压铸模设计_第五章_压铸件结构设计及压铸工艺

1压铸件结构设计压铸件工艺参数的选择压铸用涂料压铸件的清理、浸渗、后处理和表面处理半固态压铸其他特殊压铸工艺第五章压铸件结构设计及压铸工艺2压铸件结构的合理性和工艺适应性决定了后序工作能否顺利进行。分型面的选择浇道的设计推出机构的布置收缩规律的掌握、精度的保证缺陷的种类及其程度一、压铸工艺对压铸件结构的要求第一节压铸件结构设计3压铸件的分型面上，应尽量避免带有圆角（一）简化模具，延长模具使用寿命图5-1避免在分型面上有圆角4避免模具局部过薄图5-2改进铸件结构保证镶块足够的厚度5避免在压铸件上设计互相交叉的盲孔图5-3压铸件应避免有互相交叉的盲孔6避免内侧凹图5-4内侧凹结构及消除7（二）改进模具结构、减少抽芯部位减少不与分型面垂直的抽芯部位，对降低模具的复杂程度和保证压铸件的精度是有好处的。图5-5压铸件支承部位形状与抽芯8图5-6孔的结构与抽芯9（三）方便压铸件脱模和抽芯图5-7压铸件形状与抽芯10图5-8压铸件结构与变形（四）防止变形11压铸件壁厚增加，内部气孔、缩孔等缺陷也随之增加，故在保证铸件有足够强度和刚度的前提下应尽量减少厚度并保持各截面的厚薄均匀一致。对铸件的厚壁处，为了避免缩松等缺陷，应通过减薄厚度并增设加强肋来解决。设计肋来增加零件的强度和刚性，同时也改善了压铸的工艺，使金属的流路顺畅，消除单纯依靠加大壁厚而引起的气孔和收缩缺陷。二、压铸件基本结构的设计1、壁厚与肋12表5-1压铸件最小和正常壁厚压铸件适宜的壁厚：铝合金为1~6mm，锌合金为l~4mm，镁合金为1.5~5mm，铜合金为2~5mm。13铸造圆角有助于金属液的流动，减少涡流，气体容易排出，有利于成形；可避免尖角处产生应力集中而开裂。对需要进行电镀和涂覆的压铸件更为重要，圆角是获得均匀镀层和防止尖角处镀层沉积不可缺少的条件。对于模具来讲，铸造圆角能延长模具的使用时间。没有铸造圆角会产生应力集中，模具容易崩角，这一现象对熔点高的合金（如铜合金）尤其显著。2、铸造圆角14两壁水平连接s1/s2≤2时，R=(0.2~0.25)(s1十S2)；s1/s2＞2时，L≥4(S1—S2)。图5-9两壁水平连接15两壁垂直连接等壁厚（图a)：Ra＝Rf十S，Rf=S；不等壁厚（图b）：Rd＝(Rf+S2)，Rf=0.6(S1十S2)。图5-10两壁垂直连接16两壁丁字形连接S1/S2＜1.75时，R=0.25(S1+S2)；S1/S2＞1.75时，加强部位在一壁，，加强部位在两壁，h=0.5(S1+S2)。213ssh图5-11两壁丁字形连接17交叉连接的壁(壁厚不相等时，选最薄的壁厚代入公式)当当当sRsRsRsRsR5.2,5.0,30;5.1,75.0,45;,902121图5-12交叉连接时的园角18铸造斜度又称脱模斜度。为了便于从压铸模内取出压铸件和从压铸件内抽出型芯，压铸件应具有足够的和尽可能大的铸造斜度。表5-2压铸件脱模斜度3、铸造斜度19压铸法的特点之一是能够铸出小而深的圆孔、长方形孔和槽。表5-3铸孔最小孔径以及孔径与深度的关系4、压铸孔和槽20表5-4压铸长方形孔和槽的深度215、压铸镶嵌件压铸的另一个特点是可以方便地采用嵌件。图5-13镶嵌件上凹槽的尺寸图5-14镶嵌螺纹件的尺寸22表5-5镶嵌件滚花尺寸表5-6包住镶嵌件的金属最小厚度23采用铸入嵌件时应注意以下几点：嵌件与压铸件本体的金属之间不产生严重的电化学腐蚀，必要时嵌件外表可镀层。嵌件不应离浇口太远，以免熔接不牢，如必须远离者，应适当提高浇注温度。有嵌件的压铸件应避免热处理，以免因两种合金的相变而产生不同的体积变化后，件在压铸件内松动。嵌件铸入后，被基体金属所包紧，不应在任意方向上松动，这可以通过将嵌件进行波花、液纹、切槽、铣扁以及挤压出凸体(点状和键形)等加工方法来达到这一要求。嵌件应进行清理，去污秽，并预热，预热温度与模具温度相近。