《金屬壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)》第1章：概述

1、（時(shí)間：1次課，2學(xué)時(shí)）n壓力鑄造簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄，屬鑄造工藝的范疇，壓力鑄造簡(jiǎn)稱(chēng)壓鑄，屬鑄造工藝的范疇，是特種鑄造中的一種。通常將砂型鑄造以是特種鑄造中的一種。通常將砂型鑄造以外的鑄造方法統(tǒng)稱(chēng)為外的鑄造方法統(tǒng)稱(chēng)為“特種鑄造特種鑄造”，常用，常用的特種鑄造方法有近十種之多，而壓鑄是的特種鑄造方法有近十種之多，而壓鑄是其中應(yīng)用很廣的方法之一。其中應(yīng)用很廣的方法之一。 n1.1 鑄造工藝與壓力鑄造鑄造工藝與壓力鑄造 n1.2 壓鑄原理與金屬充填理論壓鑄原理與金屬充填理論 n1.3 壓鑄工藝特點(diǎn)及其應(yīng)用和發(fā)展壓鑄工藝特點(diǎn)及其應(yīng)用和發(fā)展 n在金屬成型工藝發(fā)展過(guò)程中，鑄造是歷史最為悠久的一種工藝。將金屬液澆入在

2、金屬成型工藝發(fā)展過(guò)程中，鑄造是歷史最為悠久的一種工藝。將金屬液澆入鑄型內(nèi)待其凝固冷卻后獲得鑄件，稱(chēng)為重力鑄造。鑄型根據(jù)材料不同有泥型、鑄型內(nèi)待其凝固冷卻后獲得鑄件，稱(chēng)為重力鑄造。鑄型根據(jù)材料不同有泥型、砂型、金屬型、失蠟型等。我國(guó)早在三千多年以前就用泥范砂型、金屬型、失蠟型等。我國(guó)早在三千多年以前就用泥范(泥型泥型)來(lái)澆注各種來(lái)澆注各種鑄件了。鑄件了。n根據(jù)文獻(xiàn)記載和實(shí)物考察研究，鑄造技術(shù)的發(fā)展可分為兩大階段，前階段以青根據(jù)文獻(xiàn)記載和實(shí)物考察研究，鑄造技術(shù)的發(fā)展可分為兩大階段，前階段以青銅鑄造技術(shù)為主，后階段以鑄鐵技術(shù)為主。大約五千年以前，人們就用鑄型澆銅鑄造技術(shù)為主，后階段以鑄鐵技術(shù)為主。大

3、約五千年以前，人們就用鑄型澆出形狀簡(jiǎn)單的銅件，到中世紀(jì)末，裝飾青銅和錫基鑄件開(kāi)始用于歐洲的教堂和出形狀簡(jiǎn)單的銅件，到中世紀(jì)末，裝飾青銅和錫基鑄件開(kāi)始用于歐洲的教堂和家庭生活。我國(guó)在商周時(shí)代，青銅技術(shù)達(dá)到了成熟期。河南安陽(yáng)出土的殷朝祭家庭生活。我國(guó)在商周時(shí)代，青銅技術(shù)達(dá)到了成熟期。河南安陽(yáng)出土的殷朝祭器司母戊鼎重達(dá)器司母戊鼎重達(dá)700多公斤，長(zhǎng)高都超過(guò)一米，四周飾有精美的蟠龍紋及饕餮多公斤，長(zhǎng)高都超過(guò)一米，四周飾有精美的蟠龍紋及饕餮紋。湖北隋縣出土的一大批青銅器，種類(lèi)繁多，紋飾細(xì)致精美。其中六十四件紋。湖北隋縣出土的一大批青銅器，種類(lèi)繁多，紋飾細(xì)致精美。其中六十四件編鐘鑄造精巧、音律準(zhǔn)確、音色優(yōu)

4、美。這些充分證明殷商時(shí)期銅合金的冶煉和編鐘鑄造精巧、音律準(zhǔn)確、音色優(yōu)美。這些充分證明殷商時(shí)期銅合金的冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到了很高的水平。鑄造技術(shù)已達(dá)到了很高的水平。n我國(guó)在公元前六世紀(jì)就發(fā)明了生鐵冶鑄技術(shù)，比歐洲早一千八百多年。隋唐以我國(guó)在公元前六世紀(jì)就發(fā)明了生鐵冶鑄技術(shù)，比歐洲早一千八百多年。隋唐以后，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展鑄造技術(shù)有了很大的進(jìn)步。公元后，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展鑄造技術(shù)有了很大的進(jìn)步。公元974年鑄造的河北滄年鑄造的河北滄州大鐵獅高州大鐵獅高6.1 m，長(zhǎng)，長(zhǎng)5.5 m，重達(dá)，重達(dá)50 t。明朝永樂(lè)年間鑄造的永樂(lè)青銅大鐘重。明朝永樂(lè)年間鑄造的永樂(lè)青銅大鐘重達(dá)達(dá)40 t，鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文

