壓鑄過(guò)程原理及壓鑄工藝技術(shù)培訓(xùn)

1、 第2講 壓鑄過(guò)程原理 及壓鑄工藝n壓鑄機(jī)、壓鑄模具及壓鑄合金是壓鑄生產(chǎn)的三大要素。n但要生產(chǎn)出合格壓鑄件，沒(méi)有正確的壓鑄工藝是不可能的。壓鑄工藝規(guī)定三大要素的工作方式。n換言之，如果是壓鑄生產(chǎn)的，那么就是壓鑄生產(chǎn)的。n壓力和速度是壓射過(guò)程的兩個(gè)重要參數(shù)。記錄壓射過(guò)程中壓力和速度動(dòng)態(tài)特性的曲線，稱為壓射過(guò)程曲線。n冷室壓鑄（1）小型壓鑄機(jī) 三級(jí)壓射，即為兩級(jí)速度，一級(jí)增壓。（2）中大型壓鑄機(jī) 雙回路控制的四級(jí)壓射系統(tǒng)，即慢壓射、一級(jí)快壓射（也較慢）、二級(jí)快壓射、增壓。n熱室壓鑄，主要以兩個(gè)階段壓射為主（一速升液和二速填充）。n壓鑄機(jī)的壓射過(guò)程從壓射沖頭開(kāi)始移動(dòng)至型腔充滿保壓（熱室壓鑄機(jī)），或者

2、至增壓結(jié)束（冷室壓鑄機(jī)）為止。n壓射過(guò)程中，隨著壓射沖頭的位移，速度和壓力都是按設(shè)定的模式變化。階段階段進(jìn)程描述進(jìn)程描述I I起始位置：起始位置：從壓射沖頭起始位置至越過(guò)澆料口位置參數(shù)：參數(shù)：壓射速度v1（沖頭），壓射壓力p1（動(dòng)態(tài)）特征：特征：低壓低速，運(yùn)行平穩(wěn)說(shuō)明：說(shuō)明：低速推進(jìn)，防止金屬液從澆料口溢出，有利于氣體排出。壓力主要用于克服系統(tǒng)摩擦阻力，只有小部分用于推動(dòng)金屬液IIII起始位置：起始位置：從壓射沖頭越過(guò)澆料口位置至金屬液充滿至內(nèi)澆口處參數(shù)：參數(shù)：壓射速度v2，壓射壓力p2（動(dòng)態(tài)）特征：特征：壓力增大，壓射沖頭速度加快說(shuō)明：說(shuō)明：壓射沖頭通過(guò)澆料口，壓射壓力提高，壓射沖頭速度加快

3、，金屬液充滿壓室至澆注系統(tǒng)。該階段應(yīng)注意防止卷氣，并盡量避免金屬液提前進(jìn)入型腔IIIIII起始位置：起始位置：從金屬液充滿內(nèi)澆口處至型腔完成充滿參數(shù)：參數(shù)：壓射速度v3，壓射壓力p3（動(dòng)態(tài)）特征：特征：壓射壓力再次升高，壓射速度略有下降，充型速度最快說(shuō)明：說(shuō)明：金屬液流經(jīng)內(nèi)澆口充填型腔。由于內(nèi)澆口處截面積大幅縮小，流動(dòng)阻力劇增，壓射速度略有下降，但此時(shí)充型速度最快。要保持足夠的充型速度，需更高的壓射壓力，用于克服澆注系統(tǒng)主要是內(nèi)澆口處的流動(dòng)阻力。IVIV起始位置：起始位置：充型結(jié)束參數(shù)：參數(shù)：壓射速度迅速減至零，增壓壓力p4建立特征：特征：壓射沖頭停止運(yùn)動(dòng)，壓力劇增，達(dá)到全過(guò)程的最高值說(shuō)明：說(shuō)

4、明：金屬液完成充滿型腔。增壓壓力對(duì)凝固中的金屬液進(jìn)行壓實(shí)，壓射沖頭可能稍有前移。金屬液凝固后，增壓壓力撤除，壓射過(guò)程結(jié)束。通過(guò)增壓使壓鑄件密度增加，獲得清晰壓鑄件n說(shuō)明：壓射階段的劃分來(lái)源于長(zhǎng)期的壓鑄實(shí)踐，但并非必須完全遵循，根據(jù)壓鑄件及壓鑄工藝的具體狀況設(shè)定。n發(fā)展歷程：不變化-二階段-三階段（或四階段）n最新進(jìn)展：突破了傳統(tǒng)的三階段壓射，可以根據(jù)工藝需要，多點(diǎn)設(shè)置速度和壓力，可以非常靈活地設(shè)定壓射過(guò)程；某些壓鑄機(jī)還具備壓射沖頭運(yùn)動(dòng)優(yōu)化程序，根據(jù)壓室參數(shù)、金屬液充滿度等參數(shù)，計(jì)算最佳壓射模式，減少卷氣現(xiàn)象。n壓射模式應(yīng)根據(jù)壓鑄件及壓鑄工藝的具體狀況設(shè)定，并非采用哪一種固定模式。1 1、壓射階