24三、压铸件的精度、表面粗糙度及加工余量（一）压铸件的尺寸精度影响压铸件尺寸精度的主要因素：模具的制造精度开模和抽芯以及推出机构运动状态的稳定程度模具使用过程中的磨损量引起的误差模具的修理的次数及其使用期限。25影响压铸件尺寸精度的主要因素（续）：合金本身化学成分的偏差工作环境温度的高低合金收缩率的波动压铸工艺参数的偏差压铸机精度和刚度引起的误差26压铸件线性尺寸公差及选用见表5-7。公差带应对称分布，即公差的一半取正值，另一半取负值。采用非对称设置，应在图样上注明。合金公差等级CT锌合金4-6铝（镁）合金5-7铜合金6-8表5-7压铸件基本尺寸公差等级1、长度尺寸27压铸件受分型面或压铸模活动部分影响的尺寸、应按表5-8规定在基本尺寸公差上再加附加公差。表5-8线性尺寸受分型面和压铸模活动部分影响附加的公差282、壁厚、肋厚、法兰或凸缘厚度等尺寸壁厚、肋厚、法兰或凸缘厚度等尺寸公差按表5-9选取。表5-9厚度尺寸公差293、圆角半径尺寸圆角半径尺寸公差按表5-10选取。表5-10园角半径尺寸公差304、角度和锥度尺寸自由角度和自由锥度尺寸公差按表5-11选取。表5-11自由角度和自由锥度公差315、孔中心距尺寸孔中心距尺寸公差按表5-12选取。若受模具分型面和活动部分影响，在基本尺寸公差上也应加附加公差。表5-12孔中心距尺寸公差32（二）表面形状和位置对于压铸件来说，变形是一个不可忽视的问题，其公差值应控制在一定的范围内，整形前和整形后的平面度和直线度公差，平行度、垂直度和倾斜度公差，同轴度和对称度公差分别按表5-13，表5-14和表5-15选取。表5-13压铸件平面度和直线度公差33表5-14压铸件平行度、垂直度和倾斜度公差表5-15压铸件同轴度和对称度公差34（三）表面粗糙度在填充条件良好的情况下，压铸件表面粗糙度一般比模具成型表面的粗糙度低两级。若是新模具，压铸件上可衡量的表面粗糙度应达到相当于国标GB13l—1989的Ra2.5~6.3mm，也可能达到Ra0.32mm。随着模具使用次数的增加，通常压铸件的表面粗糙度值会逐渐变大。35当压铸件的尺寸精度与形位公差达不到设计要求而需机械加工时，应优先考虑精整加工，以便保留其强度较高的致密层。机械加工余量应选用较小值，见表5-16。表5-16机械加工余量（四）加工余量36一、压铸压力的选择压射比压的选择应根据压铸件的形状、尺寸、复杂程度、壁厚、合金的特性、温度及排溢系统等确定，一般在保证压铸件成形和使用要求的前提下选用较低的比压。第二节压铸工艺参数的选择37表5-17选择压射比压要考虑的主要因素38充填速度过小会使铸件的轮廓不清，甚至不能成形。充填速度选择过大，会引起铸件粘型并使铸件内部气孔率增加，使力学性能下降。二、压铸速度的选择充填速度也是压铸工艺主要参数之一，充填速度的高低直接影响压铸件的内部和外观质量。39对于厚壁或内部质量要求较高的铸件，应选择较低的充填速度和高的增压比压；对于薄壁或表面质量要求高的铸件以及复杂的铸件，应选择较高的比压和高的充填速度；合金的浇注温度较低、合金和模具材料的导热性能好、内浇道厚度较大时，也要选择较高的充填速度。充填速度的选择，一般应遵循的原则：40表5-18常用的充填速度41合金浇注温度是指金属液从压室进入型腔的平均温度，通常用保温炉内的温度表示，一般高于合金液相线20~30℃。浇注温度过高，合金收缩大，使铸件容易产生裂纹，铸件晶粒粗大，还能造成脆性；浇注温度过低，易产生冷隔、表面流纹和浇不足等缺陷；三、温度参数的选择（一）合金浇注温度42表5-18各种压铸合金浇注温度43压铸模预热的作用有两个方面：避免高温液体金属对冷压铸模的“热冲击”，以延长压铸模使用寿命；避免液体金属在模具中因激冷而很快失去流动性，使铸件不能顺利充型，造成浇不足、冷隔、“冰冻”等缺陷，或即使成形也因激冷增大线收缩，引起铸件产生裂纹或表面粗糙度增加等缺明。（二）压铸模具的温度44表5-19不同压铸合金的压铸模预热温度及工作温度45图5-15压铸件力学性能与压铸模工作温度的关系1－ZL1052－ZM546金属液自开始进入型腔到填满所需的时间称为填充时间。