教学材料《铝合金》-第二章

2.1压铸件结构设计一、任务描述压铸件的结构设计是压铸生产中首先遇到的工作，其设计的合理性和工艺适用性直接影响到后续工作的顺利进行。设计压铸件除要满足使用要求外，同时应该满足成型工艺要求，并且尽量做到模具结构简单、生产成本低，达到设计的合理性、工艺性、可制造性、经济性。通过本任务的学习，试分析图2-1所示压铸件的结构设计是否合理。二、任务分析一个压铸件不论如何复杂，都可以看成是由若干个基本结构单元按一定的方式组合而成的，比如，壁板、肋、铸孔、螺纹等，这些基本结构单元的组合形成压铸件的结构。下一页返回2.1压铸件结构设计三、知识准备1.壁厚壁板是压铸件最基本的结构单元，对压铸工艺影响最大。在设计压铸件时，往往以为壁越厚，压铸件强度和刚度就越容易保证，性能越好；实际上对于压铸件而言，随着壁厚的增加，内部易产生气孔、缩孔和缩松等缺陷，力学性能反而明显下降，且随着壁厚的增加，金属料消耗多，成本也增加。故在保证压铸件有足够强度和刚度的前提下，应尽可能减小壁厚。实践证明，薄壁压铸件的致密性好、强度高、耐磨性好。当然，过薄的薄壁会使合金充填不良，表面缺陷增多。所以在满足产品使用功能要求的前提下，采取正常、均匀的壁厚为佳，以最低的金属消耗取得良好的成型性和工艺性。压铸件最小壁厚和正常壁厚推荐值见表2-1。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计2.加强肋铸件为提高强度和刚度，防止变形翘曲，不应单纯用增加壁厚的方法，而应采用适当的薄壁加强肋达到此目的。且增设加强肋，除了消除压铸件厚壁引起的缺陷，减少缺陷，减轻质量，节约金属外，还可以使金属液流路顺畅，并可作为金属液充填时的辅助通道。图2-2所示为增设加强肋减薄壁厚，避免压铸件厚壁处产生缩松等缺陷。加强肋应对称布置，厚度均匀，肋的尺寸与其所在的壁厚有关。肋的厚度一般不应当超过与其相连的壁的厚度，可取肋处壁厚的2/3~3/4。为减少脱模时的阻力，肋应有铸造斜度。加强肋的设计数据可参考表2-2。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计3.铸造圓角在压俦件壁与壁的连接处，不论是直角，还是锐角或钝角，都应设计成圆角。只有在预计选定为分型面的部位上才不采用圆角连接，而且必须为尖角。采用圆角，可使金属液流动顺畅，改善充型特性，气体容易排出。同时，避免尖角产生应力集中而导致裂纹缺陷。铸造圆角的设计可参考表2-3。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计4.压铸件的脱模斜度为了保证压铸件能够从压铸模具中顺利脱出，在压铸件沿脱出方向上的所有内表面都要有一定的斜度，该斜度称为脱模斜度。压铸件脱模斜度的大小和压铸件的壁厚及合金种类有关。压铸件的壁厚越厚，合金对型芯的包紧力也越大，脱模斜度就越大。合金的收缩率越大，熔点越高，脱模斜度也越大。此外，压铸件内表面或孔的脱模斜度比外表面的脱模斜度要大。在允许的范围内，宜采用较大的脱模斜度，以减小所需要的推出力或抽芯力。确定脱模斜度时可参考表2-4。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计5.压铸孔和槽相对于其他铸造工艺，压铸可以铸出细长孔和槽，对精度要求不是很高的孔和槽，可以不经机械加工就能直接使用。所以，只要工艺允许，一般都会选择将孔、槽直接铸出，这不仅可使壁厚均匀，减少热节，节约金属，还可以减少机械加工工序。压铸孔和槽是由金属型芯形成，压铸时型芯被金属液包围，承受强烈的热作用及金属液凝固收缩对其形成的很大的包紧力和剪切力。另外，在金属液高压高速充填模具型腔时，会受到很大的冲击力，过于细长的型芯经受不住这样的包紧力、收缩力和冲击力的作用，易发生型芯的弯曲和折断，或在开模时被拉断。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计因此，压铸件上可以铸出的孔和槽，其最小尺寸和深度是有限制的。当孔径小于推荐的最小值时，一般不宜直接铸出，可以采用机械加工方法加工。此外，还应注意孔与压铸件边缘的距离应不小于2mm，深度应带有一定斜度，以便于抽芯，孔的铸造斜度随孔的深度加大而逐步减小。推荐的孔深、孔径和铸造斜度参见表2-5。可压铸出的长方形孔和槽的尺寸见表2-6。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计6.压铸螺纹、齿轮压铸工艺可以直接铸出螺纹。虽然其精度、形状及表面状况不及机械加工产品，但能够满足一般使用要求，且压铸螺纹的表层具有耐磨、耐压的优点。有些耐压零件还要求必须用铸造螺纹，利用其致密表层来承受压力而不渗漏。压铸外螺纹，通常采用的是可分开的两个半螺纹型环，但这种方式容易出现轴向错位和椭圆问题，一般要经过机械修整加工，所以需留有0.2~0.3mm的加工余量。内螺纹虽可铸出，但需要使用机械装置旋出螺纹型芯，使压铸模具结构更加复杂，操作也不便。所以一般只铸出底孔，然后攻丝形成内螺纹。可压铸螺纹尺寸见表2-7。压铸工艺还可压铸出齿轮。铝合金、镁合金可压铸齿轮的最小模数m为0.5，锌合金的为0.3。精度要求高的齿轮，齿面应留有0.2-0.3mm的加工余量，以便于进行后续的机械加工工序，以达到要求的精度。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计7.凸纹、文字、标志和图案这类图饰用压铸铸出，应采用凸体，因为在模具型腔表面上加工下凹形状比较方便。