1、 第2讲 压铸过程原理 及压铸工艺n压铸机、压铸模具及压铸合金是压铸生产的三大要素。n但要生产出合格压铸件，没有正确的压铸工艺是不可能的。压铸工艺规定三大要素的工作方式。n换言之，如果是压铸生产的，那么就是压铸生产的。n压力和速度是压射过程的两个重要参数。记录压射过程中压力和速度动态特性的曲线，称为压射过程曲线。n冷室压铸（1）小型压铸机 三级压射，即为两级速度，一级增压。（2）中大型压铸机 双回路控制的四级压射系统，即慢压射、一级快压射（也较慢）、二级快压射、增压。n热室压铸，主要以两个阶段压射为主（一速升液和二速填充）。n压铸机的压射过程从压射冲头开始移动至型腔充满保压（热室压铸机），或者
2、至增压结束（冷室压铸机）为止。n压射过程中，随着压射冲头的位移，速度和压力都是按设定的模式变化。阶段阶段进程描述进程描述I I起始位置：起始位置：从压射冲头起始位置至越过浇料口位置参数：参数：压射速度v1（冲头），压射压力p1（动态）特征：特征：低压低速，运行平稳说明：说明：低速推进，防止金属液从浇料口溢出，有利于气体排出。压力主要用于克服系统摩擦阻力，只有小部分用于推动金属液IIII起始位置：起始位置：从压射冲头越过浇料口位置至金属液充满至内浇口处参数：参数：压射速度v2，压射压力p2（动态）特征：特征：压力增大，压射冲头速度加快说明：说明：压射冲头通过浇料口，压射压力提高，压射冲头速度加快
3、，金属液充满压室至浇注系统。该阶段应注意防止卷气，并尽量避免金属液提前进入型腔IIIIII起始位置：起始位置：从金属液充满内浇口处至型腔完成充满参数：参数：压射速度v3，压射压力p3（动态）特征：特征：压射压力再次升高，压射速度略有下降，充型速度最快说明：说明：金属液流经内浇口充填型腔。由于内浇口处截面积大幅缩小，流动阻力剧增，压射速度略有下降，但此时充型速度最快。要保持足够的充型速度，需更高的压射压力，用于克服浇注系统主要是内浇口处的流动阻力。IVIV起始位置：起始位置：充型结束参数：参数：压射速度迅速减至零，增压压力p4建立特征：特征：压射冲头停止运动，压力剧增，达到全过程的最高值说明：说
4、明：金属液完成充满型腔。增压压力对凝固中的金属液进行压实，压射冲头可能稍有前移。金属液凝固后，增压压力撤除，压射过程结束。通过增压使压铸件密度增加，获得清晰压铸件n说明：压射阶段的划分来源于长期的压铸实践，但并非必须完全遵循，根据压铸件及压铸工艺的具体状况设定。n发展历程：不变化-二阶段-三阶段（或四阶段）n最新进展：突破了传统的三阶段压射，可以根据工艺需要，多点设置速度和压力，可以非常灵活地设定压射过程；某些压铸机还具备压射冲头运动优化程序，根据压室参数、金属液充满度等参数，计算最佳压射模式，减少卷气现象。n压射模式应根据压铸件及压铸工艺的具体状况设定，并非采用哪一种固定模式。1 1、压射阶
5、段、压射阶段n理论上，压射压力与压射速度的平方成正比，一定的速度对应一定的压力，或者说使用一定压力才能达到一定的速度n压射曲线中的上升斜线，表示压力和速度处于上升之中，起始点为速度或压力的切换点n压射曲线中的平台，表明该阶段的速度和压力没有变化，一个稳定的平台可以理解为一个阶段（冷室压铸出现三个压射阶段I、II、III）n在IV阶段（增压阶段），压力迅速上升出现高压平台，但速度值迅速降为零，这是增压阶段的特征，表明充型结束，增压形成。2 2、压力和速度值、压力和速度值n正常情况下，压力值和速度值相对应n如果曲线异常，出现压力过高而速度偏低，表明压射系统可能出现问题，如压射冲头阻滞、浇道堵塞，或
6、液压管路问题等n如果压力曲线偏低，速度无法上升，表明压力没有建立，应检查压力设置是否合适或是存在泄压之处3 3、压力和速度切换状况、压力和速度切换状况n各阶段的切换起始点至结束点，或者说切换处曲线斜率，反映了从低速切换至高速，或从低压切换至高压的响应速度。n切换时速度和压力应该同步响应为佳，以反应迅速为佳。4 4、建压时间、建压时间n建压时间表示增压压力的响应速度，建压时间是反映压铸机性能的重要指标。n增压压力必须在金属凝固之前建立，否则将大大影响增压效果。n理论上讲，建压时间越短越好，可以在金属液凝固之前对其进行高压压实，有效减少内部缺陷，增加压铸件的致命性。n目前先进压铸机的建压时间已达1
