第四章压铸模具

神采創意工作室第四章壓鑄模具第4章壓鑄模具4.1壓鑄模具概論4.2壓鑄合金4.3壓鑄機4.4壓鑄模具4.5壓鑄件後處理4.6壓鑄件缺陷與檢驗4-004模具學4-005模具學壓鑄模具概論4-1壓鑄模具概論壓鑄：以壓力將熔融合金熔液壓入金屬鋼模，待其凝固冷卻後取出鑄件的生產方法。生產工具十分昂貴、製作又費時，但由於其生產工具壽命長、生產出來的鑄件品質佳、精密度高，使得壓鑄成為大量生產金屬零件最經濟的方法。汽機車、船舶、飛機、事務機械、家電產品、電子產品等之零件。【4-02】4-006模具學壓鑄法：冷室壓鑄法及熱室壓鑄法二大類。冷室壓鑄法：用於銅、鎂、鋁等高溫合金壓鑄。熱室壓鑄法：用於鋅、鉛、錫等低溫合金壓鑄。鋅合金可用熱室壓鑄法外。亦可用冷室壓鑄法壓鑄。鎂合金已開始大量使用熱室壓鑄法於半固體狀態壓鑄，效果頗佳。【4-02】壓鑄模具概論4-14-007模具學壓鑄加工的種類壓鑄方法：冷室法(ColdChamber)。熱室法(HotChamber)。冷室法：用於高溫壓鑄合金。如鋁、鎂、銅等合金。熱室法：用於低溫壓鑄合金。如鋅、鉛、錫等合金。【4-02】壓鑄模具概論4-14-008模具學冷室壓鑄法冷室壓鑄法其所使用熔爐與壓鑄機分離，熔融的合金熔液以杓子或其他輔助進料裝置送入射料套筒內，然後再用柱塞以極高的壓力押入金屬鋼模內，待其凝固後取出鑄件的方法。合金熔液與射料套筒接觸時間短暫，減少鋁合金對鐵親和作用。【4-02】壓鑄模具概論4-14-009模具學冷室壓鑄法：柱塞位置不同分為水平式與立式。水平式壓鑄法使用的柱塞呈水平。立式壓鑄法所使用柱塞呈垂直。【4-02】壓鑄模具概論4-14-010模具學熱室壓鑄法熱室壓鑄法熔爐裝置於壓鑄機本體內。注射缸浸漬於爐內合金熔液內。此法是以90～500kg/cm高壓力將合金熔液經鵝頸管送入模穴內，待合金熔液凝固後頂出。【4-02】壓鑄模具概論4-14-011圖4.1水平式冷室壓鑄法的壓鑄過模具學【4-03】4-012圖4.2立式冷室壓鑄法的壓鑄過程模具學【4-03】4-013模具學壓鑄加工的特性壓鑄法所得到的鑄件，有別於其他鑄造法。諸如鑄件的精密度。表面粗糙度。鑄件組織以及抗壓強度等。【4-04】壓鑄模具概論4-14-014模具學精密度高生產快速：壓鑄：精密度高且生產快速鑄造方法，經由壓鑄而鑄成壓鑄件尺寸許可差甚小，表面精度甚高。在大多數情況下，壓鑄件不需再加工即可裝配使用，有螺紋的零件亦可直接鑄出。照相機件、打字機件、電子計算機件及裝飾品等小零件，以及汽車、機車、飛機等交通工具複雜零件大多是利用壓鑄法製造。【4-04】壓鑄模具概論4-14-015圖4.3熱室壓鑄法的壓鑄過程模具學【4-04】4-016模具學鑄件表面佳：壓鑄件表面平滑度取決於壓鑄模表面光製程度。其表面精度約為12s～25s。不適當壓鑄條件，亦會影響表面美觀。【4-05】壓鑄模具概論4-14-017模具學壓鑄件強度及組織佳：壓鑄件由於在急冷高壓下凝固，是故其結晶粒度甚小。