压铸工艺

• 作者: JSK_RK
• 来源: 网络
• 日期: 2013-09-13
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压铸工艺

开放分类：机械工程
压铸工艺就是利用机器、模具和合金等三大要素，将压力、速度及时间统一的过程。压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。压铸工艺是把压铸合金、压铸模和压铸机这三个生产要素有机组合和运用的过程。由于Al-Si合金具有结晶温度间隔小、合金中硅相有很大的凝固潜热和较大的比热容、线收缩系数也比较小等特点，因此其铸造性能一般要比其他铝合金为好，其充型能力也较好，热裂、缩松倾向也都比较小。增压压射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。

定义/压铸工艺 编辑

压力铸造是近代金属加工工艺中发展较快的一种少无切削的特种铸造方法。它是将熔融金属在高压高速下充填铸型，并在高压下结晶凝固形成铸件的过程。高压高速是压力铸造的主要特征。常用的压力为数十兆帕，填充速度（内浇口速度）约为16～80米/秒，金属液填充模具型腔的时间极短，约为0.01～0.2秒。
由于用这种方法生产产品具有生产效率高，工序简单，铸件公差等级较高，表面粗糙度好，机械强度大，可以省去大量的机械加工工序和设备，节约原材料等优点，所以现已成为我国铸造业中的一个重要组成部分。
压铸工艺是将压铸机、压铸模和合金三大要素有机地组合而加以综合运用的过程。而压铸时金属按填充型腔的过程，是将压力、速度、温度以及时间等工艺因素得到统一的过程。同时，这些工艺因素又相互影响，相互制约，并且相辅相成。只有正确选择和调整这些因素，使之协调一致，才能获得预期的结果。因此，在压铸过程中不仅要重视铸件结构的工艺性，压铸模的先进性，压铸机性能和结构优良性，压铸合金选用的适应性和熔炼工艺的规范性；更应重视压力、温度和时间等工艺参数对铸件质量的重要作用。在压铸过程中应重视对这些参数进行有效的控制。

压铸工艺的特点和操作/压铸工艺 编辑

一·绪论

压铸工艺是一种高效率的少、无切削金属的成型工艺，从19世纪初期用铅锡合金压铸印刷机的铅字至今已有150多年的历史。由于压铸工艺在现代工业中用于生产各种金属零件具有独特的技术特点和显着的经济效益，因此长期以来人们围绕压铸工艺、压铸模具及压铸机进行了广泛的研究，取得了可喜的成果。
中国压铸业不断追求技术进步，不断追求高品质生产。压铸总体水平与国外先进水平相比虽有差距，但从某些经常用来评价压铸技术水平的指标来看，这种差距正在缩小。
压铸是一个高度依赖技术经验的行业，中国压铸专业人员不足、整体技术素质偏低。无国界的市场，使我国压铸企业面临发展壮大的机会，同时也面临着日益激烈的竞争风险。人才是企业生存和发展的根本，企业要不断地学习运用先进的生产技术，必须培养高素质的技术和管理人才。只有这样，才能使中国压铸业取得更大进步。

二·概述

压铸工艺是把压铸合金、压铸模和压铸机这三个生产要素有机组合和运用的过程。现就压铸工艺的发展历史及有代表性的事件做简要的回顾。
1838年格•勃鲁斯首先用压铸法生产铅字。
1839年一种活塞式压铸机获得了第一个压力铸造专利。
1849年英国人斯都奇斯取得热压室压铸机专利。
1885年奥•默根瑟勒在前人的基础上发明了一种铅字压铸机。
1907年瓦格纳首先制成了气动活塞压铸机。
1920年英国开发了冷压室压铸机，使压铸机有可能生产铝合金和镁合金等压铸件。
1927年捷克人约瑟夫•波拉克设计了立式冷压室压铸机。
1952年前苏联制造出了第一台立式冷压室压铸机。我国在60年代也制造出了此种压铸机。
1958年真空压铸机在美国获得专利。
1966年美国人GeneralMotors公司提出精、速、密压铸法。
1969年美国人爱列克斯提出充氧压铸的无气孔压铸法。
今后压铸生产的发展趋势是：压铸工艺要采用新技术，提高压铸件质量，扩大应用范围；压铸机要实现系列化、大型化及自动化；压铸模要提高使用寿命。总之，为压铸生产开辟更广阔的前景。
压铸工艺流程图示
三·压铸工艺原理
压铸工艺原理是利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。冷、热室压铸是压铸工艺的两种基本方式，其原理如图1-1所示。冷室压铸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。在热室压铸工艺中，压室垂直于坩埚内，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，取出铸件，完成一个压铸循环。

