《金屬壓鑄工藝與模具設(shè)計》第5章：特殊壓鑄工藝簡介

1、（時間：1次課，2學(xué)時）n壓鑄件內(nèi)很難避免的氣孔、縮松等缺陷不但使壓鑄壓鑄件內(nèi)很難避免的氣孔、縮松等缺陷不但使壓鑄件的力學(xué)性能件的力學(xué)性能(尤其是延伸率尤其是延伸率)和氣密性降低，而且和氣密性降低，而且也使得壓鑄件不能進行焊接和熱處理，這樣就限制也使得壓鑄件不能進行焊接和熱處理，這樣就限制了壓鑄件的使用。為解決氣孔、縮松問題，國內(nèi)外了壓鑄件的使用。為解決氣孔、縮松問題，國內(nèi)外采用一些特殊的壓鑄工藝，主要有真空壓鑄、充氧采用一些特殊的壓鑄工藝，主要有真空壓鑄、充氧壓鑄、精速密壓鑄、半固態(tài)壓鑄等。壓鑄、精速密壓鑄、半固態(tài)壓鑄等。 n5.1 真真 空空 壓壓 鑄鑄n5.2 充充 氧氧 壓壓 鑄鑄 n

2、5.3 精速密壓鑄精速密壓鑄 n5.4 半固態(tài)壓鑄半固態(tài)壓鑄 n5.5 黑色金屬壓鑄黑色金屬壓鑄 u5.1.1 真空壓鑄的特點真空壓鑄的特點 u5.1.2 真空壓鑄的密封真空壓鑄的密封 n真空壓鑄是抽出壓鑄模型腔內(nèi)的氣體，建立一定的真空度后真空壓鑄是抽出壓鑄模型腔內(nèi)的氣體，建立一定的真空度后注入金屬液的壓鑄方法。真空壓鑄主要用于生產(chǎn)要求耐壓、注入金屬液的壓鑄方法。真空壓鑄主要用于生產(chǎn)要求耐壓、強度高或要求進行熱處理的高質(zhì)量鑄件。強度高或要求進行熱處理的高質(zhì)量鑄件。 n與普通壓鑄相比，真空壓鑄的特點是：與普通壓鑄相比，真空壓鑄的特點是：n(1) 消除或減少了壓鑄件內(nèi)部的氣孔，使鑄件組織致密，提高

3、了強度，消除或減少了壓鑄件內(nèi)部的氣孔，使鑄件組織致密，提高了強度，壓鑄件可進行熱處理。壓鑄件可進行熱處理。n(2) 鎂合金壓鑄件在型腔排氣困難部位易形成裂紋的傾向減小了。提高鎂合金壓鑄件在型腔排氣困難部位易形成裂紋的傾向減小了。提高了力學(xué)性能，尤其是塑性。了力學(xué)性能，尤其是塑性。n(3) 金屬液充填型腔時受到的反壓力減小，可以用較低的壓射比壓壓鑄金屬液充填型腔時受到的反壓力減小，可以用較低的壓射比壓壓鑄較大的薄壁鑄件，成型性好，鑄件表面質(zhì)量提高。較大的薄壁鑄件，成型性好，鑄件表面質(zhì)量提高。n(4) 可減少或不設(shè)排氣系統(tǒng)?？蓽p少或不設(shè)排氣系統(tǒng)。n(5) 真空密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝困難，成本較高。

4、真空密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝困難，成本較高。n(6) 因型腔內(nèi)氣體少，導(dǎo)熱快，鑄件如有較厚的凸臺，凝固時補縮困難，因型腔內(nèi)氣體少，導(dǎo)熱快，鑄件如有較厚的凸臺，凝固時補縮困難，縮松加重?？s松加重。 n真空壓鑄要求型腔在很短時間內(nèi)達到預(yù)定的真空度，因此要設(shè)計好真空系統(tǒng)，真空壓鑄要求型腔在很短時間內(nèi)達到預(yù)定的真空度，因此要設(shè)計好真空系統(tǒng)，并對壓鑄模密封。真空壓鑄密封方法很多，常用的有兩種：并對壓鑄模密封。真空壓鑄密封方法很多，常用的有兩種：n(1)利用真空罩密封壓鑄模利用真空罩密封壓鑄模(見圖見圖5.1)。金屬液澆到壓室，待壓射沖頭越過加。金屬液澆到壓室，待壓射沖頭越過加料口將壓室密封后，即可抽出真空

