1、壓鑄模設計Macherchen2023/2/141第一講第一講:壓鑄基本概念壓鑄基本概念 撰稿:Macherchen壓鑄模設計Macherchen2023/2/142一.鑄造工藝 砂型鑄造 金屬型鑄造 特種鑄造 壓力鑄造 重力鑄造 低壓鑄造 熔模鑄造 陶瓷型鑄造 連續鑄造 離心鑄造 真空吸鑄 永久型鑄造壓鑄模設計Macherchen2023/2/143二二.壓鑄概論壓鑄概論v壓力鑄造概念:(鋁,錫,鋅,镁,鉛,銅,合金)即將溶融合金在高壓,高速條件下充型並在高壓下冷卻凝固成型的一種精密鑄造方法,簡稱壓鑄,其最終產品是壓鑄件.v壓力鑄造特性:v高速充填:通常澆口速度達3060m/s之間.v充填時
2、間很短:中小型件通常為0.020.2s之間.v高壓充填:熱室機壓力通常為70350kg/cv溶湯的冷卻速度快 壓鑄模設計Macherchen2023/2/144沖頭噴嘴壓室坩堝進口二二.壓鑄概論壓鑄概論v壓鑄設備 熱室 壓鑄機 冷室 立式(全)卧式v熱室壓鑄機的壓室通常浸入坩鍋的 金屬液中,如圖示.壓鑄模設計Macherchen2023/2/145三三.壓鑄制程溶湯的流動方式壓鑄制程溶湯的流動方式（一）噴射及噴射流 壓力 運動能(碰壁)熱能和壓力 由噴射噴射流轉變為壓力流 壓鑄模設計Macherchen2023/2/146三三.壓鑄制程溶湯的流動方式壓鑄制程溶湯的流動方式（二）壓力流 因沖撞,
3、磨擦和氣體阻力等(抽象),運動能量耗盡(常發生在加強筋,凸台,遠離澆口之部位),具有接受後繼金屬液中供給的壓力能,從而使金屬液沿著型腔內壁前進的特性.利用這特性,可便以型腔排氣.在壓力流充填的部位,匯集著由噴射和噴射流所充填部分的氣體必須開設排氣槽.（三）再噴射（四）補縮金屬流（保壓時間）壓鑄模設計Macherchen2023/2/147四四.成型工藝（一）壁厚 鋅合金:0.3MM(最小)鋁0.5MM 最小孔徑:0.7MM 螺紋螺距0.75MM 最大壁厚與最小壁厚之比不要大于31（應設計壁厚均勻保証足夠強度與剛度的前提）壓鑄模設計Macherchen2023/2/148四四.成型工藝（二）加強
4、肋大于或等于2.5MM會降低抗拉強度易產生氣孔縮孔。設計原則1受力大減小壁厚改善強度.2對稱布置壁厚均勻避免縮孔氣孔.3與料流方向一致避免亂流.4避免在肋上設置任何零部件.壓鑄模設計Macherchen2023/2/149四四.成型工藝（三）脫模斜度合金外（）內（）外（）內（）鋅合金10151545鋁合金1530301。通常外為內的一半配合面非配合面壓鑄模設計Macherchen2023/2/1410四四.成型工藝（四）圓角 當h1=h時 r最小=KhK值鋅1/4鋁1/2 r最大=h R=r+h 當h1=h時 rh+h13R=r+h+h12壓鑄模設計Macherchen2023/2/1411四
5、四.成型工藝（五）孔 鋅:0.81.5（最小直徑）鋁:2.02.5（最小直徑）（六）文字:凸凹紋直紋 例:平行紋（直紋）高0.7MM間距1MM角度60.5。外俓34.5mm 共104牙壓鑄模設計Macherchen2023/2/1412四四.成型工藝（七）螺紋齒輪 (八）嵌件合金外內外內6108P5P鋁10206P4P鋅最小螺距（P)0.751最小螺紋外徑 最大螺紋長度壓鑄模設計Macherchen2023/2/1413五五.壓鑄合金及其性能（一）壓鑄合金 鋁(Al),鋅(Zn),镁(Mg),鉛(Pb),錫(Sn),銅(Gu)（二）壓鑄合金之鋅合金 熱室壓鑄用鋅合金中 有效合金元素:鋁(Al)
