壓力鑄造工藝

壓力鑄造工藝、壓鑄及特點1. 壓鑄定義及特點壓力鑄造（簡稱壓鑄）是在壓鑄機(jī)的壓室內(nèi)，澆入液態(tài)或半液態(tài)的金屬或合金，使它在高壓和高速下充填型腔，并且在高壓下成型和結(jié)晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。由于金屬液受到很高比壓的作用，因而流速很高，充型時間極短。高壓力和高速度 是壓鑄時液體金屬充填成型過程的兩大特點，也是壓鑄與其他鑄造方法最根本區(qū)別之所 在。比如壓射比壓在幾兆帕至幾十兆帕范圍內(nèi)，甚至高達(dá)500MPa；充填速度為0.5 120m/s，充型時間很短，一般為0.01 0.2s，最短只有干分之幾秒。2. 壓鑄的優(yōu)缺點優(yōu)點：1）產(chǎn)品質(zhì)量好。由于壓鑄型導(dǎo)熱快，金屬冷卻迅速，同時在壓力下結(jié)晶，鑄件具有 細(xì)的晶粒組織，表面堅實，提高了鑄件的強(qiáng)度和硬度，此外鑄件尺寸穩(wěn)定，互換性好， 可生產(chǎn)出薄壁復(fù)雜零件；2）生產(chǎn)率高，壓鑄模使用次數(shù)多；3）經(jīng)濟(jì)效益良好。壓鑄件的加工余量小，一般只需精加工和鉸孔便可使用，從而節(jié) 省了大量的原材料、加工設(shè)備及工時。缺點：1）壓鑄型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費用高，準(zhǔn)備周期長，所以，只適用于定型產(chǎn)品的大量生 產(chǎn)；2）壓鑄速度高，型腔中的氣體很難完全排出，加之金屬型在型中凝固快，實際上不可能補(bǔ)縮，致使鑄件容易產(chǎn)生細(xì)小的氣孔和縮松，鑄件壁越厚，這種缺陷越嚴(yán)重，因此， 壓鑄一般只適合于壁厚在6mm以下的鑄件；3）壓鑄件的塑性低，不宜在沖擊載荷及有震動的情況下工作;4）另外，高熔點合金壓鑄時，鑄型壽命低，影響壓鑄生產(chǎn)的擴(kuò)大應(yīng)用。綜上所述，壓力鑄造適用于有色合金，小型、薄壁、復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)，考慮到壓鑄 其它技術(shù)上的優(yōu)點，鑄件需要量為2000-3000件時，即可考慮采用壓鑄。3 .壓鑄的應(yīng)用范圍壓鑄是近代金屬加工工藝中發(fā)展較快的一種高效率、少無切削的金屬成型精密鑄造方法，是一種“好、快、省”高經(jīng)濟(jì)雙效益的鑄造方法。壓鑄零件的形狀大體可以分為六類：1）圓盤類一一號盤座等；2）圓蓋類表蓋、機(jī)蓋、底盤等；3）圓環(huán)類一一接插件、軸承保持器、方向盤等；4）筒體類一一凸緣外套、導(dǎo)管、殼體形狀的罩殼蓋、上蓋、儀表蓋、探控儀表罩、照像機(jī)殼與化油器等；5）多孔缸體、殼體類一一汽缸體、汽缸蓋及油泵體等多腔的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的殼體（這類零件對機(jī)械性能和氣密性均有較高的要求，材料一般為鋁合金）。