壓鑄工藝與壓鑄模案例內容提要

毛坯的綜合機械性能得到顯著的提高。另外，該工藝生產出來的毛坯，外表面光潔度達到7級(Ra1.6)，如冷擠壓工藝或機加工出來的表面一樣，有金屬光澤。所以，我們將壓鑄模鍛工藝稱為"極限成形工藝"，比"無切削、少余量成形工藝"更進了一步。 壓鑄模鍛工藝還有一個優(yōu)勢特點是，除了能生產傳統(tǒng)的鑄造材料外，它還能用變形合金、鍛壓合金，生產出結構很復雜的零件。這些合金牌號包括:硬鋁超硬鋁合金、鍛鋁合金，如LY11、LY12、6061、6063、LYC、LD等)。這些材料的抗拉強度，比普通鑄造合金高近一倍，對于鋁合金汽車輪轂、車架等希望用更高強度耐沖擊材料生產的部件，有更積極的意義。

壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種將熔融合金液倒入壓室內，以高速充填鋼制模具的型腔，并使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。 壓鑄區(qū)別于其它鑄造方法的主要特點是高壓和高速。①金屬液是在壓力下填充型腔的，并在更高的壓力下結晶凝固，常見的壓力為15-100MPa。②金屬液以高速充填型腔，通常在10-50米/秒，有的還可超過80米/秒，(通過內澆口導入型腔的線速度-內澆口速度)，因此金屬液的充型時間極短，約0.01-0.2秒(須視鑄件的大小而不同)內即可填滿型腔。 壓鑄機、壓鑄合金與壓鑄模具是壓鑄生產的三大要素，缺一不可。所謂壓鑄工藝就是將這三大要素有機地加以綜合運用，使能穩(wěn)定地有節(jié)奏地和高效地生產出外觀、內在質量好的、尺寸符合圖樣或協(xié)議規(guī)定要求的合格鑄件，甚至優(yōu)質鑄件。

1、 壓鑄機 (1) 壓鑄機的分類 壓鑄機按壓室的受熱條件可分為熱壓室與冷壓室兩大類。而按壓室和模具安放位置的不同，冷室壓鑄機又可分為立式、臥式和全立式三種形式的壓鑄機。 熱室 壓鑄機 立式 冷室 臥室 全立式 (2) 壓鑄機的主要參數 a合型力(鎖模力) (千牛)--------KN b壓射力 (千牛)-------------KN c動、定型板間的最大開距----------mm d動、定型板間的最小開距----------mm e動型板的行程---------------mm f大杠內間距(水平×垂直)---------mm g大杠直徑-----------------mm h頂出力------------------KN i頂出行程-----------------mm j壓射位置(中心、偏心)----------mm k一次金屬澆入量(Zn、Al、Cu)-------Kg l壓室內徑(Ф)--------------mm m空循環(huán)周期----------------s n鑄件在分型面上的各種比壓條件下的投影面積 注:還應有動型板、定型板的安裝尺寸圖等。 2、 壓鑄合金 壓鑄件所采用的合金主要是有色合金，至于黑色金屬(鋼、鐵等)由于模具材料等問題，較少使用。而有色合金壓鑄件中又以鋁合金使用較廣泛，鋅合金次之。 下面簡單介紹一下壓鑄有色金屬的情況。 (1)、壓鑄有色合金的分類 受阻收縮 混合收縮 自由收縮 鉛合金 -----0.2-0.3% 0.3-0.4% 0.4-0.5%低熔點合金錫合金 鋅合金--------0.3-0.4% 0.4-0.6% 0.6-0.8% 鋁硅系--0.3-0.5% 0.5-0.7% 0.7-0.9% 壓鑄有色合金 鋁合金 鋁銅系 鋁鎂系---0.5-0.7% 0.7-0.9% 0.9-1.1% 高熔點合金 鋁鋅系 鎂合金----------0.5-0.7% 0.7-0.9% 0.9-1.1% 銅合金 (2)、各類壓鑄合金推薦的澆鑄溫度 合金種類 鑄件平均壁厚≤3mm 鑄件平均壁厚>3mm 結構簡單 結構復雜 結構簡單 結構復雜