5、十余萬(wàn)字。，鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文十余萬(wàn)字。n我國(guó)古代鑄造技術(shù)成就輝煌，但在近百年來(lái)卻大大落后于西方先進(jìn)工業(yè)國(guó)家，有許多技術(shù)甚至都失傳我國(guó)古代鑄造技術(shù)成就輝煌，但在近百年來(lái)卻大大落后于西方先進(jìn)工業(yè)國(guó)家，有許多技術(shù)甚至都失傳了。到新中國(guó)成立之后，鑄造技術(shù)又呈現(xiàn)出蓬勃的生機(jī)。南京晨光機(jī)器廠(chǎng)于了。到新中國(guó)成立之后，鑄造技術(shù)又呈現(xiàn)出蓬勃的生機(jī)。南京晨光機(jī)器廠(chǎng)于1989年為香港的年為香港的“天壇天壇”鑄造了一尊青銅大佛，又在鑄造了一尊青銅大佛，又在1994年鑄造出年鑄造出“泰國(guó)第一佛泰國(guó)第一佛”釋迦牟尼坐像和蓮花的部分，總高釋迦牟尼坐像和蓮花的部分，總高22 m，重重40 t。n社會(huì)需要是促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主

6、要原因。當(dāng)一種生產(chǎn)工藝不能滿(mǎn)足社會(huì)需要時(shí)，就會(huì)有新的更好的社會(huì)需要是促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要原因。當(dāng)一種生產(chǎn)工藝不能滿(mǎn)足社會(huì)需要時(shí)，就會(huì)有新的更好的工藝產(chǎn)生，壓鑄技術(shù)的出現(xiàn)就是如此。壓鑄最早用來(lái)鑄造印刷用的鉛字，當(dāng)時(shí)需要生產(chǎn)大量清晰光潔工藝產(chǎn)生，壓鑄技術(shù)的出現(xiàn)就是如此。壓鑄最早用來(lái)鑄造印刷用的鉛字，當(dāng)時(shí)需要生產(chǎn)大量清晰光潔以及可互換的鑄造鉛字，壓鑄法隨之產(chǎn)生。以及可互換的鑄造鉛字，壓鑄法隨之產(chǎn)生。1885年奧默根瑟勒年奧默根瑟勒(Mergenthaler)發(fā)明了鉛字壓鑄機(jī)。發(fā)明了鉛字壓鑄機(jī)。最初壓鑄的合金是低熔點(diǎn)的鉛和錫合金。隨著對(duì)壓鑄件需求量的增加，要求采用壓鑄法生產(chǎn)熔點(diǎn)和強(qiáng)最初壓鑄的合金是低

7、熔點(diǎn)的鉛和錫合金。隨著對(duì)壓鑄件需求量的增加，要求采用壓鑄法生產(chǎn)熔點(diǎn)和強(qiáng)度都更高的合金零件，這樣，相應(yīng)的壓鑄技術(shù)、壓鑄模具和壓鑄設(shè)備就不斷地改進(jìn)發(fā)展。度都更高的合金零件，這樣，相應(yīng)的壓鑄技術(shù)、壓鑄模具和壓鑄設(shè)備就不斷地改進(jìn)發(fā)展。1905年多勒年多勒(Doehler)研究成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機(jī)，壓鑄鋅、錫、鉛合金鑄件。研究成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機(jī)，壓鑄鋅、錫、鉛合金鑄件。1907年瓦格納年瓦格納(Wagner)首首先制成氣動(dòng)活塞壓鑄機(jī)，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件。先制成氣動(dòng)活塞壓鑄機(jī)，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件。1927年捷克工程師約瑟夫年捷克工程師約瑟夫 波拉克波拉克(Joset Polak)設(shè)設(shè)計(jì)了冷壓室壓

8、鑄機(jī)，克服了熱壓室壓鑄機(jī)的不足之處，從而使壓鑄生產(chǎn)技術(shù)前進(jìn)了一大步，鋁、鎂、計(jì)了冷壓室壓鑄機(jī)，克服了熱壓室壓鑄機(jī)的不足之處，從而使壓鑄生產(chǎn)技術(shù)前進(jìn)了一大步，鋁、鎂、銅等合金零件開(kāi)始廣泛采用壓鑄工藝進(jìn)行生產(chǎn)。壓鑄生產(chǎn)是所有鑄造工藝中生產(chǎn)速度最快的一種，也銅等合金零件開(kāi)始廣泛采用壓鑄工藝進(jìn)行生產(chǎn)。壓鑄生產(chǎn)是所有鑄造工藝中生產(chǎn)速度最快的一種，也是最富有競(jìng)爭(zhēng)力的工藝之一，使得它在短短的是最富有競(jìng)爭(zhēng)力的工藝之一，使得它在短短的160多年的時(shí)間內(nèi)發(fā)展成為航空航天、交通運(yùn)輸、儀器多年的時(shí)間內(nèi)發(fā)展成為航空航天、交通運(yùn)輸、儀器儀表、通信等領(lǐng)域內(nèi)有色金屬鑄件的主要生產(chǎn)工藝。儀表、通信等領(lǐng)域內(nèi)有色金屬鑄件的主要生產(chǎn)

