下表表平均壁厚/mm充型时间/s平均壁厚/mm充型时间/s1.50.01～0.033.00.05～0.101.80.02～0.043.80.05～0.122.00.02～0.065.00.06～0.202.30.03～0.076.40.08～0.302.50.04～0.09三、时间间2、增压建建压时间间：指充充型（快快压射））结束至至增压压压力形成成所需的的时间。。建压时间间越短越越好，取取决于型型腔中金金属液的的凝固时时间凝固时间间长的合合金，增增压建压压时间可可长些，，但必须须在浇口口凝固之之前达到到增压比比压但建压时时间由压压铸机压压射系统统性能决决定，不不能任意意调节。。目前最先先进压铸铸机的建建压时间间已达到到10ms以内。三、时间间3、持压时时间：指指金属液液充满型型腔后，，压射系系统继续续保持压压力的时时间持压的目目的是保保证金属属液在整整个凝固固期间都都处于高高压之下下，达到到紧实压压铸件的的目的。。持压时间间应比金金属液在在型腔内内的凝固固时间长长。表5基于压铸铸件壁厚厚的持压压时间推推荐值三、时间间4、留模时时间：从从持压终终了至开开模顶出出压铸件件的时间间段留模的目目的是使使压铸件件在型腔腔中冷却却到一定定温度，，形成一一定强度度，避免免开模顶顶出时压压铸件变变形、开开裂。留模时间间过长，，压铸件件的冷却却及收缩缩幅度大大，包紧紧力增大大，会导导致顶出出困难。。在以下情情况时，，留模时时间可取取短些：：合金的的收缩大大、高温温强度较较高；薄薄壁件、、结构复复杂；压压铸模具具热容量量大、冷冷却能力力强。四、温度度温度是压压铸工艺艺中的热热因素，，主要涉涉及金属属液的浇浇注温度度和压铸铸模具温温度。1、浇注温温度：指指金属液液进入浇浇注系统统或型腔腔时的温温度，一一般用保保温炉内内的金属属液温度度表示。。浇注温度度应高于于合金液液相线温温度300C左右，以以弥补合合金液在在浇注过过程中及及在压室室停留期期间的热热损失，，以保证证金属液液在充型型时仍有有良好的的流动性性。表6常用压铸铸合金的的推荐浇浇注温度度四、温度度2、压铸模模具工作作温度压铸模具具温度对对压铸件件质量、、尺寸精精度及压压铸模具具寿命都都有影响响。温度过高高，容易易导致粘粘模、压压铸件顶顶出变形形、压铸铸模具活活动部件件卡死、、开模时时间延长长等。压铸模具具温度控控制在浇浇注温度度的1/3左右，薄薄壁、结结构复杂杂的压铸铸件可适适当调高高。压铸模预预热一般般多用煤煤气、喷喷灯、电电器或感感应加热热。国外在压压铸生产产中大量量采用模模温机，，不但提提高压铸铸模具寿寿命，还还可以稳稳定生产产优质压压铸件。。各种压铸铸合金的的模具工工作温度度经验数数据见表表2.3压铸用涂涂料（P44）一、涂料料作用（1）高温时时保持良良好的润润滑性。。在压铸铸件与模模具之间间形成隔隔离层及及润滑膜膜，保持持熔融金金属的流流动性，，改善合合金的成成形性能能，美化化压铸件件外观。。（2）所形成成的润滑滑膜窜入入到模具具的活动动部位，，减少压压铸件与与成形零零件间的的摩擦，，使构件件动作灵灵活，压压铸件脱脱模顺畅畅，尺寸寸稳定，，并减少少零件的的磨损，，相应地地提高模模具寿命命。（3）通过过水分分的蒸蒸发，，局部部冷却却模具具，使使其在在生产产过程程中减减少热热疲劳劳应力力。（4）在喷喷涂过过程中中清除除碎屑屑，减减少废废品，，操作作流畅畅，达达到安安全生生产的的目的的。2.3压铸用用涂料料二、对对压铸铸涂料料的总总体要要求（1）高温温时，，能保保持良良好的的润滑滑性能能。（2）挥发发点低低，在在100～1500C时，稀稀释剂剂能很很快地地挥发发。（3）对模模具及及压铸铸件材材料没没有腐腐蚀作作用。。（4）性能能稳定定，在在空气气中不不会因因稀释释剂很很快挥挥发而而变浓浓。（5）无特特殊味味道，，在高高温时时不析析出或或分解解出有有害气气体，，也不不留有有残余余物质质。（6）配制制工艺艺简单单，来来源丰丰富，，价格格低廉廉。2.3压铸用用涂料料三、涂涂料的的种类类和使使用国内外外普遍遍采用用水基基涂料料——激冷效效果好好，清清洁、、安全全、便便宜2.4压铸件件的整整修和和处理理（P45）一、压压铸件件的清清理、、整形形和修修补1、压铸铸件的的清理理——浇注系系统、、排溢溢系统统的金金属物物、飞飞边及及毛刺刺2、压铸铸件的的校正正——留有残残余应应力而而引起起变形形，需需热校校正或或冷校校正3、压铸铸件的的修补补和浸浸渍处处理——焊补和和嵌补补——密封剂剂渗入入压铸铸件的的缝隙隙（气气孔、、针孔孔等））二、压压铸件件的后后处理理和表表面处处理1、压铸铸件的的后处处理——不宜淬淬火，，需进进行退退火或或时效效处理理2、表面面处理理——加强铸铸件表表面耐耐蚀性性和增增加美美观度度，电电镀、、喷漆漆，等等9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。20:39:1020:39:1020:3912/28/20228:39:10PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2220:39:1020:39Dec-2228-Dec-2212、故人江海别别，几度隔山山川。。20:39:1020:39:1020:39Wednesday,December28,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2220:39:1020:39:10December28,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。28十十二月20228:39:10下午午20:39:1012月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月228:39下下午午12月月-2220:39December28,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2820:39:1020:39:1028December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。8:39:10下午8:39下下午20:39:1012月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很很多多事事情情努努力力了了未未必必有有结结果果，，但但是是不不努努力力却却什什么么改改变变也也没没有有。。。。20:39:1020:39:1020:3912/28/20228:39:10PM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2220:39:1020:39Dec-2228-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。20:39:1020:39:1020:39Wednesday,December28,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2220:39:1020:39:10December28,202214、意