1压力铸造概述 41解析

第1章 压铸概述
压铸的实质及工艺过程* 压铸的特点* 压铸的应用范围 压铸的发展概况
一 压铸的实质及工艺过程
? 压铸是压力铸造的简称，其 实质是在高压作用下， 使液态或半液态金属以较高的速度充填铸模形腔， 并在压力下成形和凝固而获得铸件的方法。 ? 高压力和高速度 是压铸熔融合金充填成形过程的 两大特点 ，也是压铸与其他铸造方法 最根本的区别 所在。
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表1 课程面向的对应岗位
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表2 岗位需求知识点 返回
思考（能力目标、知识目标）
1.压力铸造的优缺点。
练习：ห้องสมุดไป่ตู้
1.压力铸造的概念。
课后辅导： 周三中午12：00－14：00 模具教研室
图1-1 压铸工艺原理示意图
? 在热压室压铸工艺中，压室垂直置于坩埚内，金属 液通过压室上的进料口自动流入压室。压射冲头向 下运动，推动金属液通过鹅颈管进入型腔。金属液 凝固后，压铸模具打开，取出压铸件，完成一个压 铸循环。
? 热压室卧式压铸机生产
热压室压铸机的压室通常浸入坩锅的金属液中，如图示。
课程目录：
模块一 概述 模块二 压铸成型工艺的确定 模块三 压铸成型材料选择 模块四 压铸成型设备选用 模块五 压铸成型模具设计 模块六 压铸成型缺陷及解决办法 模块七 压铸模设计程序与过程
?课程的重点与难点 重点：压铸成型材料、工艺的确定以及
模具设计； 难点：工艺的确定以及模具设计
?成绩评定 平时 30% ，考试 70%
五 压铸的应用
应用领域：以汽车和摩托车制造业为主要 应用领域，汽车约占70% ，摩托车约占10%。
压铸零件尺寸：最小的只有零点几克，最 大的铝合金铸件质量达60kg，最大的直径可 达2m。
压铸合金：可以生产铝、锌、镁和铜等合 金。黑色金属的压铸尚处于研究试验阶段。
压铸的应用范围
(1)圆盖类——表盖、机盖、底盘等。 (2)圆盘类——号盘座等。 (3)圆环类 接插件、轴承保持器、方向盘等。 (4)筒体类 凸缘外套、导管、壳体形状的罩壳、仪表盖、 上盖、深腔仪表罩、照相机壳与盖、化油器等。 (5)多孔缸体、壳体类 气缸体、气缸盖及油泵体等多腔的 结构较为复杂的壳体 (这类零件对力学性能和气密性均有较 高的要求，材料一般为铝合金 )，例如汽车与摩托车的气缸 体、气缸盖等。
? 上述三种理论不是孤立的，它随压铸件的形状、
尺寸和工艺参数而改变。在同一压铸件上，由于各部位结 构尺寸的差异也会出现不同的填充形态。
? 当宽度较窄的内浇口直对着型腔时，开始即以喷射方式填 充，流束冲击对面型壁或型芯，金属液在此聚集喷溅或转 向，动能减少，然后以全壁厚推进方式充模，这两种模式 往往同时存在。
典型的三种金属填充理论
（一）全壁厚填充理论
1937年 W.G.Brandt得到 条件：
V<0.3m/s t内/ t件>1/2-2/3
进入型腔
特点：
金属液经内浇口进入型腔后， 即扩展至型壁，后沿整个型壁截 面向前填充，直到充满为止。
排气良好，铸件致密度高。
是最理想的一种充填形态。
开始扩展 扩展至型壁
D2
四、典型金属填充理论
充型过程 现象： 压入 金属液流动
冷却凝固
特点：
压射系统有必须的能量，对注入压室内的 液态金属，施加高压力和高速度，使熔液 经压铸模的浇口流向型腔
熔液从内浇口注入型腔，而后熔液流动并 充填型腔的各个角落，方能获得形状完整 轮廓清晰的铸件
熔液充填型腔后，冷却凝固，此现象在充 填过程中自始至终的进行着，必须在完全 凝固前充满型腔各个角落
(4)在压铸件上可以直接嵌铸其他材料的零件，以节省贵重 材料和加工工时 这样既满足了使用要求，扩大产品 用途，又减少了装配工作量，使制造工艺简化。
