压铸件设计必知问题.doc
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1、压铸(简称压铸)的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压铸型型腔,并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。压铸特点高压和高速充填压铸型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几千至几万kPa,甚至高达2105kPa。充填速度约在1050ms,有些时候甚至可达100ms以上。充填时间很短,一般在0.010.2s范围内。与其它铸造方法相比,压铸有以下三方面优点:优点:1. 产品质量好铸件尺寸精度高,一般相当于67级,甚至可达4级;表面光洁度好,一般相当于58级;强度和硬度较高,强度一般比砂型铸造提高2530,但延伸率降低约70;尺寸稳定,互换性好;可压铸薄壁复杂的铸件。例如,当前锌合
2、金压铸件最小壁厚可达0.3mm;铝合金铸件可达0.5mm;最小铸出孔径为0.7mm;最小螺距为0.75mm。2.生产效率高机器生产率高,例如国产J3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600700次,小型热室压铸机平均每八小时可压铸30007000次;压铸型寿命长,一付压铸型,压铸钟合金,寿命可达几十万次,甚至上百万次;易实现机械化和自动化。3.经济效果优良由于压铸件尺寸精确,表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用,或加工量很小,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;铸件价格便宜;可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。压铸虽然有许多优点,但也有一
3、些缺点,尚待解决。缺点如:1). 压铸时由于液态金属充填型腔速度高,流态不稳定,故采用一般压铸法,铸件易产生气孔,不能进行热处理;2). 对内凹复杂的铸件,压铸较为困难;3). 高熔点合金(如铜,黑色金属),压铸型寿命较低;4). 不宜小批量生产,其主要原因是压铸型制造成本高,压铸机生产效率高,小批量生产不经济。压铸应用范围及发展趋势压铸是最先进的金属成型方法之一,是实现少切屑,无切屑的有效途径,应用很广,发展很快。目前压铸合金不再局限于有色金属的锌、铝、镁和铜,而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和铸钢件。压铸件的尺寸和重量,取决于压铸机的功率。由于压铸机的功率不断增大,铸件形尺寸可以从几毫米到12m
4、;重量可以从几克到数十公斤。国外可压铸直径为2m,重量为50kg的铝铸件。压铸件也不再局限于汽车工业和仪表工业,逐步扩大到其它各个工业部门,如农业机械、机床工业、电子工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等几十个行业,具体有:汽车零配件,家具配件,浴室配件(卫浴),灯饰零件,玩具,须刨,领带夹,电气一电子零件,皮带扣,表壳,金属饰扣,锁具,拉链.等。在压铸技术方面又出现了真空压铸、加氧压铸、精速密压铸以及可溶型芯的应用等新工艺。压铸机的选择实际生产中并不是每台压铸机都能满足压铸各种产品的需要,而必须根据具体情况进行选用,一般应从下述两方面进行考虑:1)按不同品种及批量选择在组
5、织多品种,小批量生产时,一般要选用液压系统简单,适应性强,能快速进行调整的压铸机,在组织少品种大量生产时,要选用配备各种机械化和自动化控制机构的高效率压铸机;对单一品种大量生产的铸件可选用专用压铸机。2)按铸件结构及工艺参数选择铸件外形寸尺,重量、壁厚等参数对选用压铸机有重要影响。铸件重量(包括浇注系统和溢流槽)不应超过压铸机压定的额定容量,但也不能过小,以免造成压铸机功串的浪费。一般压铸机的额定容量可查说明书。压铸机都有一定的最大和最小型距离,所以压型厚度和铸件高度要有一定限度,如果压铸型厚度或铸件高度太大就可能取不出铸件。压铸工艺在压铸生产中,压铸机、压铸合金和压铸型是三大要素。压铸工艺则