5、罩內(nèi)空氣，然后進行壓鑄。真空罩有通用的料口將壓室密封后，即可抽出真空罩內(nèi)空氣，然后進行壓鑄。真空罩有通用的和專用的。通用真空罩可用于不同厚度的壓鑄模，專用真空罩只適用于某一種和專用的。通用真空罩可用于不同厚度的壓鑄模，專用真空罩只適用于某一種壓鑄模。用真空罩密封的方法抽氣量大，不適用帶液壓抽芯的壓鑄模，目前已壓鑄模。用真空罩密封的方法抽氣量大，不適用帶液壓抽芯的壓鑄模，目前已很少采用。很少采用。 n(2)借助分型面抽真空借助分型面抽真空(見圖見圖5.2)。壓鑄模排氣槽經(jīng)分型面上的總排氣槽與真。壓鑄模排氣槽經(jīng)分型面上的總排氣槽與真空系統(tǒng)連通，待壓射沖頭越過加料口后，由行程開關(guān)空系統(tǒng)連通，待壓射沖

6、頭越過加料口后，由行程開關(guān)6打開真空閥打開真空閥5開始抽真空，開始抽真空，金屬液充滿型腔后由小液壓缸關(guān)閉總排氣槽，防止金屬液進入真空系統(tǒng)。這種金屬液充滿型腔后由小液壓缸關(guān)閉總排氣槽，防止金屬液進入真空系統(tǒng)。這種方法抽氣量少而且壓鑄模制造維修簡單。方法抽氣量少而且壓鑄模制造維修簡單。n真空壓鑄需注意的是：因型腔內(nèi)氣體少，壓鑄件易激冷，為有利補縮，內(nèi)澆口真空壓鑄需注意的是：因型腔內(nèi)氣體少，壓鑄件易激冷，為有利補縮，內(nèi)澆口厚度要比普通壓鑄加大厚度要比普通壓鑄加大10%50%。此外，因壓鑄件冷卻快，晶粒細密，合。此外，因壓鑄件冷卻快，晶粒細密，合金收縮率小于普通金收縮率小于普通 壓鑄。壓鑄。u5.2.

7、1 充氧壓鑄的特點充氧壓鑄的特點u5.2.2 充氧壓鑄裝置及工藝參數(shù)充氧壓鑄裝置及工藝參數(shù) n充氧壓鑄又稱無氣孔壓鑄，主要用于鋁合金壓鑄。它是充氧壓鑄又稱無氣孔壓鑄，主要用于鋁合金壓鑄。它是在壓鑄前用氧氣置換出型腔中的氣體，再將金屬液壓入在壓鑄前用氧氣置換出型腔中的氣體，再將金屬液壓入型腔的方法。型腔里的氧與鋁合金反應(yīng)，即型腔的方法。型腔里的氧與鋁合金反應(yīng)，即=，形成數(shù)，形成數(shù)量不多量不多(總質(zhì)量的總質(zhì)量的0.1%0.2%)的小微粒的小微粒(1以下以下)。這。這些微粒彌散在鋁合金中，不影響加工。些微粒彌散在鋁合金中，不影響加工。 n(1) 消除或大大減少壓鑄件內(nèi)部氣孔，組織致密，使壓鑄件消除或

8、大大減少壓鑄件內(nèi)部氣孔，組織致密，使壓鑄件強度提高強度提高10%，延伸率提高，延伸率提高0.5%1%。n(2) 可對充氧壓鑄的鑄件進行熱處理，力學(xué)性能提高?？蓪Τ溲鯄鸿T的鑄件進行熱處理，力學(xué)性能提高。n(3) 鑄件可在鑄件可在200300的環(huán)境中工作，而且可以焊接。的環(huán)境中工作，而且可以焊接。n(4) 與真空壓鑄相比，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，投資少。與真空壓鑄相比，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，投資少。 n充氧壓鑄要求型腔和壓室中的空氣最快、最徹底地由氧氣代替。充氧壓鑄要求型腔和壓室中的空氣最快、最徹底地由氧氣代替。n1. 充氧壓鑄裝置n充氧壓鑄裝置如圖充氧壓鑄裝置如圖5.3所示。氧氣加入方法很多，

