压铸过程原理及压铸工艺技术培训

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2讲 压铸过程原理 及压铸工艺,引言,压铸机,、压铸模具及压铸合金是压铸生产的三大要素。,但要生产出合格压铸件，没有正确的压铸工艺是不可能的。压铸工艺规定三大要素的工作方式。,换言之，如果,压铸机、压铸模具及压铸合金,是压铸生产的,硬件,，那么,压铸工艺,就是压铸生产的,软件,。,2.1 压射过程与压射过程曲线,压力和速度是压射过程的两个重要参数。记录压射过程中压力和速度动态特性的曲线，称为压射过程曲线。,冷室压铸,（1）小型压铸机,三级压射，即为两级速度，一级增压。,（2）中大型压铸机,双回路控制的四级压射系统，即慢压射、一级快压射（也较慢）、二级快压射、增压。,热室压铸，主要以两个阶段压射为主（一速升液和二速填充）。,一、压射过程,压铸机的压射过程从压射冲头开始移动至型腔充满保压（热室压铸机），或者至增压结束（冷室压铸机）为止。,压射过程中，随着压射冲头的位移，速度和压力都是按设定的模式变化。,阶段,进程描述,I,起始位置：,从压射冲头起始位置至越过浇料口位置,参数：,压射速度v1（冲头），压射压力p1（动态）,特征：,低压低速，运行平稳,说明：,低速推进，防止金属液从浇料口溢出，有利于气体排出。压力主要用于克服系统摩擦阻力，只有小部分用于推动金属液,II,起始位置：,从压射冲头越过浇料口位置至金属液充满至内浇口处,参数：,压射速度v2，压射压力p2（动态）,特征：,压力增大，压射冲头速度加快,说明：,压射冲头通过浇料口，压射压力提高，压射冲头速度加快，金属液充满压室至浇注系统。该阶段应注意防止卷气，并尽量避免金属液提前进入型腔,III,起始位置：,从金属液充满内浇口处至型腔完成充满,参数：,压射速度v3，压射压力p3（动态）,特征：,压射压力再次升高，压射速度略有下降，充型速度最快,说明：,金属液流经内浇口充填型腔。由于内浇口处截面积大幅缩小，流动阻力剧增，压射速度略有下降，但此时充型速度最快。要保持足够的充型速度，需更高的压射压力，用于克服浇注系统主要是内浇口处的流动阻力。,IV,起始位置：,充型结束,参数：,压射速度迅速减至零，增压压力p4建立,特征：,压射冲头停止运动，压力剧增，达到全过程的最高值,说明：,金属液完成充满型腔。增压压力对凝固中的金属液进行压实，压射冲头可能稍有前移。金属液凝固后，增压压力撤除，压射过程结束。通过增压使压铸件密度增加，获得清晰压铸件,说明：压射阶段的划分来源于长期的压铸实践，但并非必须完全遵循，根据压铸件及压铸工艺的具体状况设定。,发展历程：不变化-二阶段-三阶段（或四阶段）,最新进展：突破了传统的三阶段压射，可以根据工艺需要，,多点设置速度和压力,，可以非常灵活地设定压射过程；某些压铸机还具备压射冲头运动优化程序，根据压室参数、金属液充满度等参数，计算最佳压射模式，减少卷气现象。,压射模式应根据压铸件及压铸工艺的具体状况设定，并非采用哪一种固定模式。,二、压射过程曲线,压射过程分析的重要线图,1、压射阶段,理论上，压射压力与压射速度的平方成正比，一定的速度对应一定的压力，或者说使用一定压力才能达到一定的速度,压射曲线中的上升斜线，表示压力和速度处于上升之中，起始点为速度或压力的切换点,压射曲线中的平台，表明该阶段的速度和压力没有变化，一个,稳定的平台,可以理解为一个阶段（冷室压铸出现三个压射阶段I、II、III）,在IV阶段（增压阶段），压力迅速上升出现,高压平台,，但速度值迅速降为零，这是增压阶段的特征，表明充型结束，增压形成。