压铸工艺与模具设计讲稿-压铸工艺.docx

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压铸工艺与模具

材料科学与工程学院二〇一〇年九月

内容提要

压力铸造模具有生产效率高、铸件质量好、铸件尺寸精度和表面光洁度高、综合成本低的突出优点，是净化零件毛坯、实现少无切削加工的重要发展方向，在现代工业中的应用正在迅猛扩大。

本课程旨在使学生对压铸工艺有较深入了解的基础上，掌握压铸工艺赖以实施的基础——压铸模的设计程序和设计方法，获得模具设计和制造的基本知识和基本技能训练。

学分：

1.5总学时：

32

理论学时：

20

实验/实践学时：

2/10

[1]潘宪曾,主编.压铸工艺与模具[M].北京:

电子工业出版社,2006年6

月.TG249.214

[2]潘宪曾,主编.压铸模设计手册[M].第2版,北京:

机械工业出版社,2005.TG241-625-3

[3]杨裕国,主编.压铸模工艺与模具设计[M].北京:

机械工业出版社,2008年

6月.TG249.22

[4]王鹏驹.压铸模具设计师手册[M].机械工业出版社,2008.1,TG241-626[5]赖华清,压铸工艺及模具[M].机械工业出版社,2004,TG249.213

[6]模具实用技术丛书编委.压铸模设计应用实例[M].机械工业出版社,2005,TG24115

目 录

1压铸工艺 1

1.1概述 1

1.2压铸机及工作原理 1

1.3压铸过程原理 2

1.4压铸工艺 4

1.5压铸新工艺 6

2压铸模设计 7

2.1概述 7

2.2压铸件及其结构工艺性分析 8

2.2.1合金材料

8

2.2.2尺寸精度

8

2.2.3形状结构

8

2.3模具结构分析

11

2.3.1分型方案设计 11

2.3.2浇注系统设计 11

2.3.3绘制铸件图 15

2.3.4绘制铸造工艺图 15

2.3.5选择压铸机 15

2.3.6绘制模具总装图（成型零件设计） 16

2.3.7抽芯机构设计

21

2.3.8推出机构设计

21

2.3.9结构零件设计

24

2.3.10压铸模总装图的技术要求 25

2.3.11零件材料及加工技术要求 26

3压铸模设计程序及举例 27

3.1零件图工艺分析 27

3.2初步分析模具结构 27

3.2.1浇注系统设计

27

3.3绘制铸件图

28

3.4绘制铸造工艺图

29

3.5选择压铸机

29

3.6绘制模具总装图

30

3.7结构零件设计 32

3.8绘制模具零件图 34

3.9必要的校核 34

4压铸模设计说明书基本内容 35

参考文献 36

附 录 37

— 压铸工艺

压铸生产的三要素：

压铸合金，压铸模，压铸机。

压铸工艺把三者有机组

合。

主要内容：

压铸基本原理；压铸机类型；压铸用合金；主要压铸工艺参数，如压射比压、充填速度和时间、浇注温度、模具温度、持压时间等；压铸用涂料；压铸工艺的特点及其发展前景。

重点和难点：

主要压铸工艺参数对铸件质量的影响及其选择方法。

概述

一、压力铸造的实质

a、高压：

常用压射比压2-200Mpa，最高达1000MPa；b、充填速度：

0.5-50m/s，最高达170m/s；

c、充填时间：

0.01-0.2s；二、压力铸造的特点

a、生产率高：

冷室：

600-700周次/班，热室：

3000-7000周次/班；

b、产品质量好：

尺寸精度高，表层晶粒细，组织致密，抗拉强度高，表面硬度高（但延伸率下降），互换性好，文字图案、花纹轮廓清晰；

c、经济效益好：

金属利用率高，节约加工工时等；

d、可以生产薄壁复杂件：

δmin：

锌合金0.3mm，铝合金0.5mm，铜合金0.8mm，镁合金0.8mm；

★目前存在的问题：

e、铸件内部有大量显微气孔，压铸件不能热处理，也不能在高温下工作；f、内腔复杂件压铸困难，不能用砂芯；

g、压铸高熔点合金困难，模具寿命低；

h、压铸设备造价高，模具成本高，不适宜小批量生产；三、压力铸造的应用范围

a、适用合金：

锌合金、铝合金、镁合金及少量铜合金；b、铸件重量：

一般≤2-3kg，最小0.14g，最大50kg；c、铸件尺寸：

投影面积：

0.07cm2-4m2；

d、大批量生产。

压铸机及工作原理

一、压铸机的分类

热室；冷室：

卧式、立式、全立式二、工作原理及特点

a、热室：

生产工序简单，工艺稳定，生产率高，金属液消耗少，金属液干净，铸件质量好，但压室寿命低，主要用于低熔点合金；压射室温度约等于熔池金属液温度；

b、立式冷室：

可采用中心浇口，可以充分利用压型有效面积；但压力损失大；有切断、顶出余料的下油缸，结构复杂；金属消耗多；

c、卧式冷室：

压力损失小，有利于传递最终压力；金属流程短，消耗少；结构简单；但不能开设中心浇口，压型有效面积利用率低；应用最广泛；

d、全立式：

占地面积少；平稳可靠；放置嵌件方便；但操作不变，生产率

低。

压铸过程原理

一、压铸压力：

（压射压力；压射比压：

）

压力的变化及作用（保证获得高的充填速度，高的结晶压力）

（1）慢速封孔阶段P1、v1