一般凸纹高度大于0.3mm，文字的大小不小于5号字体；线条宽度大于凸出高度的1.5倍，常取0.8mm，线条间最小距离为0.3mm，线端应避免尖角；纹路应平行于脱模方向，并有一定的脱模斜度，脱模斜度常取10°~15°。若要打出非常细微的文字，可以在压铸出铸件以后，用激光在铸件表面打出文字。目前有一种新技术“转移彩膜”，可以将彩色的文字、标志、图案彩膜转印到压铸件表面。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计8.嵌铸对于一些有螺杆(螺栓）、螺母、轴、套、管状制件、片状制件等部件的压铸件，若考虑整体压铸，可能会引起铸件某些部位局部热节、壁厚过厚产生缩孔，影响铸件局部性能，甚至可能造成无法抽芯而导致压铸困难。故工艺上考虑将这些金属或非金属的零件先嵌放在压铸模型腔内，成型时，再与压铸件铸合在一起，这种工艺方法叫嵌铸，又称镶铸，这些金属或非金属的零件称嵌件。这样既可充分利用各种材料的性能（如强度、硬度、抗蚀性、耐磨性、导磁性、导电性等）以满足不同条件下使用的要求，又可弥补因铸件结构工艺性差而带来的缺点以解决具有特殊技术要求零件的压铸问题。嵌件设计时有如下要求。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计①嵌件在铸件内必须稳固牢靠，故其铸人部分应制出直纹、斜纹、滚花、凹槽、凸起或其他结构，以增强嵌件与压铸合金的结合。嵌件的固定方法见表2-8、表2-9。②嵌件在模内应有可靠的定位和正确的配合。模内的嵌件在成型时要受到高压、高速的金属液流的冲击，可能会发生位移，同时还要防止金属液挤人放置嵌件的孔中，因此嵌件在模内必须可靠定位，同时要有正确的配合。一般放置嵌件的模具孔与嵌件的配合，压铸锌合金时为H7/e8；压铸铝合金、镁合金时为H7/d8。同一压铸件上嵌件数量不宜太多，否则会因压俦时安放嵌件而降低生产率。③嵌件周围应有一定厚度的金属层，以提高铸件与嵌件的包紧力，并防止金属层产生裂纹，金属层厚度可按嵌件直径选取，参见表2-10。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计④嵌件包紧部分不允许有尖角，以免铸件发生开裂。此外，带嵌件的压铸件最好不要进行热处理和表面处理，以免两种金属的相变不同而产生体积的变化不同，导致嵌件在铸件中松动和产生腐蚀。⑤嵌件在压铸前最好能镀以防蚀性保护层，以防止嵌件与铸件本身产生电化。⑥嵌件的形状和在铸件上所处的位置应使压铸生产时放置方便。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计四、任务卖施分析任务描述中图2-1所示压铸件结构设计的合理性。从知识准备中得知随着壁厚的增加，内部易产生气孔、缩孔和缩松等缺陷。另外，在压铸件壁与壁的连接处，最好设计成圆角，因为采用圆角，可使金属液流动顺畅，改善充型特性，气体容易排出，同日寸避免尖角产生应力集中而导致裂纹缺陷。为了保证压铸件能够从压铸模具中顺利脱出，在压铸件沿脱出方向上的所有内表面都要设计一定的脱模斜度，一般压铸件内表面或孔比外表面的脱模斜度要大。分析图2-1所示压铸件，图2-1（a）~图2-1（c）零件壁太厚，内部产生了气孔的缺陷；图2-1（d）零件存在尖角，尖角容易产生应力集中；图2-1（e）零件结构不易脱模。结合上述分析，修改铸件结构，如图2-3所示。图2-3（a）~图2-3（c）减小了壁厚，图2-3（d）把尖角修改为圆角，图2-3（e）增大了脱模斜度。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计五、归纳总結了解压俦件基本结构单元的设计。六、拓展提高压铸工艺对压铸件结构设计的要求见表2-11。一个零件能够用压铸法铸出，除基本结构有一定要求外，压铸件的结构也必须符合压铸工艺要求。按照压铸工艺对压铸件结构设计的要求，这里将引人一些示例，从消除抽芯受阻区域、减少压铸缺陷区域、简化压铸模具结构等几个方面分析压俦件常见的结构问题，并给出结构改进建议，使之符合压铸工艺要求。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计（1）消除抽芯受阻区域示例1：图2-4所示的铸件由两个盘类体素相交而成，其中一个体素的下凹区域B可由固定型芯形成，另一个体素的凹区域A可由活动型芯形成。图2-4（a）形成区域A的活动型芯受到凸台K阻碍，无法抽出。因此改变其方向，使区域A指向外侧，则可顺畅抽出，如图2-4（b）所示。示例2：图2-5（a）区域A侧抽芯无法抽出，改变凹坑方向，则抽芯方便。区域B朝向内腔方向，无法抽出内腔型芯，将区域B朝向向外，问题迎刃而解，如图2-5（b）所示。示例3：图2-6（a）压铸件的矩形孔B<A，无法抽芯，改变尺寸，使B>A+适当余量（0.1~0.2mm），则连通孔可以分别由两动、定半模形成，而不再需要另设抽芯机构，如图2-6（b）所示。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计（2）减压铸缺陷示例：图2-7（a）一板料壁厚相差悬殊，这种零件结构极易收缩产生翘曲变形。将其底部改为有凹腔，既减薄壁厚又使壁厚均匀，可减小收缩应力，避免变形，还可消除原底部厚大部位出现缩孔缩松缺陷，减轻铸件质量，如图2-7（b）所示。（3）简化模具结构①设计压铸件尽可能使分型面简单。示例：图2-8（a）压铸件由于圆柱形凸台而使分形复杂（点画线所示），而且压铸件会在动定模交接处出现交接印痕（飞边）。