NADCA压铸手册Word文档下载推荐.docx

1、2. 压铸原理和理论 （ Principles and Theory of Die Casting ） 压铸过程 （ Die Casting Process ） 压铸机能力 PQ2分析 （ Machine CapacityPQ2 ） 填料时间分析 （ Fill Time Analysis ） 压铸热流理论 （ Heat Flow Theory for Die Casting ）3. 压铸合金和合金熔化与处理 （ Die Casting Alloys and Alloy Melting and Handling ） 铝 （ Aluminum ） 镁 （ Magnesium ） 锌 （ Zinc

2、）4. 市场和产品设计 （ Markets and Product Design ） 压铸件的市场 （ Markets for Die Castings ） 工业设计标准 （ Industry Design Standards ）5. 高完整性压铸件 （ High Integrity Die Castings ） 高完整性铸造过程 （ High Integrity Casting Processes ） 高完整性零件设计标准 （ High Integrity Part Design Standards ）6. 模具材料和模具设计 （ Die Materials and Die Design ）

3、 模具材料和热处理 （ Die Materials and Heat Treat ） 压铸模设计 （ Die Casting Die Design ） 模具涂层和表面处理 （ Die Coatings and Surface Finish ） 计算机模拟 （ Computer Simulation ）7. 压铸机标准 （ Die Casting Machine Standards ） 压铸机革新 （ Innovations in Die Casting Machines ） 描述冷室机的规格 （ Specifying a Cold Chamber Machine ） 最佳的压射司筒性能 （ O

4、ptimizintg shot sleeve Performance ） 压铸机安全标准 （ Machine Safety Standards ） 8. 生产过程和自动化设备 （ Processing and Automation Equipment ） 浇包 （ Ladles ） 往复运动机装置 （ Reciprocators ） 脱模器 （ Extractors ） 精加工体系 （ Finishing System9. 环境问题 （ Environmental Issues ） 废水管理 （Wastewater management ） 雨水管理 （ Storm Water Managem

5、ent ） 油和有害废物管理 （ Oil and Hazardous Waste Management ） 空气排放 （ Air Emissions ） 压铸工业的ISO 14001 （ ISO 14001 for the Die Casting Industry ）10. 客户品质和过程控制 （ Customer Quality and Process Control ） 品质: 生产力和利润 （Quality, Productivity and Profitability ） 品质和生产力: 公司轮廓 （ Quality and Productivity : Company Profile

6、s ） 过程控制的实施 （Implementation of Process Control ） 水管线路图和它的使用 （ The Waterline Diagram and Its Use ） 压铸装配图 （ Die Casting Set-up Chart ）11. 教育和认证 （ Education and certification ） 认证等级 （ Certification levels ） 认证类型 （ Certification Types ） 初级认证 （ Initial Certification ） 认证的维护 （ Maintenance of Certification

7、 ）12. 词汇表 （ Dictionary of Terms ）附录 （ Appendix ） NADCA 出版物清单 （ NADCA Publication list ） NADCA 教育课程简述 （ NADCA Education Course Descriptions ）前言（Preface）: 这本手册第二版由北美压铸学会（NADCA）编纂. 它更新了1982年以前出版的压铸手册, 这本手册的目的是给压铸工业提供一般性技术信息. 包括的课题有: 压铸件如何开发及何时开始开发, 零件如何通过压铸过程设计并生产, 压铸件的市场, 压铸工业中的环境问题是什么, 各种压铸过程的优点, 还包括

8、压铸中常用词条的详细解释.这本手册的各个章节由压铸工业特别课题专家编制. 为了提高整个压铸工业的认识, 这本手册包含了这些工业专家的智慧和专门知识. 这本手册从头至尾对各个课题都提供了更祥细的信息以供参考.我们希望这本手册对你是有用的工具, 使你致力于学习和实践压铸的过程中取得更大的成功. 压铸对于许多复杂元件的生产是一个稳定的和成本有效的过程, 压铸工业的前景是非常美好的, 但是要维持加工过程的竟争性优点就要求持续改善. 这本手册是一本专以压铸工业的持续改善为目标.谢启（Acknowledgements）:这本手册通过北美压铸工业许多技术专家的奉献及自愿参预了排字、校订和各章节的编纂工作.