,二、压射过程曲线,2、压力和速度值,正常情况下，压力值和速度值相对应,如果曲线异常，出现压力过高而速度偏低，表明压射系统可能出现问题，如压射冲头阻滞、浇道堵塞，或液压管路问题等,如果压力曲线偏低，速度无法上升，表明压力没有建立，应检查压力设置是否合适或是存在泄压之处,二、压射过程曲线,3、压力和速度切换状况,各阶段的切换起始点至结束点，或者说切换处曲线斜率，反映了从低速切换至高速，或从低压切换至高压的响应速度。,切换时速度和压力应该同步响应为佳，以反应迅速为佳。,二、压射过程曲线,4、建压时间,建压时间表示增压压力的响应速度，建压时间是反映压铸机性能的重要指标。,增压压力必须在金属凝固之前建立，否则将大大影响增压效果。,理论上讲，建压时间越短越好，可以在金属液凝固之前对其进行高压压实，有效减少内部缺陷，增加压铸件的致命性。,目前先进压铸机的建压时间已达10ms以下。,二、压射过程曲线,5、压力峰值,压力峰值指的是快压射结束时（充型结束），迅速增压形成的压力冲击或水锤现象。,在第III阶段结束后，压射冲头运动突然停止及压力快速切换，造成了压力瞬间升高，并伴有压力振荡现象。,压力峰值虽是瞬态行为，但对压铸工艺非常不利。压力峰值可以引起胀形，造成泄压，影响压铸件成形质量，使压铸产生飞边、毛刺等。,现代压铸机都把消除压力峰值作为一项重要内容。目前许多压铸机增加了反压措施，使压射冲头在充型结束前瞬间减速，从而大大减轻了水锤现象，缩小了压力峰值。,2.2 压铸工艺参数及其确定方法,一、压铸压力,压铸压力是压铸工艺的基本特征，金属液的充型和压实都是在压力作用下完成的，分为动态压射力和增压压射力。,压铸过程中的压力是由压铸机的压射机构产生的,压射机构通过工作液体将压力传递给压射活塞,然后由压射活塞经压射冲头施加于压室内的金属液上,一、压铸压力（两种表现形式）,1、压射力：来源于高压泵，通过压射冲头对金属液施加压力，施加压力的大小用比压表示。,2、压射比压：指压射过程中，压室内单位面积上金属液所受到的静压力,式中 P压射比压（MPa）；,F压射力（N）；,A压射冲头截面积（近似等于压室截面积）（mm,2,）；,D压室直径（mm）。,2.2 压铸工艺参数及其确定方法,一、压铸压力,3、压射比压的取值范围,冷室压铸机的动态压射比压一般在3090MPa之间，增压压射比压一般在50300MPa之间,热室压铸机提供的压射比压可达到2050MPa,使用压铸机提供的最小压射冲头才能得到最大压射比压,机器吨位/kN,3000,5000,8000,12000,动态压射力/kN,140,210,300,480,增压压射力/kN,350,550,720,1120,压射冲头直径/mm,40,80,60,100,70,120,80,140,动态压射比压/MPa,111,27,74,26,78,26,95,31,增压压射比压/MPa,278,69,194,70,187,64,223,72,表1 部分,压铸机,的压射力及压射冲头尺寸与压射比压的关系,一、压铸压力,4、选择合理的压射比压,比压也可以根据压铸件的某一特征进行选取，表2列出了冷室压铸推荐的压射比压参考值。,在快压射阶段，一般优先压射速度调整，动态比压随之确定,。