6、,銅(Gu),鎂(Mg)有害雜質元素:鐵(Fe),硅(Si),鉛(Pb),鎘(Gd),錫(Sn)來源於鋁 來源於鋅 壓鑄模設計Macherchen2023/2/1414五五.壓鑄合金及其性能鋅合金種類 商業習用編號 No.3 No.5 No.2 No.7 ASTM AG40A AC41A-UNS Z33251 Z35530-Z33522 合金代號 SAE 903 925 921-Die Cast Aged Die Cast Aged Die Cast Aged Die Cast Aged 抗拉強度(Kg/mm2)28.8 24.6 33.7 27.42 36.4 33.6 28.7 24.5
7、降伏強度(Kg/mm2)-伸長率(%)10 16 7 13 7 2 13 18 剪切強率(Kg/mm2)21.8-26.7-32.3-21.8-硬度(勃式)82 72 91 80 100 98 80 67 衝擊強度(J)30.2 28.8 33.7 28.1 24.6 3.5 30.2 28.8 疲勞強度(Kg/mm2,5%103 4.85-5.76-5.98-4.78-機 械 性 質 壓強度(Kg/mm2)42-60.9 42-21.7-65.1 錠 鑄件 錠 鑄件 錠 錠 鑄件 Al 3.94.3 3.54.3 3.94.3 3.54.3 3.94.3 3.94.3 3.54.3 Mg.0
8、25.50.02.05.03.06.03.08.025.50.01.02.005.020 Cu.10max.25max 0751.25.751.25 2.62.9.10max.25max Fe.075.10.075.10.075.075.075 Pb.004.005.004.005.004.002.003 Cd.003.004.003.004.003.002.002 Sn.002.003.002.003.002.001.001 Ni-.005.002.005.002 成 份 Zn 餘 餘 餘 餘 餘 餘 餘 密度 g/cm3 6.64 6.64 6.64 6.64 熔解溫度 382387 38
9、1386 379390 381387 導電係數(%ACS)27 26 25 27 熱傳導係數(W/M K)113 109 105 113 熱膨脹係數(20100)(m/m k)27.36 27.36 27.72 27.36 比熱 kg 0.419 0.419 0419 0.419 物 性 收縮率 6/1000 6/1000 6/1000 6/1000 壓鑄模設計Macherchen2023/2/1415五五.壓鑄合金及其性能 商業習用編號JISH5301FSQQ-Z-363BASTMB86SAEJ468bBS1004ISO301UNSNo.3ZDC2AC40AAG40A903AZna14Z33
10、521No.5ZDC1AC41AAG41A925BZnAI4u1Z35530AICuMgPbFeCdSnZn合金特性應用例鋅合金錠1種3.94.30.751.25 0.030.060.0030.0750.0020.001餘鋅合金壓鑄件1種ZDC13.54.30.751.25 0.020.060.0050.10.0040.003餘鋅合金錠1種3.94.30.030.030.060.0030.0750.0020.001餘鋅合金壓鑄件1種ZDC23.54.30.250.020.060.0050.10.0040.003餘鈣(Ca)鉛(Pb)鋰(Li)矽(Si)鈉(Na)錫(Sn)鈦(Ti)釩(V)鋯(
11、Zr)銻(Sb)砷(As)鈹(Be)鎘(Cd)鎂(Mg)鎳(Ni)鍶(Sr)鉻(Cr)錳(Mn)鉬(Mo)鉀(K)銀(Ag)鋁(Al)鋇(Ba)鈷(Co)銅(Cu)鋅合金各國編號近似對照表JIS壓鑄鋅合金成份標準有益無益且無害有害各元素對鋅合金性質的影響機械性質耐腐蝕性佳剎車缸體,汽車安全帶機構鑄造性,電鍍性佳水箱飾罩,化油器種類編號備注NFA55-010DIN1743化 學 成 份CD-ZnAI4CD-ZnAI4u1Z-A4GZ-A4UIG壓鑄模設計Macherchen2023/2/1416五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-合金元素-鋁 鋁的加入可J 降低合金對鐵的反應能力