P1：

压射冲头慢速v1前进，封住浇口，液态金属被推动，其所受压力P1较低，此时压力P1仅用于克服压室与液压缸对运动活塞的摩擦阻力及液态金属液面升高所引起的反压力；

（2）充填阶段P2、v2

P2：

本阶段在压射冲头作用下，金属将完全充满压室至浇口处的空间，压射冲头的速度达到v2；压力P2也由于压室中金属的反作用而超过P1；

（3）增压阶段P3、v3

P3：

液体金属充填浇注系统和压铸型型腔，因为内浇口面积急剧缩小，使金属液流动速度v3下降，但压力则上升至P3。

在第三阶段结束前，液体金属因压射机构的惯性关系而发生水锤作用，使压力升高，并发生波动，待波动消失后即开始压铸的第四阶段；

（4）保压阶段P4

P4：

本阶段的主要作用是建立最后的增压，使铸件在压力P4下结晶凝固，而达到使铸件组织致密的目的。

P4大小取决于合金种类、状态（粘度、密度）和铸件的质量要求。

P3愈高所得的充填速度愈高；P4愈高愈易获得外廓清晰、表面光洁和组织致密的铸件；在整个过程中P3、P4是最重要的。

保证P3、P4的条件：

1.铸件和内浇口应具有适当的厚度；

2.具有相当厚度的余料；

3.具有足够的压射压力。

二、压铸速度（压射速度；充填速度）

压射速度：

压铸机压射缸内的液压油推动压射冲头前进的速度；充填速度：

液体金属在压力作用下通过内浇口进入型腔的线速度；

（1）确定充填速度的依据：

合金的特性和铸件的结构充填速度过低：

铸件轮廓不清晰，甚至不能成型；

充填速度过高：

铸件粘型、排气不畅，铸件内孔洞增多。

（2）影响充填速度因素

a、压射速度和内浇口截面积F冲头V冲头=F内V充；

V充=F冲头V冲头/F内=πD2冲头V冲头/（4F内） （D与V冲头可调）

b、根据压射比压计算充填速度：

p：

压射比压；γ：

液态金属重度；μ：

阻力系数，一般μ＝0.358

（3）调整充填速度的方法：

压射比压；压室直径；压室速度；

为满足生产需要，要求：

压铸压力、压铸速度都能做到无极可调。

三、液态合金充填压铸型的特点

液体金属在型腔中的运动特征与充填速度、浇口和铸件断面（厚度）之比、浇入金属的粘度、表面张力以及它与型壁间的热相互作用有关。

液体金属的充填状态可分为三种：

1.层流（勃兰特Brandt，巴顿Barton修正），条件：

液态金属：

V充≤0.3m/s；δ内/δ件＞1/2~2/3；半固态金属：

V充≤10m/s；δ内/δ件＞2/3~3/4；排气条件好，铸件内无气孔。

层流常用于结晶区间较宽的合金，且形状较为简单。

2.紊流（弗洛梅尔理论Frommer），条件：

液态金属：

V充≤0.5-15m/s；f内/F件＞1/4~1/2；半固态金属：

V充＝（25-30）m/s。

由于旋涡运动，涡流中易于卷入气体（空气及涂料产生的气体），它们存在于凝固铸件中，形成0.1～1mm的孔洞。

3.弥散流（大多数学者观点），条件：

V充≥20~30m/s；f内/F件＜1/4~1/2；

铸件内的气孔尺寸较小，液流速度愈高气孔尺寸愈小；与紊流相比对铸件的机械性能的影响很小；

最大缺点：

液流对型壁及型芯摩擦，容易造成合金粘型而使铸件损坏，有时可能使压铸型报废。

一般规定：

锌合金：

V充≤100m/s；镁合金：

V充≤50-70m/s；

铝合金、铜合金：

V充≤40m/s；（因具有较高的粘型倾向）。

压铸工艺 73页

一、压铸压力和充填速度参数

（1）选择压射比压主要考虑的因素

1.合金特性：

流动性、密度、结晶温度范围、合金的热容量、比强度；

2.铸件结构：

壁厚、几何形状复杂程度、工艺合理性；

3.浇注系统：

浇道阻力、浇道散热速度；

浇道阻力大：

主要是由于浇道长，转向多，增压比压选大些；浇道散热速度：

散热速度快——压射比压选高些；

散热速度慢——压射比压选低些；

4.排溢系统：

排气道分布、排气道截面积；溢流槽分布及截面积；

5.合金通过内浇口速度：

要求合金通过内浇口速度高——压射比压选大些；

6.温度：

合金与压铸模温差大：

压射比压高；温差小：

压射比压低。

压射比压的调整：

调整压铸机的压射力、压室直径

（2）选择压射速度主要考虑的因素

压射速度分为低速压射和高速压射两个阶段：

合金到达内浇口前——低速，合金到达内浇口时——高速。

1.低速压射速度：

根据浇注到压室内的金属量确定：

浇注金属液量占压室容积的百分数％ 压射速度m/s

≤30 0.3-0.430-60 0.2-0.3

＞60 0.1-0.2

2.高速压射速度：

按铸件平均壁厚、填充时间、合金通过内浇道速度用公式计算。

二、温度参数

（1）浇注温度：

金属液进入压室至充填型腔时的平均温度

温度过高：

合金收缩大，铸件易产生裂纹，铸件晶粒粗大，易粘型；温度过低：

易产生冷隔、表面流纹和浇不足等缺陷。

原则：

在保证质量的前提下尽可能降低浇注温度，最好使合金呈粥状。

原因：

1.减少型腔表面温度的波动和液体金属对型腔的冲蚀，延长模具寿命；

2.减少产生涡流和卷入空气；

3.减少金属在凝固过程中的体积收缩；提高铸件精度和内部质量。

对含硅量高的合金不易使合金呈“粥状”时压铸，否则有大量硅析出，硅以游离态存在于铸