6、是将三大要素作有权的组合并加以运用的过程。使各种工艺参数满足压铸生产的需要。压力和速度的选择压射比压的选择,应根据不同合金和铸件结构特性确定,表1是经验数据。表1 常用压铸合金的比压 (kPa)合金铸件壁厚3mm结构简单结构复杂结构简单结构复杂锌合金 30000 40000 50000 60000铝合金 30000 35000 45000 60000铝镁合金 30000 40000 50000 65000镁合金 30000 40000 50000 60000铜合金 50000 70000 80000 90000对充填速度的选择,一般对于厚壁或内部质量要求较高的铸件,应选择较低的充填速度和高的增
7、压压力;对于薄壁或表面质量要求高的铸件以及复杂的铸件,应选择较高的比历和高的充填速度。浇注温度浇注温度是指从压定进入型腔时液态金属的平均温度,由于对压室内的液态金属温度测量不方便,一般用保温炉内的温度表示。浇注温度过高,收缩大,使铸件容易产生裂纹、晶粒粒大、还能造成粘型;浇注温度过低,易产生冷隔、表面花纹和浇不足等缺陷。因此浇注温度应与压力、压铸型温度及充填速度同时考虑。压铸型的温度铸压型在使用前要预热到一定温度,一般多用煤气、喷灯、电器或感应加热。在连续生产中,压铸型温度往往升高,尤其是压铸高熔点合金,升高很快。温度过高除使液态金属产生粘型外,铸件冷却缓慢,使晶粒粗大。因此在压铸型温度过高时
8、,应采期冷却措施。通常用压缩空气、水或化学介质进行冷却。充填、持压和开型时间1)充填时间自液态金属开始进入型腔起到充满型腔止,所需的时间称为充填时间。充填时间长短取决于铸件的体积的大小和复杂程度。对大而简单的铸件,充填时间要相对长些,对复杂和薄壁铸件充填时间要短些。充填时间与内浇口的截面积大小或内浇口的宽度和厚度有密切关系,必须正确确定。2)持压和开型时间从液态金属充填型腔到内浇口完全凝固时,继续在压射冲头作用下的持续时间,称为持压时间。持压时间的长短取决于铸件的材质和壁厚。持压后应开型取出铸件。从压射终了到压铸打开的时间,称为开型时间,开型时间应控制准确。开型时间过短,由于合金强度尚低,可能
9、在铸件顶出和自压铸型落下时引起变形;但开型时间太长,则铸件温度过低,收缩大,对抽芯和顶出铸件的阻力亦大。一般开型时间按铸件壁厚1毫米需3秒钟计算,然后经试任调整。压铸用涂料压铸过程中,为了避免铸件与压铸型焊合,减少铸件顶出的摩擦阻力和避免压铸型过分受热而采用涂料。对涂料的要求:1)在高温时,具有良好的润滑性;2)挥发点低,在100150时,稀释剂能很快挥发;3)对压铸型及压铸件没有腐蚀作用;4)性能稳定在空气中稀释剂不应挥发过决而变稠;5)在高温时不会析出有害气体;6)不会在压铸型腔表面产生积垢。铸件清理铸件的清理是很繁重的工作,其工作量往往是压铸工作量的1015倍。因此随压铸机生产率的提高,
10、产量的增加,铸件清理工作实现机械化和自动化是非常重要的。1)切除浇口及飞边切除浇口和飞边所用的设备主要是冲床,液压机和摩擦压力机,在大量生产件下,可根据铸件结构和形状设计专用模具,在冲床上一次完成清理任务。2)表面清理及抛光表面清理多采用普通多角滚筒和震动埋入式清理装置。对批量不大的简单小件,可用多角清理滚筒,对表面要求高的装饰品,可用布制或皮革的抛光轮抛光。对大量生产的铸件可采用螺壳式震动清理机。清理后的铸件按照使用要求,还可进行表面处理和浸渍,以增加光泽,防止腐蚀,提高气密性。铸造与压铸的区别铸造与压铸的区别铸造可按金属液的浇注工艺分为重力铸造和压力铸造。重力铸造是指金属液在地球重力作用下
11、注入铸型的工艺,也称浇铸。广义的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造、消失模铸造,泥模铸造等;窄义的重力铸造专指金属型浇铸。压力铸造是指金属液在其他外力(不含重力)作用下注入铸型的工艺。广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等;窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造,简称压铸。精密铸件厂长期从事砂型和金属型的重力铸造。这几种铸造工艺是目前有色金属铸造中最常用的、也是相对价格最低的。压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造,是目前生产效率最高的铸造工艺。压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两类。热室压铸机自动化程度高,材料损耗少,生产效率比冷室压铸机更高,但受机件耐热能
