現(xiàn)代壓鑄技術(shù)

1、 壓鑄技術(shù)講述有五點(diǎn): 一.壓鑄的歷史 二.壓鑄材料的性能和選擇 三.壓鑄機(jī)和壓鑄模具 四.壓鑄熔煉和生產(chǎn)工藝過(guò)程 五.壓鑄產(chǎn)品缺陷分析和檢驗(yàn)壓鑄的起源是從半永久型及永久型的發(fā)展中分支出來(lái)的.1.最早用于泥制備青銅生活器具、錢(qián)幣等，以后發(fā)展了金屬型制備簡(jiǎn)單的武器， 如 （青銅箭頭）。2.金屬型的大量使用在印刷機(jī)械中出現(xiàn)制備鉛字以后，國(guó)外在1872年發(fā)明了世界上第一臺(tái)最簡(jiǎn)單的手動(dòng)小型壓鑄機(jī)，并于1920年制造了冷室壓鑄機(jī)，1927年發(fā)明了立式冷室壓鑄機(jī)。3.我國(guó)的壓鑄件工業(yè)化生產(chǎn)開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，那時(shí)靠仿制原捷克斯洛伐克和前蘇聯(lián)生產(chǎn)500KN和1000KN臥室冷室壓鑄機(jī)和進(jìn)口他們的立式壓鑄

2、機(jī)和臥室冷室壓鑄機(jī)；發(fā)展到今天國(guó)內(nèi)現(xiàn)在的壓鑄機(jī)廠家可生產(chǎn)最大的28000KN臥室冷室壓鑄機(jī)和4000KN以下熱室壓鑄機(jī)及3150KN以下全立式壓鑄機(jī)。4.近幾年國(guó)際壓鑄技術(shù)的發(fā)展：（1）壓鑄計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)分析壓鑄過(guò)程有了大的理論突破.（2）壓鑄機(jī)和輔助設(shè)備方面有了很大發(fā)展.（3）壓鑄產(chǎn)品檢測(cè)方面，特別是內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢測(cè)方面：如X-射線、熒 光、超聲波探測(cè)等得到發(fā)展.（4）壓鑄模具材料和壽命的發(fā)展（5）快速成型設(shè)計(jì)及制造技術(shù)在壓鑄生產(chǎn)中得到應(yīng)用（6）壓鑄材料的發(fā)展，如鎂合金及金屬基復(fù)合材料 壓鑄合金是壓鑄生產(chǎn)的要素之一：優(yōu)良的壓鑄件要有合理 的零件結(jié)構(gòu)、完善的模具和壓鑄機(jī)、性能良好的合金材料

3、壓鑄合金材料選擇考慮：使用性能、工藝性能、生產(chǎn)條件和經(jīng)濟(jì)性等多種因素. 力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度使用 物理性能：密度、液相線溫度、線膨脹率、體膨脹率、要求 比熱容、熱導(dǎo)率 化學(xué)性能：耐熱性、耐腐蝕性 鑄造工藝性：流動(dòng)性、抗熱裂性、模具粘附性工藝性能 切削加工性、焊接性能、電鍍性能、熱處理性能1.過(guò)熱溫度不高時(shí)具有較好的流動(dòng)性，便于填充復(fù)雜型腔以獲得表面質(zhì)量 良好的鑄件.2.線膨脹率和裂紋傾向性小，以免壓鑄件產(chǎn)生裂紋，使壓鑄件有較高的尺寸精度.3.結(jié)晶溫度范圍小，防止壓鑄件產(chǎn)生過(guò)多的縮孔和縮松.4.具有一定的高溫強(qiáng)度，以防止推出壓鑄件時(shí)產(chǎn)生變形和碎裂.5.在常溫下有較高的強(qiáng)度，

4、以適應(yīng)大型薄壁復(fù)雜壓鑄件生產(chǎn)的需要.6.與型壁間產(chǎn)生物理-化學(xué)作用的傾向性小，以減少粘模和相互合金化.7.具有良好的加工性能和一定的抗蝕性.8.制備壓鑄復(fù)合材料時(shí)，預(yù)制型需要良好預(yù)熱. 另作為壓鑄用的非鐵合金有鉛、錫、鋅、鋁、銅、鎂等合金以及黑色金屬，但目前最常用的壓鑄合金有鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金和一些金屬基復(fù)合材料。鑄造鋁合金常含有Si、Cu、Mg、Zn、Sn等合金元素；以及少量其他元素如Cr、Mn、Ni、Zr、Ti、Be等按所含基本元素可將鑄造鋁合金分為:鋁-硅合金；鋁-銅合金；鋁-鎂合金；鋁-鋅合金。壓鑄鋁合金有良好的使用性能和工藝性能在壓鑄生產(chǎn)中占有重要的地位，用量遠(yuǎn)高與其它合

