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1、壓力鑄造工藝 、壓鑄及特點(diǎn) 1. 壓鑄定義及特點(diǎn) 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(shí)間極短。高壓力和高速度 是壓鑄時(shí)液體金屬充填成型過程的兩大特點(diǎn)，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(shí)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(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 1） 產(chǎn)品質(zhì)量好。由于壓

2、鑄型導(dǎo)熱快，金屬冷卻迅速，同時(shí)在壓力下結(jié)晶，鑄件具有 細(xì)的晶粒組織，表面堅(jiān)實(shí)，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(shí)。 缺點(diǎn)： 1） 壓鑄型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)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(shí)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

3、下的鑄件； 3） 壓鑄件的塑性低，不宜在沖擊載荷及有震動(dòng)的情況下工作; 4） 另外，高熔點(diǎn)合金壓鑄時(shí)，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(diǎn)，鑄件需要量為 2000-3000件時(shí)，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

4、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(diǎn)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

5、面。當(dāng)壓射沖頭 3上升 時(shí)，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(diǎn)是生產(chǎn)工序簡單，生產(chǎn)效率高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí) 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(diǎn)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(shí)，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

6、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(shí)，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(shí)，余料借助壓射

7、沖頭前伸的動(dòng)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(huì)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(dòng)，壓力較高，適用于熔點(diǎn)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，

8、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(shí)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(dòng)，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(dòng)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(gè)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(gè)不

9、同的概念。 壓射速度：壓鑄時(shí)壓射缸內(nèi)液壓推動(dòng)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(dòng)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(diǎn)，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(diǎn)是速度快，當(dāng)充填速度較高時(shí)，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(huì)引起許多工藝上的缺點(diǎn)，造成壓鑄過程的不利條件： (1) 包住空氣而形成氣泡。因?yàn)楦咚俣群辖鹨毫骺赡芏伦∨艢庀到y(tǒng)，使空氣被

10、包在型腔內(nèi)，同時(shí)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。可通過調(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

11、度。 四、 壓鑄件設(shè)計(jì) 壓鑄件設(shè)計(jì)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(jì)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： ① 消除內(nèi)部側(cè)凹，便于抽芯。 ② 改進(jìn)壁厚，消除縮孔、氣孔； ③ 改善結(jié)構(gòu)，消除不易壓出的側(cè)凹； ④ 利用筋，防止變形； ⑤ 改善結(jié)構(gòu)，消除尖角或棱角； ⑥ 改善結(jié)構(gòu)，便于抽芯、簡化壓鑄模制造； ⑦ 消除深陷，使鑄件易脫模； ⑧ 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： ① 高溫下有足夠的強(qiáng)度和可塑性

12、，無熱脆性 (或熱脆性小)； ② 盡可能小的收縮； ③ 結(jié)晶溫度范圍??； ④ 在過熱溫度不高時(shí)有足夠的流動(dòng)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)； ① 工作溫度：高溫和低溫要求， ② 接觸的介質(zhì)：如潮濕大氣、海水； ③ 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)

13、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(shí)例。） ① 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； ② 動(dòng)型部分：固定于壓鑄機(jī)的動(dòng)型安裝板上，隨動(dòng)型安裝板向左、向右移動(dòng)，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； ③ 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； ④ 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

14、； ⑤ 抽芯機(jī)構(gòu)：構(gòu)成復(fù)雜鑄件的側(cè)凹和孔，采用活動(dòng)型芯，依靠抽芯機(jī)構(gòu)在頂出鑄件 之前完成抽芯動(dòng)作； ⑥ 頂出機(jī)構(gòu)：鑄件成型后，待動(dòng)、靜型分開，把鑄件從鑄型中，這套機(jī)構(gòu)一般均設(shè) 在動(dòng)型部分； ⑦ 排氣部分； ⑧ 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； ⑨ 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(cuò)邊或 錯(cuò)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(diǎn)。 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(jì)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。