9、一般有壓室加氧和模具上加氧兩種。立所示。氧氣加入方法很多，一般有壓室加氧和模具上加氧兩種。立式冷壓室壓鑄機多從反料沖頭處充氧，如圖式冷壓室壓鑄機多從反料沖頭處充氧，如圖5.4所示。它結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠，易保證質(zhì)所示。它結(jié)構(gòu)簡單，密封可靠，易保證質(zhì)量，適合于中心澆口鑄件。臥式冷壓室壓鑄機采用在壓鑄模上設(shè)充氧孔充氧的方法，充氧量，適合于中心澆口鑄件。臥式冷壓室壓鑄機采用在壓鑄模上設(shè)充氧孔充氧的方法，充氧后壓室中鋁合金液與氧氣接觸面積大，容易氧化。后壓室中鋁合金液與氧氣接觸面積大，容易氧化。 n2. 充氧壓鑄工藝參數(shù)n(1)應(yīng)在合模到還有應(yīng)在合模到還有23 mm間隙時開始充氧，此時合模動作停留間隙時

10、開始充氧，此時合模動作停留12 s，然后，再，然后，再繼續(xù)合?；驕p慢合模速度，以保證留在型腔中的空氣排清。合模后要繼續(xù)充氧一段時間，繼續(xù)合模或減慢合模速度，以保證留在型腔中的空氣排清。合模后要繼續(xù)充氧一段時間，充氧最佳時間根據(jù)壓鑄件大小、復(fù)雜程度及充氧孔位置而定，一般為充氧最佳時間根據(jù)壓鑄件大小、復(fù)雜程度及充氧孔位置而定，一般為36 s。n(2)充氧壓力一般為充氧壓力一般為0.40.7 MPa。充氧結(jié)束后應(yīng)立即壓鑄。充氧結(jié)束后應(yīng)立即壓鑄。n(3)充氧壓鑄的壓射速度與壓射比壓與普通壓鑄相同。充氧壓鑄的壓射速度與壓射比壓與普通壓鑄相同。n(4)模具預(yù)熱溫度略高，一般為模具預(yù)熱溫度略高，一般為250

11、，以便使涂料中的氣體盡快揮發(fā)排除。，以便使涂料中的氣體盡快揮發(fā)排除。n充氧壓鑄要注意加氧口和排氣口的選擇和設(shè)計，避免加氧不足或與金屬液氧化后剩余的氧充氧壓鑄要注意加氧口和排氣口的選擇和設(shè)計，避免加氧不足或與金屬液氧化后剩余的氧在壓鑄時排不出而會造成氣孔。在壓鑄時排不出而會造成氣孔。n精速密壓鑄是精密、快速、密實壓鑄的簡稱，又稱雙沖頭精速密壓鑄是精密、快速、密實壓鑄的簡稱，又稱雙沖頭(或稱套筒雙沖頭或稱套筒雙沖頭)壓鑄。它的壓射沖壓鑄。它的壓射沖頭由兩個套在一起的筒形外壓射沖頭和中心柱狀內(nèi)壓射沖頭組成。壓射初期，內(nèi)外沖頭一起動頭由兩個套在一起的筒形外壓射沖頭和中心柱狀內(nèi)壓射沖頭組成。壓射初期，內(nèi)

12、外沖頭一起動作。當(dāng)充填結(jié)束鑄件外殼凝固，型腔達到一定壓力后，中心內(nèi)沖頭繼續(xù)前進，推動壓室內(nèi)的金作。當(dāng)充填結(jié)束鑄件外殼凝固，型腔達到一定壓力后，中心內(nèi)沖頭繼續(xù)前進，推動壓室內(nèi)的金屬液補充壓實鑄件。雙壓射沖頭結(jié)構(gòu)如圖屬液補充壓實鑄件。雙壓射沖頭結(jié)構(gòu)如圖5.5所示。所示。n精速密壓鑄工藝控制如下：精速密壓鑄工藝控制如下：n(1)根據(jù)壓鑄件為順序凝固這個原則確定內(nèi)澆口位置，使金屬液由遠及近向內(nèi)澆口方向凝固，根據(jù)壓鑄件為順序凝固這個原則確定內(nèi)澆口位置，使金屬液由遠及近向內(nèi)澆口方向凝固，以利于內(nèi)沖頭補壓時能起補縮、壓實作用。以利于內(nèi)沖頭補壓時能起補縮、壓實作用。n(2)內(nèi)澆口厚大，一般與鑄件壁厚相當(dāng)，約內(nèi)

