压铸原理

前言压铸工艺是将压铸机、压铸模、和压铸合金三大要素有机的组合而加以综合运用的过程。压铸时金属按填充型腔的过程，是将压力、速度、温度以及时间等工艺因素得到动态平衡的过程。这些工艺因素既相互制约，且相辅相成，只有正确选择和调整这些因素，使之协调一致，才能获得预期的结果。压铸过程中，不仅重视铸件结构的工艺性，铸型的先进性，压铸机性能和结构优良性，压铸合金选用的适应性和熔炼工艺的规范性。更应重视压力、速度、和时间等工艺参数对铸件质量的重要作用。压力速度温度时间充满度涂料压铸工艺压铸机压铸模压铸合金第一节压力压力的存在是压铸工艺区别于其他铸造方法的主要特点。压力是使铸件获得组织致密和轮廓清晰的因素。压力的表示形式有压射力和比压两种。压射力的产生压射力是压铸机压射机构中推动压射活塞运动的力。压射力是反映压铸机功能的一个主要参数。压射力的大小是由压射缸的截面积和工作液的压力所决定。压射力的公式如下：F压=P液XA缸比压的产生压室内熔融金属在单位面积上所受的压力称为比压。比压是压射力与压室截面积的比值其计算公式如下：P比=P射/A室比压是熔融金属在填充过程中各阶段实际得到的作用力的大小的表示方法，反映了熔融金属在填充的各个阶段以及金属流经各个不同截面积时的力的概念。比压的分类将填充时的比压称为填充比压又称压射比压。增压阶段的比压称为增压比压这两个比压的大小同样都是根据压射力来确定的。比压的作用填充比压是克服浇注系统和型腔中的流动阻力，特别是内浇口处的阻力，使金属液流保证达到需要的内浇口速度。增压比压则是决定了正在凝固的金属所受到的压力以及这时所形成的胀型力的大小。比压的影响比压对铸件机械性能的影响：比压增大，结晶细，细晶层增厚，由于填充特性改善，表面质量提高，气孔影响减轻，从而抗拉强度提高。对填充条件的影响：合金熔液在高比压下填充型腔，合金温度升高，流动性改善，有利于铸件质量的提高。压力增大，金属液温度升高影响压力的因素压铸合金特性，如流动性等，流动性好，有效比压越大合金浇注温度和模具温度，温度过低，压力损耗增大铸件结构和浇注系统设计，填充阻力越大，压力有效率越低比压的选择根据铸件的强度要求：将铸件分为有强度要求和一般要求两类，对于有强度要求的零件，应该具有良好的致密度。应采用高的增压比压。在其它条件相同的条件下，比压提高铸件密度提高，强度大大提高•根据铸件的壁厚要求•在一般的情况下，压铸薄壁铸件时，型腔中的流动阻力较大，内浇口也采用较薄的厚度，因此具有大的阻力，故要有较大的填充比压，才能保证达到需要的内浇口速度•对于厚壁铸件，一方面选定的内浇口速度较低，并且金属的凝固时间较长，可以采用较小的填充比压；另一方面，为了使铸件具有一定的致密度，还需要有足够的增压比压才能满足要求。增压比压的选择当型腔中的排气条件良好，内浇口厚度与铸件壁厚比值恰当的情况下，可选用低的增压比压。而排气条件愈差，内浇口厚度与铸件壁厚比值小时，则增压比压应高。零件类型承受轻负荷的零件承受较大负荷的零件有气密性要求、壁薄件需要进行电镀的零件铝合金锌合金黄铜300-400130-200300-400400-800200-300400-600800-1200250-400800-1000200-250二快压力的调节增压压力的调节第二节压射速度压铸过程中，压射速度受压力的直接影响，又与压力共同对铸件内部质量，表面要求和轮廓清晰程度起着重要的作用。压力是速度的基础压射速度的分类速度的表示形式分为冲头速度和内浇口速度两种。一、压射速度压室内的压射冲头推动熔融金属移动时的速度称为压射速度（又称冲头速度）。压射速度的分类压射速度又分为两级，一级压射速度亦称慢压射速度，这级速度是指冲头起始动作直至冲头将室内的金属液送入内浇口之前的运动速度，在这一阶段中要求将压室中的金属液充满压室，在既不过多地降低合金液温度又有利于排除压室中的气体的原则下。