5、段、壓射階段n理論上，壓射壓力與壓射速度的平方成正比，一定的速度對(duì)應(yīng)一定的壓力，或者說(shuō)使用一定壓力才能達(dá)到一定的速度n壓射曲線中的上升斜線，表示壓力和速度處于上升之中，起始點(diǎn)為速度或壓力的切換點(diǎn)n壓射曲線中的平臺(tái)，表明該階段的速度和壓力沒(méi)有變化，一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)可以理解為一個(gè)階段（冷室壓鑄出現(xiàn)三個(gè)壓射階段I、II、III）n在IV階段（增壓階段），壓力迅速上升出現(xiàn)高壓平臺(tái)，但速度值迅速降為零，這是增壓階段的特征，表明充型結(jié)束，增壓形成。2 2、壓力和速度值、壓力和速度值n正常情況下，壓力值和速度值相對(duì)應(yīng)n如果曲線異常，出現(xiàn)壓力過(guò)高而速度偏低，表明壓射系統(tǒng)可能出現(xiàn)問(wèn)題，如壓射沖頭阻滯、澆道堵塞，或

6、液壓管路問(wèn)題等n如果壓力曲線偏低，速度無(wú)法上升，表明壓力沒(méi)有建立，應(yīng)檢查壓力設(shè)置是否合適或是存在泄壓之處3 3、壓力和速度切換狀況、壓力和速度切換狀況n各階段的切換起始點(diǎn)至結(jié)束點(diǎn)，或者說(shuō)切換處曲線斜率，反映了從低速切換至高速，或從低壓切換至高壓的響應(yīng)速度。n切換時(shí)速度和壓力應(yīng)該同步響應(yīng)為佳，以反應(yīng)迅速為佳。4 4、建壓時(shí)間、建壓時(shí)間n建壓時(shí)間表示增壓壓力的響應(yīng)速度，建壓時(shí)間是反映壓鑄機(jī)性能的重要指標(biāo)。n增壓壓力必須在金屬凝固之前建立，否則將大大影響增壓效果。n理論上講，建壓時(shí)間越短越好，可以在金屬液凝固之前對(duì)其進(jìn)行高壓壓實(shí)，有效減少內(nèi)部缺陷，增加壓鑄件的致命性。n目前先進(jìn)壓鑄機(jī)的建壓時(shí)間已達(dá)1

7、0ms以下。5 5、壓力峰值、壓力峰值n壓力峰值指的是快壓射結(jié)束時(shí)（充型結(jié)束），迅速增壓形成的壓力沖擊或水錘現(xiàn)象。n在第III階段結(jié)束后，壓射沖頭運(yùn)動(dòng)突然停止及壓力快速切換，造成了壓力瞬間升高，并伴有壓力振蕩現(xiàn)象。n壓力峰值雖是瞬態(tài)行為，但對(duì)壓鑄工藝非常不利。壓力峰值可以引起脹形，造成泄壓，影響壓鑄件成形質(zhì)量，使壓鑄產(chǎn)生飛邊、毛刺等。n現(xiàn)代壓鑄機(jī)都把消除壓力峰值作為一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前許多壓鑄機(jī)增加了反壓措施，使壓射沖頭在充型結(jié)束前瞬間減速，從而大大減輕了水錘現(xiàn)象，縮小了壓力峰值。n壓鑄壓力是壓鑄工藝的基本特征，金屬液的充型和壓實(shí)都是在壓力作用下完成的，分為動(dòng)態(tài)壓射力和增壓壓射力。n壓鑄過(guò)程中的

8、壓力是由壓鑄機(jī)的壓射機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的n壓射機(jī)構(gòu)通過(guò)工作液體將壓力傳遞給壓射活塞n然后由壓射活塞經(jīng)壓射沖頭施加于壓室內(nèi)的金屬液上1、壓射力：來(lái)源于高壓泵，通過(guò)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。2、壓射比壓：指壓射過(guò)程中，壓室內(nèi)單位面積上金屬液所受到的靜壓力式中 P壓射比壓（MPa）； F壓射力（N）； A壓射沖頭截面積（近似等于壓室截面積）（mm2）； D壓室直徑（mm）。3、壓射比壓的取值范圍n冷室壓鑄機(jī)的動(dòng)態(tài)壓射比壓一般在3090MPa之間，增壓壓射比壓一般在50300MPa之間n熱室壓鑄機(jī)提供的壓射比壓可達(dá)到2050MPan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機(jī)器噸

