合金压铸件设计规范

铝合金压铸件的设计和质量要求学习内容§1、压铸工艺及压铸铝合金材料常识§2、铝合金压铸件的设计§3、铝合金压铸件的质量要求§1、压铸工艺及压铸铝合金材料常识一、压铸工艺简介压力铸造（简称压铸）是近代金属成型加工工艺中发展较快的一种少无切削的特种铸造方法。工艺实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。工艺过程动画压铸工艺的特点：高速高压是压力铸造的主要特征。常用的工作压力为数十兆帕，填充速度约为16~80m/s，金属液填充模具型腔时间极短，约为0.01~0.2s。与其它铸造方法相比，压铸有以下三方面优点：1.产品质量好铸件尺寸精度高，一般相当于6~7级，甚至可达4级；表面光洁度好，一般相当于5~8级；强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高25~30％，但延伸率降低约70％；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm；铝合金铸件可达0.5mm；最小铸出孔径为0.7mm；最小螺距为0.75mm。2.生产效率高机器生产率高，例如国产J1113型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600～700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸3000~7000次；压铸型寿命长，一付压铸型，压铸钟合金，寿命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化。3.经济效果优良由于压铸件尺寸精确，表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便易；可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。压铸是最先进的金属成型方法之一，是实现少切屑，无切屑的有效途径，应用很广，发展很快。目前压铸合金不再局限于有色金属的锌、铝、鎂和铜，而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和铸钢件。压铸件的尺寸和重量，取决于压铸机的功率。由于压铸机的功率不断增大，铸件形尺寸可以从几毫米到1～2m；重量可以从几克到数十公斤。国外可压铸直径为2m，重量为50kg的铝铸件。二、压铸合金用于生产压铸件的金属材料有多为铝合金、纯铝、锌合金、铜合金、镁合金、铅合金、锡合金等有色金属，黑色金属很少采用。对压铸合金的基本要求：三、压铸铝合金材料常识我公司常用的压铸件材料为压铸铝合金，代号为YL102（国标材料）和ADC12（日本标准材料）二种。国标GB/T15115和日本标准JISH5302中分别规定了压铸铝合金的牌号、代号、化学成份、检验方法和检验规则等；ADC12相当于YL104，但性能参数、化学成份不恒等，特别在性能上相差较大。压铸铝合金中各元素的作用和影响1.硅（Si）硅是大多数压铸铝合金的主要元素。它能改善合金的铸造性能。硅与铝能组成固溶体。在577℃时，硅在铝中的溶解度为1.65％，室温时为0.2％、含硅量至11.7％时，硅与铝形成共晶体。提高合金的高温造型性，减少收缩率，无热裂倾向。当合金中含硅量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又多时，即出现游离硅的硬质点，使切削加工困难，高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。2.铜（Cu）铜和铝组成固溶体，当温度在548℃时，铜在铝中的溶解度应为5.65％，室温时降至0.1％左右，增加含铜量，能提高合金的流动性，抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性和塑性，热裂倾向增大。3.镁（Mg）在高硅铝合金中加入少量（约0.2～0.3％）的镁，可提高强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性。