13、澆口厚大，一般與鑄件壁厚相當(dāng)，約515 mm，其截面積大約是普通壓鑄內(nèi)澆口的，其截面積大約是普通壓鑄內(nèi)澆口的10倍左右。倍左右。n(3)壓射沖頭的速度限定在最低的范圍，為普通壓鑄的壓射沖頭的速度限定在最低的范圍，為普通壓鑄的1/10或更低。內(nèi)澆口速度是普通壓鑄或更低。內(nèi)澆口速度是普通壓鑄的的1/5，充型平穩(wěn)，避免或減少了金屬液渦流和噴射現(xiàn)象，減少氣體卷入。，充型平穩(wěn)，避免或減少了金屬液渦流和噴射現(xiàn)象，減少氣體卷入。n(4)內(nèi)壓射沖頭補充壓實時比壓為內(nèi)壓射沖頭補充壓實時比壓為3.5100 MPa，行程約，行程約50150 mm。 n也可在模具上設(shè)計補壓沖頭，對壓鑄件補充壓實如圖也可在模具上設(shè)計補

14、壓沖頭，對壓鑄件補充壓實如圖5.6所示。所示。n精速密壓鑄件中減少或消除了氣孔和縮松，與普通壓鑄件相比，致密度提高精速密壓鑄件中減少或消除了氣孔和縮松，與普通壓鑄件相比，致密度提高3%5%，強度提，強度提高高20%以上，鑄件精度高，飛邊少，可以熱處理和焊接。但內(nèi)澆口較厚，需用專用設(shè)備切除。以上，鑄件精度高，飛邊少，可以熱處理和焊接。但內(nèi)澆口較厚，需用專用設(shè)備切除。又因低速壓射，充填性能差，不宜壓鑄薄壁件又因低速壓射，充填性能差，不宜壓鑄薄壁件(一般適用于壁厚在一般適用于壁厚在45 mm以上以上)。不適合在小。不適合在小型壓鑄機上使用，通常用于鎖模力型壓鑄機上使用，通常用于鎖模力4000 kN以

15、上的壓鑄機。以上的壓鑄機。n普通壓鑄是金屬液溫度在液相線以上進行壓鑄的。隨著溫度下降，金屬液中逐漸產(chǎn)生固相普通壓鑄是金屬液溫度在液相線以上進行壓鑄的。隨著溫度下降，金屬液中逐漸產(chǎn)生固相樹枝狀初晶，黏度隨之增大。當(dāng)固相達到樹枝狀初晶，黏度隨之增大。當(dāng)固相達到20%時，樹枝狀晶開始互相連接形成網(wǎng)狀，金時，樹枝狀晶開始互相連接形成網(wǎng)狀，金屬液流動受阻，不能壓鑄成型。如固相的樹枝狀晶成為球狀晶，則金屬液的流動性能有所屬液流動受阻，不能壓鑄成型。如固相的樹枝狀晶成為球狀晶，則金屬液的流動性能有所改善，即使固相比例更高一些，在一定壓力下也能流動。半固態(tài)壓鑄就是在金屬液凝固過改善，即使固相比例更高一些，在一

16、定壓力下也能流動。半固態(tài)壓鑄就是在金屬液凝固過程中進行攪拌，使固體質(zhì)點成為顆粒狀懸浮在金屬液中，用這種金屬漿料進行壓鑄的程中進行攪拌，使固體質(zhì)點成為顆粒狀懸浮在金屬液中，用這種金屬漿料進行壓鑄的 方方法。法。n半固態(tài)壓鑄工藝通常有兩種：一種是流變壓鑄。它是將上述半固態(tài)漿料直接加入壓室壓鑄半固態(tài)壓鑄工藝通常有兩種：一種是流變壓鑄。它是將上述半固態(tài)漿料直接加入壓室壓鑄成型。另一種是觸變壓鑄，又稱攪溶壓鑄。它是使半固態(tài)漿料先凝固，制成一定大小的錠成型。另一種是觸變壓鑄，又稱攪溶壓鑄。它是使半固態(tài)漿料先凝固，制成一定大小的錠塊，壓鑄前將錠塊重新加熱到固相含量一定的半固態(tài)溫度，再加入壓室進行壓鑄。圖塊，

