壓鑄模具設計基礎知識2

第一講:壓鑄基本概念

撰稿:Macherchen12/12/20221一.鑄造工藝砂型鑄造金屬型鑄造特種鑄造

壓力鑄造重力鑄造低壓鑄造熔模鑄造陶瓷型鑄造連續(xù)鑄造離心鑄造真空吸鑄永久型鑄造12/12/20222二.壓鑄概論壓力鑄造概念:(鋁,錫,鋅,鎂,鉛,銅,合金)即將溶融合金在高壓,高速條件下充型並在高壓下冷卻凝固成型的一種精密鑄造方法,簡稱壓鑄,其最終產品是壓鑄件.壓力鑄造特性:高速充填:通常澆口速度達30~60m/s之間.充填時間很短:中小型件通常為0.02~0.2s之間.高壓充填:熱室機壓力通常為70~350kg/c㎡溶湯的冷卻速度快

12/12/20223沖頭噴嘴壓室坩堝進口二.壓鑄概論壓鑄設備熱室壓鑄機冷室立式(全)臥式熱室壓鑄機的壓室通常浸入坩鍋的金屬液中,如圖示.12/12/20224三.壓鑄制程溶湯的流動方式（一）噴射及噴射流

壓力

運動能(碰壁)熱能和壓力由噴射﹑噴射流轉變?yōu)閴毫α?2/12/20225三.壓鑄制程溶湯的流動方式（二）壓力流

因沖撞,磨擦和氣體阻力等(抽象),運動能量耗盡(常發(fā)生在加強筋,凸臺,遠離澆口之部位),具有接受後繼金屬液中供給的壓力能,從而使金屬液沿著型腔內壁前進的特性.利用這特性,可便以型腔排氣.在壓力流充填的部位,匯集著由噴射和噴射流所充填部分的氣體﹐必須開設排氣槽.（三）再噴射（四）補縮金屬流（保壓時間）12/12/20226四.成型工藝（一）壁厚鋅合金:0.3MM

