压铸成型工艺及模具设计

第0章导论0.1压铸概述0.2压铸特点0.3压铸生产过程简介0.4我国压铸业生产现代及发展趋势0.5压铸成型工艺及模具设计方向人才培养0.1压铸概述压铸是压力铸造的简称，是一种将处于熔融状态或半熔融状态的金属注入压铸机的压室，在高压力的作用下，以极高的速度充填在压铸模具的型腔内，并在高压下冷却凝固成型而获得铸件的高效益、高效率的精密铸造方法。用该方式成型的铸件，常常称为压铸件。目前压铸所采用的金属主要是各种合金，其中铝合金占比例最高（30%~60%），锌合金次之（在国外，锌合金铸件绝大部分为压铸件）。镁合金是近几年国际上比较关注的合金材料，铜合金仅占压铸件总量的1%~2%。冷压室和热压室压铸是压铸工艺的两种基本方式，冷压室原理如图0-1（a）所示，热压室原理如图0-1（b）所示。下一页返回0.1压铸概述冷压室压铸工艺中，金属液由手工或自动浇注装置浇入压室内，然后压射冲头前进，将金属液压入型腔。在热压室压铸工艺中，压室垂直置于坩埚内，金属液通过压室上的进料口自动流入压室。压射冲头向下运动，推动金属液通过鹅颈管进入型腔。金属液凝固后，压铸模具打开，取出压铸件，完成一个压铸循环。返回上一页0.2压铸特点压铸成型是最先进的金属成型方法之一，是实现少切屑、无切屑的有效途径。压铸目前已广泛应用于国民经济的各行各业中，其中汽车和摩托车制造业是最主要的应用领域，其余行业还包括：仪表、工业电器、家用电器、机床、运输、造船、钟表、照相机、计算机等。下一页返回0.2压铸特点压铸之所以应用广、发展快，主要原因在于压铸具有以下优良特性。①产品质量好。压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低。尺寸精度可达IT11~IT13级；有时可达IT9级；表面粗糙度Ra达0.8~3.2μm，有时Ra达0.4μm，产品互换性好。②材料利用率高。由于压铸件具有尺寸精确，表面粗糙度低等优点，一般不再进行机械加工而直接装配使用；或加工量很小，只需经过少量机械加工即可装配使用，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时。其材料利用率为60%~80%，毛坯利用率达90%。下一页返回上一页0.2压铸特点③生产效率高。在所有的铸造方法中，压铸是一种生产率最高的方法。一般冷压室压铸机平均8小时可压铸600~700次，小型热压室压铸机平均8小时可压铸3000~7000次，适合于大批量的生产。并且可以实现一模多腔的工艺，使其产量倍增。但是压铸也有其缺陷。采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理。高熔点合金（铜合金、铁合金等），压铸模具寿命较短，不宜小批量生产，这主要是因为压铸模具制造成本高，小批量生产不经济。返回上一页0.3压铸生产过程简介以普通压铸为例，压铸生产工部及生产过程如图0-2所示。返回0.4研究和应用概述汽车、摩托车、五金灯具、电子电器、电动工具等行业的兴旺，为我国压铸业生产发展，保持较大的稳定性和较高的增长速度奠定了基础。此外，房地产业、自动电梯铝合金梯级压铸迅速发展，船舶工业的崛起，均为压铸业提供广阔的市场。为了在激烈竞争中求得生存和发展，模具生产集群化应运而生。