9、工藝。n20世紀(jì)世紀(jì)60年代至年代至70年代是壓鑄工藝與設(shè)備逐步完善的時(shí)期。而年代是壓鑄工藝與設(shè)備逐步完善的時(shí)期。而70年代到現(xiàn)在，則是電子技術(shù)和計(jì)算年代到現(xiàn)在，則是電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)加速用于壓鑄工藝與設(shè)備的大發(fā)展階段。數(shù)控壓鑄機(jī)、計(jì)算機(jī)控制壓鑄柔性單元及系統(tǒng)機(jī)技術(shù)加速用于壓鑄工藝與設(shè)備的大發(fā)展階段。數(shù)控壓鑄機(jī)、計(jì)算機(jī)控制壓鑄柔性單元及系統(tǒng)(壓鑄壓鑄FMC及及FMS)和壓鑄工藝與設(shè)備計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和壓鑄工藝與設(shè)備計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的出現(xiàn)，標(biāo)志著壓鑄生產(chǎn)開(kāi)始從經(jīng)驗(yàn)操作轉(zhuǎn)變到的出現(xiàn)，標(biāo)志著壓鑄生產(chǎn)開(kāi)始從經(jīng)驗(yàn)操作轉(zhuǎn)變到科學(xué)控制新階段，從而使壓鑄件的質(zhì)量、自動(dòng)化程度及勞動(dòng)生產(chǎn)率都得到極大的提高

10、?？茖W(xué)控制新階段，從而使壓鑄件的質(zhì)量、自動(dòng)化程度及勞動(dòng)生產(chǎn)率都得到極大的提高。n各種常用鑄造方法適用范圍及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表各種常用鑄造方法適用范圍及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1.1。 u1.2.1 壓鑄原理壓鑄原理 u1.2.2 金屬充填理論金屬充填理論 n高壓和高速是壓鑄時(shí)金屬液充填成型過(guò)程中高壓和高速是壓鑄時(shí)金屬液充填成型過(guò)程中的兩大特點(diǎn)，也是壓鑄與其他鑄造方法最根的兩大特點(diǎn)，也是壓鑄與其他鑄造方法最根本的區(qū)別所在。本的區(qū)別所在。 n壓鑄是將液態(tài)或半固態(tài)金屬澆入壓鑄機(jī)的壓室中，金屬液在運(yùn)動(dòng)的壓射壓鑄是將液態(tài)或半固態(tài)金屬澆入壓鑄機(jī)的壓室中，金屬液在運(yùn)動(dòng)的壓射沖頭作用下，以極快的速度充填型腔，并在壓力的

11、作用下結(jié)晶凝固而獲沖頭作用下，以極快的速度充填型腔，并在壓力的作用下結(jié)晶凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。壓鑄時(shí)作用在金屬液上的壓射比壓從幾兆帕至得鑄件的一種鑄造方法。壓鑄時(shí)作用在金屬液上的壓射比壓從幾兆帕至幾十兆帕不等，有時(shí)甚至高達(dá)幾十兆帕不等，有時(shí)甚至高達(dá)500兆帕。金屬液充填型腔時(shí)，澆口處的兆帕。金屬液充填型腔時(shí)，澆口處的線(xiàn)速度達(dá)線(xiàn)速度達(dá)0.570 m/s。充填的時(shí)間極短，一般為。充填的時(shí)間極短，一般為0.010.03 s。壓。壓鑄生產(chǎn)過(guò)程如圖鑄生產(chǎn)過(guò)程如圖1.1所示。所示。n壓鑄過(guò)程是由壓鑄機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，壓鑄機(jī)分熱壓室壓鑄機(jī)和冷壓室壓鑄機(jī)壓鑄過(guò)程是由壓鑄機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，壓鑄機(jī)分熱壓室壓鑄機(jī)和冷壓

12、室壓鑄機(jī)兩大類(lèi)。兩大類(lèi)。n1. 熱壓室壓鑄機(jī)工作的基本原理n熱壓室壓鑄機(jī)的壓室通常浸沒(méi)在坩堝的金屬液中，如圖熱壓室壓鑄機(jī)的壓室通常浸沒(méi)在坩堝的金屬液中，如圖1.2所示。壓鑄所示。壓鑄過(guò)程中，金屬液在壓射沖頭上升時(shí)通過(guò)進(jìn)口進(jìn)入壓室；壓射沖頭下壓時(shí)，過(guò)程中，金屬液在壓射沖頭上升時(shí)通過(guò)進(jìn)口進(jìn)入壓室；壓射沖頭下壓時(shí)，金屬液沿著通道經(jīng)噴嘴充填壓鑄模型腔，待金屬液冷卻凝固成型后，壓金屬液沿著通道經(jīng)噴嘴充填壓鑄模型腔，待金屬液冷卻凝固成型后，壓射沖頭上升，此時(shí)開(kāi)模取出鑄件，完成一個(gè)壓鑄循環(huán)。射沖頭上升，此時(shí)開(kāi)模取出鑄件，完成一個(gè)壓鑄循環(huán)。n2. 冷壓室壓鑄機(jī)工作的基本原理n冷壓室壓鑄機(jī)的壓室與保溫坩堝是分開(kāi)