四·压铸工艺的特点

一、 优点
（1） 可以制造形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的金属零件。因为熔融金属在高压高速下保持高的流动性，因而能够获得其他工艺方法难以加工的金属零件。
（2） 压铸件的尺寸精度较高，可达IT11—13级，有时可达IT9级，表面粗糙度达Ra0.8—3.2um，互换性好。
（3） 材料利用率高。由于压铸件的精度较高，只需经过少量机械加工即可装配使用，有的压铸件可直接装配使用。其材料利用率约60%--80%，毛坯利用率达90%。
（4） 生产效率高。由于高速充型，充型时间短，金属业凝固迅速，压铸作业循环速度快。在各种铸造工艺中，压铸方法生产率最高，适合大批量生产。
（5） 方便使用镶嵌件。易于在压铸模具上设置定位机构，方便嵌铸镶嵌件，满足压铸件局部特殊性能要求。
二、 缺点
（1） 由于高速填充，快速冷却，型腔中气体来不及排出，致使压铸件常有气孔及氧化夹杂物存在，从而降低了压铸件质量。因高温时气孔内的气体膨胀会使压铸件表面鼓泡，因此，有气孔的压铸件不能进行热处理。
（2） 压铸机和压铸模费用昂贵，不适合小批量生产。
（3） 压铸件尺寸受到限制。因受到压铸机锁模力及装模尺寸的限制而不能压铸大型压铸件。
（4） 压铸合金种类受到限制。由于压铸模具受到使用温度的限制，目前主要用来压铸锌合金、铝合金、镁合金及铜合金。
1.13 压铸工艺的应用范围
压铸生产效率高，能压铸形状复杂、尺寸精确、轮廓清晰、表面质量及强度、硬度都较高的压铸件，故应用较广，发展较快。目前，铝合金压铸件产量较多，其次为锌合金压铸件。
压铸工艺主要用于汽车、拖拉机、电气仪表、电信器材、航天航空、医疗器械及轻工日用五金行业。生产的主要零件有发动机汽缸体、汽缸盖、变速箱体、发动机罩、仪表及照相机的壳体及支架，管接头齿轮等。

五·压铸合金

压铸合金
压铸合金是压铸生产的要素之一，要生产优良的压铸件，除了要有合理的零件构造、设计完善的压铸模和工艺性能优越的压铸机外，还需要有性能良好的合金。
压铸件的断面厚度取决于它承受的应力和合金材料本身的强度，具有较高强度是压铸合金的优点之一。选用压铸合金时，应充分考虑其使用性能、工艺性能、使用场合、生产条件和经济性等多种因素。
对压铸合金的基本要求
1) 热温度不高时具有较好的流动性，便于充填复杂型腔，以获得表面质量良好的铸件。
2) 线收缩率和裂纹倾向性小，以免铸件产生裂纹，并可提高铸件尺寸精度。
3) 结晶温度范围小，防止产生缩孔和缩松，提高铸件质量。
4) 具有一定的高温强度，以防止推出铸件时产生变形或碎裂。
5) 在常温下有较高的强度，以适应大型薄壁复杂铸件生产的需要。
6) 与金属型腔相互之间物理-化学作用的倾向性小，以减少粘膜和相互合金化。
7) 具有良好的加工性能和一定的抗腐蚀性。
各类压铸铝合金
Al-Si合金
由于Al-Si合金具有结晶温度间隔小、合金中硅相有很大的凝固潜热和较大的比热容、线收缩系数也比较小等特点，因此其铸造性能一般要比其他铝合金为好，其充型能力也较好，热裂、缩松倾向也都比较小。Al-Si共晶体中所含的脆性相（硅相）数量最少，质量分数仅为10%左右，因而其塑性比其他铝合金的共晶体好，仅存的脆性相还可通过变质处理来进一步提高塑性。试验还表明：Al-Si共晶体在其凝固点附近温度仍保持良好的塑性，这是其他铝合金所没有的。
铸造合金组织中常要有相当数量的共晶体，以保证其良好的铸造性能；共晶体数量的增加又会使合金变脆而降低力学性能，两者之间存在一定的矛盾。但是由于Al-Si共晶体有良好的塑性，能较好的兼顾力学性能和铸造性能两方面的要求，所以Al-Si合金是目前应用最为广泛的压铸铝合金。
Al-Mg合金
Al-Mg合金的性能特点是：室温力学性能好；抗腐蚀性强；铸造性能比较差，力学性能的波动和壁厚效应都较大；长期使用时，有因时效作用而使合金的塑性下降，甚至压铸件出现开裂的现象；压铸件产生应力腐蚀裂纹的倾向也较大等。Al-Mg合金的缺点部分抵消了它的优点，使其在应用方面受到一定的限制。
Al-Zn合金
Al-Zn合金压铸件经自然时效后，可获得较高的力学性能，当锌的质量分数大于10%时，强度显着提高。此合金的缺点是耐蚀性差，有应力腐蚀的倾向，压铸时易热裂。常用的Y401合金流动性好、易充满型腔，缺点是形成气孔倾向性大，硅、铁含量少时，易热裂。