二级压射速度又称快压射速度，这个速度由压铸机的特性所决定，压铸机所给定的最高压射速度一般在4-5米/秒范围内。快压射速度的作用和影响快压射对机械性能的影响提高压射速度，动能转化为热能，提高了合金熔液的流动性，有利于消除流痕，冷隔等缺陷，提高了机械性能和表面质量，但速度过快时，合金熔液呈雾状和气体混合，产生严重裹包气，机械性能下降。抗拉强度压射锤头速度铝合金压射速度对填充特性的影响压射速度的提高，使合金熔液在填充型腔时的温度上升。流程增长，有利于改善填充条件，可压铸出质量优良的复杂的薄壁铸件。但压射速度过高时，填充条件恶化，在厚壁铸件中尤为显著。1、快压射速度的选择和考虑的因素•压铸合金的特性：熔化潜热和合金的比热和导热性，凝固温度范围。•模具温度高时，压射速度可适当降低，在考虑到模具热传导状况，模具设计结构和制造质量，以及提高模具寿命，亦可适当限制压射速度。•铸件质量要求：表面质量要求高和薄壁复杂件，采用较高的压射速度。一快、二快位置的调的调节快速压射起点位置选择二快压射起点过早液流混乱包气严重二快压射起点太迟低速压射影响充填二快压射起点过迟液流阻力增大二快压射正确，慢压射将压室内空气排净，使合金液至内浇口处二快压射起点正确压射速度变换位置的调节回锤终止位置二快压射一快压射射锤终止慢压射快压射静止射料时间到回锤开始在没有选择跟踪及增压的情况下回锤终止位置二快压射一快压射射锤终止慢压射快压射静止射料时间到没有选择增压但选择跟踪的情况开模时间到锤头跟踪射锤终止顶针回射锤回回锤终止位置二快压射一快压射射锤终止慢压射快压射静止射料时间到选择增压选择跟踪的情况开模时间到锤头跟踪射锤终止顶针回射锤回增压回锤终止位置二快压射一快压射射锤终止慢压射一快压射静止射料时间到选择增压选择跟踪的情况慢压射与一快配合减少合金热量损耗适用于薄壁及充填行程较长的铸件开模时间到锤头跟踪射锤终止顶针回射锤回增压二快压射内浇口速度熔融金属进入内浇口导入型腔时的线速度，称为内浇口速度通常采用的内浇口速度范围为15-70米/秒。内浇口速度对铸件的影响内浇口速度高低与铸件机械性能的影响极大，内浇口速度太低，铸件强度下降；速度提高，强度上升；速度过高，强度又下降冲头速度与内浇口速度的关系根据连续性原理，在同一时间内金属流以速度V1流过压室截面积为F1的合金液体积，应等于以速度V2流过内浇口截面积为F2的合金液体积。F1室V1射=F2内V2内因此，压射锤头的压射速度越高，则金属流经内浇口的速度越高。速度的选择抗拉强度和致密性提出了高的要求，则不应选用过大的内浇口速度（V内）这样由于紊流所造成的涡流，这个涡流将空气和由涂料挥发的气体，随着涡流卷入，压铸件组织内部呈多孔性，机械性能明显变坏。压铸件结构是复杂的薄壁零件，并对其表面质量提出了较高的要求，应选用较高的压射速度（V射）和内浇口速度（V内），完全是必要的。二快压射速度的调节增压速度的调节慢压射及回锤速度的调节增压起点对压铸件质量的影响在型腔尚未填充或填充中途，增压缸提前动作，待型腔填充完毕，增压缸活塞动作也终止，故无法形成增压后的高比压，铸件在较低压力下结晶成形，严重影响质量。增压转换过迟、铸件已凝固，增压压力虽建立，但不能起到作用。正确的增压转换点，应选取择在型腔基本填充满前，立即进行增压，方能获得预期效果。正确的增压起点第三节温度压铸过程中，温度对填充过程的热状态，以及操作的效率等方面起着重要的作用。压铸中所指的温度是指浇注温度和模具温度，温度控制是获得优良铸件的重要工业因素。浇注温度熔融金属的浇注温度是指它自压室进入型腔时的平均温度。由于对填充室内的金属液的温度测量不方便，一般以保温炉的温度表示。浇注温度的作用和影响合金温度对铸件机械性能的影响。随着合金温度的提高。机械性能有所改善，但超过一定限度后，性能恶化，主要原因是：气体在合金中的溶解度，随温度的升高而增大，虽然溶解在合金中的气体，但在压铸过程中难以析出，影响机械性能含铁量随合金温度升高而增加，使流动性降低，结晶粗大，性能恶化铝合金、镁合金随温度升高氧化加剧，氧化夹杂物，使合金性能恶化。