(5)压铸件组织致密，具有较高的强度和硬度 因为液态金 属是在压力下凝固的，又因充填时间很短，冷却速度 极快，所以在压铸件上靠近表面的一层金属晶粒较细， 组织致密，不仅使表面硬度提高，并具有良好的耐磨 性和耐蚀性。
三 压铸压力和压铸速度
1、压铸压力 2、压铸速度
D2
1、压铸压力
图1-2 压铸过程中压射比压的变化曲线
D2
2、压铸速度
在压铸中，压铸速度有压射速度和充填速度两个不 同概念。 ?压射速度是指压铸机压射缸内的液压推动压射冲头前 进的速度； ?充填速度是指液体金属在压力作用下，通过内浇道进 入型腔的线速度。
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图0-3 压铸模具结构示例
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图0-4 压铸件
图0-5 压铸模
压铸模具生产发展趋势如下: （1）向精密、复杂、大型模具方向发展 （2）缩短模具的制造周期，提高模具的
加工质量 （3）努力延长压铸模具使用寿命
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? 模具专业的毕业生面向的是模具行业的设计、制造、 钳工生产一线和一般的技术、管理及服务岗位 〔群），从事模具设计、模具普通加工、数控加工、 电加工，以及模具安装、调试、维护工作和一般的 管理工作。
? 学生在取得学历证书的同时，必须通过国家劳动和 社会保障部的初级模具设计师、中级或中级以上模 具钳工、数控机床操作工职业技能鉴定。
? 通过《压铸成型工艺及模具设计》课程的学习，让 学生了解压铸件所用不同材料的性能，熟悉压铸工 艺及模具的结构设计，学会查阅模具设计手册等设 计资料，初步具备压铸模具设计能力。
向前充填 充至型壁 充满型腔
图 1-3 合金液的全壁厚填充形态 适合：合金结晶区间较宽，形状简单的铸件。
（二） 喷射填充理论
1932年 L.Frommer得到 条件：
V=0.5-15m/s S内/ S件>1/4-1/3
特点：
金属液的充填过程分两个阶段：喷射阶段、 涡流阶段。液体金属进入型腔后保持内浇 口形状冲击对面型壁，然后形成涡流，向 内浇口方向反向填充。
表1-1 不同铸造方法时铝合金和镁合金的力学性能
优点
(6)生产率极高 因为压铸生产易实现机械化和自动化操作， 生产周期短，效率高，可适合大批量生产。
D1
缺 点：
(1)压铸件常有气孔及氧化夹杂物存在 这是由于压铸时液 体金属充填速度极快，型腔中气体很难完全排除所致，从 而降低了压铸件质量。 (2)不适合小批量生产 其主要原因是压铸机和压铸模费用 昂贵，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。 (3)压铸件尺寸受到限制 因受到压铸机锁模力及装模尺寸 的限制而不能压铸大型压铸件。 (4)压铸合金种类受到限制 由于压铸模具受到使用温度的 限制，高熔点合金 (如黑色金属 )压铸模寿命较低，难于用 于实际生产。
? 压力铸造特性：
1.高速填充：通常浇口速度达 30～60m/s；
2.高压填充：热室压力机通常 为70～350kg/cm2；
3.充填时间短：中小型件 0.02～0.2S之间；
4.冷却速度快。
? 合金材料、压铸机及压铸模 是压铸生产工艺过 程的三个 基本要素 。
? 目前压铸所采用的金属主要是各种合金，其中 铝合金占比例最高（ 30%~60% ），锌合金次 之（在国外，锌合金铸件绝大部分为压铸件）。 镁合金是近几年国际上比较关注的合金材料， 铜合金仅占压铸件总量的 1%~2%。
条件：V>20-30m/s S内/ S件<1/4-1/2
特点：
高速金属液射入型腔后，首先冲击对面型壁，沿型腔表面向各方向扩展，并形成
压铸件表面的薄壳层，在型腔转角处产生涡流；后续金属液沉积在薄壳层内的空 间里，直至填满；金属液完全充满型腔后，在压力作用下，补充熔融金属，压实 压铸件。形成小气孔。
适合：填充能力强，可浇注壁薄、形状复杂的铸件。
压铸生产过程简介
产品图