5、金。壓鑄鋁合金的化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)(下表)牌號(hào)代號(hào)Si硅Cu銅Mn錳Mg鎂Fe鐵Ni鎳Ti鈦Zn鋅Pb鉛Sn錫Al鋁抗拉強(qiáng)度伸長(zhǎng)率布氏硬度MPa Kgf/mmYZAlSi12 YL10210.0 13.00.60.60.051.2_0.3_余量22022260YZAlSi10Mg YL1048.0 10.50.30.2 0.50.17 0.301.0_0.30.050.122022270YZAlSi12Cu2 YL10811.0 13.01.02.00.3 0.90.41.01.00.05_1.00.050.0124024190YZAlSi9Cu4 YL1127.5 9.53.04.00.5

6、0.31.20.5_1.20.10.124024185YZAlSi11Cu3 YL1139.612.01.53.50.50.31.20.5_1.00.10.123023180YZAlSi17Cu5Mg YL11716.0 18.04.0 5.00.50.45 0.651.20.10.11.2_220221_備注:上表除有的范圍的元素及鐵為必檢元素外,其余元素在有要求時(shí)抽檢.鋁合金國(guó)內(nèi)外牌號(hào)對(duì)照見(jiàn)(下表)類(lèi)別 中國(guó) 德國(guó) 英國(guó) 日本 美國(guó) 法國(guó) GB DIN BS JIS ASTM NF壓鑄鋁合金鋁硅系YL102GD-AlSi12CuLM6-MLM20-MADC1A413.0A-S13YL104

7、GD-AlSi10Mg_ADC3A360.0A-S9GA-S10G鋁硅銅系YL108_YL112_ADC10383.0_YL113_ADC12384.0_YL117_LM30ADC14B390.0_鋁鎂系YL302GD-AlMg5SiLM5-MADC6-A-G3T鋁鋅系YL401_-_我國(guó)的壓鑄鋁合金目前品種中絕大多數(shù)以Al-Si合金為主,這類(lèi)合金存在強(qiáng)度較底, 切削性能不夠好,螺紋孔加工困難,陽(yáng)極氧化處理不理想.近幾年來(lái)我國(guó)向國(guó)際高強(qiáng)度的Al-Si-CU(JIS:ADC10,ADC12)合金標(biāo)準(zhǔn)靠攏.另一材料:壓鑄鋁合金復(fù)合材料 壓鑄鋁合金復(fù)合材料(Al-MMC)是近10年的產(chǎn)物,目前在世界

8、上使用不普遍,主要成分是在一般的380(ADC10)和360(ADC3)鋁合金基體中加入10%到20%的碳化硅(SiC)而形成.特點(diǎn)是力學(xué)性能很大提高,強(qiáng)度較普通鋁合金提高40%90%,但機(jī)加工性能降低因SiC加入,而采用多晶的硬質(zhì)刀具(DCD)進(jìn)行加工,成本提高34倍,應(yīng)用受到限制. 2.2 鑄造鎂合金因鎂合金的重量是鋁合金的2/3,鐵的1/2;易于壓鑄應(yīng)用越來(lái)越廣泛:在汽車(chē)制造和IT產(chǎn)業(yè)方面得到很大發(fā)展.國(guó)內(nèi)常用的壓鑄鎂合金為ZM系列,最常用牌號(hào)ZM-5，其次為YM5國(guó)外常用的壓鑄鎂合金的化學(xué)成分見(jiàn)附表. 其中:AZ系列是目前應(yīng)用最廣的壓鑄鎂合金,具有均衡的力學(xué)性能、鑄造性能和耐蝕性，其屈

9、服強(qiáng)度最高，一般用于制造形狀復(fù)雜的薄壁壓鑄件；AM系具有優(yōu)良的韌性和塑性，用于經(jīng)受沖擊載荷，安全性要求較高的場(chǎng)合；AS系列具有較好的抗蠕變性能，常用于工作溫度較高的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，新開(kāi)發(fā)的AE42鎂合金也可歸在這一類(lèi)中。 常用國(guó)外壓鑄鎂合金的化學(xué)成分表備注：括號(hào)內(nèi)為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)，括號(hào)外為日本標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)。 合金牌號(hào) Al Zn Mn Si Fe Cu Ni其它雜質(zhì)AZ91A （MDI1A）AZ91B （MDnA）AZ91D （MDI1D）8.59.58.59.58.59.50.450.90.450.90.450.9 0.15 0.15 0.170.200.200.050.0040.080.250.01