7、0ms以下。5 5、压力峰值、压力峰值n压力峰值指的是快压射结束时（充型结束），迅速增压形成的压力冲击或水锤现象。n在第III阶段结束后，压射冲头运动突然停止及压力快速切换，造成了压力瞬间升高，并伴有压力振荡现象。n压力峰值虽是瞬态行为，但对压铸工艺非常不利。压力峰值可以引起胀形，造成泄压，影响压铸件成形质量，使压铸产生飞边、毛刺等。n现代压铸机都把消除压力峰值作为一项重要内容。目前许多压铸机增加了反压措施，使压射冲头在充型结束前瞬间减速，从而大大减轻了水锤现象，缩小了压力峰值。n压铸压力是压铸工艺的基本特征，金属液的充型和压实都是在压力作用下完成的，分为动态压射力和增压压射力。n压铸过程中的
8、压力是由压铸机的压射机构产生的n压射机构通过工作液体将压力传递给压射活塞n然后由压射活塞经压射冲头施加于压室内的金属液上1、压射力：来源于高压泵，通过压射冲头对金属液施加压力，施加压力的大小用比压表示。2、压射比压：指压射过程中，压室内单位面积上金属液所受到的静压力式中 P压射比压（MPa）；F压射力（N）；A压射冲头截面积（近似等于压室截面积）（mm2）；D压室直径（mm）。3、压射比压的取值范围n冷室压铸机的动态压射比压一般在3090MPa之间，增压压射比压一般在50300MPa之间n热室压铸机提供的压射比压可达到2050MPan使用压铸机提供的最小压射冲头才能得到最大压射比压机器吨位/k
9、N30005000800012000动态压射力/kN140210300480增压压射力/kN3505507201120压射冲头直径/mm4080601007012080140动态压射比压/MPa11127742678269531增压压射比压/MPa278691947018764223724、选择合理的压射比压n比压也可以根据压铸件的某一特征进行选取，表2列出了冷室压铸推荐的压射比压参考值。在快压射阶段，一般优先压射速度调整，动态比压随之确定。合金一般压铸件耐压压铸件大平面薄壁件/表面质量要求高受力压铸件锌合金3030404060铝合金30408010040604080镁合金3040601004
10、0604080n压射速度：是压射冲头推动金属液移动的速度，也成为冲头速度。n充型速度：金属液通过内浇口进入型腔的速度，也称为内浇口速度。1、冲头速度n在压射起始阶段，或低速压射阶段，金属液尚未达到内浇口，所以只考虑冲头速度。n在这一阶段，冲头速度一般都控制在0.10.4m/s之间。n冷室压铸金属液的充满度高，冲头速度可取低些。n一般技术资料中给出的压射速度推荐范围都很宽，应权衡各种因素选取，冷室压铸机最大压射速度可达10m/s.冲头速度过高时液态金属的波面冲头速度过高时液态金属的波面2、充型速度n高速压射阶段，金属液充填型腔。n充型速度对金属液的充型模式及压铸件成型具有重要作用，在选择时必须十
11、分小心。n充型速度过高容易引起紊流、卷气、氧化及粘模等现象，还会加速模具的磨损。n在保证压铸件质量的前提下，充型速度应尽量选低。n充型速度与压射压力相关，相同的压铸条件下，要达到高的充型速度，需要的压射力大。平均壁厚/mm1.02.03.04.05.06.07.08.0充型速度/（m/s）46554250384634423240303728342632合金种类铝合金锌合金镁合金铜合金充型速度/（m/s）20603050409020503、充型速度和冲头速度的关系n在冷室压铸机中，压室、浇道和压铸模型腔相连，成为一个密闭系统，因而它们之间具有连续方程的关系，即4、速度切换位置A给汤完了状态压射时
12、间内，溶汤安定后，开始压射B低速压射，压室充填设定防止空气卷入的速度注意无溶汤飞溅，冲头的卡住等的影响。C低速压射，浇道充填多段压射的机器另外可以设定，一般情况下，以加速度的匀加速进行设定。D高速切换位置一般来说以溶汤到达浇口的位置为基准进行设定，根据产品前后调整切换位置来决定最佳的位置。E减速位置产品充填完了后，在集渣包充填完了之前进行有效减速的决定，设定后短射必然会有，但必须对产品的影响加以确认。F增压位置增压为充填完了开始增压，切换位置一般在充填完了的前20mm左右设定。5、高速压射行程6、根据水力学原理，充型速度与压射比压的关系7、影响充填速度的因素n影响充填速度的因素有三个，即压射速