例如汽車與摩托車的汽缸體、汽缸蓋；6）特殊形狀類一一葉輪，喇叭、字體由筋條組成的裝飾性壓鑄件等。、壓鑄機(jī)簡介壓鑄機(jī)是壓力鑄造的基本設(shè)備。壓鑄機(jī)共分兩大類：熱室壓鑄機(jī)和冷室壓鑄機(jī)。（1）熱室壓鑄機(jī)熱室壓鑄機(jī)如圖2-14 所示，其特點是壓室與合金熔化爐連成一體，壓室浸在熔化的液態(tài)金屬中，其壓射機(jī)構(gòu)安置在保溫坩堝上面。當(dāng)壓射沖頭3上升時，金屬液1通過進(jìn)口 5進(jìn)入壓室4中，隨后壓射沖頭下壓，金屬液沿通道6經(jīng)噴嘴7充填壓型型腔 &冷凝后沖頭回升，多余金屬液回流至壓室中，然后打開壓型取出鑄件。（圖2-14 熱室壓鑄機(jī)原理）熱室壓鑄機(jī)的特點是生產(chǎn)工序簡單，生產(chǎn)效率高，容易實現(xiàn)自動化；金屬液消耗少， 工藝穩(wěn)定，壓入型腔的金屬液干凈、無氧化夾雜，鑄件質(zhì)量好。但由于壓室和沖頭長時 間浸在金屬液中，影響使用壽命。目前，大多數(shù)用于壓鑄鋅合金等低熔點合金鑄件，但 也有用于壓鑄鎂鋁鑄件。（2）冷室壓鑄機(jī)該機(jī)的壓室與保溫爐是分開的。壓鑄時，要從保溫爐中將金屬液倒入壓室后進(jìn)行壓鑄。冷室壓鑄機(jī)有立式和臥室兩種。立式壓鑄機(jī)壓室的中心線是垂直的。壓鑄模與壓室的相對位置及壓鑄過程如圖2-15所示。合模后，澆入壓室2的金屬液3被已封住噴嘴孔 6的反料沖頭8托住，當(dāng)壓射沖頭向下壓到金屬液面時，反料沖頭開始下降，打開噴嘴6，金屬液被壓入型腔。凝固后，壓射沖頭退回，反料沖頭上升，切斷余料9，并將其頂出壓室，余料取走后再降到原位，然后開模取出鑄件。（圖2-15 立式冷室壓鑄機(jī)原理）臥室壓鑄機(jī)壓室的中心線是水平的。壓鑄模與壓室的相對位置及壓鑄過程如圖2-16所示。合模后，金屬液澆入壓室 2，壓射沖頭1向前推進(jìn)，將金屬液經(jīng)澆道壓入型腔6，開模時，余料借助壓射沖頭前伸的動作離開壓室，同鑄件一起取出。（圖2-16 臥式冷室壓鑄機(jī)原理圖）兩種壓鑄機(jī)相比較，在結(jié)構(gòu)上僅僅壓射機(jī)構(gòu)不同，立式壓鑄機(jī)有切斷、頂出余料的 下油缸，因結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故增加了維修的困難。臥室壓鑄機(jī)壓室簡單，維修方便。在 工藝上，立式壓鑄機(jī)壓室內(nèi)空氣不會隨金屬液進(jìn)入型腔，便于開設(shè)中心澆口，但由于澆 口過長，金屬耗量大，充填過程中能量損失也較大。臥式壓鑄機(jī)金屬液進(jìn)入型腔的流程 短，壓力損失小，有利于傳遞最終壓力，便于提高比壓，故使用較廣。冷室壓鑄機(jī)多用 液壓驅(qū)動，壓力較高，適用于熔點較高的合金。目前，生產(chǎn)中采用冷室壓鑄機(jī)較多。三、壓鑄過程原理壓鑄過程是利用高壓力、高速度，迫使?jié)踩雺鸿T機(jī)壓室內(nèi)的熔融或半熔融狀態(tài)金屬 在極短的時間內(nèi)充滿壓鑄模的型腔。壓鑄過程有三種主要現(xiàn)象：其一壓入，其二熔融合金液流動，其三冷卻凝固。