充填时间长短取决于铸件的体积、壁厚的大小及铸件形状的复杂程度。对大而简单的铸件，充填时间要相对长些；对复杂和薄壁铸件充填时间要短些。当压铸件体积确定后，填充时间与内浇口速度和内浇口截面积之乘积成反比。四、充填、持压和开模时间（一）充填时间47表5-20铸件的平均壁厚与充填时间的推荐值48•从液态金属充填型腔到内浇道完全凝固时，继续在压射冲头下的持续时间称为持压时间。•持压时间长短取决于压铸件的材料和壁厚。•对于熔点高、结晶温度范围大的厚壁压铸件，持压时间应长些，•对熔点低、结晶温度范围小的薄壁压铸件、持压时间可以短些。（二）持压时间和留模时间1、持压时间49表5-21生产中常用的持压时间50停留时间过短，由于铸件强度尚低，可能在铸件顶出和自压铸模落下时引起变形，对强度差的合金还可能因为内部气孔的膨胀而产生表面气泡。停留时间太长，则铸件温度过低，收缩大，对抽芯和顶出铸件的阻力亦大：对热脆性合金还能引起铸件开裂，同时也会降低压铸机的效率。2、留模时间留模时间是指持压时间终了到开模推出压铸件的时间，以推出压铸件不变形、不开裂的最短时间为宜。51结构复杂的厚壁压铸件压射力要大；结构复杂的薄壁压铸件压射速度要快，浇注温度和模具温度要高；形状一般的厚壁压铸件持压时间和留模时间要长。综上所述，压铸工艺参数中压力、速度、温度及时间的选择应遵循以下原则：52压铸过程中对模具型腔、型芯表面、滑块、推出元件、压铸机的冲头和压室等所喷涂的润滑材料和稀释剂的混合物，通称为压铸涂料。第三节压铸用涂料53为压铸合金和模具之间提供有效的隔离保护层，避免金属液直接冲刷型腔和型芯表面，改善模具的工作条件；降低模具热导率，保持金属液的流动性，提高金属的成型性；高温时保持良好的润滑性能，减少压铸件与模具成型部分尤其是型芯之间的摩擦，便于推出，延长模具寿命，提高压铸件的表面质量；预防粘模（对铝、锌合金而言）。一、压铸涂料的作用54在高温状态下具有良好的润滑性；挥发点低，在100~150℃，稀释剂能很快挥发；涂敷性好；对压铸模和压铸件无腐蚀作用；性能稳定，在空气中稀释剂不应挥发过快而变稠，存放期长；高温时不分解出有害气体，并不会在压铸模型腔表面产生积垢；配制工艺简单，来源丰富，价格便宜。二、对涂料的要求55使用涂料时应特别注意用量，不论是涂刷还是喷涂，要避免厚薄不均或者太厚；当采用喷涂时，涂料浓度要加以控制。用毛刷涂刷时，在刷后应用压缩空气吹匀；喷涂或涂刷后，应待涂料中的稀释剂挥发后才能合模浇注；喷涂涂料后，应特别注意压铸模排气道的清理、避免因被涂料堵塞而起不到排气作用。对于转折、凹角部位应避免涂料沉积，以免造成压铸件的轮廓不清晰。三、涂料的使用56一、压铸件的清理压铸件的清理包括取出浇口、排气槽、溢流槽、飞边及毛刺等，有时还需要修整经上述工序后留下的痕迹。压铸机的生产效率很高，因此，在大量生产时实现铸件清理工作机械化和自动化是非常重要的。第四节压铸件的清理、浸渗、后处理和表面处理571、定义压铸件内部缺陷如气孔、针孔等可压入密封剂（浸渗剂），使其具有耐压性（气密性、防水性），这种方法叫浸渗处理。2、常用的方法真空加压法。二、压铸件的浸渗处理58压铸件洗净、烘干，装入浸渗罐，用真空泵抽真空，使罐内真空度高于80kPa，然后吸入预热到50~70℃的浸渗剂液体，待完全覆盖压铸件后，关闭阀门并加0.5~1.0MPa气压，保持10~15min后除去浸渗液，取出铸件洗净，经8~24h干燥即成。真空加压法的处理工艺591、压铸件的后处理压铸件的后处理主要指时效退火和负温时效处理，目的是消除内应力，稳定压铸件的尺寸，提高其力学性能，适应在负温条件下工作等。三、压铸件的后处理、表面处理60表5-22压铸件时效退火和负温时效处理规范61铝合金压铸件多在铸态下使用，有时为了增加耐蚀性和表面美观，进行表面处理。锌合金压铸件的表面处理主要指铬酸盐