13、度、压射比压和内浇口截面积。n因此，生产中通常采用的调整充填速度的方法是：调整压射速度、改变压射压力、调整内浇口的截面积。n压铸工艺中的时间参数包括充型时间、持压时间和留模时间三个部分。1、充型时间：金属液开始进入型腔至型腔充满所需时间，可按下式估算：1、充型时间：经验推荐见下表平均壁厚平均壁厚/mm充型时间充型时间/s平均壁厚平均壁厚/mm充型时间充型时间/s1.50.010.033.00.050.101.80.020.043.80.050.122.00.020.065.00.060.202.30.030.076.40.080.302.50.040.092、增压建压时间：指充型（快压射）结束
14、至增压压力形成所需的时间。n建压时间越短越好，取决于型腔中金属液的凝固时间n凝固时间长的合金，增压建压时间可长些，但必须在浇口凝固之前达到增压比压n但建压时间由压铸机压射系统性能决定，不能任意调节。n目前最先进压铸机的建压时间已达到10ms以内。3、持压时间：指金属液充满型腔后，压射系统继续保持压力的时间n持压的目的是保证金属液在整个凝固期间都处于高压之下，达到紧实压铸件的目的。n持压时间应比金属液在型腔内的凝固时间长。4、留模时间：从持压终了至开模顶出压铸件的时间段n留模的目的是使压铸件在型腔中冷却到一定温度，形成一定强度，避免开模顶出时压铸件变形、开裂。n留模时间过长，压铸件的冷却及收缩幅
15、度大，包紧力增大，会导致顶出困难。n在以下情况时，留模时间可取短些：合金的收缩大、高温强度较高；薄壁件、结构复杂；压铸模具热容量大、冷却能力强。n温度是压铸工艺中的热因素，主要涉及金属液的浇注温度和压铸模具温度。1、浇注温度：指金属液进入浇注系统或型腔时的温度，一般用保温炉内的金属液温度表示。n浇注温度应高于合金液相线温度300C左右，以弥补合金液在浇注过程中及在压室停留期间的热损失，以保证金属液在充型时仍有良好的流动性。2、压铸模具工作温度n压铸模具温度对压铸件质量、尺寸精度及压铸模具寿命都有影响。n温度过高，容易导致粘模、压铸件顶出变形、压铸模具活动部件卡死、开模时间延长等。n压铸模具温度
16、控制在浇注温度的1/3左右，薄壁、结构复杂的压铸件可适当调高。n压铸模预热一般多用煤气、喷灯、电器或感应加热。n国外在压铸生产中大量采用模温机，不但提高压铸模具寿命，还可以稳定生产优质压铸件。n各种压铸合金的模具工作温度经验数据见表一、涂料作用一、涂料作用（1）高温时保持良好的润滑性。在压铸件与模具之间形成隔离层及润滑膜，保持熔融金属的流动性，改善合金的成形性能，美化压铸件外观。（2）所形成的润滑膜窜入到模具的活动部位，减少压铸件与成形零件间的摩擦，使构件动作灵活，压铸件脱模顺畅，尺寸稳定，并减少零件的磨损，相应地提高模具寿命。（3）通过水分的蒸发，局部冷却模具，使其在生产过程中减少热疲劳应力
17、。（4）在喷涂过程中清除碎屑，减少废品，操作流畅，达到安全生产的目的。二、对压铸涂料的总体要求二、对压铸涂料的总体要求（1）高温时，能保持良好的润滑性能。（2）挥发点低，在1001500C时，稀释剂能很快地挥发。（3）对模具及压铸件材料没有腐蚀作用。（4）性能稳定，在空气中不会因稀释剂很快挥发而变浓。（5）无特殊味道，在高温时不析出或分解出有害气体，也不留有残余物质。（6）配制工艺简单，来源丰富，价格低廉。三、涂料的种类和使用三、涂料的种类和使用n国内外普遍采用水基涂料激冷效果好，清洁、安全、便宜一、压铸件的清理、整形和修补一、压铸件的清理、整形和修补1、压铸件的清理浇注系统、排溢系统的金属物、飞边及毛刺2、压铸件的校正留有残余应力而引起变形，需热校正或冷校正3、压铸件的修补和浸渍处理焊补和嵌补密封剂渗入压铸件的缝隙（气孔、针孔等）二、压铸件的后处理和表面处理二、压铸件的后处理和表面处理1、压铸件的后处理不宜淬火，需进行退火或时效处理2、表面处理加强铸件表面耐蚀性和增加美观度，电镀、喷漆，等
