• 作者: 達(dá)源精密
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• 日期: 2014-12-26
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一.壓鑄工藝的原理

壓鑄工藝原理是利用高壓將金屬液高速壓入一精密金屬模具型腔內(nèi)，金屬液在壓力作用下冷卻凝固而形成鑄件。冷、熱室壓鑄是壓鑄工藝的兩種基本方式，其原理如圖1-1所示。冷室壓鑄中金屬液由手工或自動(dòng)澆注裝置澆入壓室內(nèi)，然后壓射沖頭前進(jìn)，將金屬液壓入型腔。在熱室壓鑄工藝中，壓室垂直于坩堝內(nèi)，金屬液通過壓室上的進(jìn)料口自動(dòng)流入壓室。壓射沖頭向下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)金屬液通過鵝頸管進(jìn)入型腔。金屬液凝固后，壓鑄模具打開，取出鑄件，完成一個(gè)壓鑄循環(huán)。

二·壓鑄工藝的特點(diǎn)

壓鑄合金

壓鑄合金是壓鑄生產(chǎn)的要素之一，要生產(chǎn)優(yōu)良的壓鑄件，除了要有合理的零件構(gòu)造、設(shè)計(jì)完善的壓鑄模和工藝性能優(yōu)越的壓鑄機(jī)外，還需要有性能良好的合金。

壓鑄件的斷面厚度取決于它承受的應(yīng)力和合金材料本身的強(qiáng)度，具有較高強(qiáng)度是壓鑄合金的優(yōu)點(diǎn)之一。選用壓鑄合金時(shí)，應(yīng)充分考慮其使用性能、工藝性能、使用場(chǎng)合、生產(chǎn)條件和經(jīng)濟(jì)性等多種因素。

對(duì)壓鑄合金的基本要求

1) 熱溫度不高時(shí)具有較好的流動(dòng)性，便于充填復(fù)雜型腔，以獲得表面質(zhì)量良好的鑄件。

2) 線收縮率和裂紋傾向性小，以免鑄件產(chǎn)生裂紋，并可提高鑄件尺寸精度。

3) 結(jié)晶溫度范圍小，防止產(chǎn)生縮孔和縮松，提高鑄件質(zhì)量。

4) 具有一定的高溫強(qiáng)度，以防止推出鑄件時(shí)產(chǎn)生變形或碎裂。

5) 在常溫下有較高的強(qiáng)度，以適應(yīng)大型薄壁復(fù)雜鑄件生產(chǎn)的需要。

6) 與金屬型腔相互之間物理-化學(xué)作用的傾向性小，以減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蝕性。

各類壓鑄鋁合金

Al-Si合金

由于Al-Si合金具有結(jié)晶溫度間隔小、合金中硅相有很大的凝固潛熱和較大的比熱容、線收縮系數(shù)也比較小等特點(diǎn)，因此其鑄造性能一般要比其他鋁合金為好，其充型能力也較好，熱裂、縮松傾向也都比較小。Al-Si共晶體中所含的脆性相（硅相）數(shù)量最少，質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為10%左右，因而其塑性比其他鋁合金的共晶體好，僅存的脆性相還可通過變質(zhì)處理來進(jìn)一步提高塑性。試驗(yàn)還表明：Al-Si共晶體在其凝固點(diǎn)附近溫度仍保持良好的塑性，這是其他鋁合金所沒有的。

鑄造合金組織中常要有相當(dāng)數(shù)量的共晶體，以保證其良好的鑄造性能；共晶體數(shù)量的增加又會(huì)使合金變脆而降低力學(xué)性能，兩者之間存在一定的矛盾。但是由于Al-Si共晶體有良好的塑性，能較好的兼顧力學(xué)性能和鑄造性能兩方面的要求，所以Al-Si合金是目前應(yīng)用最為廣泛的壓鑄鋁合金。