9、位/kN30005000800012000動(dòng)態(tài)壓射力/kN140210300480增壓壓射力/kN3505507201120壓射沖頭直徑/mm40 80 601007012080140動(dòng)態(tài)壓射比壓/MPa11127 74 26 78 269531增壓壓射比壓/MPa278691947018764223724、選擇合理的壓射比壓n比壓也可以根據(jù)壓鑄件的某一特征進(jìn)行選取，表2列出了冷室壓鑄推薦的壓射比壓參考值。在快壓射階段，一般優(yōu)先壓射速度調(diào)整，動(dòng)態(tài)比壓隨之確定。合金一般壓鑄件耐壓壓鑄件大平面薄壁件/表面質(zhì)量要求高受力壓鑄件鋅合金3030404060鋁合金30408010040604080鎂合金3

10、0406010040604080n壓射速度：是壓射沖頭推動(dòng)金屬液移動(dòng)的速度，也成為沖頭速度。n充型速度：金屬液通過(guò)內(nèi)澆口進(jìn)入型腔的速度，也稱為內(nèi)澆口速度。1、沖頭速度n在壓射起始階段，或低速壓射階段，金屬液尚未達(dá)到內(nèi)澆口，所以只考慮沖頭速度。n在這一階段，沖頭速度一般都控制在0.10.4m/s之間。n冷室壓鑄金屬液的充滿度高，沖頭速度可取低些。n一般技術(shù)資料中給出的壓射速度推薦范圍都很寬，應(yīng)權(quán)衡各種因素選取，冷室壓鑄機(jī)最大壓射速度可達(dá)10m/s.沖頭速度過(guò)高時(shí)液態(tài)金屬的波面沖頭速度過(guò)高時(shí)液態(tài)金屬的波面2、充型速度n高速壓射階段，金屬液充填型腔。n充型速度對(duì)金屬液的充型模式及壓鑄件成型具有重要作

11、用，在選擇時(shí)必須十分小心。n充型速度過(guò)高容易引起紊流、卷氣、氧化及粘模等現(xiàn)象，還會(huì)加速模具的磨損。n在保證壓鑄件質(zhì)量的前提下，充型速度應(yīng)盡量選低。n充型速度與壓射壓力相關(guān)，相同的壓鑄條件下，要達(dá)到高的充型速度，需要的壓射力大。平均壁厚/mm1.02.03.04.05.06.07.08.0充型速度/（m/s）46554250384634423240303728342632合金種類鋁合金鋅合金鎂合金銅合金充型速度/（m/s）20603050409020503、充型速度和沖頭速度的關(guān)系n在冷室壓鑄機(jī)中，壓室、澆道和壓鑄模型腔相連，成為一個(gè)密閉系統(tǒng)，因而它們之間具有連續(xù)方程的關(guān)系，即4、速度切換位置A

12、給湯完了狀態(tài)壓射時(shí)間內(nèi)，溶湯安定后，開(kāi)始?jí)荷銪低速壓射，壓室充填設(shè)定防止空氣卷入的速度注意無(wú)溶湯飛濺，沖頭的卡住等的影響。C低速壓射，澆道充填多段壓射的機(jī)器另外可以設(shè)定，一般情況下，以加速度的勻加速進(jìn)行設(shè)定。D高速切換位置一般來(lái)說(shuō)以溶湯到達(dá)澆口的位置為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)產(chǎn)品前后調(diào)整切換位置來(lái)決定最佳的位置。E減速位置產(chǎn)品充填完了后，在集渣包充填完了之前進(jìn)行有效減速的決定，設(shè)定后短射必然會(huì)有，但必須對(duì)產(chǎn)品的影響加以確認(rèn)。F增壓位置增壓為充填完了開(kāi)始增壓，切換位置一般在充填完了的前20mm左右設(shè)定。5、高速壓射行程6、根據(jù)水力學(xué)原理，充型速度與壓射比壓的關(guān)系7、影響充填速度的因素n影響充填速度的因

13、素有三個(gè)，即壓射速度、壓射比壓和內(nèi)澆口截面積。n因此，生產(chǎn)中通常采用的調(diào)整充填速度的方法是：調(diào)整壓射速度、改變壓射壓力、調(diào)整內(nèi)澆口的截面積。n壓鑄工藝中的時(shí)間參數(shù)包括充型時(shí)間、持壓時(shí)間和留模時(shí)間三個(gè)部分。1、充型時(shí)間：金屬液開(kāi)始進(jìn)入型腔至型腔充滿所需時(shí)間，可按下式估算：1、充型時(shí)間：經(jīng)驗(yàn)推薦見(jiàn)下表平均壁厚平均壁厚/mm充型時(shí)間充型時(shí)間/s平均壁厚平均壁厚/mm充型時(shí)間充型時(shí)間/s1.50.010.033.00.050.101.80.020.043.80.050.122.00.020.065.00.060.202.30.030.076.40.080.302.50.040.092、增壓建壓時(shí)間：指