目前除宁波、重庆等地外，已形成规模的有：余姚模具城、宁海模具城、慈溪模具城、黄岩模具城、黄骅模具城、昆山国际模具城以及泊头汽车模具之乡等。其中昆山国际模具城总投资25亿，成为我国重要的模具产业基地。有些企业还为国外生产了不少大型、复杂压铸模具。下一页返回0.4研究和应用概述压铸行业的发展方向有：深入开展压铸理论研究；研发新式压铸设备；研发压铸新材料；发展压铸新技术、新工艺；研发压铸模新材料。其中压铸模具的发展最为关键。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。模具工业发展的关键是模具技术的进步。图0-3所示为一个较复杂产品的压铸模具结构示例。下一页返回上一页0.4研究和应用概述压铸模具生产发展趋势如下。（1）向精密、复杂、大型模具方向发展近年来，我国汽车铝合金发动机缸体压铸发展迅猛。广州东风本田发动机公司、重庆长安汽车集团、长安铃木汽车等公司均引进全自动生产线；南京长安福特大型压铸机也已投产，用于压铸汽车发动机铝合金缸体。上海乾通汽车附件公司生产柳河五菱汽车铝合金缸体，后又引进3550kg全自动压铸生产线，致力于更大的铝合金压铸件的开发与生产。2010年我国汽车需求将达到1000万辆，2020年预计将达到20000万辆,成为全球最大的汽车及零部件市场。另外，电梯梯级、飞机制造等的发展，使得压铸件的生产，均需大型、复杂或精密压铸模具来保证。下一页返回上一页0.4研究和应用概述（2）缩短模具的制造周期，提高模具的加工质量由于现代产品更新换代加速、竞争激烈,缩短模具的制造周期，提高压铸模质量成为了当务之急。这就需要采用先进的模具设计技术和应用先进的模具制造技术，如数控铣床、仿形铣床、各种加工中心、坐标磨床等。（3）努力延长压铸模具使用寿命近年来，随着压铸技术水平的提高，高效率、高性能压铸机的出现，已使压铸生产由单机自动化，转向多道工序联动操作，组成平行作业流水生产线。在这种形势下，如果模具寿命配合不上，就不可能协调一致地组织好生产进程，难以发挥压铸机生产效率高的最大优势，达不到最高的经济效益,甚至带来巨大的损失。因此模具的寿命问题，已成为各种矛盾的焦点。为此,各国的压铸和模具工作者，都在通过各种渠道，为延长压铸模具寿命，做着不懈的努力。返回上一页0.5研究和应用概述模具专业的毕业生面向的是模具行业的设计、制造、钳工生产一线和一般的技术、管理及服务岗位〔群），从事模具设计、模具普通加工、数控加工、电加工，以及模具安装、调试、维护工作和一般的管理工作。学生在取得学历证书的同时，必须通过国家劳动和社会保障部的初级模具设计师、中级或中级以上模具钳工、数控机床操作工职业技能鉴定。通过《压铸成型工艺及模具设计》课程的学习，让学生了解压铸件所用不同材料的性能，熟悉压铸工艺及模具的结构设计，学会查阅模具设计手册等设计资料，初步具备压铸模具设计能力。课程面向的对应岗位《压铸成型工艺及模具设计》课程面向的对应岗位如表0-1。相应岗位所需求的知识点相应岗位所需求的知识点如表0-2所示。返回图0-1压铸工艺原理示意图返回图0-2压铸生产工部及生产过程框架图返回图0-3压铸模具结构示例返回表0-1课程面向的对应岗位返回表0-2岗位需求知识点返回第1章导论1.1压铸铝合金1.2压铸锌合金1.3压铸镁合金1.4学习小结1.1压铸铝合金一、任务描述铝合金在压铸行业中的应用非常广泛，尤其是在汽车工业。