将凸台延伸至分型面可使分型面简单，如图2-8（b）所示。下一页返回上一页2.1压铸件结构设计②避免模具局部变薄，保证模具有足够的强度和刚度。示例：图2-9（a）压铸件上的孔离凸缘边距离过小，易使模具在a处断裂。改变压铸件结构，使a≥3mm，使模具有足够强度，如图2-9（b）所示。③避免或减少侧向抽芯。示例：如图2-10所示。图（a）压铸件中心方孔较深，在图示的分型方案下，必须使用抽芯机构。由于抽芯距离长，型芯成悬臂式伸人型腔，易变形，难以控制侧壁壁厚。如果采用肋结构则可避免抽芯，简化模具，有利于保证铸件质量，且不影响使用功能，如图（b）所示。返回上一页2.2压铸件结构工艺性分析一、任务描述压铸件的结构工艺性能是指压铸成型生产日寸对模具结构、成型工艺的适应程度。压铸件结构工艺性分析往往是压铸模具设计的第一步。通过本任务的学习，对压铸件的结构工艺性能有了充分认识之后，进而分析阀盖（图2-11所示）压铸件和旋钮把手（图2-12所示）压铸件的结构工艺性。其中阀盖材料为铝合金，壁厚3~4mm。铸件尺寸精度等级GB/T6414—19995级，质量为0.48kg，具体结构形状如图2-13（a）所示。旋钮把手材料为锌合金，铸件壁厚最大处为5mm，最小处为1.5mm。加工表面未注尺寸公差按IT13级精度，非加工表面未注尺寸公差按GB/T6414-19996级，具体结构形状如图2-13（b）所示。下一页返回2.2压铸件结构工艺性分析二、任务分析下一页返回上一页2.2压铸件结构工艺性分析三、知识准备1.压铸件的尺寸精度压铸件的尺寸精度不仅与其尺寸大小有关，而且受其结构和形状的影响。一般压铸件精度为ITI3级，高精度压铸件为ITI1级。国家标准（GB/T6414-1999）中将铸件尺寸公差划分为16个等级，标记为CT1~CT16。压铸件尺寸公差可以控制在CT4~CT8级，但不同合金可以达到的等级范围有所不同，一般铝合金、镁合金可以达到级，锌合金可以达到CT4~CT6级。表2-12列出了CT4~CT8级压铸件尺寸公差数值。下一页返回上一页2.2压铸件结构工艺性分析压铸件上一些受分型面或压铸模活动成形零件影响的尺寸，确定它们的公差值时，在按表2-12查取的公差数值基础上，还应加上一附加公差值。附加公差值按表2-13选取。根据尺寸公差等级定出公差数值后，公差带位置按以下原则确定。①待加工的配合尺寸，孔取负（-）值，轴取正（+）值，或孔与轴均取双向偏差（±），但其偏差值为表中选取公差值的1/2。②不加工的配合尺寸，孔取正（+）值，轴取负（-）值。③非配合尺寸，根据压铸件的结构情况，其公差值可取单向，也可取双向，当取双向日寸其值取公差值的1/2。下一页返回上一页2.2压铸件结构工艺性分析3.压铸件的加工余量压铸件具有精确的尺寸和良好的铸造表层，一般可以不再做机械加工。但是，压铸出的零件毕竟还不是在任何场合下都可以直接装配使用的，所以，常常在一些情况下，还需要对一些表面和部位进行机械加工。比如，去除脱模斜度，以满足该表面和该部位的装配要求，需要达到更高精度的尺寸，铸件未压铸出的一些形状等。下一页返回上一页2.2压铸件结构工艺性分析当压铸件需用后续的加工来达到其精度时，应优先考虑采用精整加工，如校正、压光、整形等，以便保留其强度较高的致密层。其次才考虑采用切削加工，并选用较小的加工余量。这是由于压铸件的表面层因激冷作用而形成致密层，而其内部组织相对表面层比较疏松，同日寸在表面层附近常有气孔和针孔存在，因此铸件的机械加工余量越少越好。加工余量取铸件最大外轮廓尺寸与基本尺寸两个余量的平均值。当加工余量受脱模斜度的影响时，一般内表面尺寸以大端为基准，外表面尺寸以小端为基准。加工余量的选用参见表2-15、表2-16。下一页返回上一页2.2压铸件结构工艺性分析四、任务实施1.基本训练——阀盖压铸件结构工艺性分析（1）阀盖压铸件的结构特征分析图2-11所示的阀盖压铸件的外形较简单，壁厚比较均匀，满足压铸工艺要求，但在一定气压下有严格的密封性要求。压铸件上部侧面有一个孔和两个小凸起，因此，压铸件不易取出，需要考虑侧向抽芯机构。压铸件的内腔较复杂，中心部分有一个深孔。（2）阀盖压铸件尺寸精度分析压铸件尺寸公差按GB/T6414-1999中的CT5级精度，在压铸件的工艺能力范围内。（3）阀盖压铸件表面质量分析阀盖压铸件主要为孔和外圆表面，孔的内壁精度要求较高，查表2-14，压铸件的表面粗糙度要求达到Ra3.2μm。下一页返回上一页2.2压铸件结构工艺性分析2.能力强化训练——旋钮把手压铸件结构工艺性分析（1）旋钮把手压铸件的结构特征分析图2-12所示的旋钮把手压铸件从外形看为长方形、中间呈圆形且带有通孔。该压铸件壁厚最大处为5mm，最小处为1.5mm。壁厚不是很均匀，整体较厚，壁厚相对较厚处，容易产生气孔和缩孔，因此，在后续压铸工艺参数设定时要适当考虑。（2）旋钮把手压铸件尺寸精度分析根据图2-12可知，该压铸件不复杂，但是壁厚较厚。重要尺寸包括：，φ8.1±0.1等。这些尺寸精度较高，产品压铸后需要二次加工才能达到。加工表面未注尺寸公差按GB1148中的ITI3级精度，非加工表面未注尺寸公差按6414-1999中的CT6级精度。压铸成型可以实现此产品工艺要求。压铸件的加工余量查表2-15，单边余量为0.4mm。下一页返回上一页2.2压铸件结构工艺性分析（3）旋钮把手压铸件表面质量分析该压铸件不允许有裂纹、欠铸、疏松及任何穿透性缺陷，压铸件的表面粗糙度Ra要求达3.2~12.8μm，加工表面应去毛刺、尖边，不允许有磕碰、划伤及锈蚀现象，压铸件要做抛光处理等。这些表面质量要求是较容易实现的。五、归纳总結能分别从结构特征、尺寸精度、表面质量、加工余量等方面分析压铸件结构工艺性。