9、他们希望通过分亨他们的智慧和经验, 压铸业会壮大和美好, 以下是对此书的出版作出贡献的人员名单. （略）I. 压 铸 简 介 （ An Introduction to Die Casting ）由于金属熔化之后会按要求在具有腔型的设计模具内凝固, 所以压铸过程是真实的金属铸造过程. 在铸造过程中利用沙或石膏为模具, 熔化金属的热量或者铸件在出模之时毁坏了模具. 在压铸过程中, 由硬质钢制成的模具可以承受铸造热量, 而且由可动模块组建的模具使凝固铸件易于清除出模腔. 因此, 这些模具可以重复使用, 而且可以用来生产出成千上万甚至百万件铸件. 这些模具称作 “dies”, 是因为它们具有永久性、并

10、可重复使用, 还可承受强大的压力或强度且包括复杂的机能.压铸过程实际上有三个子过程. 它们是: （1） 金属型铸模铸造（有时称腔型压铸）; （2） 低压力压铸; （3） 高压力压铸. 在北美尽管技术包含所有的三个子过程, 但是压铸过程通常指高压力压铸. 三种过程主要的不同点在于把熔化金属压入模中所用的压力大小不一样. 三种过程都使用可重复利用（通常是硬质钢）的模作为模具。 在金属型铸模中铸造时, 熔化金属流进模中且流动仅靠重力作用。 低压力过程使用的压力可达1.5Mpa （200磅/平方英寸）迫使熔化金属流进模中。 高压力压铸过程在压力为7.0至140Mpa （1000至20000磅/平方英寸

11、）的条件下把熔化金属压入模中。 随着压力的增加, 要求把熔化金属填满模中所用的时间就会相应地减少。随着熔化金属射料压力的增加, 要求机器使用相应增加的力保持两块半模贴在一起. 内部金属液压会非常高, 因此压铸机要夹紧闭合的模所用的力也要非常大. 大型压铸机使用超过25MN（3.000吨）的力夹紧模. 为了使用更大的压力, 熔化金属被舀进圆柱状室内并由液压驱动的柱塞把金属推进模中.机器依据运动的先后顺序被制造成自动化地循环. 循环过程包括: （1）合模; （2）给模施加夹紧力; （3） 舀进熔化金属; （4）把熔化金属射入模中; （5）等待金属在模中凝固; （6）开模; （7）铸件脱模. 模吸收

12、铸件的凝固热量, 热量必须通过模被处理, 而且在制造下一个铸件之前要清理掉模腔区域的热量. 热流通过模的设计和控制是过程中最重要和颇具挑战性的状况之一. 这种过程技术在使用消耗性的模具铸造过程中还没有对等物.（1） 压铸（DIE CASTING） - 工业体系（THE INDUSTRIAL SYSTEM）压铸仅是工业体系内制造过程中把原材料加工成消费品的一个步骤. 原材料（金属）要么产生于矿石之中, 要么产生于废金属之中.锌压铸合金或镁压铸合金直接从矿石中开采出来, 再经过采矿公司和/或冶炼公司精炼成高纯度的合金锭并作为 “原始”金属出售. 大型的压铸公司采购回这种 “纯”合金锭后给其添加其他

13、成分变成特殊用途的合金. 多数小型压铸公司要么从冶炼厂、要么从专门从事购买纯金属并生产压铸合金的合金厂采购预制合金. 锌采矿公司支持国际铅锌研究组织（ILZRO）, 资助研究的目的在于开发这些金属的新用途（或更为有效的使用方法）. 这些公司也支持另外一家叫做 “InterZinc”的组织, 促进锌的利用并协助开发新的市场. 压铸公司可以得到这些组织的技术支持.大多数铝和铜压铸合金是二次合金, 它们由废金属精炼而成. 废金属可以从其他加工操作中收集, 比如板材冲压形成的碎屑, 或机加工操作中的刮屑. 大部分废金属来源于超过使用寿命的物品和准备处理的物品. 二次冶炼公司采购废料, 然后分选精炼成压

14、铸合金。 在精炼过程中可以加入 “新”金属以保证合金成分的正确性. 冶炼厂把合金浇铸成合金锭供压铸公司采购. 大多数铝合金在熔化状态下直接用特制的料罐车运到压铸公司. 这样一个过程使压铸公司节约了高额的再熔化成本. 二次铝冶炼公司支持一个名叫铝协会（AA）的贸易组织. 铜采矿公司支持名为铜开发协会（CDA）的贸易、市场开发和标准组织. 这样的协会支持国际铜协会（ICA）, 国际铜协会赞助并促进研究, 其目的在于扩大铜的应用.在铸造之时, 每一次铸造都包括额外的、以直浇口（饼干）, 浇道、溢流和批锋状态存在, 且又必须要清除掉的金属. 此种额外的材料通常要使用冲模在外力的作用下从铸件上切除掉.