壓鑄件強度比用其他鑄造方法所製造鑄件佳。壓鑄件厚度可以製成比砂模、金屬模鑄件更薄，可減輕重量及成本。鑄件厚度愈厚，則強度愈佳，但就壓鑄性而言，壁厚大時鑄件內部易生縮孔，且組織不夠細密等缺點。【4-05】壓鑄模具概論4-14-018模具學可大量生產節省成本：壓鑄模利用高級耐熱鋼製成，模具壽命甚長。模具可適度冷卻調節溫度，以縮短鑄造週期所需時間。壓鑄件加工裕度較小，可節省材料及加工成本。壓鑄法是目前最經濟鑄造方法。【4-05】壓鑄模具概論4-14-019模具學缺點：壓鑄合金受限制：壓鑄合金有鋅、鉛、錫、鋁、鎂、銅等六種。銅合金熔點最高，最不易壓鑄。鎂合金所需附屬設備最多，生產成本最高。設備費用昂貴：壓鑄所需設備諸如壓鑄機、熔化爐、保溫爐及壓鑄模都相當昂貴。【4-05】壓鑄模具概論4-14-020模具學鑄件氣密性差：熔液經高速充填至壓鑄模內時，容易產生亂流現象，且易局部形成氣孔或收縮孔，影響鑄件耐氣密性。目前則有一種含浸處理方法，可以用來改善耐氣密性。【4-05】壓鑄模具概論4-14-021模具學壓鑄件的特性壓鑄件尺寸精密度影響精密度因素：壓鑄合金的種類。模具的設計。使用壓鑄機的性能。鑄造條件。製品形狀。模具的製作精密度等。【4-05】壓鑄模具概論4-14-022模具學壓鑄件的鑄肌：壓鑄件表面粗糙度可達Ra=3m以下，可謂平滑而又美觀，有美觀的鑄肌可提高商品的價值，平滑表面可減低機械加工及做表面處理的費用。鑄件鑄肌良否受到鑄模溫度、鑄造壓力、鑄造溫度、鑄造方式、鑄模表面狀況離型劑塗佈情況等左右。【4-06】壓鑄模具概論4-14-023模具學壓鑄件肉厚：壓鑄件肉厚較其他鑄造法鑄件薄。太薄則合金熔液的流動不佳。太厚則鑄件組織不夠細密。鋁合金厚度以不超過7mm。鋅合金厚度不超過10mm以上。【4-06】壓鑄模具概論4-14-024模具學壓鑄件的脫模斜度：壓鑄件能自模穴或模心順利脫離，沿著與分模面垂直模穴側壁設置脫模斜度。脫模斜度設置，視合金種類與側壁深度而異。外側壁脫模斜度約為內側壁1/2倍。【4-06】壓鑄模具概論4-14-025模具學壓鑄件內部健全性與耐壓性：壓鑄件組織緻密，約在0.013mm左右。砂模鑄件則在1.25mm以上。金屬模鑄件則在0.5～1.25mm。壓鑄件強度大於其他鑄造法鑄件。鑄模內容易殘留氣體，不易排出模外，在鑄造時將殘留在鑄件內部，形成多孔之缺陷，肉厚大處更易發生收縮孔。【4-06】壓鑄模具概論4-14-026表4.1為壓鑄件最小肉厚參考值模具學【4-06】4-027模具學壓鑄件經濟性：壓鑄是大量生產鑄造法，生產性高且非常經濟，但是鑄造模具昂貴，製作困難、費時，若少量生產，就單位成本，則不符合經濟原則。【4-07】壓鑄模具概論4-14-028模具學壓鑄件特性：重量減輕，節省材料成本。精密度高，可減少機械加工費用。製品不良率低，具有尺寸均一性，互換性高。【4-07】壓鑄模具概論4-14-029模具學壓鑄合金4-2壓鑄合金：壓鑄所用合金有鋅、鋁、鎂、銅、鉛、錫等合金。