完成壓鑄過程有三大要素：一是熔融或半熔融狀態(tài)金屬：二是壓鑄模：三是壓鑄機(jī)。 壓鑄壓力、壓鑄速度是壓鑄過程主要的工藝參數(shù)。1 壓鑄壓力壓鑄壓力一般用壓射力，比壓表示。壓射力是由壓鑄機(jī)的規(guī)格所定。它是壓鑄機(jī)的 壓射機(jī)構(gòu)推動壓射沖頭的力：Pr=PG ? n D2/4壓射比壓：Pb = Pr / F = 4 P r/n d2四個階段：慢速封孔；充填；增壓；保壓2。壓鑄速度壓鑄速度有壓射速度和充填速度兩個不同的概念。壓射速度：壓鑄時壓射缸內(nèi)液壓推動壓射沖頭前進(jìn)的速度;充填速度：熔融合金在壓力作用下，通過內(nèi)澆口導(dǎo)入型腔的線速度。其中充填速度的主要作用有：將熔融合金在凝固之前迅速輸入型腔，是獲得輪廓清 晰、表面光潔的鑄件重要因素；為了得到高的流體動壓力。充填速度的選擇可根據(jù)合金的性能及鑄件結(jié)構(gòu)的特點，充填速度與壓射比壓、壓射 速度及內(nèi)澆口截面積等因素有關(guān)。由于壓鑄特點是速度快，當(dāng)充填速度較高時，即使用較低的比壓也可以獲得表面光 潔的鑄件。過高的充填速度會引起許多工藝上的缺點，造成壓鑄過程的不利條件：(1) 包住空氣而形成氣泡。因為高速度合金液流可能堵住排氣系統(tǒng)，使空氣被 包在型腔內(nèi)，同時快速冷卻液可能使得熔體內(nèi)溶解的氣體不能有效析出；(2) 合金液流成噴霧狀進(jìn)入型腔并粘附于型壁上，后進(jìn)入的合金液不能與它熔合，而形成表面缺陷，降低鑄件表面質(zhì)量；(3) 產(chǎn)生旋渦，包住空氣和最先進(jìn)入型腔的冷合金，使鑄件產(chǎn)生氣孔和氧化夾 雜的缺陷；(4) 沖刷壓鑄模型壁，使壓鑄模磨損加速，減少壓鑄模壽命。充填速度與壓射速度、作用于熔融合金上的壓射比壓以及合金液本身的密度、壓室 內(nèi)徑和內(nèi)澆口截面積等有關(guān)。壓射速度越大，則充填速度越大，合金液上的壓射比壓越 大，充填速度也越大?？赏ㄟ^調(diào)整變化壓射速度和壓射比壓、改變壓室的內(nèi)徑和增大內(nèi) 澆口截面積(厚度)等來改變充填速度。四、壓鑄件設(shè)計壓鑄件設(shè)計是壓鑄生產(chǎn)技術(shù)中十分重要的工作環(huán)節(jié)，壓鑄件設(shè)計的合理程度和工藝 適應(yīng)性直接影響到：分型面的選擇，澆口的開設(shè)；頂出的布置；收縮規(guī)律；精度的保證； 缺陷的部位以及生產(chǎn)效率等。壓鑄件結(jié)構(gòu)工藝特定要求如下： 消除內(nèi)部側(cè)凹，便于抽芯。 改進(jìn)壁厚，消除縮孔、氣孔； 改善結(jié)構(gòu)，消除不易壓出的側(cè)凹； 利用筋，防止變形； 改善結(jié)構(gòu)，消除尖角或棱角； 改善結(jié)構(gòu)，便于抽芯、簡化壓鑄模制造； 消除深陷，使鑄件易脫模； 改進(jìn)結(jié)構(gòu)，避免型芯交叉等特定要求。五、壓鑄合金及其選擇對壓鑄合金的要求： 高溫下有足夠的強(qiáng)度和可塑性，無熱脆性(或熱脆性小)； 盡可能小的收縮； 結(jié)晶溫度范圍??