压力铸造工艺.doc

1、压力铸造工艺一、压铸及特点1. 压 铸 定 义 及 特 点 压 力 铸 造 （ 简 称 压 铸 ） 是 在 压 铸 机 的 压 室 内 ， 浇 入 液 态 或 半 液 态 的 金 属 或 合 金 ， 使它 在 高 压 和 高 速 下 充 填 型 腔 ， 并 且 在 高 压 下 成 型 和 结 晶 而 获 得 铸 件 的 一 种 铸 造 方 法 。由 于 金 属 液 受 到 很 高 比 压 的 作 用 ， 因 而 流 速 很 高 ， 充 型 时 间 极 短 。 高 压 力 和 高 速 度是 压 铸 时 液 体 金 属 充 填 成 型 过 程 的 两 大 特 点 ， 也 是 压 铸 与 其 他 铸

2、 造 方 法 最 根 本 区 别 之 所在 。比 如 压 射 比 压 在 几 兆 帕 至 几 十 兆 帕 范 围 内 ， 甚 至 高 达 500MPa； 充 填 速 度 为 0.5120m/s， 充 型 时 间 很 短 ， 一 般 为 0.01 0.2s， 最 短 只 有 干 分 之 几 秒 。2. 压 铸 的 优 缺 点 优 点 ：1) 产 品 质 量 好 。 由 于 压 铸 型 导 热 快 ， 金 属 冷 却 迅 速 ， 同 时 在 压 力 下 结 晶 ， 铸 件 具 有细 的 晶 粒 组 织 ， 表 面 坚 实 ， 提 高 了 铸 件 的 强 度 和 硬 度 ， 此 外 铸 件 尺 寸

3、稳 定 ， 互 换 性 好 ，可 生 产 出 薄 壁 复 杂 零 件 ；2) 生 产 率 高 ， 压 铸 模 使 用 次 数 多 ；3) 经 济 效 益 良 好 。 压 铸 件 的 加 工 余 量 小 ， 一 般 只 需 精 加 工 和 铰 孔 便 可 使 用 ， 从 而 节省 了 大 量 的 原 材 料 、 加 工 设 备 及 工 时 。缺 点 ：1) 压 铸 型 结 构 复 杂 ， 制 造 费 用 高 ， 准 备 周 期 长 ， 所 以 ， 只 适 用 于 定 型 产 品 的 大 量 生产 ；2) 压 铸 速 度 高 ， 型 腔 中 的 气 体 很 难 完 全 排 出 ， 加 之 金 属

4、型 在 型 中 凝 固 快 ， 实 际 上 不可 能 补 缩 ， 致 使 铸 件 容 易 产 生 细 小 的 气 孔 和 缩 松 ， 铸 件 壁 越 厚 ， 这 种 缺 陷 越 严 重 ， 因 此 ，压 铸 一 般 只 适 合 于 壁 厚 在 6mm 以 下 的 铸 件 ；3) 压 铸 件 的 塑 性 低 ， 不 宜 在 冲 击 载 荷 及 有 震 动 的 情 况 下 工 作 ；4) 另 外 ， 高 熔 点 合 金 压 铸 时 ， 铸 型 寿 命 低 ， 影 响 压 铸 生 产 的 扩 大 应 用 。综 上 所 述 ， 压 力 铸 造 适 用 于 有 色 合 金 ， 小 型 、 薄 壁 、 复

5、 杂 铸 件 的 生 产 ， 考 虑 到 压 铸其 它 技 术 上 的 优 点 ， 铸 件 需 要 量 为 2000-3000 件 时 ， 即 可 考 虑 采 用 压 铸 。3 压 铸 的 应 用 范 围压 铸 是 近 代 金 属 加 工 工 艺 中 发 展 较 快 的 一 种 高 效 率 、 少 无 切 削 的 金 属 成 型 精 密 铸 造方 法 ， 是 一 种 “好 、 快 、 省 ”高 经 济 双 效 益 的 铸 造 方 法 。压 铸 零 件 的 形 状 大 体 可 以 分 为 六 类 ： 1)圆 盘 类 号 盘 座 等 ；2)圆 盖 类 表 盖 、 机 盖 、 底 盘 等 ；3)圆