15、这些毛边料在压铸公司作为废料使用.有些情况下, 压铸公司在铸件冲完水口的情况下就直接把铸件出售给加工铸件的公司. 也有些压铸公司会对铸件实施其他加工和金属表面处理（例如: 磨光, 抛光, 电镀, 喷油和加工）, 然后再交付给客户. 在这种情况中, 压铸件采购商简单地把表面处理过的零件装配在最终的产品上, 压铸件的生产通常在诸如家庭用品制品厂、汽车公司和五金厂内进行.（2） 配套工业（SUPPORING INDUSTRIES ）压铸业是制造业中高度专业化的一部分. 影响压铸业的工业是: 机械工具业、模具加工业、公用设施业、基础设施业、金融业、运输业和通讯业. 有些配套工业已发展成为集中服务压铸业

16、的特殊团体. 比如: 机械工具业、模具加工业、过程润滑剂生产业、工业熔炉业。 这些公司已开发了很多压铸工业需求的先进技术, 而且这些公司的命运也和压铸业的健康发展紧密相联.（3） 北美压铸学会（NADCA）大部分配套工业和压铸公司都与压铸组织有关系. 已提及过一些学会, 但是在北美支持压铸公司的首家学会是北美压铸学会（NADCA）.北美压铸学会是一个国际技术和教育组织, 成员大部分来自美洲从事压铸件生产的公司, 也有来自其他洲的成员. 在压铸工艺和科学方面, 在金属的表面处理方面和同类工艺方面压铸学会致力于改善和知识的传播.压铸学会的初始目标是提高团体的压铸知识, 培训教育课程, 鼓励新产品的

17、研究, 通过教育和研究促进压铸工业的发展和成长.NADCA（以前为SDCE）于1955年在密执安州法律的指导下作为一个非赢利组织组成学会. 现在在美国、加拿大和拉丁美洲已有24家分会. 由于对NADCA的活动感兴趣, 其他的分会仍在组织之中.（4） 压铸工业（THE DIE CASTING INDUSTRY）在北美有350多家压铸厂商, 很多压铸厂商都是专业生产压铸件的独立公司. 这些公司通过计件竟标获得业务. 这些 “习惯” 上称为压铸厂的规模小到只有三、四台小型压铸机, 大到具有许多大型压铸机厂的股份公司.有些压铸公司已开发了具有专利的生产线使他们的生产能力大大提高. 如果一旦成为压铸公司

18、, 或者确定生产, 那么就包含在压铸之中. 因为这是生产他们产品的最佳途径. 当一个公司内有压铸厂支持其活动时, 压铸操作就认为是 “铸造”操作. 在北美大约一半的压铸厂都属于这种范畴.汽车、小发动机、船舶外装产品和建筑商五金工业都有大型的压铸设施. 有些厂具有100多台压铸机, 其合模力可达32MN（3.500吨）. 同样, 大部分小功率电子感应电动机的制造厂商也具有压铸设施. 很多其他金属生产公司也有压铸厂, 它们又有一台小型压铸机从事大量的制造, 与此同时这些公司实质上也可以专门从事压铸制造了.因为压铸操作要求专门的工程技术且培训从事设备维修人员要求高, 所以压铸厂通常最经济的作法是至少

19、要有12台中等大小的压铸机. 压铸机的数量太少已证明是得不到技术人员和设施合理支持的. 如果压铸操作仅限于合模力小于10MN（100ton3）的压铸机, 那么经济状况就不一样了, 经济的作法是统一大小, 数量为三到四台压铸机.（5） 开发历史（HISTORICAL DEVELOPMENT）在1849年, 斯特吉斯（Sturgiss）介绍了和压铸相似的工艺, 并利用名为 “铅壶” （图示1）的机器生印刷业中的铅字而获专利首次知晓压铸是在1868年, 一个英国发明家查尔斯?波伯哥（Charls Babbage）开发出了压力压铸工艺, 给当今计算机先驱 “机械计算机”生产精密的零部件, 这些零件中有