返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定一、任务描述若将压铸合金、压铸机及压铸模具看做压铸生产的硬件，则压铸工艺就是压铸生产的软件。要生产出合格的压铸件，没有正确的压铸工艺是不可能的。压铸工艺将压铸合金、压铸机、压铸模具3大要素有机结合并加以综合运用，是保证压铸件综合性能的关键，同日寸也直接影响生产效率和模具寿命。要保证压铸成型工艺过程的顺利进行，首先需要确定压铸成型工艺参数。压铸工艺的基本参数包括4个方面，即压力、速度、温度、时间。这些工艺因素影响着液态金属的充型。液态金属充型的过程，称为压射过程。本任务以前面任务所选案例一阀盖（如图2-11所示）为载体，确定压铸成型工艺参数。下一页返回2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定二、任务分析下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定三、知识准备1.压射过程阀盖的材料选用的是铝合金，由前面项目的学习，得知铝合金的压铸通常采用冷压室压铸机，冷压室压铸机的压射过程从压射冲头开始移动至型腔充满，直到增压结束为止。压力和速度是压射过程的两个重要参数。现行的压铸实践中，对于冷压室压铸，普遍认可3阶段压射。在第3阶段高速压射后，还有后续的增压压实阶段，所以有时也被称为4阶段压射，每个阶段采用不同的速度和压力值。图2-14表示出冷压室压射各阶段冲头位置及压力与速度的曲线（称压射过程曲线）。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定第I阶段：压射冲头推动金属液越过浇料口，低压低速运行，防止金属液从浇料口溢出，有利于气体排出。压力p1主要用于克服冲头与压室、液压缸与活塞之间的摩擦阻力，只有小部分用于推动金属液。第II阶段:压射冲头通过浇料口，压力上升，速度加快，金属液充满压室至内浇口处。第III阶段：金属液流经内浇口充填型腔。由于内浇口处截面面积大幅缩小，流动阻力剧增，要保持足够的填充速度，需更高的压射压力。压射速度快慢非常重要，主要取决于压铸件复杂程度、壁厚和质量要求等。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定第IV阶段：金属液完全充满型腔，充型结束。压射冲头停止运动，压射速度迅速减至零，压力剧增，增压压力p4建立，达到全过程的最高值。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。通过增压使压铸件密度增加，获得清晰压铸件。金属液凝固，增压压力撤除，压射过程结束。上述压射曲线只是理论性的，实际上液态金属充填型腔时，因铸件复杂程度不同，金属充填特性及操作不同等，压射曲线也会出现不同的形式。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定2.压力压力是压铸工艺的基本特征，金属液的充型流动和压实都是在压力的作用下完成的。压力分为压射压力和增压压力。压射压力的作用是克服各种阻力，保证充型时金属液达到一定速度。增压压力的作用是在充型结束后对压铸件进行压实，提高压铸件的致密度，使压铸件轮廓清晰。压射力通过压射冲头对金属液施加压力，施加压力的大小用比压表示。比压是压室内金属液单位面积上所受的压力，即压铸机的压射力与压射冲头截面积之比。填充时的比压称为压射比压，压射后增压的比压称为增压比压。冷压室压铸机的压射比压一般为30~90MPa，增压比压一般为50~300MPa。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定由比压的定义可知，比压与压铸机的压射力成正比，与压射冲头的截面积（或直径的平方）成反比，所以选择比压时，应考虑压铸机能够提供的压射力及使用的压射冲头的直径在可选范围内。比压的选择还与其他多种因素有关，具体参见表2-17。铝合金冷压室压铸推荐的压射比压参考值见表2-18。改变比压有两种途径：调整压射力；更换不同尺寸的压射冲头。压射力确定后，压射比压的大小取决于压射冲头尺寸。但应注意，采用高的比压并不总是有利的，高的压射比压会加速模具和机器的磨损。在保证压俦件质量要求的前提下，使用较低的比压为宜。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定3.速度压铸速度分为压射速度和充填速度。压射速度又称冲头速度，是压射冲头推动金属液移动的速度。充填速度又称内浇口速度，是金属液通过内浇口的速度。（1）压射速度压射过程中，压射速度是变化的，它可分为低速和高速两个阶段。在金属液尚未到达内浇口时，为使金属液平稳流动，空气能顺利排出，选择低速压射。低速压射的速度根据浇道压室内金属液的多少而定，一般控制在0.1~0.5m/s，对于薄壁件、外表装饰件可控制在0.25~0.35m/s，对于耐压、强度高的铸件可控制在0.15~0.25m/s。冷压室压铸金属液的充满度高，压射速度可取低些。金属液到达内浇口时，可进行高速切换。高速压射速度在0.2~4.5m/s。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定高速压射起点位置应正确选择，如图2-15所示。图2-15（a）高速压射起点过早，液流混乱，包气严重；图2-15（b）高速压射起点过迟，液流阻力增大；图2-15（c）高速压射起点正确。高速压射起点的选择应灵活设置。