12、,因此降低了合金對鋅鍋,鵝 頸及模具的侵蝕J 降低合金的熔點J 增加合金的流動性能J 改善合金的機械性能 產生Fe2 Al5浮渣,造成其含量的下降 壓鑄模設計Macherchen2023/2/1417五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-合金元素-銅 銅的加入可J 增加合金的強度J 提高合金的硬度J 改善合金的抗磨損性能 降低合金的可延伸性 造成壓鑄件的尺寸不穩定性(產生時效脹大)(當銅的含量1.25%時)壓鑄模設計Macherchen2023/2/1418五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-合金元素-鎂 鎂的加入可J 細化合金組織,從而增加壓鑄件的強度J 改善合
13、金抗晶間腐蝕的能力J 改善合金的抗磨損性能 降低合金的流動性 易在合金熔融狀態下氧化損耗壓鑄模設計Macherchen2023/2/1419五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質元素-鎘,鉛 鎘在合金中的含量絕對不能0.003%降低合金的機械性能 造成合金晶間腐蝕鉛在合金中的翎量絕對不能0.003%降低合金的時效機械性能 當含量超過0.005%時,造成合金晶間腐蝕 我們經常遇到這樣的情況,工件剛壓鑄成型時,其表面質量一切正常.可是,在室溫下存放數星期或幾個月後,表面出現鼓泡.壓鑄模設計Macherchen2023/2/1420五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素
14、-雜質元素-錫 錫在鋅合金錠中的含量絕對不能0.001%,在太鑄件中的含量不能0.002%造成合金晶間腐蝕降低合金的抗沖擊性能降低合金的抗拉伸強度引起尺寸不穩定壓鑄模設計Macherchen2023/2/1421五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質元素-鐵 鋅合金中鐵元素含不能0.02%,鐵元素可:J 增加合金的硬度但同時 增加合金的脆性和合金中的鋁發生反應形成Al5Fe2金屬間化合物,造成鋁元素的損耗並形成浮渣在壓鑄件中出現硬點壓鑄模設計Macherchen2023/2/1422五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質元素-硅 硅在鋅合金中的含量絕對不能0
15、.02%,提高鋅合金的脆性轉變溫率20度 降低鋅合金的可加工性壓鑄模設計Macherchen2023/2/1423五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素 -結論 熱室壓鑄用鋅合金必須是以特高純度鋅為基礎,加入特高純度鋁,鎂和銅 嚴格控制壓鑄溫度,避免攪拌 水口料重熔時,一定要嚴格控制重熔溫度以避免鋁和鎂的損耗壓鑄模設計Macherchen2023/2/1424六六.壓鑄工藝 影響金屬液充填成型的因素很多主要有壓射壓力壓射速度充填時間壓鑄模溫。（一）壓射壓力的概念 定義1壓射力指壓射沖頭作用于金屬液面上的力。(這個力在壓鑄過程中不是恆定不變的,它大小隨不同的壓鑄階段變化而改變.)壓射
16、液壓缸 壓射沖頭 壓室熔液 模具型腔 t1:F1為克服磨擦力(壓室中)t2:開始進入型腔因澆口急減阻力 增大F2F1,達到高速充填 t3:(快速增壓階段)快速充填直止充滿 型腔最大值F3為壓射壓力 t4:F4靜壓力對鑄件壓實(壓射力與時間關係曲線見右圖)壓力F時間t壓鑄模設計Macherchen2023/2/1425六六.壓鑄工藝 定義2壓射壓力就是在充模剛結束時壓射沖頭作用在金屬液面上的力。定義3壓射壓力是以壓射比壓來表示壓射比壓就是充模結束時壓射 沖頭作用于單位面積金屬液面上的壓力。P壓射比壓（Pa）F 4F F:壓射壓力（N）A d2 d壓室直徑(m)A沖頭截面積（m2）壓射比壓與壓射壓