10、50.010.010.001 0.30 0.30 0.01AM60A （MD12A）AM60B （MD12B） AM50 AM205.7 6.35.7 6.34.5 5.31.7 2.2 0.20 0.20 0.10 0.10 0.15 0.27 0.27 0.50.200.050.10.10.0040.0040.0040.25 0.008 0.008 0.0080.010.0010.0010.001 0.03 0.01 0.01 0.01AS41A （MD13A） AS41XB AS213.7 4.83.7 4.81.9 2.5 0.10 0.100.150.200.220.480.35 0

11、.6 0.350.601.40.601.40.71.20.0350.040.0150.040.010.0010.002 0.03 0.01 0.01 3.1壓鑄機(jī)類(lèi)型 壓鑄機(jī)按壓室的不同可分為熱壓室和冷壓室；而按壓鑄機(jī)壓力傳遞方式可分為立式、臥式、全立式三種；按壓鑄機(jī)動(dòng)力形態(tài)又可分為手壓、氣壓、液壓、機(jī)械傳遞壓力四種。 壓鑄機(jī) 熱壓室 冷壓室 手壓 氣壓 液壓 機(jī)械傳遞壓力 立式 全立式 臥式3.1.1熱壓室壓鑄機(jī)（簡(jiǎn)稱熱室壓鑄機(jī)） 熱室壓鑄機(jī)特點(diǎn)是把壓室和沖頭浸在保溫熔化坩堝的液態(tài)金屬中來(lái)生產(chǎn)壓鑄件。 熱室壓鑄機(jī)優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，效率高，金屬消耗少，工藝穩(wěn)定，壓入型腔的液態(tài)金屬較干凈，鑄件

12、質(zhì)量好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；缺點(diǎn)是壓室、壓射沖頭長(zhǎng)期浸在液體金屬中影響使用壽命，另外還易增加合金的含鐵量。熱室壓鑄機(jī)目前大多數(shù)用于壓鑄鋅合金等低熔點(diǎn)合金鑄件，但也少量用于鋁合金、鎂合金壓鑄件。3.1.2 冷壓室壓鑄機(jī)（簡(jiǎn)稱冷室壓鑄機(jī)） 冷室壓鑄機(jī)可分為臥式和立式（立式、全立式）兩種，冷室壓鑄機(jī)壓室和熔爐是分開(kāi)的，壓鑄時(shí)從保溫爐中取出液體金屬澆入壓室后壓鑄。（1）臥式冷室壓鑄機(jī)的特點(diǎn)是：設(shè)置有中心和偏心澆道位置；操作程序少，生產(chǎn)效率高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；適于壓鑄有非鐵合金和黑色金屬；采用中心澆道時(shí)模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜；金屬液在壓室內(nèi)與空氣接觸面積大，壓射時(shí)易卷入空氣和氧化夾渣；金屬液進(jìn)入型腔時(shí)轉(zhuǎn)折少，壓力消耗少。

13、（2）立式冷室壓鑄機(jī)的特點(diǎn)是：宜于設(shè)計(jì)中心澆道；壓射機(jī)構(gòu)直立，占地面積小，金屬液進(jìn)入型腔經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)折，壓力消耗較大；切斷余料機(jī)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。（3）全立式冷室壓鑄機(jī)的特點(diǎn)是：模型水平放置，廣泛用于壓鑄電機(jī)轉(zhuǎn)子；類(lèi)零件生產(chǎn)；占地面積?。唤饘僖哼M(jìn)入型腔時(shí)轉(zhuǎn)折少，流程短壓力損耗小。 立式壓鑄機(jī)和臥式壓鑄機(jī)相比較：立式壓鑄機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是壓射前金屬液不可能流入型腔內(nèi)，其缺點(diǎn)是金屬液轉(zhuǎn)90進(jìn)入澆道內(nèi)，壓力損失大。而臥式壓鑄機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是壓力損失小，其缺點(diǎn)是金屬液在壓射前易流入型腔，壓室內(nèi)金屬液面必須低于橫澆道進(jìn)口下沿。3.1.3 壓鑄機(jī)的主要機(jī)構(gòu)壓鑄機(jī)主要由開(kāi)合型機(jī)構(gòu)、壓射機(jī)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的組成。Hot c

14、hamber die castingShort metal flowGood temperaturemanagementLow shot speed, low final pressureHigh maintenance costsShort cycle timeMax. 300 - 500 ton locking forceCold chamber die castingHigh shot speedShort cycle timeLow maintenance costsProcess flexibilityShot curve flexibility Locking force:160