从高速压射起点开始直到充型结束，金属液快速充填，不包卷气体是绝对不可能的，在这种情况下应该考虑让气体分布在何处才有意义。对于不同的铸件，其内部组织致密性的要求不同，即使同一铸件易产生气孔的部位及对致密性的要求也不同，所以高速压射的起点可选择在不允许有气孔的部位之后。但若是只追求表面光洁的压铸件，可将高速切换点提前。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定（2）充填速度充填速度确定的依据是合金的特性和铸件的结构特点。当充填速度较低时，会使铸件轮廓不清，甚至不能成型。当充填速度过高时则容易引起紊流、卷起、氧化及粘模等现象，还会加速压铸模具的磨损。影响充填速度的因素有3个，即压射速度、压射压力和内浇口截面积。一般对于简单厚壁或内部质量要求较高的铸件，应选择低充填速度、高压射压力、大浇口；而对于薄壁复杂或表面质量要求高的铸件，应选择高充填速度、高压射压力。铝合金常用的冷室压铸充填速度为20~60m/s。表2-19提供了一些根据压铸件壁厚选择充填速度的经验数据。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定4.温度压铸温度包括金属液的浇注温度和压铸模具工作温度。（1）浇注温度浇注温度是指金属液自压室进人型腔时的温度。由于压室内的金属液温度不便于测量和控制，所以生产中是通过控制保温炉中金属液的温度来控制浇注温度。由于金属液从保温炉取出到浇人压室过程中一般要降温，所以金属液的熔化温度要高于浇注温度。浇注温度过高，铝水中吸气量就会增加，使铸件厚壁处易产生针孔、缩孔，表面起泡，同时对模具腐蚀加快，使模具过早老化、龟裂。浇注温度过低，流动性差，易产生冷隔、流纹、浇注不足等缺陷；且温度过低的铝合金液还可能使硅析出，产生成分偏差，铸件中形成硬质点，造成后加工困难。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定压铸铝合金的推荐浇注温度见表2-20。铝合金的浇注温度还与充填速度有关，充填速度越大，液态金属因摩擦作用而升温的数值越大。当铝合金充填速度为40m/s时，进人型腔时的温度将增加8℃。因此充填速度大时，可适当降低浇注温度，以保证铸件质量。（2）压铸模具工作温度压铸生产开始前，应对压铸模具进行预热。预热压铸模可以避免金属液在模具中因激冷而使流动性迅速降1氏，增大线收缩，使铸件产生裂纹或使表面粗糙度增加，甚至可能导致铸件不能顺利成型。此外，还可以避免金属液对低温压铸模的热冲击，延长模具寿命。压铸模具的预热方法很多，一般常用喷灯或煤气喷烧。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定压铸生产过程中，要始终保持压铸模具在一定的温度范围内，这一温度范围就是压铸模的工作温度。压铸模具温度对压铸模具寿命、脱模剂使用、压铸件质量及尺寸精度都有影响。在连续压铸生产中，每压铸一次，模具温度就从高温到低温循环一次，不断被加热冷却，周期性的热应力作用容易导致模具热疲劳，产生龟裂。模具温度过高，脱模剂在高温下过量挥发，不能形成致密的皮膜，易造成粘模。而模具温度过低，则脱模剂形成的皮膜含有未挥发的水分，使脱模效果差，还会导致铸件气孔、冷隔缺陷出现。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定压铸铝合金推荐的压铸模具预热温度及工作温度见表2-21。在每一次压铸循环中，模具从金属液得到热量，同时通过热传递向外界散发热量，为提高压铸生产的稳定性，模具的吸热和散热应保持热平衡。通常模具吸收热量大于散发的热量。为达到热平衡，靠自然散热、喷涂式散热是有限的，主要靠冷却水;通过控制水量、水压、水温、管道布置来控制模具温度，更先进的方法是采用模温机。5.时间压铸时间包括填充时间、建压时间、持压时间和留模时间。它是压力、速度、温度3个因素，再加上液态金属的物理特性、铸件结构（特别是壁厚）、模具结构（特别是浇注系统和排溢系统）等各方面的综合结果。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定（1）填充时间填充时间是金属液从内浇口开始进人型腔到充满型腔所需要的时间。对于表面质量要求高的薄壁件，填充时间的影响很大。填充时间长，慢速充型，金属液内卷人的气体少，压铸件表面粗糙度低；填充时间短，快速充型，压铸件表面质量及轮廓清晰度佳，但易造成型腔气体排不完，使孔隙率增大。填充时间的长短取决于压铸件的体积大小和复杂程度。对大而简单的压铸件，填充时间要相对长些，对复杂和薄壁压铸件填充时间要短些。实践证明，中小型铝合金压铸件的填充时间为0.2s左右。表2-22给出了不同壁厚压铸件所需的填充时间推荐值。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定（2）建压时间建压时间是金属液充型结束至增压压力形成所需的时间，也就是增压阶段比压由压射比压上升到增压比压所需的时间。从压铸工艺角度来说，建压时间越短越好。建压时间短，可以在金属液，尤其是内浇口处的金属液凝固之前形成增压，保证金属液在高压状态下凝固，提高增压压实效果，改善压铸件质量。也就是说，建压时间的建立必须在合金凝固之前，因为合金一旦凝固，压力将无法传递，即使增压也起不了压实作用。但建压时间是由压铸机压射系统性能决定，不能任意调节，目前先进压铸机的建压时间已达到0.01s以内。