17、力成正比與壓射沖頭的截面積成反比。30MPa簡單50MPa簡單40MPa復雜60MPa復雜壁厚=3mm鋅合金的壓射比壓 P=實際比壓應等于計算比壓乘以壓力損減系數K(約0.88).比壓大小可通過調節壓鑄機的壓射力和更換不同直徑的 壓室來實現。壓鑄模設計Macherchen2023/2/1426六六.壓鑄工藝（二）充填速度及其選擇 充填速度是指熔融金屬地壓射沖頭壓力的作用下通過內澆口時的線速度。影響充填速度的因素有壓射速度壓射比壓和內澆口截面積等。根據等流量連續方程V1A1 D2V1 A2 4A2V1 壓射速度（m/s）V2 充填速度（m/s）A1 壓室沖頭截面積（m2）A2 內澆口截面積D 壓
18、室沖頭直徑 A1V1=A2V2V2=在設計壓鑄模時內澆口的設置一般應預留出修模位置以便在試模時修整截面大小。匿內澆口面積過小充型壓力損失增加加大壓鑄機負荷則充填速度過大液態金屬呈噴射狀進入型 腔壓鑄件內部組織氣孔量增加高速沖蝕型腔影響壽命。當澆口尺寸足夠大以后充填速度控制主要是通過調節壓射速度來實現。壓鑄模設計Macherchen2023/2/1427六六.壓鑄工藝 沖頭空行程壓射速度(m/s)鋅合金 0.30.5鋁 0.51.1 伯努力方程V=2P(理想)V 流體速度（m/s）P流體壓力（Pa）流體密度（Kg/m3）V2=2P（因粘性表面 張力內磨擦）阻力系數鋅合金=55.4V2P壓鑄模設計
19、Macherchen2023/2/1428六六.壓鑄工藝金屬液自開始進入模具型腔到充滿所需的時間稱為充模時間（三）合金的澆注溫度溶點 389。C 澆鑄溫度 425。C逐層混 合糊狀凝固（四）模具溫度簡單180。C200。C（連續工作）模具預熱130。C180。C復雜190。C220。C（連續工作）模具預熱150。C200。C（五）充填時間與持壓時間因素大小復雜程度澆口處的面積充填速度.mm-鑄件重量(kg)A2V-流體密度（Kg/m3）A2-內澆口截面積t=V-充填速度壓鑄模設計Macherchen2023/2/1429七.特殊壓鑄工藝 產生氣孔疏松的原因:高速充模氣體末完全排出及凝固收縮得不
20、到充分補縮。（一）真空壓鑄特點1.顯著減少氣孔,組織更致密,提高了力學性能;2.減小充型反壓力,成型好,表面質量得到改善;3.可減小或不用排氣系統;4.結構復雜成本高.一般只適用于薄壁,流程較長的鑄件,而對壁厚不均,較厚凸台的 鑄件,則加重縮松.（二）充氧壓鑄（P.F法壓鑄）又稱無氣孔壓鑄（既氣孔無氧氣）特點1.消除氣孔,提高力學性能;2.可對充氧壓鑄件進行熱處理,強度增高30%,屈服強度增強100%;3.充氧壓鑄可在200300。C環境工作,可焊接;4.與真空相比,結構簡單,投資少,操作方便;5.操作時應注意安全.壓鑄模設計Macherchen2023/2/1430七.特殊壓鑄工藝 （三）精.速.密壓鑄（ACURAD)特點1.雙沖頭壓鑄;2.克服卷氣,收縮產生針孔;3.內澆口采取定向凝固(下方),便于補縮.（四)半固態壓鑄 合金所呈現狀態樹枝狀晶體 網狀 打碎呈球形團塊后壓鑄壓鑄模設計Macherchen2023/2/1431八.黑色金屬壓鑄 灰鑄鐵,可鍛鑄鐵球墨鑄鐵碳鋼不銹鋼合金鋼都屬于黑色金屬 特點熔點高,壽命短.要求1.模溫:250300。C;2.澆鑄溫度:鑄鐵13001350。C 中碳14401460。C 合金15501560。C;3.內澆口厚度為35mm,環形澆口多.壓鑄模設計Macherchen2023/2/1432第一講第一講:壓鑄基本概念壓鑄基本概念第一講完
