压铸模具设计基础知识

壓鑄模設計
2020/10/24
Macherchen
19
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
壓鑄模設計
2020/10/24
Zna14 ZnAI4u1
UNS
Z33521 Z35530
編號 ZDC1 ZDC2
JIS壓鑄鋅合金成份標準
化學成份
AI
Cu
Mg
Pb Fe Cd
3.9~4.3 0.75~1.25 0.03~0.06 0.003 0.075 0.002
3.5~4.3 0.75~1.25 0.02~0.06 0.005 0.1 0.004
壓鑄模設計
2020/10/24
由噴射﹑噴射流轉變為壓力流
Macherchen
5
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.
壓鑄模設計
❖ 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.
❖ 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
JIS H5301
ZDC2 ZDC1
鋅合金各國編號近似對照表
FS QQ-Z363B
ASTM B86
SAE J468b
NF A55-010
BS 1004
AC40A AG40A 903
Z-A4G
A
AC41A AG41A 925
Z-A4UIG
B
DIN 1743
CD-ZnAI4 CD-ZnAI4u1
ISO 301
（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
2020/10/24
Macherchen
13
壓鑄模設計
五.壓鑄合金及其性能
2020/10/24
鋅合金種類
合 商業習用編號
No.3
金
ASTM
AG40A
代
UNS
Z33251
號
SAE
903
Die Cast Aged
抗拉強度(Kg/mm2) 28.8 24.6
機 降伏強度(Kg/mm2) --
--
伸長率(%)
10
16
械 剪切強率(Kg/mm2) 21.8
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)
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)
2020/10/24
Macherchen
--
No.5
No.2
No.7
AC41A
--
--
Z35530
--
Z33522
925
921
--
Die Cast Aged Die Cast Aged Die Cast
Aged
33.7 27.42 36.4 33.6 28.7
24.5
--
--
-- --
--
--
7
13
7
2
13
18
26.7
--
32.3 -- 21.8
24
壓鑄模設計
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 ）
3.9~4.3 0.03 0.03~0.06 0.003 0.075 0.002
3.5~4.3 0.25 0.02~0.06 0.005 0.1 0.004
Sn Zn 0.001 餘 0.003 餘 0.001 餘 0.003 餘
備注
合金特性 應用例
機械性質耐 剎車缸體,汽車
腐蝕性佳 安全帶機構
鑄造性,電鍍 水箱飾罩,化油
Macherchen
18
壓鑄模設計
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.
Macherchen
8
四.成型工藝
壓鑄模設計
（三）脫模斜度
合金
配合面
非配合面
外（α） 內（β） 外（α） 內（β）
鋅合金 10' 15' 15' 45' 鋁合金 15' 30' 30' 1。
通常外為內的一半
2020/10/24
β
Macherchen
9
壓鑄模設計
四.成型工藝
（四）圓角
當h1=h時﹕ r最小=Kh r最大= h
Zn
餘
餘
餘
餘
餘
餘
餘
密度 g/cm3
6.64
6.64
6.64
6.64
熔解溫度℃ 物 導電係數(%ACS)
382~387 27
381~386 26
379~390 25
381~387 27
熱傳導係數(W/M°K)
113
109
105
113
性 熱膨脹係數(20~100 ℃)(µm/m°k) 比熱 kg℃ 收縮率
(當銅的含量>1.25%時)
Macherchen
17
壓鑄模設計
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
☺ 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
2020/10/24
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
2020/10/24
Macherchen
23
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.)
（三）再噴射 （四）補縮金屬流（保壓時間）
壓鑄模設計
2020/10/24
Macherchen
6
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）
壓鑄模設計
外俓Φ34.5mm 共104牙
壓鑄模設計
2020/10/24
Macherchen
11
四.成型工藝
壓鑄模設計
（七）螺紋﹐齒輪
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
2020/10/24
Macherchen
12
五.壓鑄合金及其性能
21
பைடு நூலகம்
壓鑄模設計
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0.02%, 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
2020/10/24
Macherchen
22
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
27.36
0.419 6/1000
27.36
0.419 6/1000
27.72
0419 6/1000
27.36
0.419 6/1000
Macherchen
14
壓鑄模設計
五.壓鑄合金及其性能
商業習用編號 No.3 No.5
種類 鋅合金錠1種 鋅合金壓鑄件1種 鋅合金錠1種 鋅合金壓鑄件1種
2020/10/24
鈣 (Ca)
釩 (V)
鉛 (Pb)
鋯 (Zr)
鋰 (Li)
Macherchen
15
壓鑄模設計
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
R=r+h
當h1=h時﹕ r≧ h+h1 3
R=r+ h+h1 2
2020/10/24
K值
鋅﹕1/4 鋁﹕1/2
Macherchen
10
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）
（六）文字: 凸凹紋﹐直紋 例:平行紋（直紋）高0.7MM﹐間距1MM﹐角度60.5。
錠
鑄件
錠
鑄件
錠
錠
鑄件
Al
3.9~4.3 3.5~4.3 3.9~4.3 3.5~4.3 3.9~4.3 3.9~4.3 3.5~4.3
Mg
.025~.50 .02~.05 .03~.06 .03~.08 .025~.50 .01~.02 .005~.020
成
Cu
.10max .25max 075~1.25 .75~1.25 2.6~2.9 .10max
.25max
Fe
.075 .10
.075
.10
.075
.075
.075
Pb
份
Cd
.004 .005 .003 .004
.004 .003
.005 .004
.004 .003
.002 .002
.003 .002
Sn
.002 .003 .002 .003
.002
.001
.001
Ni
--
--
--
--
--
.005~.002 .005~.002
產生Fe2 Al5浮渣,造成其含量的下降
2020/10/24
Macherchen
16
壓鑄模設計
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
2020/10/24
☺ 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)
性佳
器
有益 鋁 (Al) 鋇 (Ba) 鈷 (Co) 銅 (Cu) 鎂 (Mg) 鎳 (Ni) 鍶 (Sr)
各元素對鋅合金性質的影響
無益且無害
有害
鉻 (Cr)
銻 (Sb)
矽 (Si)
錳 (Mn)
砷 (As)
鈉 (Na)
鉬 (Mo)
鈹 (Be)
錫 (Sn)
鉀 (K)
鎘 (Cd)
鈦 (Ti)
銀 (Ag)
2020/10/24
Macherchen
3
二. 壓鑄概論
壓鑄模設計
❖ 壓鑄設備 熱室
坩堝 噴嘴
進口
沖頭
壓鑄機
冷室 立式(全)
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.
2020/10/24
Macherchen
4
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
2020/10/24
Macherchen
7
四.成型工藝
壓鑄模設計
（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。
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.
2020/10/24
--
性
硬度(勃式)
衝擊強度(J)
82 30.2
72 28.8
91 33.7
80 28.1
100 98 24.6 3.5
80 30.2
67 28.8
質
疲勞強度
(Kg/mm2,5%103
4.85
--
5.76
--
5.98 -- 4.78
--
壓強度(Kg/mm2)
42
--
60.9
42
-- 21.7 --
65.1
Macherchen
20
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
2020/10/24
Macherchen
第一講:壓鑄基本概念
壓鑄模設計
2020/10/24
撰稿: Macherchen
Macherchen
1
壓鑄模設計
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
2020/10/24
Macherchen
2
二. 壓鑄概論