原材料准备
回
工艺设计
喷刷涂料
炉 炉料配置
料
模具设计
合模
合金熔炼
模具制造
浇注
合金液保温
模具安装
压铸成形
模具预热
开取件
外观检验及清理
浇注系统
质量检查
废品
铸件成品入库
图0-2 压铸件的生产工艺过程图
二 压铸的特点
优点
(1)压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度值低 尺寸精度可达IT1 1～IT13级，有时可达IT9级。
压射系统有必须的能量对注入压室内的液态金属施加高压力和高速度使熔液经压铸模的浇口流向型腔熔液从内浇口注入型腔而后熔液流动并充填型腔的各个角落方能获得形状完整轮廓清晰的铸件熔液充填型腔后冷却凝固此现象在充填过程中自始至终的进行着必须在完全凝固前充满型腔各个角落充型过程一全壁厚填充理论特点
压铸成型工艺
武汉船舶职业技术学院 模具教研室 田甜
模具工业
? 金属材料成形工艺装备：冷冲模、锻模、粉末 冶金模、压铸模、铸模。
? 非金属材料成型工艺装备：塑料模、橡胶模、 玻璃模、陶瓷模。
? 压铸技术是在普通铸造基础上发展起来的一种 先进工艺，广泛应用于国民经济支柱产业。
课程任务及要求
?课程要求：
通过本课程的学习，学生应了解压铸工艺以及如 何提高铸件质量和延长模具寿命。理解压铸的工艺过 程和压铸模的设计方法。掌握压铸件设计，能独立完 成成套压铸模的模具设计。
易形成孔洞。
冲击型壁 回流
积聚在型腔远端
适合：具有缝形浇口的长方形铸件或具有 大的充填速度及薄的内浇口的铸件。
积聚在型腔中部 图1-4 合金液的喷射填充形态
(三) 三阶段填充理论
形成薄壳层
继续充填
即将充满
图 1-5 三阶段填充形态
1944-1952年 H.K.Barton提出
充满型腔后形成 封闭水力学系统
(2)材料利用率高 由于压铸件具有尺寸精确、表面粗糙度值 低等优点，一般不再进行机械加工而直接装配使用，或加 工量很小，只需经过少量机械加工即可装配使用，所以既 提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时。
优点
(3)可以制造 形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔 的金属零件 因为熔融金属在高压高速下保持高的流动性，因而能 够获得其他工艺方法难以加工的金属零件。
(6)特殊形状类 叶轮、喇叭、字体由筋条组成的装饰性 压铸件等。
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压铸的应用示例
? 各种压铸件
压铸的应用示例
? 压铸件变速器壳体
压铸的应用示例
图2-2 汽车上使用的一些压铸件
压铸模的应用
汽车缸体（上缸体）
无级变速器壳体
集油盘
五 压铸的发展
压铸工艺是从19世纪初期用铅锡合 金压铸印刷机的铅字至今已由150多年 的历史。然而，发展速度十分惊人，遍 及各个工业门类, 受到了普遍的关注。
压铸工艺过程演示
冷压室和热压室压铸是压铸工艺的两种基本 方式，冷压室原理如 图1-1（a）所示，
图1-1 压铸工艺原理示意图 冷压室 压铸工艺中，金属液由手工或自动浇注装置 浇入压室内，然后压射冲头前进，将金属液压入型 腔。
冷压室和热压室压铸是压铸工艺的两种基本 方式，热压室原理如 图1-1 （b）所示。
国内压铸的发展方向有：
? 深入开展压铸理论研究； ? 研发新式压铸设备； ? 研发压铸新材料； ? 发展压铸新技术、新工艺； ? 研发压铸模新材料。
其中压铸模具的发展最为关键。模具生产技术水 平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标 志，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益 和新产品的开发能力。模具工业发展的关键是模具技 术的进步。图0-3所示为一个较复杂产品的压铸模具结 构示例。