随着人们对环保、轻量化的要求日益提高，汽车中的许多关键部件，如发动机缸体等，逐渐采用压铸生产。图1-1（a）所示为铝合金压铸的发动机缸体，图1-1（b）所示为奥迪A8全铝车身，车身许多部位采用铝合金压铸成型，车身重量比传统钢制车身轻40%以上，仅为895kg。二、任务分析设计人员在选择压铸合金时，不仅要考虑所要求的使用性能，而且对压铸合金的工艺性能也要给予足够的重视，在满足使用性能的前提下，尽可能多考虑工艺性能优良的压铸合金。通过本任务的学习，了解铝合金在压铸行业中的应用，掌握铝合金的性能，从而能够正确的选用铝合金进行压铸。下一页返回1.1压铸铝合金三、如识准备1.压铸铝合金的种类及化学成分铝在压铸行业中的应用非常广泛，但由于纯铝铸造性能差，容易氧化，压铸过程中容易发生粘模现象。除了制造电动机转子是用纯铝环绕叠片进行压铸外，其他压铸件都是用铝合金成型的。与纯金属（单金属）相比，合金的强度要高一些。常用的压铸铝合金包括以下几类。①铝一硅系合金（Al-Si）：YL102。②铝一硅一镁系合金（Al-Si-Mg）：YL101、YL104。③铝一硅一铜系合金（Al-Si-Cu）：YL112、YL113、YL117。④铝一镁系合金（Al-Mg）：YL302。上述合金的化学成分见表1-1，摘自GB/T15115一2009。下一页返回上一页1.1压铸铝合金2.压铸铝合金的性能1）铝合金的使用性能（1）铝合金的物理和力学性能铝合金密度小、ρ=2.7kg/m3、导电性、导热性好，强度较高，耐磨性较好，无论是在高温下还是在低温下工作时，均能保持良好的力学性能。（2）铝合金的化学性能铝的表面易形成一层与铝结合牢固而致密的氧化膜，故大部分铝合金在淡水、海水、浓硝酸、硝酸盐、汽油及各种有机物中均有良好的耐蚀性。氧化铝膜的化学稳定性及熔点都很高，故在高温工作时，仍有良好的抗腐蚀和抗氧化性能。下一页返回上一页1.1压铸铝合金2）铝合金的工艺性能铝有较大的比热和凝固潜热，大部分的铸铝合金结晶温度范围小，组织中常含有相当数量的共晶体，其线收缩较小，故具有良好的充填性能、较小的热裂倾向。但铸铝合金仍有相当大的体收缩，易在最后凝固处生成大的集中缩孔。铝合金熔铸工艺简单，成型及切削性能良好。另外，高温下铝合金和铁的亲和力能力较强，易粘模，故习惯上一般不使用热压室压铸机，而在冷压室压铸机上压铸。各种牌号铝合金的工艺性能具体见表1-2（摘自GB/T15115一2009）。下一页返回上一页1.1压铸铝合金3.压铸铝合金的特点及应用铝合金的压铸发展极迅速，在各个工业部门中得到广泛的应用，用量远远高于其他有色合金，在压铸生产中占有极其重要的地位。各个系列铝合金的特,点及应用举例见表1-3。4.国内外主要压铸铝合金代号的对应国内外主要压铸铝合金代号对照表见表1-4。四、任务实施选择压铸合金应考虑的因素见表1-5。五、归纳总結①了解压铸铝合金的种类及化学成分。②熟悉压铸铝合金的性能。③掌握压铸铝合金的特,点及应用。下一页返回上一页1.1压铸铝合金六、拓展提高铝合金的熔炼的相关内容如下。压铸合金的熔炼是压铸过程的一个重要环节。金属从固态变为熔融状态，是一个复杂的物理、化学反应以及热交换过程。随着熔炼过程中合金产生金属和非金属的夹杂物、吸收气体以及合金中的组分使得杂质含量有所变化，因而，在不同程度上会影响到合金的工艺、物理、化学和力学性能。