20、一件非常薄, 直径为6.5英寸, 有80齿的齿轮. 在1877年, 一台手工操作的压铸机由都森波利（Disenbery）在美国制造出来, 生产机车头轴承壳（图示1-2）.批量生产产品的需求随着消费品市场的需求在增长, 如爱迪生电报机, 电报机的零部件早在1892年就开始压铸, 与此同时, 像现金出纳机这样的业务机器又为压铸开辟了新的市场. 压铸工艺的成长和技术开发大约从1904年开始, H?H富兰克林公司开始给汽车工业生产连杆轴承. 主要的开发是在1922年, 新泽西的锌公司把锌合金引入压铸业中才清除了早期出现的问题.铝合金首次铸造大约是在1914年, 使用空气压力把熔化金属压入模中（图示1-

21、3）. 铝合金的熔点高且和铁反应, 使这种金属的广泛应用一直推迟至二十世纪三直年代初 “冷室”工艺开发出来. 这种工艺减少了铝和机器的铁成分接触的时间, 从而大大减少了铝和铁反应的机会.我们现在知道, 二十世纪三十年代做出的很多开发部是现代压铸工业开始的年代. 这些开发是: （1）首次黄铜压铸; （2）高纯度锌的利用; （3）自动压铸机出现; （4）商用压铸机的大小和复杂化程度潜在增长; （5）二氧化硫配比装置的开发使镁的压铸成为可能.压铸工业增长速度最快的时候是在二十世纪五十年代和二十世纪六十年代初. 汽车工业和应用工业需要零件数量最多的部分是压铸. 认真研究程序, 目的在于找到使过程更有效

22、、更具竟争的方法. 在二十世纪七十年代把工业带进一个复杂化的时代。 在二十世纪七、八年代这段时间, 压铸工业进行了许多重大的研究和开发行动, 这样使压铸工业从工艺时代进入了一个以科学为基础的制造时代.在二十世纪九十年代这段时间里, 压铸工业中铝合金和镁合金的增长速度最快, 大部分增长是由汽车市场引起的. 这种增长不仅是机动车辆销售数量的增长, 而且更重要的是在每一辆机动车辆上镁和铝金属的增加可以改善燃料问题. 在1991年, 每辆车的铝含量平均为183磅. 到了1999年, 每辆车的铝含量就增加到了248磅. 截止2004年, 每辆车的铝含量就会超过300磅. 新外壳开始增加, 电子产品和计算

23、机的使用都帮助了铝和镁压铸件进一步的增长. II. 压铸的原理和理论（Principles and Theory of Die Casting）（1） 压铸过程（DIE CASTING PROCESSES）“模”一词在以前的浇铸中意谓熔化金属被铸进金属型模中并在模中冷却成形. 模是由两半构成的, 可以打开并取出铸件. 压铸过程变化很多, 没有一个铸造过程适用于所有的铸造产品或所有的生产条件, 这些过程通常分为三种主要类型, 它们的主要区别是施加给液体金属和金属射料系统的压力是不同的. 金属型铸造（永久金属模铸造） Permanent Mold Casting （Gravity Die Cast

24、ing）除过金属型模可用来代替类似的砂型之外, 这种过程所用的方法和传统砂型铸造所用的方法相似. 金属型模广泛应用于有色金属铸件的生产, 而且要求生产超过一百多件时最为合算.金属型铸造所用的模通常结构简单, 通常由两半构成. 这两半具有通过模腔的垂直接缝. 流道、浇口及气孔和砂型类似而且可以使用砂芯. 模具要涂上一层耐火材料, 暂时延迟冷却直到熔化金属可以均匀地流入模中.基本的操作包括浇铸熔化金属, 冷却阶段, 顶出铸件, 清理模具, 固定松弛的型芯, 合模准备下一次循环. 图示2-1展示了金属型铸造模的铝质自动柱塞具有可动的半模和多件位于中部的型芯. 图示2-2展示的是和图示2-1相同的模,

25、 但是它们的自动柱塞在从模中移出前冷却. 金属型铸造的优点（Advantages of Permanent Mold Casting ）这种铸造过程的主要优点是经济和优良铸造品质. 生产率通常比砂型铸造高。 这种铸造铸出的铸件比砂型铸造铸出的铸件具有更细的晶粒结构和更好的强度特征. 而且, 铸件可以设计成具有更薄的件壁. 另外, 铸造表面比砂型铸造件的表面更光滑, 而且由于可以保持更为紧密的尺寸公差, 因此很少要求机加工. 金属型铸件的孔隙率小于砂型铸件, 因而具有优越的气密性, 金属型模的寿命通常是50000到70000啤之间. 金属型铸造的缺点（Disadvantages of Perma