(最小)鋁﹕0.5MM最小孔徑:0.7MM螺紋螺距﹕0.75MM最大壁厚與最小壁厚之比不要大于3﹕1（應設計壁厚均勻﹐保証足夠強度與剛度的前提）12/12/20227四.成型工藝（二）加強肋﹕大于或等于2.5MM﹐會降低抗拉強度﹐易產生氣孔﹐縮孔。設計原則﹕1﹐受力大﹐減小壁厚﹐改善強度.2﹐對稱布置﹐壁厚均勻﹐避免縮孔氣孔.3﹐與料流方向一致﹐避免亂流.4﹐避免在肋上設置任何零部件.12/12/20228四.成型工藝（三）脫模斜度β12/12/20229四.成型工藝（四）圓角12/12/202210四.成型工藝藝（五）孔孔鋅:0.8~1.5（最小小直徑））鋁:2.0~2.5（最小小直徑））（六）文文字:凸凸凹紋紋﹐直紋紋例:平行行紋（直直紋）高高0.7MM﹐﹐間距1MM﹐﹐角度60.5。外俓Φ34.5mm共共104牙12/6/202211四.成型型工工藝藝（七七））螺螺紋紋﹐﹐齒齒輪輪(八八））嵌嵌件件合金外內外內6108P5P鋁10206P4P鋅最小螺距（P)0.751最小螺紋外徑最大螺紋長度12/6/202212五.壓鑄鑄合合金金及及其其性性能能（一一））壓壓鑄鑄合合金金鋁(Al),鋅鋅(Zn),鎂鎂(Mg),鉛鉛(Pb),錫錫(Sn),銅銅(Gu)（二二））壓壓鑄鑄合合金金之之鋅合合金金熱室室壓壓鑄鑄用用鋅合金金中中有效效合合金金元元素素:鋁鋁(Al),銅銅(Gu),鎂鎂(Mg)有害雜質元元素:鐵(Fe),硅(Si),鉛(Pb),鎘(Gd),錫(Sn)來源於鋁來來源於鋅12/6/202213五.壓鑄合金及及其性能鋅合金種類類鋅合金種類類12/6/202214五.壓鑄合金及及其性能12/6/202215五.壓鑄合金及及其性能熱室壓鑄鋅鋅合金中的的合金元素素---合金金元素-鋁鋁鋁的加入可可`降低合金對對鐵的反應應能力,因因此降低了了合金對鋅鋅鍋,鵝頸頸及模具具的侵蝕降低合金的的熔點增加合金的的流動性能能改善合金的的機械性能能產生Fe2Al5浮渣,造成成其含量的的下降12/6/202216五.壓鑄合金及及其性能熱室壓鑄鋅鋅合金中的的合金元素素----合合金元素-銅銅的加入可可增加合金的的強度提高合金的的硬度改善合金的的抗磨損性性能降低合金的的可延伸性性造成壓鑄件件的尺寸不不穩(wěn)定性(產生時效效脹大)(當銅的含含量>1.25%時時)12/6/202217五.壓鑄合合金及及其性性能熱室壓壓鑄鋅鋅合金金中的的合金金元素素---合金金元素素-鎂鎂鎂的加加入可可細化合合金組組織,從而而增加加壓鑄鑄件的的強度度改善合合金抗抗晶間間腐蝕蝕的能能力改善合合金的的抗磨磨損性性能降低合合金的的流動動性易在合合金熔熔融狀狀態(tài)下下氧化化損耗耗12/6/202218五.壓鑄合合金及及其性性能熱室壓壓鑄鋅鋅合金金中的的合金金元素素---雜質質元素素-鎘鎘,鉛鉛鎘在合合金中中的含含量絕絕對不不能>0.003%降低合合金的的機械械性能能造成合合金晶晶間腐腐蝕鉛在合合金中中的翎翎量絕絕對不不能>0.003%降低合合金的的時效效機械械性能能當含量量超過過0.005%時,造成成合金金晶間間腐蝕蝕我們經經常遇遇到這這樣的的情況況,工工件剛剛壓鑄鑄成型型時,其表表面質質量一一切正正常.可是是,在在室溫溫下存存放數數星期期或幾幾個月月後,表面面出現現鼓泡泡.12/6/202219五.壓鑄合合金及及其性性能熱室壓壓鑄鋅鋅合金金中的的合金金元素素---雜質質元素素-錫錫錫在鋅鋅合金金錠中中的含含量絕絕對不不能>0.001%,在太鑄鑄件中中的含含量不不能>0.002%造成合合金晶晶間腐腐蝕降低合合金的的抗沖沖擊性性能降低合合金的的抗拉拉伸強強度引起尺尺寸不不穩(wěn)定定12/6/202220五.壓鑄鑄合合金金及及其其性性能能熱室室壓壓鑄鑄鋅鋅合合金金中中的的合合金金元元素素---雜雜質質元元素素-鐵鐵鋅合合金金中中鐵鐵元元素素含含不不能能>0.02%,鐵鐵元元素素可可:增增加加合合金金的的硬硬度度但同同時時增加加合合金金的的脆脆性性和合合金金中中的的鋁鋁發(fā)發(fā)生生反反應應形形成成Al5Fe2金屬屬間間化化合合物物,造成成鋁鋁元元素素的的損損耗耗並並形形成成浮浮渣渣在壓壓鑄鑄件件中中出出現現硬硬點點12/6/202221五.壓鑄鑄合合金金及及其其性性能能熱室室壓壓鑄鑄鋅鋅合合金金中中的的合合金金元元素素---雜雜質質元元素素-硅硅硅在在鋅鋅合合金金中中的的含含量量絕絕對對不不能能0.02%,提高高鋅鋅合合金金的的脆脆性性轉轉變變溫溫率率~20度度降低低鋅鋅合合金金的的可可加加工工性性12/6/202222五.壓鑄鑄合合金金及及其其性性能能熱室室壓壓鑄鑄鋅鋅合合金金中中的的合合金金元元素素----結結論論熱室室壓壓鑄鑄用用鋅鋅合合金金必必須須是是以以特特高高純純度度鋅鋅為為基基礎礎,加加入入特特高高純純度度鋁鋁,鎂鎂和和銅銅嚴格格控控制制壓壓鑄鑄溫溫度度,避避免免攪攪拌拌水口口料料重重熔熔時時,一一定定要要嚴嚴格格控控制制重重熔熔溫溫度度以以避避免免鋁鋁和和鎂鎂的的損損耗耗12/6/202223六.壓鑄鑄工工藝藝影響響金金屬屬液液充充填填成成型型的的因因素素很很多多﹐﹐主主要要有有﹕﹕壓壓射射壓壓力力﹐﹐壓壓射射速速度度﹐﹐充充填填時時間間﹐﹐壓壓鑄鑄模模溫溫。。（一一））壓壓射射壓壓力力的的概概念念定義義1﹕﹕壓壓射射力力指指壓壓射射沖沖頭頭作作用用于于金金屬屬液液面面上上的的力力。。(這這個個力力在在壓壓鑄鑄過過程程中中不不是是恆恆定定不不變變的的,它它大大小小隨隨不不同同的的壓壓鑄鑄階階段段變變化化而而改改變變.)壓射射液液壓壓缸缸壓壓射射沖沖頭頭壓壓室室熔熔液液模模具具型型腔腔t1:F1為為克克服服磨磨擦擦力力(壓壓室室中中)t2:開開始始進進入入型型腔腔﹐﹐因因澆澆口口急急減減﹐﹐阻阻力力增大大﹐﹐F2>F1,達達到到高高速速充充填填t3:(快快速速增增壓壓階階段段)快快速速充充填填直直止止充充滿滿型腔腔最最大大值值F3為為壓壓射射壓壓力力t4:F4靜靜壓壓力力﹐﹐對對鑄鑄件件壓壓實實(壓壓射射力力與與時時間間關關係係曲曲線線見見右右圖圖)壓力F時間t12/6/202224六.壓鑄鑄工工藝藝定義義2﹕﹕壓壓射射壓壓力力就就是是在在充充模模剛剛結結束束時時壓壓射射沖沖頭頭作作用用在在金金屬屬液液面面上上的的力力。。定義義3﹕﹕壓壓射射壓壓力力是是以以壓壓射射比比壓壓來來表表示示﹐﹐壓壓射射比比壓壓就就是是充充模模結結束束時時﹐﹐壓壓射射沖頭頭作作用用于于單單位位面面積積金金屬屬液液面面上上的的壓壓力力。。P﹕壓射比壓（Pa）F4F