6、环 类 接 插 件 、 轴 承 保 持 器 、 方 向 盘 等 ；4)筒 体 类 凸 缘 外 套 、 导 管 、 壳 体 形 状 的 罩 壳 盖 、 上 盖 、 仪 表 盖 、 探 控 仪 表 罩 、照 像 机 壳 与 化 油 器 等 ；5)多 孔 缸 体 、 壳 体 类 汽 缸 体 、 汽 缸 盖 及 油 泵 体 等 多 腔 的 结 构 较 为 复 杂 的 壳 体(这 类 零 件 对 机 械 性 能 和 气 密 性 均 有 较 高 的 要 求 ， 材 料 一 般 为 铝 合 金 )。 例 如 汽 车与 摩 托 车 的 汽 缸 体 、 汽 缸 盖 ；6)特 殊 形 状 类 叶 轮 ， 喇 叭

7、、 字 体 由 筋 条 组 成 的 装 饰 性 压 铸 件 等 。二、压铸机简介压 铸 机 是 压 力 铸 造 的 基 本 设 备 。 压 铸 机 共 分 两 大 类 ： 热 室 压 铸 机 和 冷 室 压 铸 机 。(1) 热 室 压 铸 机 热 室 压 铸 机 如 图 2-14 所 示 ， 其 特 点 是 压 室 与 合 金 熔 化 炉 连 成 一体 ， 压 室 浸 在 熔 化 的 液 态 金 属 中 ， 其 压 射 机 构 安 置 在 保 温 坩 埚 上 面 。 当 压 射 冲 头 3 上 升时 ， 金 属 液 1 通 过 进 口 5 进 入 压 室 4 中 ， 随 后 压 射 冲 头

8、下 压 ， 金 属 液 沿 通 道 6 经 喷 嘴 7充 填 压 型 型 腔 8。 冷 凝 后 冲 头 回 升 ， 多 余 金 属 液 回 流 至 压 室 中 ， 然 后 打 开 压 型 取 出 铸 件 。（ 图 2-14 热 室 压 铸 机 原 理 ）热 室 压 铸 机 的 特 点 是 生 产 工 序 简 单 ， 生 产 效 率 高 ， 容 易 实 现 自 动 化 ； 金 属 液 消 耗 少 ，工 艺 稳 定 ， 压 入 型 腔 的 金 属 液 干 净 、 无 氧 化 夹 杂 ， 铸 件 质 量 好 。 但 由 于 压 室 和 冲 头 长 时间 浸 在 金 属 液 中 ， 影 响 使 用 寿

9、 命 。 目 前 ， 大 多 数 用 于 压 铸 锌 合 金 等 低 熔 点 合 金 铸 件 ， 但也 有 用 于 压 铸 镁 铝 铸 件 。(2) 冷 室 压 铸 机 该 机 的 压 室 与 保 温 炉 是 分 开 的 。 压 铸 时 ， 要 从 保 温 炉 中 将 金 属 液倒 入 压 室 后 进 行 压 铸 。 冷 室 压 铸 机 有 立 式 和 卧 室 两 种 。立 式 压 铸 机 压 室 的 中 心 线 是 垂 直 的 。 压 铸 模 与 压 室 的 相 对 位 置 及 压 铸 过 程 如 图 2-15 所 示 。 合 模 后 ， 浇 入 压 室 2 的 金 属 液 3 被 已 封

10、住 喷 嘴 孔 6 的 反 料 冲 头 8 托 住 ， 当 压射 冲 头 向 下 压 到 金 属 液 面 时 ， 反 料 冲 头 开 始 下 降 ， 打 开 喷 嘴 6， 金 属 液 被 压 入 型 腔 。 凝固 后 ， 压 射 冲 头 退 回 ， 反 料 冲 头 上 升 ， 切 断 余 料 9， 并 将 其 顶 出 压 室 ， 余 料 取 走 后 再 降到 原 位 ， 然 后 开 模 取 出 铸 件 。 （ 图 2-15 立 式 冷 室 压 铸 机 原 理 ）卧 室 压 铸 机 压 室 的 中 心 线 是 水 平 的 。 压 铸 模 与 压 室 的 相 对 位 置 及 压 铸 过 程 如 图