17、壓鑄前將錠塊重新加熱到固相含量一定的半固態(tài)溫度，再加入壓室進行壓鑄。圖5.7所示為半固態(tài)壓鑄的工藝過程。所示為半固態(tài)壓鑄的工藝過程。n與普通壓鑄相比，半固態(tài)壓鑄優(yōu)點是：與普通壓鑄相比，半固態(tài)壓鑄優(yōu)點是：n(1)半固態(tài)金屬漿料黏度大、充型平穩(wěn)、不易卷入氣體。同時，固相比例高半固態(tài)金屬漿料黏度大、充型平穩(wěn)、不易卷入氣體。同時，固相比例高(可達可達50%60%)，凝固收縮小，鑄件不易有氣孔、縮松，力學(xué)性能好，可熱處理。，凝固收縮小，鑄件不易有氣孔、縮松，力學(xué)性能好，可熱處理。n(2)帶入壓鑄模的熱量小，對模具熱沖擊小，因而提高了模具使用壽命。帶入壓鑄模的熱量小，對模具熱沖擊小，因而提高了模具使用壽命

18、。n半固態(tài)壓鑄工藝的出現(xiàn)，為解決高熔點合金壓鑄模壽命問題帶來了希望。半固態(tài)壓鑄工藝的出現(xiàn)，為解決高熔點合金壓鑄模壽命問題帶來了希望。 n黑色金屬壓鑄的困難在于它的熔點比有色金屬高得多，因此壓鑄模和壓射系統(tǒng)的工作條件惡劣，一般黑色金屬壓鑄的困難在于它的熔點比有色金屬高得多，因此壓鑄模和壓射系統(tǒng)的工作條件惡劣，一般壓鑄模壽命很短，影響了在壓鑄領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，由于模具材料的發(fā)展，黑色金屬壓鑄進展較快，壓鑄模壽命很短，影響了在壓鑄領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，由于模具材料的發(fā)展，黑色金屬壓鑄進展較快，目前已能壓鑄灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、碳鋼、不銹鋼和合金鋼等，壓鑄件的重量可做到幾十克目前已能壓鑄灰鑄鐵、

19、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、碳鋼、不銹鋼和合金鋼等，壓鑄件的重量可做到幾十克到幾千克。黑色金屬鑄件力學(xué)性能比砂型鑄件好，尺寸精度可達到到幾千克。黑色金屬鑄件力學(xué)性能比砂型鑄件好，尺寸精度可達到IT12IT14級，表面粗糙度達級，表面粗糙度達Ra0.86.3。國外的黑色金屬壓鑄模多使用鉭、鋯、鉬合金。國外的黑色金屬壓鑄模多使用鉭、鋯、鉬合金(TZM合金合金)，壽命可達一萬到二萬次以上。，壽命可達一萬到二萬次以上。國內(nèi)多用國內(nèi)多用3W23Cr4MoV或或3Cr2W8V做成型零件材料，壽命在做成型零件材料，壽命在5000次以上。次以上。n黑色金屬壓鑄在壓鑄機選用、模具結(jié)構(gòu)及壓鑄工藝參數(shù)等方面與有色金屬壓鑄基

20、本相同，不同之處在黑色金屬壓鑄在壓鑄機選用、模具結(jié)構(gòu)及壓鑄工藝參數(shù)等方面與有色金屬壓鑄基本相同，不同之處在于：于：n(1)模具預(yù)熱溫度為模具預(yù)熱溫度為200250，連續(xù)生產(chǎn)保持溫度為，連續(xù)生產(chǎn)保持溫度為250300。若采用鉬合金可適當(dāng)。若采用鉬合金可適當(dāng)提高模具溫度。提高模具溫度。n(2)為了減輕壓鑄模受熱程度，減少合金的凝固收縮，應(yīng)盡可能采用較低的澆注溫度。常用黑色金為了減輕壓鑄模受熱程度，減少合金的凝固收縮，應(yīng)盡可能采用較低的澆注溫度。常用黑色金屬的澆注溫度為：鑄鐵屬的澆注溫度為：鑄鐵13001350，中碳鋼，中碳鋼14401460，合金鋼，合金鋼 15501560。n(3)黑色金屬壓鑄一般應(yīng)采用較高的比壓和較低的充填速