所以熔炼过程不仅是为了获得熔融的金属液，更重要的是得到各个方面者卩符合规定的金属液。下一页返回上一页1.1压铸铝合金1）压铸铝合金的熔炼特点①氧化。铝及其合金液与空气接触很容易生成一层氧化膜Al2O3。Al2O3不易还原，再则它的比重和熔体差不多，悬浮在熔体中，容易随熔体进人铸件中。②吸氢。铝液很容易从大气、合金锭或工具表面的湿气、燃烧的油气中吸氢。当吸氢过多在凝固时处于饱和状态，氢气会析出，使铸件产生气孔、缩松。③杂质。铝合金熔体中常见夹杂物有Al2O3、SiO2、MgO等，会造成金属液的不纯净。夹杂物影响熔体流动性，在压铸件中聚合产生气泡，影响缩松程度。④结渣。铝合金液和铁坩埚炉衬之间发生反应而产生结渣。⑤增铁。铝液与坩埚、浇勺、模具有一定的熔蚀作用，导致增铁。下一页返回上一页1.1压铸铝合金2）压铸铝合金的熔炼设备压铸生产过程用的熔炉有熔炼炉和保温炉。在小量生产和压铸机少的情况下，常常是在保温炉内直接熔化，然后精炼使用。精炼的目的在于除去合金液中的气体和氧化夹杂物。具体选择熔炼设备时要根据压铸机的能力，考虑熔化率。目前铝合金熔化设备主要采用坩埚炉和无坩埚的连续熔化保持炉，后者具有熔化速度快、熔化能力大，从100~4500kg/h、氧化烧损少，热能利用率高等优点。值得推荐的是连续高效燃气炉，可实现炉料预热、连续熔化、成分均匀、温控精确等，适合大规模的生产要求。3）压铸合金的熔炼过程压铸合金熔炼的一般过程见图1-3。下一页返回上一页1.1压铸铝合金（1）熔化前的准备工作①溶炉与熔炼工具准备。选定熔炉后，应对坩埚、温度控制系统及其他相关装置进行检查，确认坩埚状态良好，所有设备仪器运转正常。要对炉内的杂物和炉壁上堆积的氧化物和残渣等进行清扫，保持炉内清洁。铁质坩埚及熔炼工具等都要涂刷耐火涂料，目的是为了防止铁元素进人金属液。常用涂料一般由氧化锌（10%~30%）或滑石粉（20%~30%）与水玻璃（3%~6%）加水调制而成。涂刷之前应将坩埚及工具清理干净，去除锈蚀，预热至200℃左右涂覆涂料。涂层应完整，不脱落，并经充分烘干后方可使用。下一页返回上一页1.1压铸铝合金②炉料。炉料有新料、回炉料。回炉料是指浇口溢流槽、报废铸件。新料铝合金锭，其成分要符合标准，表面干净、干燥。若新料与回炉料搭配使用，配合比例应根据产品质量要求及回炉料状态确定。对于大块废料，如废压铸件及粗大浇道等，若杂质含量不超标，用量一般可加人60%或更高。飞边及碎屑等废料不能当做回炉料直接使用，需要经过重熔并充分脱氧和除气，并经成分检验合格后，才可用于配料，但用量不能超过30%。若混配时，要根据回炉料质量确定适当配比。对质量要求严格的压铸件，回炉料比例应控制的更低。所有炉料都应经过清理，去除油污、杂物等。下一页返回上一页1.1压铸铝合金③熔剂。利用熔剂进行精炼、除气、除渣。使用的熔剂有覆盖剂、造渣剂、净化剂、变质剂等。覆盖剂可在熔炼过程中构成一层液态保护层使金属不氧化、不吸氢。造渣剂吸收氧化物和非金属物质聚集在金属液面从而便于清除。净化剂利用上浮过程把金属液中的非金属杂质除掉。变质剂加人钠盐，改善微观组织。（2）压铸铝合金的熔炼工艺压铸铝合金的熔炼工艺特点见表1-6。