Al-Mg合金

Al-Mg合金的性能特點(diǎn)是：室溫力學(xué)性能好；抗腐蝕性強(qiáng)；鑄造性能比較差，力學(xué)性能的波動(dòng)和壁厚效應(yīng)都較大；長(zhǎng)期使用時(shí)，有因時(shí)效作用而使合金的塑性下降，甚至壓鑄件出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象；壓鑄件產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的傾向也較大等。Al-Mg合金的缺點(diǎn)部分抵消了它的優(yōu)點(diǎn)，使其在應(yīng)用方面受到一定的限制。

Al-Zn合金

Al-Zn合金壓鑄件經(jīng)自然時(shí)效后，可獲得較高的力學(xué)性能，當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%時(shí)，強(qiáng)度顯著提高。此合金的缺點(diǎn)是耐蝕性差，有應(yīng)力腐蝕的傾向，壓鑄時(shí)易熱裂。常用的Y401合金流動(dòng)性好、易充滿型腔，缺點(diǎn)是形成氣孔傾向性大，硅、鐵含量少時(shí)，易熱裂。

3.壓鑄工藝

壓力

壓力是壓鑄工藝的基本特征，金屬液的充型流動(dòng)和壓實(shí)都是在壓力的作用下完成的。壓力分為動(dòng)態(tài)壓射力和增壓壓射力。動(dòng)態(tài)壓射力的作用是克服各種阻力，保證充型時(shí)金屬液達(dá)到一定速度。增壓壓射力的作用是在充型結(jié)束后對(duì)壓鑄件進(jìn)行壓實(shí)，提高壓鑄件的致密度，使壓鑄件輪廓清晰。壓射力通過壓射沖頭對(duì)金屬液施加壓力。施加壓力的大小用比壓表示。冷室壓鑄機(jī)的動(dòng)態(tài)壓射比壓一般在30-90MPa之間，增壓壓射比壓一般在50-300MPa之間。熱室壓鑄機(jī)提供的壓射比壓可達(dá)到20-50MPa。應(yīng)該注意，使用壓鑄機(jī)提供的最小壓射沖頭才能得到最大壓射比壓。選擇壓射比壓時(shí)，應(yīng)考慮壓鑄機(jī)能夠提供壓射力及使用的壓射沖頭，超出可選范圍則無法達(dá)到。

壓射比壓

壓射比壓

注：t1——金屬液在壓室中未承受壓力的時(shí)間；P1為一級(jí)（慢速）

t2—— 金屬液于壓室中在壓射沖頭的作用下，通過內(nèi)澆口充填型腔的時(shí)間；P2為二級(jí)（快速）

t3 ——充填剛剛結(jié)束時(shí)的舜間；P3為三級(jí)（增壓）

t4 ——最終靜壓力；P4為補(bǔ)充壓實(shí)鑄件

01

式中

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比壓的選擇與多種因素有關(guān)，一般應(yīng)遵守以下原則：

1) 壓鑄件結(jié)構(gòu)特征。①薄壁壓鑄件，壓射比壓可選高些；厚薄壓鑄件，增壓比壓可選高些。②形狀復(fù)雜，壓射比壓可選高些。③工藝性良好，壓射比壓可選低些。