13、的，壓鑄時(shí)由人工用料勺從保溫坩堝內(nèi)舀取金屬液冷壓室壓鑄機(jī)的壓室與保溫坩堝是分開(kāi)的，壓鑄時(shí)由人工用料勺從保溫坩堝內(nèi)舀取金屬液澆入壓室后再進(jìn)行壓鑄。根據(jù)壓鑄模與壓室的相對(duì)位置不同，冷壓室壓鑄機(jī)又可分為立式、澆入壓室后再進(jìn)行壓鑄。根據(jù)壓鑄模與壓室的相對(duì)位置不同，冷壓室壓鑄機(jī)又可分為立式、臥式、全立式三種。臥式、全立式三種。n(1)立式冷壓室壓鑄機(jī)的基本原理。壓室與壓射機(jī)構(gòu)處于垂直位置，壓鑄過(guò)程如圖立式冷壓室壓鑄機(jī)的基本原理。壓室與壓射機(jī)構(gòu)處于垂直位置，壓鑄過(guò)程如圖1.3所示。澆入壓室中的金屬液被反料沖頭托住，以防止金屬液流入型腔。當(dāng)壓射沖頭下壓快所示。澆入壓室中的金屬液被反料沖頭托住，以防止金屬液流

14、入型腔。當(dāng)壓射沖頭下壓快要接觸金屬液面時(shí)，反料沖頭突然下降讓出噴嘴入口，金屬液在壓射沖頭的作用下充填型要接觸金屬液面時(shí)，反料沖頭突然下降讓出噴嘴入口，金屬液在壓射沖頭的作用下充填型腔并使壓鑄件在壓力下冷卻凝固。壓射沖頭在完成金屬液充填型腔并保壓后返回。反料沖腔并使壓鑄件在壓力下冷卻凝固。壓射沖頭在完成金屬液充填型腔并保壓后返回。反料沖頭上升切斷余料并將其推至壓室的上沿，以便去除余料。最后反料沖頭返回，動(dòng)定模分開(kāi)，頭上升切斷余料并將其推至壓室的上沿，以便去除余料。最后反料沖頭返回，動(dòng)定模分開(kāi)，取出壓鑄件，完成一個(gè)壓鑄循環(huán)。取出壓鑄件，完成一個(gè)壓鑄循環(huán)。n(2)臥式冷壓室壓鑄機(jī)的基本原理。壓室與壓

15、射機(jī)構(gòu)處于水平位置，壓鑄過(guò)程如圖臥式冷壓室壓鑄機(jī)的基本原理。壓室與壓射機(jī)構(gòu)處于水平位置，壓鑄過(guò)程如圖1.4所示。壓鑄過(guò)程中，金屬液從加料口澆入壓室，壓射沖頭向前運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)金屬液使之經(jīng)澆所示。壓鑄過(guò)程中，金屬液從加料口澆入壓室，壓射沖頭向前運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)金屬液使之經(jīng)澆道充填模具型腔。金屬液在壓力下冷卻凝固，然后開(kāi)模，取出帶著澆注系統(tǒng)和余料的壓鑄道充填模具型腔。金屬液在壓力下冷卻凝固，然后開(kāi)模，取出帶著澆注系統(tǒng)和余料的壓鑄件，完成一個(gè)壓鑄循環(huán)。件，完成一個(gè)壓鑄循環(huán)。n(3)全立式冷壓室壓鑄機(jī)的基本原理。全立式冷壓室壓鑄機(jī)的合模機(jī)構(gòu)和壓射機(jī)構(gòu)垂直全立式冷壓室壓鑄機(jī)的基本原理。全立式冷壓室壓鑄機(jī)的合模機(jī)構(gòu)

16、和壓射機(jī)構(gòu)垂直布置。它又分上壓式和下壓式兩種。上壓式壓鑄原理如圖布置。它又分上壓式和下壓式兩種。上壓式壓鑄原理如圖1.5(a)所示。壓鑄過(guò)程是先加料所示。壓鑄過(guò)程是先加料后合模，然后壓射沖頭由下向上運(yùn)動(dòng)將金屬液通過(guò)澆注系統(tǒng)壓入型腔。下壓式壓鑄原理如后合模，然后壓射沖頭由下向上運(yùn)動(dòng)將金屬液通過(guò)澆注系統(tǒng)壓入型腔。下壓式壓鑄原理如圖圖1.5(b)所示。合模后，將金屬液澆入壓室中，依靠下沖頭底部彈簧彈力，由下沖頭托住所示。合模后，將金屬液澆入壓室中，依靠下沖頭底部彈簧彈力，由下沖頭托住金屬液，防止其在重力的作用下流入型腔。當(dāng)上沖頭下壓時(shí)，通過(guò)金屬液推動(dòng)下沖頭，下金屬液，防止其在重力的作用下流入型腔。當(dāng)