返回上一页1.2压铸锌合金一、任务描述用锌合金压铸的产品，具有最佳的表面质量，目前已广泛用于制造五金装饰件、玩具、餐具、锁具、浴室配件、电气与电子铸件、拉链、金属扣、表壳、风扇、生活用品、家用电器、照相器材、音响、机电产品等。图1-4列举了几种锌合金压铸产品。二、任务分析通过本任务的学习，了解锌合金常用牌号及化学成分，熟悉锌合金的性能，从而能够正确地选用锌合金进行相关压铸。下一页返回1.2压铸锌合金三、知识准备1.压铸锌合金的特性及化学成分（1）压铸锌合金的特性①优良的压铸特性。锌合金的压铸性能很好，具有结晶温度范围小、不易产生疏松；充填成型容易；浇注温度较低；模具的使用寿命较长；不易黏附模具型壁；铸件精度较高；电磁屏蔽性能优越等特点。同时，力学性能也较高，特别是抗压和耐磨性能很好。下一页返回上一页1.2压铸锌合金②良好的机械性能和加工性能。与铝合金、镁合金相比，锌合金具有较高的抗拉强度、屈服强度、冲击韧性和硬度，较好的伸长率。锌合金铸件表面非常光滑，可不作处理直接使用，也较容易接受各种表面处理，电镀、抛光、喷涂、喷漆等，以获得更佳的表面质量。③高效的生产。锌合金一般采用热压室压铸机生产，生产效率高。④锌合金最严重的缺点是老化现象，它是锌合金的应用范围受到限制的主要原因。同时，锌合金的工作温度范围较窄，温度低于-10℃时，其冲击韧性急剧下降；温度升高时，力学性能下降，且易发生蠕变。因此，零件的工作温度一般不能超过100℃。严格控制锌合金原材料的纯度和熔炼工艺过程，并在合金中添加少量的Mg和适量的Cu，可以减轻或消除老化现象及改善切削加工性能。下一页返回上一页1.2压铸锌合金（2）压铸锌合金的化学成分锌合金原材料如图1-5所示。国家标准（GB/T13818-2009）规定了压铸锌合金的种类及化学成分，见表1-7。但生产中多采用北美压铸锌合金。传统的有2，3，5，7号合金，目前应用最广泛的是3号锌合金。20世纪70年代发展了高铝锌基合金ZA-8、ZA-12、ZA-27。2.压铸锌合金的性能（1）锌合金的物理和力学性能锌合金熔点低，密度大，ρ=6.8kg/m3。这里主要介绍生产中常用的2，3，5，7号合金，以及高铝锌基合金ZA-8、ZA-12、ZA-27，具体见表1-8。下一页返回上一页1.2压铸锌合金（2）锌合金的工艺性能及其他性能压铸锌合金的工艺性能及其他性能见表1-9。（3）国内外主要压铸锌合金代号的对应国内外主要压铸锌合金代号对照表见表1-10。四、任务实施选择哪一种锌合金，主要从以下3个方面来考虑。（1）压铸件使用性能要求①力学性能：抗拉强度是材料断裂时的最大抗力；伸长率是材料脆性和塑性的衡量指标;硬度是材料表面对硬物压人或摩擦所引起的塑性变形的抗力。②工作环境状态：工作温度、湿度、工件接触的介质和气密性要求。下一页返回上一页1.2压铸锌合金③精度要求：能够达到的精度及尺寸稳定性。（2）工艺性能要求铸造工艺性，机械加工工艺性，表面处理工艺性。（3）经济性原材料的成本与对生产装备的要求（包括熔炼设备、压铸机、模具等），以及生产成本。五、归纳总結①了解压铸锌合金的种类及化学成分。②熟悉压铸锌合金的性能。③了解主要工业国家压铸锌合金牌号的对应。下一页返回上一页1.2压铸锌合金六、拓展提高锌合金的熔炼的相关内容如下。（1）压铸锌合金熔炼过程中的物理、化学现象①金属与气体的相互作用。