12、力的制约,目前还只能用于锌合金、镁合金等低熔点材料的铸件生产。当今广泛使用的铝合金压铸件,由于熔点较高,只能在冷室压铸机上生产。压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填型腔,并在高压下成形、凝固,压铸件的不足之处是:因为金属液在高压、高速下充填型腔的过程中,不可避免地把型腔中的空气夹裹在铸件内部,形成皮下气孔,所以铝合金压铸件不宜热处理,锌合金压铸件不宜表面喷塑(但可喷漆)。否则,铸件内部气孔在作上述处理加热时,将遇热膨胀而致使铸件变形或鼓泡。此外,压铸件的机械切削加工余量也应取得小一些,一般在 0.5mm左右,既可减轻铸件重量、减少切削加工量以降低成本,又可避免穿透表面致密层,露出皮下气孔,
13、造成工件报废。热室压铸机与冷室压铸机区别?压铸机一般分为热压室压铸机和冷压室压铸机两大类。冷压室压铸机按其压室结构和布置方式分为卧式压铸机和立式压铸机(包括全立式压铸机)两种。热压室压铸机(简称热空压铸机)压室浸在保温溶化坩埚的液态金属中,压射部件不直接与机座连接,而是装在坩埚上面。这种压铸机的优点是生产工序简单,效率高;金属消耗少,工艺稳定。但压室,压射冲头长期浸在液体金属中,影响使用寿命。并易增加合金的含铁量。热压室压铸机目前大多用于压铸锌合金等低熔点合金铸件,但也有用于压铸小型铝、镁合金压铸件。冷室压铸机的压室与保温炉是分开的。压铸时,从保温炉中取出液体金属浇入压室后进行压铸随着我国汽车
14、、摩托车、家电等工业的迅速发展,工业产品的外形在满足性能要求的同时,变得越来越复杂,而这些产品的制造商不开模具,这就要求模具制造行业以最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。为了达到上述要求,模具企业只有运用先进的管理手段和集成制造技术,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。那么在压铸生产时,难免会遇到这样那样的问题。下面着重2点知识加以说明。为什么铝压铸的孔内加工余量不能超过0.25mm?为了适合压铸,人类在压铸用的铝合金内加了很多矽(SI)。铝合金在模具内凝结时,这些矽,会浮到表面上,形成了一层薄薄的矽膜。这层矽膜,硬度非常硬,非常耐磨。有些OEM的设计师,就利用这个特性。将压铸件的孔
15、内表面直接计为轴承面。这个矽表面层,一般只有0.2到0.9mm。加工太多,这个轴承面的寿命就会缩短。为什么铝压铸件,在磨光时候,会有黑斑?这个原因,有几种。有可能是氧化矽,或氧化铝的形成。解决的方法很简单,使用新鲜的铝锭。但是,最大的可能性是来自於脱模剂。可能是,我们喷太多脱模剂。也有可能是,脱模剂的有机物含量过高。这些有机物在热熔铝的温度下,有些被还原成碳元素,有些变成有机大分子聚合物。这些碳分子和聚合物的混合,在铝铸件形成时,被包含在表层,成为我们看到的黑斑。我们可以从减少喷涂剂的浓度,改用另外一种喷涂剂,或者,加长喷涂之后的吹风时间。以减少碳元素的行成和防大分子聚合物的堆积 5、使用石墨
16、坩埚混入了金属液和耐火砖的反应物 1、选择合适的耐火砖(例:高铝耐火砖等)2、定期更换熔炼炉的耐火材料混入了金属液与涂覆层的反应物使用不与金属液发生化学反应涂料非金属性硬质点混入非金属杂质 1、用脱氧剂进行充分的脱氧处理2、选择合适的脱氧剂3、使用优质的硅原料4、保证足够的镇静时间外来杂质 1、管理好原料、回炉料,防止混入异物2、防止回炉料粘染油、砂或脏物3、修炉后,注意避免砂浆耐火砖粉混入金属液4、把熔炼坩埚和工具上的氧化物、灰尘去除干净5、把熔炼间、厂房、场地等清扫干净金属性硬质点混入了未溶解的硅 1、熔炼时不要使用粉状硅2、在调整铝合金的化学成分时,不要直接加入金属硅(用钨硅中间合金)3
17、、应保持较长的时间和高温以使硅全部溶解混有发达的初晶硅结晶化合物 1、熔炼后保温温度应保持恒定2、注意金属液中的杂质含量,尽可能减少使初晶长大的杂质含量复合性硬质点混入金属间化合物 1、熔炼后保温温度应保持恒定2、注意控制合金成分中杂质含量3、对铝水进行高温处理,使高熔点的金属间化合物溶解金属液和耐火材料或铸铁坩埚的反应物进入合金中 1、不要使用低铝的耐火材料,因为它极易和铝合金发生反应2、不要使铸铁坩埚和金属表面接触地方的氧化物长期附着在坩埚上化学成分超差化学元素超过标准 1、认真严格实行工艺管理,技术管理和质量管理2、制定炉料的化学成分标准3、铸铁坩埚、熔炼工具和浇瓢上涂刷合格的涂料4、避