14、充型（快壓射）結(jié)束至增壓壓力形成所需的時(shí)間。n建壓時(shí)間越短越好，取決于型腔中金屬液的凝固時(shí)間n凝固時(shí)間長(zhǎng)的合金，增壓建壓時(shí)間可長(zhǎng)些，但必須在澆口凝固之前達(dá)到增壓比壓n但建壓時(shí)間由壓鑄機(jī)壓射系統(tǒng)性能決定，不能任意調(diào)節(jié)。n目前最先進(jìn)壓鑄機(jī)的建壓時(shí)間已達(dá)到10ms以內(nèi)。3、持壓時(shí)間：指金屬液充滿型腔后，壓射系統(tǒng)繼續(xù)保持壓力的時(shí)間n持壓的目的是保證金屬液在整個(gè)凝固期間都處于高壓之下，達(dá)到緊實(shí)壓鑄件的目的。n持壓時(shí)間應(yīng)比金屬液在型腔內(nèi)的凝固時(shí)間長(zhǎng)。4、留模時(shí)間：從持壓終了至開(kāi)模頂出壓鑄件的時(shí)間段n留模的目的是使壓鑄件在型腔中冷卻到一定溫度，形成一定強(qiáng)度，避免開(kāi)模頂出時(shí)壓鑄件變形、開(kāi)裂。n留模時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，壓

15、鑄件的冷卻及收縮幅度大，包緊力增大，會(huì)導(dǎo)致頂出困難。n在以下情況時(shí)，留模時(shí)間可取短些：合金的收縮大、高溫強(qiáng)度較高；薄壁件、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；壓鑄模具熱容量大、冷卻能力強(qiáng)。n溫度是壓鑄工藝中的熱因素，主要涉及金屬液的澆注溫度和壓鑄模具溫度。1、澆注溫度：指金屬液進(jìn)入澆注系統(tǒng)或型腔時(shí)的溫度，一般用保溫爐內(nèi)的金屬液溫度表示。n澆注溫度應(yīng)高于合金液相線溫度300C左右，以彌補(bǔ)合金液在澆注過(guò)程中及在壓室停留期間的熱損失，以保證金屬液在充型時(shí)仍有良好的流動(dòng)性。2、壓鑄模具工作溫度n壓鑄模具溫度對(duì)壓鑄件質(zhì)量、尺寸精度及壓鑄模具壽命都有影響。n溫度過(guò)高，容易導(dǎo)致粘模、壓鑄件頂出變形、壓鑄模具活動(dòng)部件卡死、開(kāi)模時(shí)間延長(zhǎng)

16、等。n壓鑄模具溫度控制在澆注溫度的1/3左右，薄壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓鑄件可適當(dāng)調(diào)高。n壓鑄模預(yù)熱一般多用煤氣、噴燈、電器或感應(yīng)加熱。n國(guó)外在壓鑄生產(chǎn)中大量采用模溫機(jī)，不但提高壓鑄模具壽命，還可以穩(wěn)定生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)壓鑄件。n各種壓鑄合金的模具工作溫度經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表一、涂料作用一、涂料作用（1）高溫時(shí)保持良好的潤(rùn)滑性。在壓鑄件與模具之間形成隔離層及潤(rùn)滑膜，保持熔融金屬的流動(dòng)性，改善合金的成形性能，美化壓鑄件外觀。（2）所形成的潤(rùn)滑膜竄入到模具的活動(dòng)部位，減少壓鑄件與成形零件間的摩擦，使構(gòu)件動(dòng)作靈活，壓鑄件脫模順暢，尺寸穩(wěn)定，并減少零件的磨損，相應(yīng)地提高模具壽命。（3）通過(guò)水分的蒸發(fā)，局部冷卻模具，使其在生產(chǎn)過(guò)程中減少熱疲勞應(yīng)力。（4）在噴涂過(guò)程中清除碎屑，減少?gòu)U品，操作流暢，達(dá)到安全生產(chǎn)的目的。二、對(duì)壓鑄涂料的總體要求二、對(duì)壓鑄涂料的總體要求（1）高溫時(shí)，能保持良好的潤(rùn)滑性能。（2）揮發(fā)點(diǎn)低，在1001500C時(shí)，稀釋劑能很快地?fù)]發(fā)。（3）對(duì)模具及壓鑄件材料沒(méi)有腐蝕作用。（4）性能穩(wěn)定，在空氣中不會(huì)因稀釋劑很快揮發(fā)而變濃。（5）無(wú)特殊味道，在高溫時(shí)不析出或分解出有害氣體，也不留有殘余物質(zhì)。（6）配