17、上沖頭下壓時(shí)，通過(guò)金屬液推動(dòng)下沖頭，下沖頭下降，讓出澆道，金屬液在上沖頭的壓力作用下充填型腔。沖頭下降，讓出澆道，金屬液在上沖頭的壓力作用下充填型腔。n由前可知，壓鑄是金屬液在極高的壓力作用下，在很短的時(shí)間內(nèi)以極高的速度充滿(mǎn)型腔的。這個(gè)過(guò)程由前可知，壓鑄是金屬液在極高的壓力作用下，在很短的時(shí)間內(nèi)以極高的速度充滿(mǎn)型腔的。這個(gè)過(guò)程是十分復(fù)雜的，它涉及流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和熱力學(xué)問(wèn)題，并且與許多因素有關(guān)，如金屬液的成分、黏度、是十分復(fù)雜的，它涉及流體動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和熱力學(xué)問(wèn)題，并且與許多因素有關(guān)，如金屬液的成分、黏度、表面張力、重度及結(jié)晶溫度，鑄件的結(jié)構(gòu)形狀，澆口的位置、形狀及大小，壓射比壓、壓射速度，澆表面

18、張力、重度及結(jié)晶溫度，鑄件的結(jié)構(gòu)形狀，澆口的位置、形狀及大小，壓射比壓、壓射速度，澆注系統(tǒng)，模具溫度等。這些因素又是動(dòng)態(tài)的，相互影響的。注系統(tǒng)，模具溫度等。這些因素又是動(dòng)態(tài)的，相互影響的。n高溫金屬液壓入溫度較低的壓鑄模澆注系統(tǒng)內(nèi)時(shí)，金屬液與模具之間就產(chǎn)生各種形式的熱交換。金屬高溫金屬液壓入溫度較低的壓鑄模澆注系統(tǒng)內(nèi)時(shí)，金屬液與模具之間就產(chǎn)生各種形式的熱交換。金屬液失去熱量，溫度降低；模具得到了熱量，溫度提高。金屬液溫度降低表面張力增大，黏度增大，流液失去熱量，溫度降低；模具得到了熱量，溫度提高。金屬液溫度降低表面張力增大，黏度增大，流動(dòng)性降低。當(dāng)它們超過(guò)某一限度時(shí)，鑄件就會(huì)產(chǎn)生輪廓不清晰、缺

19、肉、冷隔、流紋、夾渣等鑄造缺陷。動(dòng)性降低。當(dāng)它們超過(guò)某一限度時(shí)，鑄件就會(huì)產(chǎn)生輪廓不清晰、缺肉、冷隔、流紋、夾渣等鑄造缺陷。n此外，金屬液充填型腔時(shí)還受到各種阻力的影響，而且充填速度越大受到的阻力也越大。金屬液進(jìn)入此外，金屬液充填型腔時(shí)還受到各種阻力的影響，而且充填速度越大受到的阻力也越大。金屬液進(jìn)入型腔時(shí)，首先受到型腔內(nèi)氣體的阻力，排氣不良的鑄型與排氣良好的鑄型相比，在充填金屬液時(shí)，前型腔時(shí)，首先受到型腔內(nèi)氣體的阻力，排氣不良的鑄型與排氣良好的鑄型相比，在充填金屬液時(shí)，前者的充填速度只有后者的一半。其次，金屬液充填型腔過(guò)程中碰到型壁和型芯時(shí)也將受到較大的阻力，者的充填速度只有后者的一半。其次，

20、金屬液充填型腔過(guò)程中碰到型壁和型芯時(shí)也將受到較大的阻力，能量損失較大。能量損失較大。n為了清楚地看到金屬液在充型受阻后對(duì)鑄件成型的影響，我們可以做充填為了清楚地看到金屬液在充型受阻后對(duì)鑄件成型的影響，我們可以做充填U形型腔的試驗(yàn)。試驗(yàn)用形型腔的試驗(yàn)。試驗(yàn)用U形形鑄件，一個(gè)端部為矩形，另一個(gè)端部是圓形。澆口都位于鑄件另一端一壁的中心，直徑為鑄件，一個(gè)端部為矩形，另一個(gè)端部是圓形。澆口都位于鑄件另一端一壁的中心，直徑為2 mm，長(zhǎng)，長(zhǎng)為為10 mm，如圖，如圖1.6所示。金屬液充填速度為所示。金屬液充填速度為1520 m/s。圖。圖1.7、圖、圖1.8分別表示金屬液充填二種分別表示金屬液充填二種型

21、腔的情況。比較圖型腔的情況。比較圖1.7和圖和圖1.8在相近的充填時(shí)間段內(nèi)各自的充填情況，可以看到：在相近的充填時(shí)間段內(nèi)各自的充填情況，可以看到：n(1)金屬液充填端部為矩形的型腔時(shí)受到的阻力比端部為圓形的大。金屬液充填端部為矩形的型腔時(shí)受到的阻力比端部為圓形的大。n(2)端部為矩形時(shí)，在端部為矩形時(shí)，在1610-3 s時(shí)金屬液就有回流產(chǎn)生，回流現(xiàn)象一直持續(xù)到充填結(jié)束。這是因時(shí)金屬液就有回流產(chǎn)生，回流現(xiàn)象一直持續(xù)到充填結(jié)束。這是因?yàn)橐毫髟谥苯寝D(zhuǎn)折處受到較大阻力，金屬液動(dòng)能損失較大，向前充填的速度降低，致使從澆口進(jìn)入型為液流在直角轉(zhuǎn)折處受到較大阻力，金屬液動(dòng)能損失較大，向前充填的速度降低，致使從