18、免把铸铁镶嵌件熔化掉氧化夹杂 1、在铸造过程中金属液被氧化2、混入了金属液表面的氧化腊1、减少膜剂的喷涂量2、减少冲头油的用量3、经常要去除金属液的氧化膜,并且注意不要把氧化物舀入浇瓢中4、熔融金属液平稳地浇入压射室中理化性能不良 1、化学成分不合格2、铸造方案不适当3、充填条件不适当 1、选择成分合格的铝合金,并将杂质含量控制在适当的范围2、研讨模具设计,压铸工艺和充填条件并做适当的调整气密性不良(耐压不良) 1、合金材料不适当2、化学成分不合格3、模具设计不合理4、压铸工艺不适当5、充填条件不适当 1、研讨合金材料并选择最佳的一种2、选择化学成分和杂质含量均合格的材料3、研讨模具设计、压铸
19、工艺和充填条件并做适当的调整4、如有可能、对铸件形状加以改进5、采用新的铸造方法镶嵌件遗漏操作者疏忽大意 1、制定作业指导书和操作规程2、对操作者进行严格的教育训练 3、压铸件的缺陷特征、产生原因、防止方法名称特征及检查方法产生原因防止方法流痕及花纹外观及检查:铸件表面上有与金属液流动方向一致的条纹,有明显可见的与金属基体颜色不一样无方向性的纹路,无发展趋势 1、首先进入型腔的金属液形成一个极薄的而又不完全的金属层后,被后来的金属液所弥而留下的痕迹2、模温过低3、内浇口道截面积过小及位置不当产生喷溅4、作用于金属液上的压力不足花纹:涂料用量过多 1、提高模温2、调整内浇口道截面积或位置3、调整
20、内浇口道速度及压力4、适当地选用涂料及调整用量网状毛刺外观检查:压铸件表面上有网状发丝一样凸起或凹陷的痕迹,随压铸次数增加而不断扩大和延伸 1、压铸模型腔表面龟裂2、压铸模材质不当或热处理工艺不正确3、压铸模冷热温差变化太大4、浇注温度过高5、压铸模预热不足6、型腔表面粗糙7、压铸模壁薄或尖角 1、正确选用压铸模材料及热处理工艺2、浇注温度不宜过高尤其是高熔点合金3、模具预热要充分4、压铸模要定期或压铸一定次数后退火、打磨成型部分表面脆性外观检查或金相检查:合金晶粒粗大或极小,使铸件易断裂或碰碎 1、合金过热太大或保温时间太长2、激烈过冷,结晶过细3、铝合金含有锌铁等杂质太多4、铝合金中含铜超
21、出规定范围 1、合金不宜过热2、提高模具温度、降低浇不温度3、严格控制合金成分在允许范围内裂纹外观检查:将铸件放在碱溶液中,裂纹处呈暗灰色金属基体的破坏与裂开呈直线或波浪形、纹路狭小而长,在外力作用下有发展趋向裂纹有穿透和不穿透两种在铸件上由于应力或外力而产生的裂纹一、镁合金铸件的裂纹1、合金中铝硅含量2、模具温度低3、铸件壁厚薄变化剧烈4、顶出和抽芯受力不均匀 1、合金中加纯镁以降低铝硅含量2、模具温度要控制在要求的范围内3、改进铸件结构消除厚薄变化较大的截面4、调整好型芯和推杆,使之受均衡缩孔缩松解剖外观检查或探伤检查:缩孔表面呈暗色并不光滑,形状不规则的孔洞、大而集中的为缩孔,小而分散的
22、为缩松缩孔是压铸件在冷凝过程中,内部补偿不足而造成的孔穴1、浇注温度过高2、压射比压低3、铸件在结构上有金属积聚的部位和截面变化剧烈4、内浇道较小 1、改变铸件结构消除金属积聚及截面变化大处2、在可能条件下降低浇注温度3、提高压射比压4、适当改善浇注系统,便压力更好的传递气孔解剖后外观检查或探伤检查:气孔具有光滑的表面,形状呈圆形或椭圆 1、合金液导入方向不合理或金属液流动速度太高,产生喷射;过早堵住排气道或正面冲击型壁而形成漩涡包住空气,这种气孔多产生于排气不良或深腔处2、由于炉料不干净或熔炼温度过高,使金属液中较多的气体没除净,在凝固时析出3、涂料发气量大或使用过多在浇注前未浇净,使气体卷
23、入铸件,这种气体多呈暗灰色表面 1、使用干燥而干净的炉料2、不使合金过热并很好排气3、改善金属导入方向4、降低压射速度5、在保证填充良好的情况下,尽可能增大内浇道截面6、排气槽部位要设置合理并有足够大的排气能力冷隔外观检查:压铸表面有明显的、不规则的、下陷性纹路(有穿透与不穿透两种)形状细小而狭长,有时交接边缘光滑,在外力作用下有断开的可能 1、两股金属流相互对接,但未完全熔合而又夹杂在其间,两股金属结合很薄弱2、浇注温度或压铸温度偏低3、选择合金不当,流动性差4、浇道位置不对或流路过长5、填充速度低6、压射比压低 1、适当提高浇注温度2、提高压射比压缩短填充时间3、提高压射速度同时加大内浇口
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