六·压铸工艺

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。压力分为动态压射力和增压压射力。动态压射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。增压压射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。冷室压铸机的动态压射比压一般在30-90MPa之间，增压压射比压一般在50-300MPa之间。热室压铸机提供的压射比压可达到20-50MPa。应该注意，使用压铸机提供的最小压射冲头才能得到最大压射比压。选择压射比压时，应考虑压铸机能够提供压射力及使用的压射冲头，超出可选范围则无法达到。
注：t1——金属液在压室中未承受压力的时间；P1为一级（慢速）
t2—— 金属液于压室中在压射冲头的作用下，通过内浇口充填型腔的时间；P2为二级（快速）
t3 ——充填刚刚结束时的舜间；P3为三级（增压）
t4 ——最终静压力；P4为补充压实铸件
式中
比压的选择与多种因素有关，一般应遵守以下原则：
1) 压铸件结构特征。①薄壁压铸件，压射比压可选高些；厚薄压铸件，增压比压可选高些。②形状复杂，压射比压可选高些。③工艺性良好，压射比压可选低些。
2) 压铸合金特性。①结晶温度范围宽，增压比压可选高些。②流动性差，压射比压可选高些。③密度大，压射比压、增压比压可选高些。
3) 浇注系统。①流程长，转折多、浇口薄、阻力大，压射比压可选高些。②浇道扁平，散热快，压射比压可选高些。
4) 合金及压铸模具温度。①合金浇注温度较低、压铸模具温度较低，压射比压可选高些。②合金液与压铸模具温度差异较大时，压射比压可高些。
5) 压铸件质量。①压铸件内部质量要求高，增压比压可选高些。②压铸件表面质量要求高，压射比压可选高些。
胀模力
压铸过程中，在比压的作用下，金属液填充型腔时，给型腔壁和分型面一定的压力，称为胀模力。在压铸过程中的最后阶段即增压比压通过金属液传给压铸模时，胀型力最大，是为压铸件初选压铸机型号及支承板进行强度和刚度校核的重要参数。

速度

压铸过程中，速度受压力的直接影响，又与压力共同对内部质量、表面轮廓清晰度等起着重要作用。速度有压射速度和内浇口速度两种形式。
压射速度
压射速度又称冲头速度，它是压室内的压射冲头推动金属液的移动速度，也就是压射冲头的速度。压射过程中压射速度是变化的，它可分成低速和高速两个阶段，通过压铸机的速度调节阀可进行无级调速。
压射第一阶段、第二阶段是低速压射，可防止金属液从加料口溅出，同时使压室内的空气有较充分的时间逸出，并使金属液堆积在内浇口前沿。低速压射的速度根据浇到压室内金属液的多少而定。压射第三阶段是高速压射，以便金属液通过内浇口后迅速充满型腔，并出现压力峰，将压铸件压实，消除或减小缩孔、缩松。
内浇口速度
内浇口速度是金属液通过内浇口进入型腔的线速度。较高的内浇口速度，即使采用较低的比压也能将金属液在凝固之前迅速填充型腔，获得轮廓清晰、表面光洁的压铸件，并提高金属液的动压力。
内浇口速度过高时也会带来一系列问题，主要是容易包卷气体形成气泡；金属液呈雾状进入型腔，粘附于型腔壁与后来的金属液不能熔合而形成表面缺陷和氧化夹杂，加速压铸模的磨损等。
选用内浇口速度时，应考虑一下因素：
1) 铸件形状复杂或薄壁时，内浇口速度应高些。
2) 合金浇入温度低时，内浇口速度可高些。
3) 合金和模具材料导热性能好时，内浇口速度应高些。
4) 内浇口厚度较厚时，内浇口速度应高些。
内浇口速度太小，易使铸件轮廓不清；内浇口速度太大，会使铸件产生气孔等缺陷。内浇口速度与压铸件的平均壁厚和填充时间的关系见表。
内浇口速度与压射速度和压力的关系
在冷压室压铸机中，压室、浇道和压铸模构成一个密闭系统。根据连续性原理，内浇口速度与压射速度具有固定关系。
式中d----压室直径（cm）;
Vy----压射速度(cm/s)
An----内浇口截面积cm2
Vn---内浇口速度(cm/s)