影响浇注温度的重要因素合金的性质：熔点、热容量、凝固范围等，对镁合金热容量小，浇注温度可偏高一点，以有利于填充成形；凝固范围宽的合金，可采用低温低速高压和较厚的内浇口，对厚壁铸件质量可取得良好的效果。零件结构的复杂程度。模具温度较高时，可适当降低浇注温度。比压和压射速度，均对合金温度有直接影响，动能转化为热能，使合金温度升高。合金浇注温度的选择通常在保证“成形”和所要求表面质量的前提下，尽可能采用低的温度，浇注温度一般应高于压铸合金的液相线温度20-30℃。推荐压铸合金的浇注温度锌合金410-430、铝合金610-680模具温度在压铸过程中，模具需要一定的温度。模具的温度是压铸工艺中又一重要的因素，它对提高生产效率和获得优质铸件有着重要的作用。模具温度的作用和影响在填充过程中，模温对金属液流温度、粘度、流动性，填充时间，直充流态等均有较大影响，模温过低时，表层冷凝后又为高速液流破碎，产生表层缺陷，甚至于不能“成型”，模温过高时，虽有利获得光洁的铸件表面，但易出现收缩凹陷模温对合金熔液冷却速度、结晶状态、收缩应力均有明显影响。模温过低，收缩应力增大，铸件易产生裂纹。模温对模具寿命影响甚大，激烈的温度变化，形成复杂的应力状态，频繁的应力交变导致早期龟裂。模温对铸件尺寸公差等级的影响，模温稳定，则铸件尺寸收缩也相应稳定，尺寸公差等级也得以提高。影响模温的因素•合金浇注温度、浇注量、热容量和导热性。浇注系统和溢流槽的设计，用以调整平衡状态。压铸比压和压射速度。模具设计，模具体积大，热容量大，模温波动较小。模具材料导热性愈好。温度分布较均匀有利于改善平衡。模具合理预热，提高初温，有利于改善热平衡，提高模具寿命。生产频率越快，模温升高，在一定范围内对铸件和模具寿命都是有利的。模具润滑起到隔热和散热作用。要获得质量稳定的优质铸件，必须将模具温度严格控制在最佳的工艺范围内，这就必顺应用模具冷却加热装置，以保证模具在恒定温度范围内工作。锌合金模温控制在170-200℃、铝合金模200-220℃第四节时间压铸工艺上的“时间”是填充时间，增压建压时间，持压时间及留模时间，这些“时间”都是压力、速度、温度这三个因素，再加上熔融金属的物理特性，铸件结构（特别是壁厚），模具结构（尤其是浇注系统和溢流系统）等各方面的综合结果填充时间熔融金属在压力下开始进入型腔直到充满的过程所需的时间称为填充时间。镀锌件填充时间为0.02S、喷油件填充时间为0.04S。填充时间的选择合金浇注温度高时，填充时间可选长些模具温度高时，填充时间可长些铸件厚壁部分离内浇口远时，填充时间可选长些熔化潜热和比热高的合金，填充时间可选长些增压建压时间增压建压时间是指熔融金属在充型过程中的增压阶段，从充满型腔的瞬时开始，直至增压压力达到预定值所建立起来的时间，也即从压射比压上升到增压比压建立起来所需的时间增压建压时间的选择原则增压建压时间的长短,取决型腔中合金液的凝固时间,凝固时间稍长的合金,则增压建压时间也可稍长,但应稍短于型腔及内浇口中合金的凝固时间才是合理的.因此,机器压射系统和增压装置中,增压建压的时间的可调性是十分重要的,若增压压力的建压稍迟,即时间较长,合金已经凝固,压力无法传递,失去增压压实的作用.持压时间熔融金属充满型腔后，使熔融金属在增压比压作用下凝固的这段时间，称为持压时间。持压时间的作用持压时间的作用是使压射冲头将压力通过还未凝固的余料、及浇口部分未凝固的金属传递至型腔，使正在凝固的金属在压力下结晶，从而获得致密的铸件。持压时间的选择压铸合金的特性：压铸合金结晶范围大，持压时间应选得长些。铸件壁厚：平均厚度大，持压时间可选长些。浇注系统：内浇口厚，持压时间可选长些。PT克服锤头与压室磨擦力，慢速压射克服内浇口压力，快速充满型腔增压压力，提高压铸件致密度增压建压时间增压