15、- 3200 ton3.2.1 壓鑄模由定、動(dòng)模兩大部分組成 細(xì)分為型腔、澆注系統(tǒng)、溢流、排氣系統(tǒng)、抽芯機(jī)構(gòu)、模架部分、加熱和冷卻系統(tǒng)。3.2.2 模具材料 壓鑄模成型部分零件工作條件最?lèi)毫?，它直接和具有高壓、高溫、高速的金屬液接觸，同時(shí)還受到冷、熱交換的作用。對(duì)零件材料要求高，通常用熱作模型鋼制作。國(guó)內(nèi)外部分壓鑄模目前常用的材料牌號(hào)對(duì)照表壓鑄鋁、鎂合金模具硬度為4348HRC最適宜，為防止粘模，可在淬火處理后進(jìn)行軟氮化處理備注:壓鑄模經(jīng)長(zhǎng)期生產(chǎn)模具的熱應(yīng)力積累會(huì)使模具產(chǎn)生開(kāi)裂,為了減少熱應(yīng)力,模具投產(chǎn)一定時(shí)間后的壓鑄模型腔部位應(yīng)進(jìn)行消除熱應(yīng)力回火處理或采用振動(dòng)除應(yīng)力的方法.回火溫度可取480

16、520C;推薦消除熱應(yīng)力模具模次產(chǎn)量鋁合金第一次5000 10000模次,第二次20000 30000模次,第三次以后每次之間的模次可逐步增加,但不超過(guò)40000模次.中國(guó)美國(guó)日本德國(guó)英國(guó)法國(guó)4Cr5MoV1SiH13SKD61X40CrMoV51BH134Cr5MoVSiH11SKD6X38CrMoV51BH1138CDV8壓鑄工藝的擬定是壓鑄機(jī)、壓鑄模及壓鑄合金三大要素的有機(jī)組合的過(guò)程，是壓力、速度、溫度等相互矛盾的因素的統(tǒng)一過(guò)程。壓鑄流程示意圖鋁錠（廢壓鑄件） 熔化鋁水 澆注 壓射進(jìn)型腔 保壓 開(kāi)模 （抽芯） 頂出 取件 去澆口、溢流和排氣槽 去毛刺和飛邊拋丸 酸洗（噴漆） 機(jī)加工 浸透

17、檢查 超聲波探測(cè)等4.1. 壓鑄材料的熔煉 壓鑄合金熔煉流程示意圖 熔化前的準(zhǔn)備工作 (熔爐、熔煉工具、爐料、溶劑） 裝料 熔化 調(diào)整成分 精練 調(diào)整爐溫 脫氧 澆注合金錠或運(yùn)送保溫爐待用4.1.1熔化設(shè)備壓鑄合金熔爐可分為熔化爐和保溫爐；熔化爐是將固態(tài)合金熔化成熔融合金的熔爐。保溫爐是放在壓鑄機(jī)旁供壓鑄生產(chǎn)時(shí)舀取使用，并將熔融合金保持在規(guī)定的溫度下。壓鑄合金各種元素的燒損率4.1.2 壓鑄工藝壓鑄工藝因素主要有壓力、速度、溫度、時(shí)間。（1）壓力分為壓射力和比壓。（2）速度分為壓射速度和充填速度（3）溫度分為澆注溫度和壓型溫度（4）時(shí)間分為充填時(shí)間、持壓時(shí)間、留型時(shí)間壓鑄新工藝有真空壓鑄、加氧

18、壓鑄、雙沖頭壓鑄、半固態(tài)壓鑄。4.1.3 壓鑄涂料在壓鑄過(guò)程中，對(duì)型腔壁面、型芯表面、模具、壓鑄機(jī)摩擦部分等所噴涂的潤(rùn)滑材料和稀釋劑的混合物通稱為壓鑄涂料合金種類(lèi)元素的燒損率%鋁銅鋅硅鎂錳鉛鋁合金150.51.513110240.22鎂合金2321103510 5.1壓鑄件缺陷分析壓鑄件缺陷可分為五類(lèi),即形狀尺寸問(wèn)題、外觀缺陷、內(nèi)部缺陷、材質(zhì)缺陷及其它問(wèn)題。（1）形狀尺寸問(wèn)題主要有尺寸超差、錯(cuò)型、變形、凸起或凹陷等。（2）外觀缺陷有欠鑄、流痕、冷隔、裂紋、收縮、氣泡、擦傷、網(wǎng)狀毛刺、針孔等。（3）內(nèi)部缺陷有縮孔、氣孔、疏松、及內(nèi)部針孔。（4）材質(zhì)缺陷有硬質(zhì)點(diǎn)、氧化雜質(zhì)、化學(xué)成分不均勻。（5）其它缺陷指理化性不良等。 5.2壓鑄件的生產(chǎn)過(guò)程中的檢驗(yàn)（1）操作者在壓鑄過(guò)程中檢驗(yàn)后有檢驗(yàn)員再檢（肉眼觀察法）（2）除毛刺和飛邊再檢驗(yàn)（肉眼觀察法）（3）在浸透過(guò)程中檢查或用超聲波等其它方法檢查（4）在機(jī)加工過(guò)程中檢查（5）出廠檢查（抽檢）備注：壓鑄產(chǎn)