鋅、鋁、鎂合金使用較多。銅、鉛、錫合金次之。鋁、鎂、銅合金：高溫壓鑄合金。鋅、鉛、錫合金：低溫合金。【4-07】4-030圖4.4以壓鑄或砂模鑄造機車零件的單價成本比較模具學【4-07】4-031模具學鋅合金鋅合金年產量僅次於鐵、鋁、銅。大部分鋅被用作被覆材料。鋅合金產品除了堅固耐用外，經處理後亦有相當美觀外表，可以替代昂貴的金、銀、銅製品外觀。鋅合金產品在消費潮流日益廣泛。鋅壓鑄合金主要成分以鋁、鎂、銅為主和少量鐵、鉛、錫等不純物，其餘為鋅。【4-08】壓鑄合金4-24-032模具學主要合金及不純物對鋅合金影響：鋁：鋁是鋅壓鑄合金中不可缺少成分。適當含量可以改善鋅壓鑄合金機械性質、及衝擊強度，並降低鋅合金的熔鐵度。在ZADC1合金中鋁含量達3.5％時耐衝擊值可達最佳狀態，但當達5％時則降到最低值。對鋅合金的流動性而言，鋁的含量在接近零值及5％時最佳，在3％時流動性最差。【4-08】壓鑄合金4-24-033模具學鎂：鎂在鋅壓鑄合金中可防止鉛、錫、鎘等不純物所產生晶粒腐蝕，含量適中時可提高鋅壓鑄合金的硬度，含量過高時會影響流動性，降低衝擊強度值及引起熱脆性。銅：鋅壓鑄合金中加入適量銅，可提高耐蝕性、硬度及鑄造性，含量過高時對機械安定性有害，降低耐衝擊性、增大尺寸變化。【4-08】壓鑄合金4-24-034模具學鐵：鐵對於鋅壓鑄合金性質是無害，含量過大時容易生成FeAl化合物浮於表面形成熔渣，而使鋅中鋁含量減少，此化合物介入鑄物中，將使鑄件切削加工及拋光困難。鉛、錫、鎘：合金含量宜作適當控制，含量過大時，不僅降低機械性質，也會引起晶粒腐蝕。【4-08】壓鑄合金4-24-035模具學鋅壓鑄合金：採用含4％的鋁鋅系及含8～28％鋁銅鋅系合金為主。鋅合金以熱室壓鑄法壓鑄其壓鑄性及流動性頗佳，可得極薄且形狀複雜高精密度鑄件，耐壓性、機械性質亦佳，但易受時效影響產生不安定性。【4-08】壓鑄合金4-24-036表4.2鋅壓鑄合金錠的種類及成分模具學【4-09】4-037表4.3各國所使用的鋅壓鑄合金名稱對照表模具學4-038模具學鋅合金熔解爐：主要以坩堝爐為主，也有使用低週波電爐、反射爐。反射爐熔解容易產生較多熔渣，適用在量多時使用。坩堝爐熱源主要以煤氣、燃油或電熱為主。在熔解作業中可將新的合金塊與回收材一起熔解，但原料宜緊密置入使合金塊與坩堝爐密實接觸，以提高熱傳導，減少坩堝過熱現象。【4-10】壓鑄合金4-24-039模具學回收材使用宜注意不純物的混入。例如崁入物、塗裝材、或電鍍特殊回收材。鋅合金熔解溫度宜保持在420℃～450℃，不可超過450℃。【4-10】壓鑄合金4-24-040模具學鋅合金壓鑄製品應用非常廣泛。從家電製品零件、吊扇、門鎖、飾品、手工具到汽機車零件、電子零件、自行車零件、高爾夫球頭。鋅合金硬度高、熔點低、延展性佳壓鑄加工成形性優良，且鑄件經電鍍處理後可得美觀細緻表面，需求有增無減。