在熔炼过程中，遇到的气体有氢气（H2）、氧气（O2）、水汽（H2O）、氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）等，这些气体或是溶于金属液中，或是与其发生化学作用。②气体的来源。气体可以从炉气、炉衬、原材料、熔剂、工具等途径进人合金液中。③金属与坩埚的相互作用。当熔炼温度过高时，铁质坩埚与锌液反应加快，坩埚表面发生铁的氧化反应生成Fe2O3等氧化物；此外铁元素还会与锌液反应生成化合物（锌渣），溶解在锌液中。铁坩埚壁厚不断减薄直到报废。下一页返回上一页1.2压铸锌合金（2）压铸锌合金的熔炼设备热压室压俦机带有熔炉。但对于有一定生产规模的工厂，可采用集中熔炼，然后把锌合金液送到每台压铸机熔炉，从而保证合金液的质量。①中央熔炉。采用中央熔炉熔炼锌合金料，压铸机熔炉做保温炉，能保证合金成分及合金温度的稳定，而且还能节约能源，每台压铸机不要熔解合金料，只需保温。熔炼和保温常采用燃油作为能源，保温耗油量为熔解耗油量的1/4。此外能加快水口料、废料的回收处理，令车间环境干净。一台中央熔炉，配备自动供料系统，可供应20台压铸机。②自动供料系统。自动锌合金溶液供料系统，拥有特制的保温设备，保证合金液的温度，能将合金液自动、快速、准确、安全地输送到每一台压铸机。下一页返回上一页1.2压铸锌合金（3）压铸锌合金的熔炼工艺压铸锌合金的熔炼工艺特点见表1-11。（4)压铸锌合金的熔炼过程注意事项①坩埚。使用前必须进行清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣和氧化物等。为防止铁坩埚中铁元素溶解于合金中，坩埚应加热到150℃~200℃，在工作表面上喷一层涂料，再加热到200℃~300℃，彻底去除涂料中水分。涂料要涂两层，涂料可选用：滑石粉+6%水玻璃；石英粉十水玻璃；商品化的坩埚涂料。下一页返回上一页1.2压铸锌合金②工具。熔炼工具在使用前应清除表面脏物，与金属接触的部分，必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分，否则会引起熔液飞溅及爆炸。③合金料。熔炼前要清理干净并预热，去除表面吸附的水分。为了控制合金成分，建议采用2/3的新料与1/3的回炉料搭配使用。④熔炼温度绝对不能超过440℃。超过440℃时，对铁坩埚、工具腐蚀大。⑤及时清除锌锅中液面上的浮渣，及时补充锌料，保持熔液面正常的高度（不低于坩埚面30mm)，因为过多的浮渣和过低的液面都容易造成料渣进人鹅颈司筒，拉伤钢环、锤头和司筒本身，导致卡死锤头、鹅颈司筒和锤头报废。⑥用扒渣耙缓慢地搅动熔液上面的浮渣，使之集聚以便取出。返回上一页1.3压铸镁合金一、任务描述当前，世界上掀起一股“绿色浪潮”，镁合金被认定是一种21世纪的绿色工程材料，尤其我国的镁蕴藏量居世界第一位，这种资源的优势为我国镁合金压铸工业提供了极有利的条件。虽然我国镁合金压铸起步较晚，但是这种丰富的资源优势及巨大的市场潜力，使其发展迅速，目前已形成了镁合金压铸汽车零部件及电子类产品零部件一定的生产规模。图1-6列举了几种镁合金压铸产品。二、任务分析通过本任务的学习，试分析笔记本电脑外壳采用镁合金压铸的优势。下一页返回1.3压铸镁合金三、知识准备1.压铸镁合金的特性及化学成分（1）压铸镁合金的特性①质轻。镁的密度只有1.8g/cm3，铝合金的密度为2.7g/cm3，镁合金比铝合金小30%，比钢小80%。