鋁合金 鋁硅系 610-650℃ 640-680℃ 600-620℃ 610-650℃

鋁銅系 630-660℃ 660-700℃ 600-640℃ 630-660℃

鋁鎂系 640-680℃ 660-700℃ 640-670℃ 650-690℃

鋁鋅系 590-620℃ 620-660℃ 580-620℃ 600-650℃

鋅合金 420-440℃ 430-450℃ 400-420℃ 420-440℃

鎂合金 640-680℃ 660-700℃ 640-670℃ 650-690℃

銅合金 普通黃銅 910-930℃ 940-980℃ 900-930℃ 900-950℃

硅黃銅 900-920℃ 930-970℃ 910-940℃ 910-940℃

注 注:①澆鑄溫度一般以保溫爐的金屬液的溫度來計量。

②鋅合金的澆鑄溫度不能超過450℃，以免晶粒粗大。

壓鑄模是壓鑄生產三大要素之一，結構正確合理的模具是壓鑄生產能否順利進行的先決條件，并在保證鑄件質量方面(下機合格率)起著重要的作用。

由于壓鑄工藝的特點，正確選用各工藝參數是獲得優(yōu)質鑄件的決定因素，而模具又是能夠正確選擇和調整各工藝參數的前提，模具設計實質上就是對壓鑄生產中可能出現(xiàn)的各種因素預計的綜合反映。如若模具設計合理，則在實際生產中遇到的問題少，鑄件下機合格率高。反之，模具設計不合理，例一鑄件設計時動定模的包裹力基本相同，而澆注系統(tǒng)大多在定模，且放在壓射后沖頭不能送料的灌南壓鑄機上生產，無法正常生產，鑄件一直粘在定模上。

盡管定模型腔的光潔度打得很光，因型腔較深，仍出現(xiàn)粘在定模上的現(xiàn)象。所以在模具設計時，必須全面分析鑄件的結構，熟悉壓鑄機的操作過程，要了解壓鑄機及工藝參數得以調整的可能性，掌握在不同情況下的充填特性，并考慮模具加工的方法、鉆眼和固定的形式后，才能設計出切合實際、滿足生產要求的模具。 剛開始時已講過，金屬液的充型時間極短，金屬液的比壓和流速很高，這對壓鑄模來說工作條件極其惡劣，再加上激冷激熱的交變應力的沖擊作用，都對模具的使用壽命有很大影響。 模具的使用壽命通常是指通過精心的設計和制造，在正常使用的條件下，結合良好的維護保養(yǎng)下出現(xiàn)的自然損壞，在不能再修復而報廢前，所壓鑄的模數(包括壓鑄生產中的廢品數)。

實際生產中，模具失效主要有三種形式:①熱疲勞龜裂損壞失效;②碎裂失效;③溶蝕失效。 致使模具失效的因素很多，既有外因(例澆鑄溫度高低、模具是否經預熱、水劑涂料噴涂量的多少、壓鑄機噸位大小是否匹配、壓鑄壓力過高、內澆口速度過快、冷卻水開啟未與壓鑄生產同步、鑄件材料的種類及成分Fe的高低、鑄件尺寸形狀、壁厚大小、涂料類型等等)。也有內因(例模具本身材質的冶金質量、坯料的鍛制工藝、模具結構設計的合理性、澆注系統(tǒng)設計的合理性、模具機(電加工)加工時產生的內應力、模具的熱處理工藝、包括各種配合精度和光潔度要求等)。 模具若出現(xiàn)早期失效，則需找出是哪些內因或外因，以便今后改進。 ① 模具熱疲勞龜裂失效 壓鑄生產時，模具反復受激冷激熱的作用，成型表面與其內部產生變形，相互牽扯而出現(xiàn)反復循環(huán)的熱應力，導致組織結構二損傷和喪失韌性，引發(fā)微裂紋的出現(xiàn)，并繼續(xù)擴展，一旦裂紋擴大，還有熔融的金屬液擠入，加上反復的機械應力都使裂紋加速擴展。 為此，一方面壓鑄起始時模具必須充分預熱。另外，在壓鑄生產過程中模具必須保持在一定的工作溫度范圍中，以免出現(xiàn)早期龜裂失效。同時，要確保模具投產前和制造中的內因不發(fā)生問題。因實際生產中，多數的模具失效是熱疲勞龜裂失效。 ② 碎裂失效 在壓射力的作用下，模具會在最薄弱處萌生裂紋，尤其是模具成型面上的劃線痕跡或電加工痕跡未被打磨光，或是成型的清角處均會最先出現(xiàn)細微裂紋，當晶界存在脆性相或晶粒粗大時，即容易斷裂。而脆性斷裂時裂紋的擴展很快，這對模具的碎裂失效是很危險的因素。為此，一方面凡模具面上的劃痕、電加工痕跡等必須打磨光，即使它在澆注系統(tǒng)部位，也必須打光。另外要求所使用的模具材料的強度高、塑性好、沖擊韌性和斷裂韌性均好。③熔融失效 前面已講過，常用的壓鑄合金有鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金，也有純鋁壓鑄的，Zn、Al、Mg是較活潑的金屬元素，它們與模具材料有較好的親和力，特別是Al易咬模。當模具硬度較高時，則抗蝕性較好，而成型表面若有軟點，則對抗蝕性不利。但在實際生產中，溶蝕僅是模具的局部地方，例內澆口直接沖刷的部位(型芯、型腔)易出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象，以及硬度偏軟處易出現(xiàn)鋁合金的粘模。