22、澆口進(jìn)入型腔的金屬液在此積聚起來(lái)并產(chǎn)生回流。腔的金屬液在此積聚起來(lái)并產(chǎn)生回流。 n(3)8510-3 s時(shí)端部為矩形的時(shí)端部為矩形的U形型腔尚有形型腔尚有1/5的型腔未被充滿(mǎn)，而端部為的型腔未被充滿(mǎn)，而端部為圓形的圓形的U形型腔在形型腔在8610-3 s時(shí)已全部充滿(mǎn)。時(shí)已全部充滿(mǎn)。n(4)試驗(yàn)測(cè)定了流動(dòng)速度。在端部為矩形的試驗(yàn)測(cè)定了流動(dòng)速度。在端部為矩形的U形型腔中流動(dòng)速度由形型腔中流動(dòng)速度由1520 m/s下降到下降到2.54 m/s時(shí)，端部為圓形的時(shí)，端部為圓形的U形型腔只降到形型腔只降到8.59.6 m/s。n當(dāng)金屬液在壓力作用下進(jìn)入型腔，噴射的金屬流未撞擊對(duì)面型壁之前，其保持當(dāng)金屬液在

23、壓力作用下進(jìn)入型腔，噴射的金屬流未撞擊對(duì)面型壁之前，其保持初始的方向及截面形狀。撞擊型壁后，該處金屬液將形成擾動(dòng)的聚集區(qū)。繼續(xù)初始的方向及截面形狀。撞擊型壁后，該處金屬液將形成擾動(dòng)的聚集區(qū)。繼續(xù)充填，則擾動(dòng)明顯增加。先期撞擊型壁的金屬液流束從聚集區(qū)沿型壁向澆口方充填，則擾動(dòng)明顯增加。先期撞擊型壁的金屬液流束從聚集區(qū)沿型壁向澆口方向折回，折回的金屬液量與金屬流束的截面大小、速度及金屬液的黏度有關(guān)。向折回，折回的金屬液量與金屬流束的截面大小、速度及金屬液的黏度有關(guān)。在折回的過(guò)程中由于與型壁摩擦及熱量損失，損耗了能量，從而使流束減慢下在折回的過(guò)程中由于與型壁摩擦及熱量損失，損耗了能量，從而使流束減慢

24、下來(lái)，以致聚集區(qū)的金屬液超過(guò)了往回折的金屬液。因此在返回充填型腔的過(guò)程來(lái)，以致聚集區(qū)的金屬液超過(guò)了往回折的金屬液。因此在返回充填型腔的過(guò)程中，產(chǎn)生劇烈的渦流現(xiàn)象，如圖中，產(chǎn)生劇烈的渦流現(xiàn)象，如圖1.9所示。所示。n當(dāng)當(dāng)f /F1/3且以較低的速度充填時(shí)，除金屬液聚集區(qū)的前沿部分稍有擾動(dòng)外其且以較低的速度充填時(shí)，除金屬液聚集區(qū)的前沿部分稍有擾動(dòng)外其余部分相當(dāng)穩(wěn)定。而且，隨著聚集區(qū)的增加，充填過(guò)程越來(lái)越平穩(wěn)。反之，當(dāng)余部分相當(dāng)穩(wěn)定。而且，隨著聚集區(qū)的增加，充填過(guò)程越來(lái)越平穩(wěn)。反之，當(dāng)f /F1/3且高速充填型腔時(shí)，則在整個(gè)充填過(guò)程中聚集區(qū)都發(fā)生激烈擾動(dòng)。且高速充填型腔時(shí)，則在整個(gè)充填過(guò)程中聚集區(qū)都

25、發(fā)生激烈擾動(dòng)。圖1.7 端部為矩形的U形型腔的充填時(shí)間/10-3s圖1.8 端部圓形U形型腔的充填時(shí)間/10-3 sn第一階段：金屬液以接近內(nèi)澆口橫截面的形狀進(jìn)入型腔，首先撞擊到對(duì)面的型壁，在該處第一階段：金屬液以接近內(nèi)澆口橫截面的形狀進(jìn)入型腔，首先撞擊到對(duì)面的型壁，在該處沿型壁向型腔四周擴(kuò)展后返回澆口，在金屬液流過(guò)的型壁上形成鑄件的外殼沿型壁向型腔四周擴(kuò)展后返回澆口，在金屬液流過(guò)的型壁上形成鑄件的外殼(薄殼層薄殼層)。n第二階段：隨后進(jìn)入的金屬液沉積在薄殼層內(nèi)，并繼續(xù)充填，直至充滿(mǎn)。第二階段：隨后進(jìn)入的金屬液沉積在薄殼層內(nèi)，并繼續(xù)充填，直至充滿(mǎn)。n第三階段：在型腔完全充滿(mǎn)的同時(shí)，壓力通過(guò)余料