； 在過熱溫度不高時有足夠的流動性。選擇壓鑄合金考慮的因素有：(1) 壓鑄件的受力狀態(tài)，這是選擇合金主要依據(jù)；(2) 壓鑄件工作環(huán)境狀態(tài)； 工作溫度：高溫和低溫要求， 接觸的介質(zhì)：如潮濕大氣、海水； 密閉性要求：氣壓、液壓密閉性。(3) 壓鑄件在整機(jī)或部件中所處的工作條件；(4) 對壓鑄件的尺寸和重量所提出的要求；(5) 生產(chǎn)條件：熔化設(shè)備、壓鑄機(jī)、工藝裝置及材料等；(6) 經(jīng)濟(jì)性。六、壓鑄型在壓鑄生產(chǎn)中，壓鑄型 （簡稱壓?；驂盒停┦亲钪匾墓に囇b備。從結(jié)構(gòu)上講，完整的壓鑄型由以下幾部分組成（圖2-17是壓鑄型結(jié)構(gòu)的實例。） 靜型部分：固定于壓鑄機(jī)壓室一方的靜型安裝板上，是金屬液開始進(jìn)入鑄型的部 分，也是壓鑄型型腔的組成部分，其上有直澆道直接與壓鑄機(jī)的噴嘴或壓室聯(lián)接； 動型部分：固定于壓鑄機(jī)的動型安裝板上，隨動型安裝板向左、向右移動，與靜 型部分分開和合攏，一般抽芯機(jī)構(gòu)和鑄件頂出機(jī)構(gòu)設(shè)置在這部分內(nèi)，是壓鑄型型腔的組 成部分； 成型部分：是構(gòu)成鑄件幾何形狀的部分。構(gòu)成鑄件外形的部分稱為型腔，構(gòu)成鑄 件內(nèi)部形狀的部分稱為型芯； 澆注系統(tǒng)：連接成形部分與壓室，引導(dǎo)金屬液按一定方向進(jìn)入鑄型的成型部分， 包括直澆道、橫澆道和內(nèi)澆口； 抽芯機(jī)構(gòu)：構(gòu)成復(fù)雜鑄件的側(cè)凹和孔，采用活動型芯，依靠抽芯機(jī)構(gòu)在頂出鑄件 之前完成抽芯動作； 頂出機(jī)構(gòu)：鑄件成型后，待動、靜型分開，把鑄件從鑄型中，這套機(jī)構(gòu)一般均設(shè) 在動型部分； 排氣部分； 加熱、冷卻部分：為了平衡鑄型溫度，不致使鑄型溫度有急劇的變化，從而影響 鑄件質(zhì)量，很多場合下，壓鑄型有必要安裝加熱或冷卻裝置； 其它：壓鑄型內(nèi)還需設(shè)有定位、導(dǎo)向、緊固等元件。七、壓鑄件缺陷壓鑄件的缺陷多種多樣，一般分為表面缺陷、表面損傷、內(nèi)部缺陷、裂紋、幾何形 狀與圖樣不符、材料性能與要求不符、雜質(zhì)等。表面缺陷包括流痕及花紋、網(wǎng)狀毛翅、冷隔、縮陷、印痕、鐵豆等；表面損傷包括 機(jī)械拉傷、粘模拉傷和碰傷;內(nèi)部缺陷包括氣孔、氣泡、縮孔縮松;幾何形狀與圖樣不符一般指欠鑄及輪廓不清晰、變形、飛翅、多肉或帶肉、錯邊或 錯扣、型芯偏位；材料性能與要求不符一般指化學(xué)成分和力學(xué)性能不符合要求；雜質(zhì)缺陷指夾渣和硬 點。雖然壓鑄件缺陷多種多樣，但仔細(xì)分析，就知道它們都與壓鑄工藝參數(shù)的選擇、壓 鑄型的設(shè)計及人員操作有關(guān)。比如，對于流痕及花紋缺陷，有可能是模溫過低、比壓偏 低、內(nèi)澆道面積過小等原因產(chǎn)生，當(dāng)然，解決辦法就是提高模溫、調(diào)整內(nèi)澆道截面積或 者調(diào)整壓射速度及壓力。