11、 2-16 所 示 。 合 模 后 ， 金 属 液 浇 入 压 室 2， 压 射 冲 头 1 向 前 推 进 ， 将 金 属 液 经 浇 道 压 入 型 腔6， 开 模 时 ， 余 料 借 助 压 射 冲 头 前 伸 的 动 作 离 开 压 室 ， 同 铸 件 一 起 取 出 。 （ 图 2-16 卧式 冷 室 压 铸 机 原 理 图 ）两 种 压 铸 机 相 比 较 ， 在 结 构 上 仅 仅 压 射 机 构 不 同 ， 立 式 压 铸 机 有 切 断 、 顶 出 余 料 的下 油 缸 ， 因 结 构 比 较 复 杂 ， 故 增 加 了 维 修 的 困 难 。 卧 室 压 铸 机 压 室 简

12、 单 ， 维 修 方 便 。 在工 艺 上 ， 立 式 压 铸 机 压 室 内 空 气 不 会 随 金 属 液 进 入 型 腔 ， 便 于 开 设 中 心 浇 口 ， 但 由 于 浇口 过 长 ， 金 属 耗 量 大 ， 充 填 过 程 中 能 量 损 失 也 较 大 。 卧 式 压 铸 机 金 属 液 进 入 型 腔 的 流 程短 ， 压 力 损 失 小 ， 有 利 于 传 递 最 终 压 力 ， 便 于 提 高 比 压 ， 故 使 用 较 广 。 冷 室 压 铸 机 多 用液 压 驱 动 ， 压 力 较 高 ， 适 用 于 熔 点 较 高 的 合 金 。 目 前 ， 生 产 中 采 用 冷

13、 室 压 铸 机 较 多 。三、压铸过程原理压 铸 过 程 是 利 用 高 压 力 、 高 速 度 ， 迫 使 浇 入 压 铸 机 压 室 内 的 熔 融 或 半 熔 融 状 态 金 属在 极 短 的 时 间 内 充 满 压 铸 模 的 型 腔 。压 铸 过 程 有 三 种 主 要 现 象 ： 其 一 压 入 ， 其 二 熔 融 合 金 液 流 动 ， 其 三 冷 却 凝 固 。完 成 压 铸 过 程 有 三 大 要 素 ： 一 是 熔 融 或 半 熔 融 状 态 金 属 ： 二 是 压 铸 模 ： 三 是 压 铸 机 。压 铸 压 力 、 压 铸 速 度 是 压 铸 过 程 主 要 的 工

14、艺 参 数 。1 压 铸 压 力压 铸 压 力 般 用 压 射 力 ， 比 压 表 示 。 压 射 力 是 由 压 铸 机 的 规 格 所 定 。 它 是 压 铸 机 的压 射 机 构 推 动 压 射 冲 头 的 力 ：Pr=PG D2/4压 射 比 压 ：Pb = Pr / F = 4 P r/ d2四 个 阶 段 ：慢 速 封 孔 ； 充 填 ； 增 压 ； 保 压2。 压 铸 速 度压 铸 速 度 有 压 射 速 度 和 充 填 速 度 两 个 不 同 的 概 念 。压 射 速 度 ： 压 铸 时 压 射 缸 内 液 压 推 动 压 射 冲 头 前 进 的 速 度 ；充 填 速 度 ：

15、熔 融 合 金 在 压 力 作 用 下 ， 通 过 内 浇 口 导 入 型 腔 的 线 速 度 。其 中 充 填 速 度 的 主 要 作 用 有 ： 将 熔 融 合 金 在 凝 固 之 前 迅 速 输 入 型 腔 ， 是 获 得 轮 廓 清晰 、 表 面 光 洁 的 铸 件 重 要 因 素 ； 为 了 得 到 高 的 流 体 动 压 力 。充 填 速 度 的 选 择 可 根 据 合 金 的 性 能 及 铸 件 结 构 的 特 点 ， 充 填 速 度 与 压 射 比 压 、 压 射速 度 及 内 浇 口 截 面 积 等 因 素 有 关 。由 于 压 铸 特 点 是 速 度 快 ， 当 充 填 速

16、 度 较 高 时 ， 即 使 用 较 低 的 比 压 也 可 以 获 得 表 面 光洁 的 铸 件 。过 高 的 充 填 速 度 会 引 起 许 多 工 艺 上 的 缺 点 ， 造 成 压 铸 过 程 的 不 利 条 件 ：(1) 包 住 空 气 而 形 成 气 泡 。 因 为 高 速 度 合 金 液 流 可 能 堵 住 排 气 系 统 ， 使 空 气 被包 在 型 腔 内 ， 同 时 快 速 冷 却 液 可 能 使 得 熔 体 内 溶 解 的 气 体 不 能 有 效 析 出 ；(2) 合 金 液 流 成 喷 雾 状 进 入 型 腔 并 粘 附 于 型 壁 上 ， 后 进 入 的 合 金 液