所以，在汽车及手提电子产品中镁合金已成为零件制造的理想材料。②镁有良好的抗应力阻力。镁合金在金属及塑料等工程材料中，具有极佳的比强度、比刚度。③压铸性好。在保持良好的结构条件下，镁合金允许铸件壁厚最小达到0.6mm。④减震。镁有极好的滞弹吸震性能，可吸收震动和噪声，用作设备机壳可减少噪声传递。用于运动零部件，可吸收震动，延长零件使用寿命。下一页返回上一页1.3压铸镁合金⑤高电磁干扰屏障、散热性好。镁合金无磁性，有良好的阻隔电磁波功能，且散热性好，适合生产电子产品。⑥良好的切削性能。镁比铝和锌有更好的切削性，使镁成为更易切削加工的金属材料。⑦尺寸稳定性好。镁合金熔点低，使得低温变形小；尺寸精度高，有利于一次开模成型；因环境温度和日寸间的变化造成的尺寸变化小。⑧镁合金和模具钢材的亲和力小，不易黏附模具，有利于提高生产率和模具寿命。⑨镁合金液易氧化燃烧，铸造时热裂倾向比铝合金大，在熔化、浇注及压铸模温控制等方面都比铝合金压铸复杂。下一页返回上一页1.3压铸镁合金⑩镁合金可用冷压室或热压室压铸机压铸。一般情况下，小铸件采用热室压铸，以保证薄壁件的充满，而且还具有压铸压力低、压铸机体积小、循环日寸间短禾口压铸系统空气少等优点；大件则采用冷压室压铸工。（2）压铸镁合金的化学成分镁合金原材料如图1-7所示。国家标准（GB/T1177—1991)规定了压铸镁合金的牌号、代号、化学成分和力学性能，见表1-12。但目前在国内压铸生产中普遍使用国际牌号镁合金。表1-13列出了国际牌号镁合金的化学成分（摘自国际镁合金协会）。下一页返回上一页1.3压铸镁合金2.压铸镁合金的性能①镁合金的物理和力学性能，具体参见表1-14（摘自国际镁合金协会）。②镁合金的工艺性能及其他性能，见表1-15（摘自国际镁合金协会)。3.压铸镁合金的适用性AZ91：具有优良的铸造性能和良好的强度，用于形状复杂的薄壁件，如汽车、计算机零件、壳、盖、链、锯、手动工具、运动器具、家用器具等。AM50、AM60：具有突出的韧性和吸能性，并有良好的强度和机械性能，用于汽车座椅、方向盘、仪表板、轮毂等。下一页返回上一页1.3压铸镁合金AM20：具有高的韧性和冲击强度，用于需要高韧性的汽车安全件。AS41：在150℃时有好的抗蠕变性能，用于承受高载荷零件，如汽缸体、曲轴、动件。下一页返回上一页1.3压铸镁合金四、任务实施通过前面知识准备的学习，对镁合金及其各方面的性能已有了一定的了解，下面对笔记本电脑外壳采用镁合金压铸的优势进行分析。笔记本电脑的外壳是保护机体的最重要部件，同日寸它的材质影响其散热效果、质量；并且会直接带给人们视觉上的感受。目前笔记本的功率越来越大，体积越来越薄，发热成了笔记本电脑的一大问题。结合知识准备中镁合金的特性，镁合金质轻，无磁性，具有良好的电磁波屏蔽性能，且散热性好，符合了笔记本电脑外壳的要求。下一页返回上一页1.3压铸镁合金五、归纳总結①了解压铸镁合金的特性。②了解压铸镁合金的物理和力学性能。③熟悉压铸镁合金的工艺性能。六、拓展提高镁合金的熔炼的相关内容如下。（1）压铸镁合金的熔炼设备压俦镁合金熔炼的主要设备包括：预热炉及装料、送料设备；熔炼炉；保护气体混合装置。下一页返回上一页1.3压铸镁合金目前镁合金熔炼炉、保温炉有电阻加热、燃气、燃油3种，其中电阻加热炉比较安全、可靠。