26、中心部分尚未凝固的金屬液的傳遞而作第三階段：在型腔完全充滿(mǎn)的同時(shí)，壓力通過(guò)余料中心部分尚未凝固的金屬液的傳遞而作用在鑄件上。用在鑄件上。n巴頓還認(rèn)為，充填過(guò)程的三個(gè)階段對(duì)鑄件質(zhì)量所起的作用是不同的。第一階段是影響鑄件巴頓還認(rèn)為，充填過(guò)程的三個(gè)階段對(duì)鑄件質(zhì)量所起的作用是不同的。第一階段是影響鑄件表面質(zhì)量；第二階段是影響鑄件的硬度；第三階段是影響鑄件的強(qiáng)度。表面質(zhì)量；第二階段是影響鑄件的硬度；第三階段是影響鑄件的強(qiáng)度。n三階段充填理論與噴射充填理論的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，全壁厚充填理論只在特定的條件下三階段充填理論與噴射充填理論的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，全壁厚充填理論只在特定的條件下才出現(xiàn)。由于壓鑄過(guò)程中充

27、填鑄型是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，并且金屬液有些是不連續(xù)的，才出現(xiàn)。由于壓鑄過(guò)程中充填鑄型是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的，并且金屬液有些是不連續(xù)的，另外，充填過(guò)程還受壓鑄工藝參數(shù)、鑄件的結(jié)構(gòu)與形狀、澆口的位置與大小、壓鑄合金性另外，充填過(guò)程還受壓鑄工藝參數(shù)、鑄件的結(jié)構(gòu)與形狀、澆口的位置與大小、壓鑄合金性能等因素的影響，因此對(duì)充填理論一直存在著不同的看法。能等因素的影響，因此對(duì)充填理論一直存在著不同的看法。u1.3.1 壓鑄工藝特點(diǎn)壓鑄工藝特點(diǎn) u1.3.2 壓鑄工藝的應(yīng)用及發(fā)展壓鑄工藝的應(yīng)用及發(fā)展 n壓鑄是高壓高速充填成型，所以壓鑄工藝和壓鑄是高壓高速充填成型，所以壓鑄工藝和生產(chǎn)過(guò)程、壓鑄件的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以

28、及有關(guān)性生產(chǎn)過(guò)程、壓鑄件的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及有關(guān)性能都有自己的特點(diǎn)。能都有自己的特點(diǎn)。n與其他金屬成型工藝相比，壓鑄的特點(diǎn)為：與其他金屬成型工藝相比，壓鑄的特點(diǎn)為：n(1)生產(chǎn)率極高，生產(chǎn)過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。一般冷壓室壓鑄機(jī)每八小時(shí)可壓生產(chǎn)率極高，生產(chǎn)過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。一般冷壓室壓鑄機(jī)每八小時(shí)可壓鑄鑄600700次，熱壓室壓鑄機(jī)每八小時(shí)可壓鑄次，熱壓室壓鑄機(jī)每八小時(shí)可壓鑄3 0007 000次。而且一幅壓鑄模中的次。而且一幅壓鑄模中的型腔往往不止一個(gè)，這樣生產(chǎn)的壓鑄件數(shù)也就成倍地增加了。型腔往往不止一個(gè)，這樣生產(chǎn)的壓鑄件數(shù)也就成倍地增加了。n(2)鑄件的尺寸精度高，其尺寸穩(wěn)定、一

29、致性好、加工余量少而且有很好的裝配性。壓鑄件的尺寸精度高，其尺寸穩(wěn)定、一致性好、加工余量少而且有很好的裝配性。壓鑄件的精度可達(dá)鑄件的精度可達(dá)IT11IT13級(jí)，有時(shí)可達(dá)級(jí)，有時(shí)可達(dá)IT9級(jí)。表面粗糙度值一般為級(jí)。表面粗糙度值一般為Ra0.83.2，最，最低達(dá)低達(dá)Ra0.4。一般壓鑄件只需對(duì)少數(shù)幾個(gè)尺寸部位進(jìn)行機(jī)械加工，有的零件甚至于不需機(jī)。一般壓鑄件只需對(duì)少數(shù)幾個(gè)尺寸部位進(jìn)行機(jī)械加工，有的零件甚至于不需機(jī)械加工就可直接裝配使用。這樣材料利用率高，可達(dá)械加工就可直接裝配使用。這樣材料利用率高，可達(dá)60%80%，毛坯利用率達(dá)，毛坯利用率達(dá)90%。n(3)鑄件組織致密，具有較高的強(qiáng)度和硬度。由于壓鑄

30、時(shí)金屬液是在壓力下凝固的，又鑄件組織致密，具有較高的強(qiáng)度和硬度。由于壓鑄時(shí)金屬液是在壓力下凝固的，又因高速充填，冷卻速度極快，使鑄件表面生成一層冷硬層因高速充填，冷卻速度極快，使鑄件表面生成一層冷硬層(約約0.30.8 mm)，該層的金，該層的金屬晶粒細(xì)小，組織致密。所以壓鑄件強(qiáng)度和硬度較高，堅(jiān)實(shí)耐磨。當(dāng)壓鑄件壁厚適當(dāng)且均屬晶粒細(xì)小，組織致密。所以壓鑄件強(qiáng)度和硬度較高，堅(jiān)實(shí)耐磨。當(dāng)壓鑄件壁厚適當(dāng)且均勻時(shí)，其強(qiáng)度更高。勻時(shí)，其強(qiáng)度更高。n(4)可以壓鑄形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁深腔鑄件，因?yàn)榻饘僖涸诟邏合履鼙３指叩牧骺梢詨鸿T形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁深腔鑄件，因?yàn)榻饘僖涸诟邏合履鼙３指叩牧鲃?dòng)性。壓鑄