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定（3）持压时间持压时间是金属液充满型腔至内浇口完全凝固，压射系统继续保持压力的时间。增压压力建立起来后，要保持一定时间，保证未凝固的金属液在整个凝固期间都处于高压之下，达到紧实压铸件的目的。持压时间不足，在金属液未完全凝固时，冲头已不再对其施加压力，铸件最后凝固的厚壁处得不到补缩而产生缩孔、缩松缺陷，内浇口与铸件连接处会出现孔穴，甚至会出现金属液内浇口处倒流的现象。持压时间过长，铸件凝固后继续持压，起不到很大效果，对立式压铸机而言，还易造成切除余料困难。持压时间的长短与壁厚、合金凝固温度范围等因素有关。当压铸件尺寸大、壁厚、合金凝固范围宽，持压时间应取长些；反之，则可短些。生产中铝合金压铸件基于壁厚的持压时间推荐值：壁厚<2.5mm，持压时间为1~2s；壁厚2.5~6mm，持压时间为3~8s。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定（4）留模时间留模时间是指持压结束到开模顶出压铸件的这段时间。留模的目的是使压铸件在型腔中冷却到一定温度，形成一定的强度。留模时间过短，压铸件温度高、强度低，压铸件在脱模时易引起变形或开裂，对强度低的合金还可能因为内部气孔的膨胀而产生表面气泡。但留模时间过长，压铸件的冷却及收缩幅度大，会加大抽芯和顶出铸件的阻力，脆性大的合金还会引起铸件开裂，同时降低压铸的生产率。若合金收缩率大，强度高，压铸件壁薄，模具热容量大，冷却能力强，压铸件留模时间可取短些；反之，则需长些。原则上以推出压铸件不变形、不开裂的最短时间为宜。生产中铝合金压铸件基于壁厚的留模时间推荐值：壁厚<3mm，留模时间为7~12s；壁厚3~4mm，留模时间为10~15s；壁厚>5mm，留模时间为25~30s。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定四、任务实施1.确定阀盖压铸件成型工艺参数如图2-11所示的阀盖压铸件成型工艺参数如下。①压射比压：40~60MPa。②速度。压射速度：3.0~5.0m/s；充填速度：30~36m/s。③温度。模具预热温度：230℃~240℃；压铸温度：650℃~680℃。④时间。保压时间：1.5~2.0s；填充时间:0.06s；留模时间:6.5~8.0s。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定2.编制阀盖压铸成型工艺卡阀盖压铸成型工艺卡见表2-23。五、归纳总結①铝合金冷室压铸的压射过程一般是4阶段压射。②压射过程中压力、速度、温度、时间都要合理确定。六、拓展提高压铸涂料指的是在压铸过程中，为使压铸模易磨损部分在高温下具有润滑性能，并减小活动件阻力和防止粘模而使用的润滑材料和稀释剂的混合物。涂料包括脱模剂、润滑剂。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定（1）压铸涂料的作用①避免金属液直接冲刷型腔和型芯表面，改善压铸模工作条件。②减小压铸模的导热率，保持金属液的流动性，以改善金属的成型性。③高温时保持良好的润滑性能，减小铸件与压铸模成型部分（尤其是型芯）之间的摩擦，从而减轻型腔的磨损程度、延长压铸模寿命和提高铸件表面质量。④预防粘模，有利于铸件顺利脱模。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定（2）对压铸涂料的要求①在高温时，具有良好的润滑性，不会析出有害气体。②挥发点低，在100℃~150℃时，稀释剂能很快挥发，而在空气中稀释剂挥发小，存放期长。③涂敷性好，对压铸模及压铸件没有腐蚀作用，不会在压铸模型腔表面产生积塘。④配方工艺简单，来源丰富，价格低廉。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定（3）压铸涂料的选用压铸件的一些缺陷如气孔、气泡、起皱、夹杂、粘模、变色等与涂料的选择与使用不当有直接或间接的关系，为了得到高质量的压铸件，要选择与产品要求、模具形态、模具温度、喷涂系统等相适应的涂料。（4）压铸涂料工艺①涂料浓度（稀释比例）。涂料稀释时，兑水过多，导致浓度过低，会使皮膜过薄，不足以抵抗液态金属热应力的冲刷，会产生粘模，脱模不顺的现象；而浓度过高，又会使皮膜太厚，影响压铸件表面粗糙度，并会造成型腔中涂料堆积，脱落后进人液态金属中导致气孔产生，多余的涂料还会堵塞排气通道。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定涂料的稀释比例，可根据压铸件大小、复杂程度、厚度进行选择，薄壁大型复杂件，稀释倍数要低些；简单小件稀释倍数要高些，可在试压时来确定最适当的稀释倍数。②模具温度。模具温度是影响涂料吸附在型腔表面效果的一个参数。模具温度太低，喷人的涂料无法沉积在模具的表面，在模具表面流淌，无法形成皮膜，而且过多的水汽还会使压铸件产生气孔。模具温度太高，喷人涂料则被模具表面蒸发汽化，没有润湿效果。下一页返回上一页2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定③雾化效果。良好雾化的涂料能有效地铺散在型腔表面。雾化效果取决于喷射装置管路压力的控芾“④喷射距离、喷射时间。为了保证模具表面形成均匀皮膜，涂料要雾化超细、均匀分散、附着力强。同时要优化喷射距离，距离过小，由于喷射流速过高，会使脱模剂反弹造成流失；距离过大，雾状涂料将融合成大的液滴，下落时的冲击力可能会破坏皮膜的均匀性。理想的喷射距离为100~200mm。