压铸模具设计基础知识

2020/8/1
六.壓鑄工藝
（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。C~200。C （連續工作）模具預熱 復雜﹕ 190。C~220。C （連續工作）模具預熱
130。C~180。C 150。C~200。C
（五）充填時間與持壓時間
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.
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四.成型工藝
（三）脫模斜度
β
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四.成型工藝
（四）圓角
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四.成型工藝
（五）孔 鋅: 0.8~1.5（最小直徑） 鋁: 2.0~2.5（最小直徑）
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。
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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
A1 V1 = A2 V2
V2= V1A1 A2
πD 2 V1 4A2
V1 壓射速度（ m/s）
V2 充填速度（ m/s）
A1
壓室沖頭截面積（m 2）
A2
內澆口截面積
D
壓室沖頭直徑
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。
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),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
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五.壓鑄合金及其性能
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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
☺ 增加合金的強度 ☺ 提高合金的硬度 ☺ 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)
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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
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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:
☺ 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
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五.壓鑄合金及其性能
（三）再噴射 （四）補縮金屬流（保壓時間）
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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3﹕1（應設計壁厚 均勻﹐保証足夠強度與剛度的前提）
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四.成型工藝
（二）加強肋﹕大于或等于2.5MM﹐會降低抗拉強度﹐易產生氣孔﹐ 縮孔。
鎂的加入可 ☺ 細化合金組織,從而增加壓鑄件的強度 ☺ 改善合金抗晶間腐蝕的能力 ☺ 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
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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
❖ 壓力鑄造特性: 1. 高速充填:通常澆口速度達30~60m/s之間. 2. 充填時間很短:中小型件通常為0.02~0.2s之間. 3. 高壓充填:熱室機壓力通常為70~350kg/c㎡ 4. 溶湯的冷卻速度快
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二. 壓鑄概論
❖ 壓鑄設備 熱室
坩堝 噴嘴
進口
沖頭
壓鑄機
冷室 立式(全)
特點﹕熔點高,壽命短. 要求﹕1. 模溫:250~300。C;
2. 澆鑄溫度:鑄鐵1300~1350。C 中碳1440~1460。C 合金1550~1560。C;
3. 內澆口厚度為3~5mm,環形澆口多.
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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
因素﹕大小﹐復雜程度﹐澆口處的面積﹐充填速度.
t=
m ρA 2V
m-- 鑄件重量 (kg) ρ -- 流體密度（Kg/m3）
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A2--內澆口截面積 V--充填速度
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200~300。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
t2:開始進入型腔﹐因澆口急減﹐阻力 力
F
增大﹐F2>F1,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
時間t
(壓射力與時間關係曲線見右圖)
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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 ） P= F 4F F: 壓射壓力（N）
A πd 2 d ﹕壓室直徑 (m) A﹕沖頭截面積（ m 2 ）
壓射比壓與壓射壓力成正比﹐與壓射沖頭的截面積成反比。
鋅合金的 壓射比壓
壁厚 =<3mm 30MPa 簡單 40MPa 復雜
壁厚 >3mm 50MPa 簡單 60MPa 復雜
（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Φ34.5mm 共104牙
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四.成型工藝
（七）螺紋﹐齒輪
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合金 最小螺距（P) 最小螺紋外徑 最大螺紋長度
鋅
0.75
外 內外內
6 10 8P 5P
鋁
1
10 20 6P 4P
(八）嵌件
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压铸模具设计基础知识
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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
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二. 壓鑄概論
❖ 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.
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0.02%, 提高鋅合金的脆性轉變溫率~20度 降低鋅合金的可加工性
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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
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.
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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-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
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五.壓鑄合金及其性能
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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`
☺ 降低合金對鐵的反應能力,因此降低了合金對鋅鍋,鵝 頸及模具的侵蝕 ☺ 降低合金的熔點 ☺ 增加合金的流動性能 ☺ 改善合金的機械性能 產生Fe2 Al5浮渣,造成其含量的下降
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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)
卧式
壓室
❖ 熱室壓鑄機的壓室通常浸入坩鍋的
金屬液中,如圖示.
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三. 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
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三. 壓鑄制程溶湯的流動方式
（二）壓力流
因沖撞,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.
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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
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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
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六.壓鑄工藝
沖頭空行程壓射速度﹕ (m/s) 鋅合金 ﹕ 0.3~0.5 鋁﹕ 0.5~1.1
伯努力方程
V=
2P
ρ
(理想)
V ﹕流體速度（ m/s ）
P ﹕流體壓力（ Pa ）
ρ ﹕流體密度（
3
Kg/m
）
V2 =μ
2P （因粘性﹐表面張力﹐內磨擦） ρ
μ﹕阻力系數
鋅合金 = 55.4V2 P