17、不 能 与 它 熔合 ， 而 形 成 表 面 缺 陷 ， 降 低 铸 件 表 面 质 量 ；(3) 产 生 旋 涡 ， 包 住 空 气 和 最 先 进 入 型 腔 的 冷 合 金 ， 使 铸 件 产 生 气 孔 和 氧 化 夹杂 的 缺 陷 ；(4) 冲 刷 压 铸 模 型 壁 ， 使 压 铸 模 磨 损 加 速 ， 减 少 压 铸 模 寿 命 。 充 填 速 度 与 压 射 速 度 、 作 用 于 熔 融 合 金 上 的 压 射 比 压 以 及 合 金 液 本 身 的 密 度 、 压 室内 径 和 内 浇 口 截 面 积 等 有 关 。 压 射 速 度 越 大 ， 则 充 填 速 度 越 大

18、 ， 合 金 液 上 的 压 射 比 压 越大 ， 充 填 速 度 也 越 大 。 可 通 过 调 整 变 化 压 射 速 度 和 压 射 比 压 、 改 变 压 室 的 内 径 和 增 大 内浇 口 截 面 积 (厚 度 )等 来 改 变 充 填 速 度 。四、压铸件设计压 铸 件 设 计 是 压 铸 生 产 技 术 中 十 分 重 要 的 工 作 环 节 ， 压 铸 件 设 计 的 合 理 程 度 和 工 艺适 应 性 直 接 影 响 到 ： 分 型 面 的 选 择 ， 浇 口 的 开 设 ； 顶 出 的 布 置 ； 收 缩 规 律 ； 精 度 的 保 证 ；缺 陷 的 部 位 以 及 生

19、 产 效 率 等 。 压 铸 件 结 构 工 艺 特 定 要 求 如 下 ： 消 除 内 部 侧 凹 ， 便 于 抽 芯 。 改 进 壁 厚 ， 消 除 缩 孔 、 气 孔 ； 改 善 结 构 ， 消 除 不 易 压 出 的 侧 凹 ； 利 用 筋 ， 防 止 变 形 ； 改 善 结 构 ， 消 除 尖 角 或 棱 角 ； 改 善 结 构 ， 便 于 抽 芯 、 简 化 压 铸 模 制 造 ； 消 除 深 陷 ， 使 铸 件 易 脱 模 ； 改 进 结 构 ， 避 免 型 芯 交 叉 等 特 定 要 求 。五、压铸合金及其选择对 压 铸 合 金 的 要 求 ： 高 温 下 有 足 够 的 强

20、度 和 可 塑 性 ， 无 热 脆 性 (或 热 脆 性 小 )； 尽 可 能 小 的 收 缩 ； 结 晶 温 度 范 围 小 ； 在 过 热 温 度 不 高 时 有 足 够 的 流 动 性 。选 择 压 铸 合 金 考 虑 的 因 素 有 ：（ 1） 压 铸 件 的 受 力 状 态 ， 这 是 选 择 合 金 主 要 依 据 ；(2) 压 铸 件 工 作 环 境 状 态 ； 工 作 温 度 ： 高 温 和 低 温 要 求 ， 接 触 的 介 质 ： 如 潮 湿 大 气 、 海 水 ； 密 闭 性 要 求 ： 气 压 、 液 压 密 闭 性 。(3)压 铸 件 在 整 机 或 部 件 中 所

21、处 的 工 作 条 件 ；(4)对 压 铸 件 的 尺 寸 和 重 量 所 提 出 的 要 求 ；(5)生 产 条 件 ： 熔 化 设 备 、 压 铸 机 、 工 艺 装 置 及 材 料 等 ；(6)经 济 性 。六、压铸型在 压 铸 生 产 中 ， 压 铸 型 (简 称 压 模 或 压 型 )是 最 重 要 的 工 艺 装 备 。从 结 构 上 讲 ， 完 整 的 压 铸 型 由 以 下 几 部 分 组 成 （ 图 2-17 是 压 铸 型 结 构 的 实 例 。 ） ： 静 型 部 分 ： 固 定 于 压 铸 机 压 室 一 方 的 静 型 安 装 板 上 ， 是 金 属 液 开 始 进