含镁8％的铝合金具有优良的耐蚀性，但其铸造性能差，在高温下的强度和塑性都低，冷却时收缩大，故易产生热裂和形成疏松。4.锌（Zn）锌在铝合金中能提高流动性，增加热脆性，降低耐蚀性，故应控制锌的含量在规定范围中。5.铁（Fe）在所有铝合金中都含有害杂质。因铝合金中含铁量太高时，铁以FeAl3、Fe2Al7和Al－Si－Fe的片状或针状组织存在于合金中，降低机械性能，这种组织还会使合金的流动性减低，热裂性增大，但由于铝合金对模具的粘附作用十分强烈，当铁含量在0.6％以下时尤为强烈。当超过0.6％后，粘模现象便大为减轻，故含铁量一般应控制在0.6～1％范围内对压铸是有好处的，但最高不能超过1.5％。6.锰（Mn）锰在铝合金中能减少铁的有害影响，能使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织，故一般铝合金允许有0.5％以下的锰存在。含锰量过高时，会引起偏析。7.镍（Ni）镍在铝合金中能提高合金的强度和硬度，降低耐蚀性。镍与铁的作用一样，能减少合金对模具的熔蚀，同时又能中和铁的有害影响，提高合金的焊接性能。当镍含量在1～1.5％时，铸件经抛光能获得光洁的表面。由于镍的来源缺乏，应尽量少采用含镍的铝合金。8.钛（Ti）铝合金中加入微量的钛，能显著细化铝合金的晶粒组织，提高合金的机械性能，降低合金的热裂倾向。§2、铝合金压铸件的设计压铸件对压铸工艺的符合性，是防止不良品的发生并以低成本大批量生产的保证。良好的压铸件设计可以保证模具的寿命和生产的可靠性以及高的良品率。压铸件的设计原则是：正确选择压铸件的材料；合理确定压铸件的尺寸精度；尽量使壁厚分布均匀；避免尖角。压铸件按使用要求可分为两大类，一类承受较大载荷的零件或有较高相对运动速度的零件，检查的项目有尺寸、表面质量、化学成分、力学性能（抗拉强度、伸长率、硬度）。另一类为其它零件，检查的项目有尺寸、表面质量及化学成分。一、压铸件的结构要素合理的压铸件结构不仅能简化压铸型的结构，降低制造成本，同时也改善铸件质量。1、铸件设计的结构要求（1）消除内部侧凹，如：（2）、避免或减少抽芯部位压铸抽芯过程示意避免和减少抽芯的方法：①非重要部位，由压铸完成后的后续工序完成；②改进结构设计，以满足功能而牺牲外观。如：（3）避免型芯交叉，如：2、铸件设计的壁厚要求压铸件设计的特点之一是壁厚设计。合理的壁厚取决于铸件的具体结构、合金性能和压铸工艺等因素。为了满足各方面的要求，以正常、均匀壁厚为佳。薄壁铸件致密性好，相对提高了铸件强度及耐压性。但壁不能太薄，太薄使合金熔接不好，易产生缺陷，并给工艺带来困难，特别是大面积的薄壁成型更困难。厚壁或壁厚的严重不均匀则易产生缩孔、气孔等缺陷，使压铸件的力学性能明显下降，图3-2表示出锌合金、铝合金，镁合金的强度增减百分比与铸件壁厚的关系。图3-2故在保证铸件有足够强度和刚度的前提下，应尽量减小厚度并保持截面的厚薄均匀一致。为了避免缩松等缺陷，对铸件的厚壁处应减厚，增加加强筋。压铸件的壁厚一般以2～4mm为宜，同一压铸件内最大壁厚与最小壁厚之比不要大于3∶1。壁厚超过6mm的铝合金零件不宜采用压铸。推荐采用的最小壁厚和适宜壁厚见表1。压铸件总体尺寸越大，壁厚也应越厚。而壁厚一定时，该壁厚的面积也应受到一定的限制。壁厚处的面积a×b（cm2）锌合金铝合金镁合金铜合金壁厚h（mm）最小正常最小正常最小正常最小正常≤250.51.50.82.00.82.00.81.5＞25～1001.01.81.22.51.22.51.52.0＞100～5001.52.21.83.01.83.02.02.5＞5002.02.52.54.02.54.02.53.0表1压铸件的最小壁厚和正常壁厚对于大面积的平板类厚壁铸件，设置筋以减少壁厚。如：如下图为各种改进铸件壁过厚的部位的示例压铸件各种典型的截面形状，如下图：3、铸件设计筋的要求筋的作用是壁厚改薄后，用以提高零件的强度和刚性，防止或减少铸件收缩变形，避免工件从模型内顶出时发生变形，填充时用以作辅助回路（金属流动的通路）。筋的厚度应小于所在壁的厚度，一般取该处壁的厚度的2/3~3/4。表3-1-4为筋的断面尺寸。