喷射时间为0.1~0.2s便足以形成足够厚的皮膜。返回上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定一、任务描述本任务以前面任务所选案例一旋钮把手（如图2-12所示）为载体，确定锌合金压铸件压铸成型工艺参数。二、任务目标返回下一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定三、知识准备1.压射过程锌合金的压铸可采用冷压室压铸，也可采用热压室压铸，通常采用热压室压铸机。热压室压铸机的压射过程从压射冲头开始移动至型腔充满保压为止。现行的压铸实践中，对于热压室压铸，主要以两阶段压射为主，其压射过程大多分为一速升液和二速填充两个阶段。图2-16所示为热压室压铸压射过程曲线。第I阶段：压射冲头低速推进金属液，金属液充满鹅颈管、射料管，直至内浇口。这个阶段压力及速度稍低，平稳运行，有助于减少金属液在流动通路内的卷气，避免金属液提前进人型腔。返回下一页上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定第II阶段:从金属液充满内浇口处至型腔完全充满。这个阶段压力增大，压射冲头速度提高，压射冲头快速推动金属液充型，金属液在封闭的流路中比冷室压射卷气及氧化机会少，温度降低幅度较小。充型结束后，压射冲头保持一定时间之后复位，鹅颈管、射料管内的金属液流至坩埚。2.压力热压室压铸没有增压阶段。压力的表现形式有压射力和压射比压两种。压射力的大小是由压射缸的截面积和工作液的压力所决定的。压射力的公式为返回下一页上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定式中D压——压射力（N）D——压射缸内径（cm）p0——进人压射缸工作液的压力（Pa）压射比压是压射力与压射冲头截面积的比值。其计算公式为式中p——压射比压d——压射冲头直径（mm）当压射力确定后，选用不同的压射冲头直径，可获得不同的压射比压；通过改变工作液的压力，可以调整压射力和压射比压。返回下一页上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定热压室压铸机提供的压射比压可达到20~50MPa，锌合金热压室压铸推荐的压射比压（终压）参考值见表2-24。压铸时，压射比压并非越大越好，应该根据压铸效果来调整，只要能压出合格产品即可。其实压射比压低些对延长机器寿命有利。当模具流道设计不合理时，即使把压力提高，成型也并不一定好。对模具设计有经验的人，会采用较大的射嘴，尽量减少模具流道的阻力，而采用较低的压射比压，这样的效果更好。选择压射比压考虑的因素可参考铝合金（任务2.3）。返回下一页上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定3.速度热压室压铸机设计成两阶段压射。图2-16中的“一速”为慢速射料，金属液较缓慢地流到射嘴，以减少压力损失（由金属液同流道壁的摩擦和湍流造成），利于排除气体。“二速”为快速射料，以实现高压高速填充。充填速度是影响压铸件表面质量的关键参数。根据金属液流动的连续性原理，即冲头面积×冲头速度≠内浇口截面积×充填速度（内浇口速度）返回下一页上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定式中v充——充填速度（内浇口速度）（m/s）A冲——冲头面积（压室截面积）（cm2）v冲——冲头速度（m/s）Ag——内浇口截面积（cm2）充填速度的推荐数据：厚壁件为25~35m/s；薄壁件为45~60m/s。4.温度（1）浇注温度压铸锌合金的推荐浇注温度见表2-25。返回下一页上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定（2）模具温度模具温度是影响压铸件质量的重要参数。要获得质量稳定的优质铸件，必须将模具温度严格控帝彳在最佳的工艺范围内，这就必须应用模具冷却加热装置，以保证模具在恒定温度范围内工作。锌合金模具温度一般控制在160℃~220℃，需电镀铸件控制在180℃~220℃。5.时间（1）填充时间返回下一页上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定式中t——填充时间（s）Q——金属体积（m3）压铸生产中，要求金属液尽快充满型腔，以获得清晰的轮廓和良好的表面质量。根据锌合金工件的特性，填充时间为6~40ms；如果是机械工件或需电镀处理，填充时间小于20ms，需喷漆的工件填充时间小于40ms。（2）保压时间保压时间视铸件壁厚和内浇口处的凝固时间而定，一般大于0.5s。生产中锌合金压铸件基于壁厚的保压时间推荐值：壁厚小于2.5mm，持压时间为1~2s；壁厚2.5~6mm，持压时间为3~7s。返回下一页上一页2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定（3）留模时间生产中锌合金压铸件基于壁厚的留模时间推荐值：壁厚小于3mm，留模时间为5-10s；壁厚3~4mm，留模时间为7~12s；壁厚大于5mm，留模时间为20~25s。四、任务卖施旋钮把手（如图2-12所示）压铸成型工艺卡如表2-26所示。五、归纳总結①热压室压铸的压射过程一般分为一速升液和二速填充两个阶段。②要正确确定锌合金在压射过程中的压力、速度、温度、时间等工艺参数。返回上一页2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定一、任务描述镁合金压俦分热压室和冷压室两种形式。