【4-10】壓鑄合金4-24-041表4.4鋅合金常溫之機械性質模具學【4-10】4-042表4.5鋅合金物理性質模具學【4-10】4-043表4.5鋅合金物理性質模具學【4-10】4-044模具學鋁合金鋁合金主要產品用於汽機車工業。產品具有堅固、輕薄、耐用特性，隨著汽車工業之輕量化，鋁合金需求更是有增無減。汽機車輪圈、引擎、變速箱等，零件需特殊鋁合金潛在需求相當大。【4-11】壓鑄合金4-24-045模具學鋁合金主要有鋁-矽系、鋁-矽-鎂系、鋁-鎂系、鋁-銅-矽系等幾類合金。各類合金系主要成份除鋁本身外，尚有銅、鎂、矽、鐵、錳、鎳、鋅鉛、鍚、鈦及其他不純物等。【4-11】壓鑄合金4-24-046模具學鋁合金成份及不純物對性質影響：矽：矽可顯著提高鋁合金流動性，減低高溫脆性，並可減少鑄件收縮。對切削性有不良影響，在鋁-鎂系合金中添加少量矽可改善其壓鑄性。【4-11】壓鑄合金4-24-047表4.6各種鋁合金的主要成分模具學【4-11】4-048模具學鎂：在鋁-矽系合金中添加鎂可改善鋁合金切削性、流動性，並可增加耐蝕性、電鍍性及陽極皮膜性。在鋁-矽-銅系合金中，鎂則屬不純物，所生成的MgSi將會產生高溫脆性，並減低耐衝擊性，因此均要求含量應控制在0.3％以下。【4-12】壓鑄合金4-24-049模具學銅：銅改善鋁合金機械性及切削性，但在鋁-矽系及鋁-鎂系合金中，銅為不純物，應予適當控制，過量銅將會降低耐蝕性及鑄造性。鐵：鐵在鋁合金中屬不純物，但可改善鑄件粘膜缺點，並可提高硬度，因其容易形成FeA1結晶而成為硬點，影響切削加工，其成份需控制在規定範圍內。【4-12】壓鑄合金4-24-050模具學鋁合金因極易侵蝕鐵質物品，以冷室壓鑄法壓鑄較適合。鋁合金的比重小、重量輕、成本低廉，熱傳導度、電傳導度以及切削性均佳。熔接性及電鍍性欠佳。【4-12】壓鑄合金4-24-051表4.7各國鋁合金名稱對照表模具學【4-12】4-052表4.8鋁合金的機械性質及物理性質模具學【4-13】4-053表4.9鋁合金的一般性質模具學【4-13】4-054模具學鋁合金熔解作業，在熔解爐熔解，以熔液保溫爐供給機體附近作業。鋁合金可用反射爐、坩堝爐、感應電爐等溶解。反射爐於熔解量較多時使用，主要熱源以重油或瓦斯為主。坩堝爐與感應電爐適用於少量或中量生產。【4-14】壓鑄合金4-24-055模具學鋁合金用保溫爐有電阻保溫爐、電氣感應保溫爐等，其爐體主要以坩堝為主。坩堝主要以鑄鐵製成，須以水玻璃礬石粉等製成裏襯，以防止鋁合金侵蝕。【4-14】壓鑄合金4-24-056圖4.5外燃式坩堝爐的構造模具學【4-14】4-057模具學反射爐與坩堝爐加料方式稍有不同反射爐應先置入新合金塊，再加入回收料後加熱。坩堝爐先在爐底有底爐，先裝入回收料，再加入合金塊，以縮短熔解時間。熔解溫度宜控制在670℃～760℃，溫度過低則不易分離雜質，過熱易生成氧化物或吸收氣體，熔解時添加溶劑以分離氧化物，或使結晶微細化及使熔解氫脫氣。【4-15】壓鑄合金4-24-0