炉型有单室炉、双室炉、三室炉。其中单室炉是指熔炼、保温在同一炉内进行；双室炉是指熔炼炉、保温炉各自独立工作，通过能加热、温度可控的口形管输送金属液，由于加料时引起温度波动和熔渣只存在熔化炉中，保证了保温炉中金属液的纯净度；三室炉有供液室、中间室和熔化室，熔化室温度较低，有利于实现CO2气体保护，中间室起到第二次集渣作用，供液室提供适合压铸较高温的镁液。坩埚材料最好是不锈钢，坩埚外部的镍铬保护层可有效防止由于加热而发生化。下一页返回上一页1.3压铸镁合金（2）压铸镁合金的熔炼工艺压铸镁合金的熔炼工艺特点见表1-16。（3）压俦镁合金的熔炼过程注意事项①镁合金熔炼一定要在保护气氛中进行，否则会引起燃烧。②在熔炼过程中，合金液表面形成的一层浮渣需要定时清除。坩埚壁上的残渣也要定时清除，因为过量的残渣积聚会产生强烈的化学反应。同时坩埚底部也会沉积残渣，在每次清理液面的浮渣时，也需要检查沉积在坩埚底的残渣是否过多，以免降低熔炉的效能以及导致铸件不良。③检查和清理合金液表面时，打开保护揭盖会导致坩埚内的保护气体环境受到影响，因此需额外增加气体供应量。下一页返回上一页1.3压铸镁合金④监控熔料温度的热电偶必须定期检查，以防止产生过热，使合金液的化学成分与规格不符，如铁含量可能上升，而合金液重新加热至铸造温度时，锰含量可能下降。⑤坚持每天检查熔炉、坩埚、控制系统的工作状态，及时更换不良设备。⑥镁液输送、浇注方式。由于镁液极易燃烧，必须采用可靠、安全的输送、浇注方式。可通过加热管道，用泵定量输送。返回上一页1.4学习小结本项目主要学习压铸成型材料，主要是压铸铝合金、锌合金、镁合金。具体学习各种压铸合金的种类、牌号及化学成分，要求熟悉各类压铸合金的性能，以便选摔合适的合金进行相关压铸，并且能够分析给定合金的使用性能和工艺性能。另在知识拓展中还学习了3类压铸合金的熔炼，合金的熔炼在不同程度上会影响到合金的工艺、物理、化学和力学性能。所以学习合金的熔炼过程更重要的是为了得到各个方面都符合规定的金属液。返回图1-1铝合金压铸在汽车工业中的应用返回图1-2铝合金锭返回图1-3压铸合金熔炼过程返回图1-4锌合金压铸产品返回图1-5锌合金锭返回图1-6镁合金压铸产品返回图1-7镁合金锭返回图1-8人体尺寸与家具返回表1-1压铸铝合金化学成分返回表1-2压铸铝合金的工艺性能及其他性能返回表1-3压铸铝合金特点及应用举例返回表1-4压铸铝合金代号对照表返回表1-5选择压铸合金应考虑的因素返回表1-6压铸铝合金的熔炼工艺特点返回表1-7压铸锌合金的化学成分返回表1-8压铸锌合金的物理和力学性能返回表1-9压铸锌合金的工艺性能及其他性能返回表1-10压铸锌合金牌号对照表返回表1-11压铸锌合金的熔炼工艺特点返回表1-12压铸镁合金的化学成分和力学性能返回表1-13压铸镁合金化学成分返回表1-14压铸镁合金的物理和力学性能返回表1-15压铸镁合金的工艺性能及其他性能返回表1-16压铸祥合金的熔炼工艺特点返回第2章压铸成型工艺确定2.1压铸件结构设计2.2压铸件结构工艺性分析2.3铝合金压铸件成型工艺参数确定2.4锌合金压铸件成型工艺参数确定2.5镁合金压铸件成型工艺参数确定2.6学习小结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