胀型力和锁模力/压铸工艺 编辑

定义

压铸过程中,填充结束并转为增压阶段时,作用于正在凝固的金属上的比压(增压比压)，通过金属(铸件浇注系统,排溢系统)传递型腔壁面，此压力称为胀型力(又称反压力)。
锁模力(即合模力)是选用压铸机时首先要确定的重要参数。

计算方法

当胀型力作用在分型面上时,便为分型面胀型力,而作用在型腔各个侧壁方向时,则称为侧面胀型力.胀型力
可用下式表示：
P胀型力=P比压×A投影面积
式中：P胀型力 表示 胀型力(单位：N-牛)
P比压 表示 增压比压(单位：Pa-帕)
A投影面积 表示 承受胀型力的投影面积(单位m2-米2)
通常情况下必须使锁模力大于计算得到的胀型力。否则，在金属液压射时,模具分型面会胀开，从而产生金属飞溅，并使型腔中的压力无法建立，造成铸件尺寸公差难以保证，甚至难以成型。
锁模力一般应满足下面公式的要求：
P锁模力≥ K×P胀型力
式中：P锁模力-压铸机的锁模力(N-牛)
K-安全系数(一般取K=1.3)
P胀型力-胀型力(N-牛)

速度的选项择/压铸工艺 编辑

1、直浇道15-25米/秒，
2、横浇道20-35米/秒，内浇口碑载道30宽大70米/秒，薄铸件3毫米以不的选肜内浇口速度38-46米/秒，厚铸件5毫米选用内浇口速度46-40米/秒，较厚铸件5毫米以上选用内浇口速度47-27毫米秒，调节器整方法：调节器整压射冲头速度，更换压室直径，改变内浇口截面积，

压力.速度的测定和分析/压铸工艺 编辑

1、 压铸参数测试仪,一级、二级及增压转换点时间，
2、 增压起点对压铸质量的影响：
当一级起始后填充80%时，换二级及增压起始转换点时间，最后持压，否则将影响质量。
3、 压射冲头磨损受阻,压射不畅对压铸参数的影响；
4、压射室和冲头磨损原因的分析：
压射室与冲头的配合度间隙小于0.1毫米,冲头与压室来回磨擦产生高温易损,压室直径变大,冲头变小,将冲头有铝屑卡住,影响压室传递速度及压而不服力,至所以冲头要使用耐高温的润滑油,压射杆必开通冷却水,同时也要选择冲头材料,一般选用球墨铁或铍青铜等。

挤压压铸工艺/压铸工艺 编辑

挤压压铸机，既有锁模力的参数要求，还有挤压补缩力的参数要求，而且挤压力参数是最主要的指标。
由于传统压铸机有全液压式和曲肘式两种不同的机型，在进行传统普通压铸时没有分别，但如果用作挤压压铸时就不同了。挤压压铸与普通压铸的分别在于，铸件在充型之后，挤压压铸增加了一个主缸动力向前推进进行补缩的工步，而普通压铸则只是自然冷却，没有补缩的工步。
在此还要细分和明确两个概念，即合模力和锁模力。合模力是指推进动模所需的向前的动力，锁模力则是为抵抗充型、胀型所需的抗力，它可以只是一个静力。因此，以传统压铸机直接应用挤压压铸工艺，只能利用其合模力，也只有合模力才是一个向前推进的动力。合模力的大小，决定了挤压补缩力的大小。因此，全液压式传统压铸机，其合模力就是其的锁模力，也可作为其挤压补缩力。而曲肘式压铸机的 向前挤压力等于其合模油缸力乘以锁模机构的杠杆比，但也不能超过其锁模机构所能承受的抗压强度。用这种设备进行挤压压铸，由于其合模初期位置并未到达合模机构的自锁“点”，而挤压终结位置才是其 锁模抗力的“点”，若以同样压铸比压充型，所能生产的零件的投影面积有所减少。
挤压压铸的挤压补缩比压约为普通压铸压射比压的5-10倍。以挤压压铸的挤压比压衡量，现时除了用四柱油压机改造的立式开模浇注挤压铸造机符合挤压铸造主体技术指标外，其余装置实现的，还只是属于传统压铸所属工艺范围，还不是真正意义上的挤压铸造。
现时的压铸机都有压铸充型后期的"加压"环节，但压铸件气密性缺陷依然如故，用加大机型生产小件零件这种"大牛拉小车"办法，效果也好不到哪里去，所谓"精、速、密"压铸，还只是一个漂亮的名字，40年来都未见有实质性进步，生产这种压铸机厂家的商业性宣传，倒强化了工程技术和应用人员的认识误区，使人迷失了方向。
而挤压压铸的主体技术特征，是体现“普通压铸充型，挤压铸造补缩”原理，它是利用现有压铸机完善的压射系统进行充型，同时又尽限度避开金属液相充型时帕斯卡定律对充型条件的制约。