機(jī)械壓鑄模設(shè)計(jì)-素材資料工程課件

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1、第一講第一講:壓鑄基本概念壓鑄基本概念6/22/20231一.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(xù)鑄造離心鑄造真空吸鑄永久型鑄造6/22/20232二二.壓鑄概論壓鑄概論v壓力鑄造概念:(鋁,錫,鋅,鎂,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(chǎn)品是壓鑄件.v壓力鑄造特性:1.高速充填:通常澆口速度達(dá)3060m/s之間.2.充填時(shí)間很短:中小型件通常為0.020.2s之間.3.高壓充填:熱室機(jī)壓力通常為70350kg/c4.溶湯的冷卻速度快 6/22/20233沖頭噴嘴壓室坩堝進(jìn)口二二

2、.壓鑄概論壓鑄概論v壓鑄設(shè)備 熱室 壓鑄機(jī) 冷室 立式(全)臥式v熱室壓鑄機(jī)的壓室通常浸入坩鍋的 金屬液中,如圖示.6/22/20234三三.壓鑄制程溶湯的流動(dòng)方式壓鑄制程溶湯的流動(dòng)方式（一）噴射及噴射流 壓力 運(yùn)動(dòng)能(碰壁)熱能和壓力 由噴射噴射流轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫α?6/22/20235三三.壓鑄制程溶湯的流動(dòng)方式壓鑄制程溶湯的流動(dòng)方式（二）壓力流 因沖撞,磨擦和氣體阻力等(抽象),運(yùn)動(dòng)能量耗盡(常發(fā)生在加強(qiáng)筋,凸臺(tái),遠(yuǎn)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(nèi)壁前進(jìn)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(shè)排

3、氣槽.（三）再噴射（四）補(bǔ)縮金屬流（保壓時(shí)間）6/22/20236四四.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(yīng)設(shè)計(jì)壁厚均勻保証足夠強(qiáng)度與剛度的前提）6/22/20237四四.成型工藝（二）加強(qiáng)肋大于或等于2.5MM會(huì)降低抗拉強(qiáng)度易產(chǎn)生氣孔縮孔。設(shè)計(jì)原則1受力大減小壁厚改善強(qiáng)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(shè)置任何零部件.6/22/20238四四.成型工藝（三）脫模斜度6/22/20239四四.成型工藝（四）圓角6/22/202310四四.成型工藝（五

4、）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6/22/202311四四.成型工藝（七）螺紋齒輪(八）嵌件合金外內(nèi)外內(nèi)6108P5P鋁10206P4P鋅最小螺距（P)0.751最小螺紋外徑 最大螺紋長度6/22/202312五五.壓鑄合金及其性能（一）壓鑄合金 鋁(Al),鋅(Zn),鎂(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(zhì)元素:鐵(Fe),硅(Si),鉛(Pb),鎘(

5、Gd),錫(Sn)來源於鋁 來源於鋅 6/22/202313五五.壓鑄合金及其性能鋅合金種類鋅合金種類6/22/202314五五.壓鑄合金及其性能 6/22/202315五五.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-鋁鋁的加入可降低合金對鐵的反應(yīng)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(diǎn)增加合金的流動(dòng)性能改善合金的機(jī)械性能產(chǎn)生Fe2Al5浮渣,造成其含量的下降6/22/202316五五.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-銅銅的加入可增加合金的強(qiáng)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(wěn)定性(產(chǎn)生時(shí)效脹大)(當(dāng)

6、銅的含量1.25%時(shí))6/22/202317五五.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-鎂鎂的加入可細(xì)化合金組織,從而增加壓鑄件的強(qiáng)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(dòng)性易在合金熔融狀態(tài)下氧化損耗6/22/202318五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質(zhì)元素-鎘,鉛鎘在合金中的含量絕對不能0.003%降低合金的機(jī)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(shí)效機(jī)械性能當(dāng)含量超過0.005%時(shí),造成合金晶間腐蝕我們經(jīng)常遇到這樣的情況,工件剛壓鑄成型時(shí),其表面質(zhì)量一切正常.可是,在室溫下存放數(shù)星期或幾個(gè)月後,表面

7、出現(xiàn)鼓泡.6/22/202319五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質(zhì)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(qiáng)度引起尺寸不穩(wěn)定6/22/202320五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質(zhì)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(shí)增加合金的脆性和合金中的鋁發(fā)生反應(yīng)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(xiàn)硬點(diǎn)6/22/202321五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-雜質(zhì)元素-硅硅在鋅合金中的含量