,合金,一般压铸件,耐压压铸件,大平面薄壁件/表面质量要求高,受力压铸件,锌合金,30,3040,4060,铝合金,3040,80100,4060,4080,镁合金,3040,60100,4060,4080,表2 冷室压铸推荐的压射比压（增压参考值）（单位：MPa）,二、压铸速度,压射速度：是压射冲头推动金属液移动的速度，也成为冲头速度。,充型速度：金属液通过内浇口进入型腔的速度，也称为内浇口速度。,1、冲头速度,在压射起始阶段，或低速压射阶段，金属液尚未达到内浇口，所以只考虑冲头速度。,在这一阶段，冲头速度一般都控制在0.10.4m/s之间。,冷室压铸金属液的充满度高，冲头速度可取低些。,一般技术资料中给出的压射速度推荐范围都很宽，应权衡各种因素选取，冷室压铸机最大压射速度可达10m/s.,二、压铸速度,冲头速度过高时液态金属的波面,二、压铸速度,2、充型速度,高速压射阶段，金属液充填型腔。,充型速度对金属液的充型模式及压铸件成型具有重要作用，在选择时必须十分小心。,充型速度过高容易引起紊流、卷气、氧化及粘模等现象，还会加速模具的磨损。,在保证压铸件质量的前提下，充型速度应尽量选低。,充型速度与压射压力相关，相同的压铸条件下，要达到高的充型速度，需要的压射力大。,二、压铸速度,平均壁厚/mm,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,充型速度/（m/s）,4655,4250,3846,3442,3240,3037,2834,2632,表4 基于压铸件壁厚的冷室压铸充型速度,合金种类,铝合金,锌合金,镁合金,铜合金,充型速度/（m/s）,2060,3050,4090,2050,表3 不同合金种类常用的冷室压铸充型速度,二、压铸速度,3、充型速度和冲头速度的关系,在冷室压铸机中，压室、浇道和压铸模型腔相连，成为一个密闭系统，因而它们之间具有连续方程的关系，即,因此，充型速度确定后，根据内浇口和压射冲头面积核算冲头速度。,二、压铸速度,4、速度切换位置,A给汤完了状态,压射时间内，溶汤安定后，开始压射,B低速压射，压室充填,设定防止空气卷入的速度,注意无溶汤飞溅，冲头的卡住等的影响。,C低速压射，浇道充填,多段压射的机器另外可以设定，一般情况下，以加速度的匀加速进行设定。,D高速切换位置,一般来说以溶汤到达浇口的位置为基准进行设定，根据产品前后调整切换位置来决定最佳的位置。,从溶汤到达浇口位置作为高速切换位置是最基本的,E减速位置,产品充填完了后，在集渣包充填完了之前进行有效减速的决定，设定后短射必然会有，但必须对产品的影响加以确认。,F增压位置,增压为充填完了开始增压，切换位置,一般在充填完了的前20mm左右设定。,不论哪一个切换要点，都要计算机器、电气工作时间的,延迟，比计算值之前1015mm左右进行设定。,二、压铸速度,5、高速压射行程,二、压铸速度,6、根据水力学原理，充型速度与压射比压的关系,二、压铸速度,7、影响充填速度的因素,影响充填速度的因素有三个，即压射速度、压射比压和内浇口截面积。,因此，生产中通常采用的调整充填速度的方法是：调整压射速度、改变压射压力、调整内浇口的截面积。,三、时间,压铸工艺中的时间参数包括充型时间、持压时间和留模时间三个部分。,1、充型时间：金属液开始进入型腔至型腔充满所需时间，可按下式估算：,三、时间,1、充型时间：经验推荐见下表,平均壁厚/mm,充型时间/s,平均壁厚/mm,充型时间/s,1.5,0.010.03,3.0,0.050.10,1.8,0.020.04,3.8,0.050.12,2.0,0.020.06,5.0,0.060.20,2.3,0.030.07,6.4,0.080.30,2.5,0.040.09,三、时间,2、增压建压时间：指充型（快压射）结束至增压压力形成所需的时间。