22、入 铸 型 的 部分 ， 也 是 压 铸 型 型 腔 的 组 成 部 分 ， 其 上 有 直 浇 道 直 接 与 压 铸 机 的 喷 嘴 或 压 室 联 接 ； 动 型 部 分 ： 固 定 于 压 铸 机 的 动 型 安 装 板 上 ， 随 动 型 安 装 板 向 左 、 向 右 移 动 ， 与 静型 部 分 分 开 和 合 拢 ， 一 般 抽 芯 机 构 和 铸 件 顶 出 机 构 设 置 在 这 部 分 内 ， 是 压 铸 型 型 腔 的 组成 部 分 ； 成 型 部 分 ： 是 构 成 铸 件 几 何 形 状 的 部 分 。 构 成 铸 件 外 形 的 部 分 称 为 型 腔 ， 构 成

23、 铸件 内 部 形 状 的 部 分 称 为 型 芯 ； 浇 注 系 统 ： 连 接 成 形 部 分 与 压 室 ， 引 导 金 属 液 按 一 定 方 向 进 入 铸 型 的 成 型 部 分 ，包 括 直 浇 道 、 横 浇 道 和 内 浇 口 ； 抽 芯 机 构 ： 构 成 复 杂 铸 件 的 侧 凹 和 孔 ， 采 用 活 动 型 芯 ， 依 靠 抽 芯 机 构 在 顶 出 铸 件之 前 完 成 抽 芯 动 作 ； 顶 出 机 构 ： 铸 件 成 型 后 ， 待 动 、 静 型 分 开 ， 把 铸 件 从 铸 型 中 ， 这 套 机 构 一 般 均 设在 动 型 部 分 ； 排 气 部 分

24、 ； 加 热 、 冷 却 部 分 ： 为 了 平 衡 铸 型 温 度 ， 不 致 使 铸 型 温 度 有 急 剧 的 变 化 ， 从 而 影 响铸 件 质 量 ， 很 多 场 合 下 ， 压 铸 型 有 必 要 安 装 加 热 或 冷 却 装 置 ； 其 它 ： 压 铸 型 内 还 需 设 有 定 位 、 导 向 、 紧 固 等 元 件 。七、压铸件缺陷压 铸 件 的 缺 陷 多 种 多 样 ， 一 般 分 为 表 面 缺 陷 、 表 面 损 伤 、 内 部 缺 陷 、 裂 纹 、 几 何 形状 与 图 样 不 符 、 材 料 性 能 与 要 求 不 符 、 杂 质 等 。表 面 缺 陷 包

25、括 流 痕 及 花 纹 、 网 状 毛 翅 、 冷 隔 、 缩 陷 、 印 痕 、 铁 豆 等 ； 表 面 损 伤 包 括机 械 拉 伤 、 粘 模 拉 伤 和 碰 伤 ；内 部 缺 陷 包 括 气 孔 、 气 泡 、 缩 孔 缩 松 ；几 何 形 状 与 图 样 不 符 一 般 指 欠 铸 及 轮 廓 不 清 晰 、 变 形 、 飞 翅 、 多 肉 或 带 肉 、 错 边 或错 扣 、 型 芯 偏 位 ；材 料 性 能 与 要 求 不 符 一 般 指 化 学 成 分 和 力 学 性 能 不 符 合 要 求 ； 杂 质 缺 陷 指 夹 渣 和 硬点 。虽 然 压 铸 件 缺 陷 多 种 多 样 ， 但 仔 细 分 析 ， 就 知 道 它 们 都 与 压 铸 工 艺 参 数 的 选 择 、 压铸 型 的 设 计 及 人 员 操 作 有 关 。 比 如 ， 对 于 流 痕 及 花 纹 缺 陷 ， 有 可 能 是 模 温 过 低 、 比 压 偏低 、 内 浇 道 面 积 过 小 等 原 因 产 生 ， 当 然 ， 解 决 办 法 就 是 提 高 模 温 、 调 整 内 浇 道 截 面 积 或者 调 整 压 射 速 度 及 压 力 。