F:壓射壓力（N）Aπd2d﹕壓室直徑(m)A﹕沖頭截面積（m2）

壓射比壓與壓射壓力成正比﹐與壓射沖頭的截面積成反比。30MPa簡單50MPa簡單40MPa復雜60MPa復雜壁厚=<3mm壁厚>3mm鋅合金的壓射比壓P=實際際比比壓壓應應等等于于計計算算比比壓壓乘乘以以壓壓力力損損減減系系數數K(約約0.88).比壓壓大大小小可可通通過過調調節(jié)節(jié)壓壓鑄鑄機機的的壓壓射射力力和和更更換換不不同同直直徑徑的的壓室來來實現現。12/6/202225六.壓鑄工工藝（二））充填填速度度及其其選擇擇充填速速度是是指熔熔融金金屬地地壓射射沖頭頭壓力力的作作用下下﹐通通過內內澆口口時的的線速速度。。影響充充填速速度的的因素素有壓壓射速速度﹐﹐壓射射比壓壓和內內澆口口截面面積等等。根據等流量連續(xù)方程V1A1πD2V1A24A2V1

壓射速度（m/s）V2

充填速度（m/s）A1壓室沖頭截面積（m2）A2內澆口截面積D壓室沖頭直徑A1V1=A2V2V2=在設計計壓鑄鑄模時時﹐內內澆口口的設設置一一般應應預留留出修修模位位置﹐﹐以便便在試試模時時修整整截面面大小小。匿匿內澆澆口面面積過過小﹐﹐充型型壓力力損失失增加加﹐加加大壓壓鑄機機負荷荷則充充填速速度過過大﹐﹐液態(tài)態(tài)金屬屬呈噴噴射狀狀進入入型腔腔﹐﹐壓鑄鑄件內內部組組織氣氣孔量量增加加﹐高高速沖沖蝕型型腔﹐﹐影響響壽命命。當當澆口口尺寸寸足夠夠大以以后﹐﹐充填填速度度控制制主要要是通通過調調節(jié)壓壓射速速度來來實現現。12/6/202226六.壓鑄鑄工工藝藝

沖頭空行程壓射速度﹕(m/s)鋅合金﹕0.3~0.5鋁﹕0.5~1.1

伯努力方程V=

2Pρ(理想)V﹕流體速度（m/s）P﹕流體壓力（Pa）ρ﹕流體密度（Kg/m3）V2=μ

2Pρ（因粘性﹐表面

張力﹐內磨擦）μ﹕阻力系數鋅合金=55.4V2P12/6/202227六.壓鑄鑄工工藝藝金屬液自開始進入模具型腔到充滿所需的時間稱為充模時間（三）合金的澆注溫度溶點﹕389。C澆鑄溫度﹕425。C逐層混

合糊狀凝固（四）模具溫度簡單﹕180。C~200。C（連續(xù)工作）模具預熱130。C~180。C復雜﹕190。C~220。C（連續(xù)工作）模具預熱150。C~200。C（五）充填時間與持壓時間因素﹕大小﹐復雜程度﹐澆口處的面積﹐充填速度.mm--鑄件重量(kg)ρA2Vρ--流體密度（Kg/m3）A2--內澆口截面積t=V--充填速度12/6/202228七.特特殊殊壓壓鑄鑄工工藝藝產生生氣氣孔孔疏疏松松的的原原因因:高高速速充充模模氣氣體體末末完完全全排排出出及及凝凝固固收收縮縮得得不不到到充充分分補補縮縮。。（一一））真真空空壓壓鑄鑄特點點﹕﹕1.顯顯著著減減少少氣氣孔孔,組組織織更更致致密密,提提高高了了力力學學性性能能;2.減減小小充充型型反反壓壓力力,成成型型好好,表表面面質質量量得得到到改改善善;3.可可減小或或不用排排氣系統(tǒng)統(tǒng);4.結結構復雜雜﹐成本本高.一般只適適用于薄薄壁,流流程較長長的鑄件件,而對對壁厚不不均,較