2) 壓鑄合金特性。①結(jié)晶溫度范圍寬，增壓比壓可選高些。②流動(dòng)性差，壓射比壓可選高些。③密度大，壓射比壓、增壓比壓可選高些。

3) 澆注系統(tǒng)。①流程長(zhǎng)，轉(zhuǎn)折多、澆口薄、阻力大，壓射比壓可選高些。②澆道扁平，散熱快，壓射比壓可選高些。

4) 合金及壓鑄模具溫度。①合金澆注溫度較低、壓鑄模具溫度較低，壓射比壓可選高些。②合金液與壓鑄模具溫度差異較大時(shí)，壓射比壓可高些。

5) 壓鑄件質(zhì)量。①壓鑄件內(nèi)部質(zhì)量要求高，增壓比壓可選高些。②壓鑄件表面質(zhì)量要求高，壓射比壓可選高些。

脹模力

壓鑄過程中，在比壓的作用下，金屬液填充型腔時(shí)，給型腔壁和分型面一定的壓力，稱為脹模力。在壓鑄過程中的最后階段即增壓比壓通過金屬液傳給壓鑄模時(shí)，脹型力最大，是為壓鑄件初選壓鑄機(jī)型號(hào)及支承板進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核的重要參數(shù)。脹型力可根據(jù)分型面的面積初步預(yù)算：

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各種壓鑄合金常用比壓表

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速度

壓鑄過程中，速度受壓力的直接影響，又與壓力共同對(duì)內(nèi)部質(zhì)量、表面輪廓清晰度等起著重要作用。速度有壓射速度和內(nèi)澆口速度兩種形式。

壓射速度

壓射速度又稱沖頭速度，它是壓室內(nèi)的壓射沖頭推動(dòng)金屬液的移動(dòng)速度，也就是壓射沖頭的速度。壓射過程中壓射速度是變化的，它可分成低速和高速兩個(gè)階段，通過壓鑄機(jī)的速度調(diào)節(jié)閥可進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。

壓射第一階段、第二階段是低速壓射，可防止金屬液從加料口濺出，同時(shí)使壓室內(nèi)的空氣有較充分的時(shí)間逸出，并使金屬液堆積在內(nèi)澆口前沿。低速壓射的速度根據(jù)澆到壓室內(nèi)金屬液的多少而定。壓射第三階段是高速壓射，以便金屬液通過內(nèi)澆口后迅速充滿型腔，并出現(xiàn)壓力峰，將壓鑄件壓實(shí)，消除或減小縮孔、縮松。

低速壓射速度的選擇

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內(nèi)澆口速度

內(nèi)澆口速度是金屬液通過內(nèi)澆口進(jìn)入型腔的線速度。較高的內(nèi)澆口速度，即使采用較低的比壓也能將金屬液在凝固之前迅速填充型腔，獲得輪廓清晰、表面光潔的壓鑄件，并提高金屬液的動(dòng)壓力。

內(nèi)澆口速度過高時(shí)也會(huì)帶來一系列問題，主要是容易包卷氣體形成氣泡；金屬液呈霧狀進(jìn)入型腔，粘附于型腔壁與后來的金屬液不能熔合而形成表面缺陷和氧化夾雜，加速壓鑄模的磨損等。

選用內(nèi)澆口速度時(shí)，應(yīng)考慮一下因素：

1) 鑄件形狀復(fù)雜或薄壁時(shí)，內(nèi)澆口速度應(yīng)高些。

2) 合金澆入溫度低時(shí)，內(nèi)澆口速度可高些。

3) 合金和模具材料導(dǎo)熱性能好時(shí)，內(nèi)澆口速度應(yīng)高些。

4) 內(nèi)澆口厚度較厚時(shí)，內(nèi)澆口速度應(yīng)高些。

內(nèi)澆口速度太小，易使鑄件輪廓不清；內(nèi)澆口速度太大，會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔等缺陷。內(nèi)澆口速度與壓鑄件的平均壁厚和填充時(shí)間的關(guān)系見表。

推薦的壓鑄件平均壁厚與填充時(shí)間、內(nèi)澆口速度的關(guān)系

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內(nèi)澆口速度與壓射速度和壓力的關(guān)系

在冷壓室壓鑄機(jī)中，壓室、澆道和壓鑄模構(gòu)成一個(gè)密閉系統(tǒng)。根據(jù)連續(xù)性原理，內(nèi)澆口速度與壓射速度具有固定關(guān)系。即

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式中d----壓室直徑（cm）;

Vy----壓射速度(cm/s)

An----內(nèi)澆口截面積cm2

Vn---內(nèi)澆口速度(cm/s)