,建压时间越短越好，取决于型腔中金属液的凝固时间,凝固时间长的合金，增压建压时间可长些，但必须在浇口凝固之前达到增压比压,但建压时间由压铸机压射系统性能决定，不能任意调节。,目前最先进压铸机的建压时间已达到10ms以内。,三、时间,3、持压时间：指金属液充满型腔后，压射系统继续保持压力的时间,持压的目的是保证金属液在整个凝固期间都处于高压之下，达到紧实压铸件的目的。,持压时间应比金属液在型腔内的凝固时间长。,表5 基于压铸件壁厚的持压时间推荐值,三、时间,4、留模时间：从持压终了至开模顶出压铸件的时间段,留模的目的是使压铸件在型腔中冷却到一定温度，形成一定强度，避免开模顶出时压铸件变形、开裂。,留模时间过长，压铸件的冷却及收缩幅度大，包紧力增大，会导致顶出困难。,在以下情况时，留模时间可取短些：合金的收缩大、高温强度较高；薄壁件、结构复杂；压铸模具热容量大、冷却能力强。,四、温度,温度是压铸工艺中的热因素，主要涉及金属液的浇注温度和压铸模具温度。,1、浇注温度：指金属液进入浇注系统或型腔时的温度，一般用保温炉内的金属液温度表示。,浇注温度应高于合金液相线温度30,0,C左右，以弥补合金液在浇注过程中及在压室停留期间的热损失，以保证金属液在充型时仍有良好的流动性。,表6 常用压铸合金的推荐浇注温度,四、温度,2、压铸模具工作温度,压铸模具温度对压铸件质量、尺寸精度及压铸模具寿命都有影响。,温度过高，容易导致粘模、压铸件顶出变形、压铸模具活动部件卡死、开模时间延长等。,压铸模具温度控制在浇注温度的1/3左右，薄壁、结构复杂的压铸件可适当调高。,压铸模预热一般多用煤气、喷灯、电器或感应加热。,国外在压铸生产中大量采用模温机，不但提高压铸模具寿命，还可以稳定生产优质压铸件。,各种压铸合金的模具工作温度经验数据见表,2.3 压铸用涂料（P44）,一、涂料作用,（1）高温时保持良好的润滑性。在压铸件与模具之间形成隔离层及润滑膜，保持熔融金属的流动性，改善合金的成形性能，美化压铸件外观。,（2）所形成的润滑膜窜入到模具的活动部位，减少压铸件与成形零件间的摩擦，使构件动作灵活，压铸件脱模顺畅，尺寸稳定，并减少零件的磨损，相应地提高模具寿命。,（3）通过水分的蒸发，局部冷却模具，使其在生产过程中减少热疲劳应力。,（4）在喷涂过程中清除碎屑，减少废品，操作流畅，达到安全生产的目的。,2.3 压铸用涂料,二、对压铸涂料的总体要求,（1）高温时，能保持良好的润滑性能。,（2）挥发点低，在100150,0,C时，稀释剂能很快地挥发。,（3）对模具及压铸件材料没有腐蚀作用。,（4）性能稳定，在空气中不会因稀释剂很快挥发而变浓。,（5）无特殊味道，在高温时不析出或分解出有害气体，也不留有残余物质。,（6）配制工艺简单，来源丰富，价格低廉。,2.3 压铸用涂料,三、涂料的种类和使用,国内外普遍采用水基涂料,激冷效果好，清洁、安全、便宜,2.4 压铸件的整修和处理（P45）,一、压铸件的清理、整形和修补,1、压铸件的清理浇注系统、排溢系统的金属物、飞边及毛刺,2、压铸件的校正留有残余应力而引起变形，需热校正或冷校正,3、压铸件的修补和浸渍处理,焊补和嵌补,密封剂渗入压铸件的缝隙（气孔、针孔等）,二、压铸件的后处理和表面处理,1、压铸件的后处理,不宜淬火，需进行退火或时效处理,2、表面处理,加强铸件表面耐蚀性和增加美观度，电镀、喷漆，等,