筋的设置原则：一是要尽量对称；二是尽量避免筋与筋之间在同一部位的加固和交叉，尽量避免筋的布置可于密集；三是筋的布置方案应考虑避免零件包定模的情况；四是考虑设置防零件变形的筋。4、铸件设计的圆角要求压铸件各部分相交应有圆角（分型面处除外），使金属填充时流动平稳，气体容易排出，并可避免因锐角而产生裂纹。对于需要进行电镀和涂饰的压铸件，圆角可以均匀镀层，防止尖角处涂料堆积。圆角的不合理对模具的强度、寿命及应力集中产生不良的影响。如下图所示。铸件圆角对质量的影响压铸件圆角与应力集中的关系表2压铸件的最小圆角半径（mm）压铸合金圆角半径R压铸合金圆角半径R锌合金0.5铝、镁合金1.0铝锡合金0.5铜合金1.5铝合金压铸件的圆角半径R一般不宜小于1mm，最小圆角半径为0.5mm，见表2。铸造圆角半径的计算见图3。图3：铸造圆角半径的计算（mm）说明：计算后的最小圆角应符合表2的要求。压铸件典型结构圆角参数的选择如下：直角连接T型连接交叉连接铸件的尖角、直角、盲孔和凹槽的根部凸起部分都应有圆角。当铸件的内角必须为清角时，应参看下图设计。有时，考虑模型型腔加工的方便，对同一零件也可以选用大小相等的圆角。5、铸件设计的铸造斜度要求设计压铸件时，就应在结构上留有结构斜度，无结构斜度时，在需要之处，必须有脱模的工艺斜度。斜度的方向，必须与铸件的脱模方向一致。推荐的脱模斜度见表4。各种尺寸大小与深度和脱模斜度的关系查阅有关压铸模设计手册表4脱模斜度合金种类配合面最小斜度非配合面最小斜度外表面A内表面B内表面A内表面B铝、镁合金0˚15΄0˚30΄0˚30́1˚锌合金0˚10΄0˚15΄0˚15΄0˚45΄BA•说明：•由此斜度而引起的铸件尺寸偏差，不计入尺寸公差值内。•表中数值仅适用型腔深度或型芯高度≤50mm，表面粗糙度在Ra0.1，大端与小端•尺寸的单面差的最小值为0.03mm。当深度或高度＞50mm，或表面粗糙度超过Ra0.1时，则脱模斜度可适当增加。•高熔点的合金大于低熔点合金；•壁厚厚的大于薄壁的；•内侧的大于外侧的；一般可取外侧为内侧的1/2。•形状复杂的大于形状简单的。6、铸孔和孔到边缘的最小距离1）铸孔：压铸件的孔径和孔深，对要求不高的孔可以直接压出，可按下表关系。Фdh1Фdh铸件合金最小孔径d/mm孔的深度（≤）经济上合理的技术上可能的不通孔通孔孔径d5mm孔径d≤5mm孔径d5mm孔径d≤5mm锌合金1.50.86d4d12d8d铝合金2.52.04d3d8d6d镁合金2.01.55d4d10d8d由于在实际生产中，直径2mm以下的型针极易变形弯曲以及断针，所以对以2mm以下的型针建议直接做成引孔针，后续由加工保证。对于压铸件自攻螺钉用的底孔，推荐采用的底孔直径见表6。表6自攻螺钉用底孔直径（mm）螺纹规格dM2.5M3M3.5M4M5M6M8d22.30～2.402.75～2.853.18～3.303.63～3.754.70～4.855.58～5.707.45～7.60d32.20～2.302.60～2.703.08～3.203.48～3.604.38～4.505.38～5.507.15～7.30d4≥4.2≥5.0≥5.8≥6.7≥8.3≥10≥13.3旋入深度tt≥1.5d2)铸孔到边缘的最小距离为了保证铸件有良好的成型条件，铸孔到铸件边缘应保持一定的壁厚，见图2。b≥(1/4～1/3)t当t＜4.5时，b≥1.5mm7、压铸件上的长方形孔和槽压铸件上的长方形孔和槽的设计推荐按表7采用。表7长方形孔和槽（mm）合金类别铅锡合金锌合金铝合金镁合金铜合金最小宽度b0.80.81.21.01.5最大深度H≈10≈12≈10≈12≈10厚度h≈10≈12≈10≈12≈8说明：宽度b在具有铸造斜度时，表内值为小端部位值。在一定的工艺条件下，锌、铝及镁等合金的压铸件，可以直接压出螺纹。铜合金只是在个别情况下才压铸出螺纹。压铸螺纹一般为国家标准规定的3级精度。压铸螺纹通常为外螺纹较多。在必要时，也可以压铸内螺纹。外螺纹又分两种，一种是由可分开的两半螺纹型腔构成，这种方式的特点是易产生错扣，圆度稍差，但可以达到精度范围内，使用前要经过简单修整加工。另一种是由螺纹型环构成，其特点是不产生错扣，圆度好，但生产效率低，操作不安全。内螺纹方式是由螺纹型芯构成，其特点是螺纹型芯的螺纹在轴方向上要有斜度，通常