26、nent Mold Casting ）这种铸造过程由于工模成本高、生产期短而不经济合算. 这种铸造过程要进行大批量的生产既慢且成本昂贵. 高压压铸过程可以更好地满足大批量生产的要求, 当要求不同寻常的可靠性和高机械特征时, 金属型铸造件就不会满足零件的要求了. 低压压铸 （Low Pressure Die Casting ） 要想使熔化金属进入模中的工艺自动化, 就要开发出一种技术代替人工操作热金属。使用低压压铸机, 熔化金属装在绝热的、加压密封的坩埚或熔炉中. 管道垂直向下通过熔炉, 它的底端浸入熔化金属中且顶端法兰用熔炉盖密封, 模装在熔炉上方的压铸机上, 并密封管道的开口端, 当给熔炉施

27、加气压时, 熔炉排出熔化金属并使熔化金属沿着管道向上运行并进入模腔.冷却过程从模的未端依次进行, 最后到达给料头, 给料头是管道的嘴. 一旦铸件开始冷却, 那么通过松弛空气压力的方法就把不需要的金属返回到了熔炉之中。 开模, 取出铸件并开始下一轮循环. 低压压铸的优点（Advantages of Low Pressure Die Casting ）低压压铸超过高压压铸的最大优点是孔隙率降低. 特别是壁厚部分。 因为没有流道, 冒口或浇口, 所以铸造的效率是9095%. 很少有残渣碎屑需要再熔化, 这样就节约了熔化金属所需燃料的成本. 模具寿命比金属型铸造的模寿命长, 且模具成本比高压压铸的成本

28、低. 低压压铸比高压压铸有更多的合金选择余地. 由于使用的是热处理合金, 且减小了空气的夹带量, 因此可以改善机械特征. 低压压铸过程中可以任意使用型芯, 但对于高压压铸过程却很难生产, 镁合金铸造也可采纳这种过程. 低压压铸的缺点（Disadvantages of Low Pressure Die Casting ）这种过程比高压铸过程生产率低, 且一般不适宜铸造更小的零件, 表面处理和尺寸范围不佳, 最低壁厚较大, 模具寿命比用高压压铸寿命要短, 工模成本也高于金属型铸造. 高压压铸（High Pressure Die Casting ）这是一种在压铸工业中较为广泛使用的过程. 在北美 ,

29、“压铸”一词的含义通常是指高压压铸. 在压铸中熔化金属高速压入钢模中, 从而保证了熔化金属完全注入到两个半模之间的模腔空间内. 强行射料冷却收缩. 在熔化金属进入模中的同时, 热量流动离开金属并进入模中, 金属冷却, 在完全冷却之时, 开模并取出冷却的铸件.把熔化金属射入模中有两种类型的机理. “冷室”机理是金属在高温条件下熔化, 而且熔化金属如铝、黄铜和镁与铁有亲合力. 在冷室过程中有水平射料和垂直射料两种射料系统. “热室”机理常用锌和铅金属, 金属是在低温条件下熔化且降低了与铁的亲合力. 压铸过程的主要说明如下:（A brief definition of the die casting

30、 Process is as follows）高压压铸是在压力条件下把熔化金属强行压入一个已安全锁定的模腔内的过程. 模腔内保持强大的压力一直到模腔内的金属冷却下来, 金属冷却下来之后, 开模、顶出铸件并取出, 铸件取出之后, 润滑模具, 合模并锁定, 准备下一次循环. 图示2-3展示的是冷室机基本的液压顶出系统.在冷室压铸过程中, 熔化金属用手工或自动化系统舀入冷室机的开口中。 液压操作的鎚头顶端前移并封住这个开口, 在高压高速的条件下迫使熔化金属进入模中. 铸件冷却后, 鎚头回退, 开模、顶出铸件、润滑模具, 然后准备下一次循环. 图示2-4展示的是冷室过程中的金属流动系统.热室机的射料设备浸入熔炉的熔化金属槽内, 当压射鎚头移动时迫使熔化金属通过鹅颈和射咀进入模具中. 此系统所用压力低于冷室过程中所用的压力. 由于热室压铸机的打料时间比冷室压铸机的打料时间缩短, 所以热室压铸机的生产率比冷室压铸机的生产率要高. 图示2-5展示了热室压铸机的金属流动系统. 高压压铸的优点（Advantages of High Pressure Die Casting ）高压压铸的生产率比金属型铸造或低压压铸都要高得多. 生产的铸件具有紧密的尺寸公差, 大大减少了机加工操作. 压铸件具有良好的表面处理, 也是电镀的基本要求. 压铸件的壁厚可以作的更薄一些, 大大减轻了铸件的总体重量