8、絕對不能0.02%,提高鋅合金的脆性轉(zhuǎn)變溫率20度降低鋅合金的可加工性6/22/202322五五.壓鑄合金及其性能 熱室壓鑄鋅合金中的合金元素-結(jié)論熱室壓鑄用鋅合金必須是以特高純度鋅為基礎(chǔ),加入特高純度鋁,鎂和銅嚴(yán)格控制壓鑄溫度,避免攪拌水口料重熔時(shí),一定要嚴(yán)格控制重熔溫度以避免鋁和鎂的損耗6/22/202323六六.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(shí)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(gè)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)

9、t2:開始進(jìn)入型腔因澆口急減阻力增大F2F1,達(dá)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(shí)(壓射力與時(shí)間關(guān)係曲線見右圖)壓力F時(shí)間t6/22/202324六六.壓鑄工藝 定義2壓射壓力就是在充模剛結(jié)束時(shí)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(jié)束時(shí)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 4FF:壓射壓力（N）A d2d壓室直徑(m)A沖頭截面積（m2）壓射比壓與壓射壓力成正比與壓射沖頭的截面積成反比。30MPa簡單50MPa簡單40MPa復(fù)雜60MPa復(fù)雜壁厚=3mm鋅合金的壓射

10、比壓 P=實(shí)際比壓應(yīng)等于計(jì)算比壓乘以壓力損減系數(shù)K(約0.88).比壓大小可通過調(diào)節(jié)壓鑄機(jī)的壓射力和更換不同直徑的壓室來實(shí)現(xiàn)。6/22/202325六六.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(nèi)澆口時(shí)的線速度。影響充填速度的因素有壓射速度壓射比壓和內(nèi)澆口截面積等。根據(jù)等流量連續(xù)方程V1A1D2V1A24A2V1 壓射速度（m/s）V2充填速度（m/s）A1 壓室沖頭截面積（m2）A2 內(nèi)澆口截面積D 壓室沖頭直徑 A1V1=A2V2V2=在設(shè)計(jì)壓鑄模時(shí)內(nèi)澆口的設(shè)置一般應(yīng)預(yù)留出修模位置以便在試模時(shí)修整截面大小。匿內(nèi)澆口面積過小充型壓力損失增加加大壓鑄機(jī)負(fù)荷則

11、充填速度過大液態(tài)金屬呈噴射狀進(jìn)入型腔壓鑄件內(nèi)部組織氣孔量增加高速?zèng)_蝕型腔影響壽命。當(dāng)澆口尺寸足夠大以后充填速度控制主要是通過調(diào)節(jié)壓射速度來實(shí)現(xiàn)。6/22/202326六六.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(nèi)磨擦）阻力系數(shù)鋅合金=55.4V2P6/22/202327六六.壓鑄工藝金屬液自開始進(jìn)入模具型腔到充滿所需的時(shí)間稱為充模時(shí)間（三）合金的澆注溫度溶點(diǎn)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(xù)工

12、作）模具預(yù)熱130。C180。C復(fù)雜190。C220。C（連續(xù)工作）模具預(yù)熱150。C200。C（五）充填時(shí)間與持壓時(shí)間因素大小復(fù)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(nèi)澆口截面積t=V-充填速度6/22/202328七.特殊壓鑄工藝產(chǎn)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(bǔ)縮。（一）真空壓鑄特點(diǎn)1.顯著減少氣孔,組織更致密,提高了力學(xué)性能;2.減小充型反壓力,成型好,表面質(zhì)量得到改善;3.可減小或不用排氣系統(tǒng);4.結(jié)構(gòu)復(fù)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,較厚凸臺(tái)的鑄件,則加重縮松.（二）充氧壓鑄（P

13、.F法壓鑄）又稱無氣孔壓鑄（既氣孔無氧氣）特點(diǎn)1.消除氣孔,提高力學(xué)性能;2.可對充氧壓鑄件進(jìn)行熱處理,強(qiáng)度增高30%,屈服強(qiáng)度增強(qiáng)100%;3.充氧壓鑄可在200300。C環(huán)境工作,可焊接;4.與真空相比,結(jié)構(gòu)簡單,投資少,操作方便;5.操作時(shí)應(yīng)注意安全.6/22/202329七.特殊壓鑄工藝（三）精.速.密壓鑄（ACURAD)特點(diǎn)1.雙沖頭壓鑄;2.克服卷氣,收縮產(chǎn)生針孔;3.內(nèi)澆口采取定向凝固(下方),便于補(bǔ)縮.（四)半固態(tài)壓鑄合金所呈現(xiàn)狀態(tài)樹枝狀晶體網(wǎng)狀打碎呈球形團(tuán)塊后壓鑄6/22/202330八.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(diǎn)熔點(diǎn)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(nèi)澆口厚度為35mm,環(huán)形澆口多.6/22/202331第一講第一講:壓鑄基本概念壓鑄基本概念第一講完6/22/202332