镁合金的压铸工艺同其他合金的压俦工艺相似，但是由于镁合金的不同特性，在压力、速度、温度及涂料等的应用上又有着不同的地方。某企业欲生产镁合金A4笔记本电脑外壳，外形尺寸为300mm×220mm，壁厚为0.9mm，采用650t（TOYO）冷压室压铸机，冲头直径φ60mm。采用锥形饶道压铸，内浇口截面积为220mm2，试确定其压铸工艺参数。下一页返回2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定二、任务分析下一页返回上一页2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定三、知识准备镁合金压铸工艺参数包括压力、速度、温度、时间和涂料。（1）压力镁合金热压室压铸推荐的压射比压对于受力压铸件控制在20~30MPa，耐压或大平面薄壁件控制在15~25MPa。冷压室压铸机的比压要高于热压室压铸机，镁合金冷压室压铸推荐的压射比压（增压）参考值见表2-27。下一页返回上一页2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定（2）速度镁合金由于密度小（只有铝合金的2/3），因而惯性小。同时，由于镁合金的凝固也很快，因此要在金属凝固前充填整个型腔，镁合金的压射速度要快。压射过程中，压射速度是变化的，可分为低速和高速两个阶段。在金属液尚未到达内浇口时，为使金属液平稳流动，空气能顺利排出，选择低速压射，金属液到达内浇口时，可进行高速切换。实际中高速压射起点的选择应灵活设置。对追求表面光洁的压铸件，可将高速切换点提前。热压室镁合金的高速压射速度可达6m/s，冷压室压铸压射速度可取低些，但是有些冷压室压铸机的速度可以达到8m/s。高的压射速度也产生高的充填速度。下一页返回上一页2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定举例来说，锌合金和铝合金的压铸模充填速度为40~60m/s，否则可能出现模具烧蚀现象，而薄壁镁合金铸件的充填速度很多要超过80m/s，这是由于镁合金的低热性和对模具钢的低煤合性，对压铸模具的烧蚀没有铝合金严重。镁合金常用的冷压室压铸充填速度为40~90m/s、薄壁件可达80~100m/s。（3）温度温度是压铸过程的热因素，为了提供良好的充填条件，保证压铸件的成型质量，控制和保持热稳定性，必须选用相应的温度规范，主要是指合金的浇注温度和模具温度。热压室压铸机的料壶在熔炉里面，压射时的热量损失小，因此，热压室压铸机压铸镁合金的温度要低一些，通常在640℃左右。冷压室压铸机的温度要高一些，一般在680℃左右。压铸镁合金的推荐浇注温度可见表2-28、表2-29。下一页返回上一页2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定对于镁合金压铸有一点值得注意，就是如果产品的成型不太理想，可以从其他方面，比如压射速度、模具温度等方面改善，不可只提高合金浇注温度。因为现在镁合金熔炉用的保护气体，在温度过高（超过710℃）时会失去效用。不合适的模具温度会导致铸件尺寸不稳定，并可能会产生粘型、填充不足等缺陷。为了加热模具，有的压铸厂常用火枪加热的办法。这种方法对镁合金是不太适用的，因为这样很难使模具的温度均匀，模具的寿命也会因为受到过冷过热的冲击而容易产生裂纹。而且由于镁合金的潜热低，在生产中，特别是薄壁件的生产中，为了保持较好的充填条件和稳定生产，通常要对模具持续地加热以维持模具温度的平衡。在镁合金的压铸中，最理想的加热方式是用模温机通过热油对模具进行加热，热油不间断地通过模具内的管道，从内部对模具进行加热，使模具达到稳定的平衡状态。下一页返回上一页2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定由于导热油不但能加热，还可以像水一样对模具进行冷却，功能像热交换器，因而可以使模具温度保持在一定范围内。这种加热方式，模具的温度稳定而均匀，能有效地延长模具寿命，提高产品质量，而且使生产节拍稳定。镁合金压铸过程中模具的温度一般保持在180℃~280℃。压铸镁合金推荐的压铸模具预热温度及工作温度可见表2-30。（4）时间由于镁合金的凝固潜热低，镁合金在模具内的凝固时间要比铝合金的短得多，如果增压时间太晚的话，浇口和型腔的金属液已经凝固，增压也就失去了意义。所以建压时间是衡量镁合金压铸机性能的一个重要因素，大部分压铸机的增压建压时间都在60ms以上，这时浇口的镁合金已经凝固，增压的压力无法传到模具型腔里面，性能优良的压射系统建压时间通常在20ms以内。下一页返回上一页2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定（5）涂料涂料的作用是在压铸合金和模具之间提供有效的隔离保护层，避免金属液直接冲刷型腔，保持金属液的流动性，还可以冷却模具，减小粘模倾向。镁合金同铝合金相比，和模具的焊合性要比铝合金小，但是由于镁合金的压射速度要高于铝合金，当热金属高速冲击模具的某些部件时，可能产生焊合现象。使用合适的模具涂料可以减小这种趋势。最常用的是基于水的润滑剂，由于镁合金的热容小，因此不需要把润滑剂用于冷却媒介；并且使用时间应尽可能短，一般为铝合金的50%。为减少水的含量，通常使用较高浓度的涂料。但是使用这种水基涂料，如果操作不当，会使一部分涂料随着挥发的水汽留在型腔中，导致废品产生，另外水基涂料对车间环境也有影响。在日本，研制开发了一种粉体的脱模剂，