31、件最小壁厚鋅合金可達(dá)到動(dòng)性。壓鑄件最小壁厚鋅合金可達(dá)到0.3 mm，鋁合金約為，鋁合金約為0.5 mm。最小鑄出孔徑為。最小鑄出孔徑為 0.7 mm，可鑄螺紋的最小螺距為，可鑄螺紋的最小螺距為0.75 mm。n(5)鑲鑄法可省去裝配工序，簡(jiǎn)化制造工藝。在壓鑄件的特定部位上可以直接嵌入所需鑲鑄法可省去裝配工序，簡(jiǎn)化制造工藝。在壓鑄件的特定部位上可以直接嵌入所需的其他材料的制件，例如磁鐵、銅套、絕緣材料等嵌件以滿(mǎn)足特殊要求，既省去了裝配工的其他材料的制件，例如磁鐵、銅套、絕緣材料等嵌件以滿(mǎn)足特殊要求，既省去了裝配工序，又簡(jiǎn)化了制造工藝。序，又簡(jiǎn)化了制造工藝。n(6)鑄件內(nèi)部有氣孔存在，但一般仍能滿(mǎn)

32、足使用要求。由于金屬液充填速度極快，充填鑄件內(nèi)部有氣孔存在，但一般仍能滿(mǎn)足使用要求。由于金屬液充填速度極快，充填時(shí)卷入型腔中的氣體很難完全排除，致使壓鑄件內(nèi)常有氣孔及氧化夾雜物存在，從而降低時(shí)卷入型腔中的氣體很難完全排除，致使壓鑄件內(nèi)常有氣孔及氧化夾雜物存在，從而降低了壓鑄件的質(zhì)量。因此，一般壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫下工作。同樣，也不了壓鑄件的質(zhì)量。因此，一般壓鑄件不能進(jìn)行熱處理，也不宜在高溫下工作。同樣，也不希望進(jìn)行機(jī)械加工，以免鑄件表層下的氣孔露出來(lái)。希望進(jìn)行機(jī)械加工，以免鑄件表層下的氣孔露出來(lái)。n(7)壓鑄機(jī)的壓室和壓鑄模型腔的材料限制了壓鑄合金的種類(lèi)。高熔點(diǎn)的黑色金屬因其壓鑄

33、機(jī)的壓室和壓鑄模型腔的材料限制了壓鑄合金的種類(lèi)。高熔點(diǎn)的黑色金屬因其壓鑄模使用壽命短而目前難以在實(shí)際生產(chǎn)中壓鑄。在同一種合金中，又有牌號(hào)限制，這是壓鑄模使用壽命短而目前難以在實(shí)際生產(chǎn)中壓鑄。在同一種合金中，又有牌號(hào)限制，這是因?yàn)閴鸿T過(guò)程的特點(diǎn)，如激冷、收縮應(yīng)力、成型時(shí)的充填條件等造成的。因?yàn)閴鸿T過(guò)程的特點(diǎn)，如激冷、收縮應(yīng)力、成型時(shí)的充填條件等造成的。n(8)壓鑄件的尺寸受壓鑄機(jī)鎖模力及裝模尺寸的制約，故大型壓鑄件的生產(chǎn)受到限制。壓鑄件的尺寸受壓鑄機(jī)鎖模力及裝模尺寸的制約，故大型壓鑄件的生產(chǎn)受到限制。目前大型壓鑄機(jī)有所發(fā)展，大型零件的壓鑄問(wèn)題正逐漸得到解決。目前大型壓鑄機(jī)有所發(fā)展，大型零件的壓鑄問(wèn)題正逐漸得到解決。n(9)壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)。由于壓鑄機(jī)價(jià)格高，壓鑄模制造費(fèi)用高、工時(shí)長(zhǎng)、壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)。由于壓鑄機(jī)價(jià)格高，壓鑄模制造費(fèi)用高、工時(shí)長(zhǎng)、維修費(fèi)用也高，故生產(chǎn)總成本高，不宜小批量生產(chǎn)。維修費(fèi)用也高，故生產(chǎn)總成本高，不宜小批量生產(chǎn)。 n壓力鑄造的應(yīng)用范圍很廣。在有色合金中，以鋁合金壓鑄件比例最高壓力鑄造的應(yīng)用范圍很廣。在有色合金中，以鋁合金壓鑄件比例最高(約約30%35%)，鋅合金次之。在國(guó)外，鋅合金鑄件大部分為壓鑄件，銅合金鋅合金次之。在國(guó)外，鋅合金鑄件大部分為壓鑄件，銅合金(黃銅黃銅)鑄件僅占?jí)鸿T件總量的鑄件僅占?jí)鸿T件總量的1%2%，鎂合金壓鑄件易產(chǎn)生裂