壓鑄生產中常遇模具存在的問題注意點:

1、 澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng) 例

(1)對于冷室臥式壓鑄機上模具直澆道的要求: ① 壓室內徑尺寸應根據所需的比壓與壓室充滿度來選定，同時，澆口套的內徑偏差應比壓室內徑的偏差適當放大幾絲，從而可避免因澆口套與壓室內徑不同軸而造成沖頭卡死或磨損嚴重的問題，且澆口套的壁厚不能太薄。澆口套的長度一般應小于壓射沖頭的送出引程，以便涂料從壓室中脫出。 ② 壓室與澆口套的內孔，在熱處理后應精磨，再沿軸線方向進行研磨，其表面粗糙≤Ra0.2μm。 ③ 分流器與形成涂料的凹腔，其凹入深度等于橫澆道深度，其直徑配澆口套內徑，沿脫模方向有5°斜度。當采用涂導入式直澆道時，因縮短了壓室有效長度的容積，可提高壓室的充滿度。

(2)對于模具橫澆道的要求 ① 冷臥式模具橫澆道的入口處一般應位于壓室上部內徑2/3以上部位，以免壓室中金屬液在重力作用下過早進入橫澆道，提前開始凝固。 ② 橫澆道的截面積從直澆道起至內澆口應逐漸減小，為出現(xiàn)截面擴大，則金屬液流經時會出現(xiàn)負壓，易吸入分型面上的氣體，增加金屬液流動中的渦流裹氣。一般出口處截面比進口處小10-30%。 ③ 橫澆道應有一定的長度和深度。保持一定長度的目的是起穩(wěn)流和導向的作用。若深度不夠，則金屬液降溫快，深度過深，則因冷凝過慢，既影響生產率又增加回爐料用量。 ④ 橫澆道的截面積應大于內澆口的截面積，以保證金屬液入型的速度。主橫澆道的截面積應大于各分支橫澆道的截面積。 ⑤ 橫澆道的底部兩側應做成圓角，以免出現(xiàn)早期裂紋，二側面可做出5°左右的斜度。橫澆道部位的表面粗糙度≤Ra0.4μm。

(3)內澆口 ① 金屬液入型后不應立即封閉分型面，溢流槽和排氣槽不宜正面沖擊型芯。金屬液入型后的流向盡可能沿鑄入的肋筋和散熱片，由厚壁處想薄壁處填充等。 ② 選擇內澆口位置時，盡可能使金屬液流程最短。采用多股內澆口時，要防止入型后幾股金屬液匯合、相互沖擊，從而產生渦流包氣和氧化夾雜等缺陷。 ③ 薄壁件的內澆口厚件要適當小些，以保證必要的填充速度，內澆口的設置應便于切除，且不使鑄件本體有缺損(吃肉)。

(4)溢流槽 ① 溢流槽要便于從鑄件上去除，并盡量不損傷鑄件本體。 ② 溢流槽上開設排氣槽時，需注意溢流口的位置，避免過早阻塞排氣槽，使排氣槽不起作用。 ③ 不應在同一個溢流槽上開設幾個溢流口或開設一個很寬很厚的溢流口，以免金屬液中的冷液、渣、氣、涂料等從溢流槽中返回型腔，造成鑄件缺陷。

2、 鑄造圓角(包括轉角) 鑄件圖上往往注明未注圓角R2等要求，我們在開制模具時切忌忽視這些未注明圓角的作用，決不可做成清角或過小的圓角。鑄造圓角可使金屬液填充順暢，使腔內氣體順序排出，并可減少應力集中，延長模具使用壽命。(鑄件也不易在該處出現(xiàn)裂紋或因填充不順而出現(xiàn)各種缺陷)。例標準油盤模上清角處較多，相對來說，目前兄弟油盤模開的最好，重機油盤的也較多。

3、 脫模斜度 在脫模方向嚴禁有人為造成的側凹(往往是試模時鑄件粘在模內，用不正確的方法處理時，例鉆、硬鑿等使局部凹入)。

4、 表面粗糙度 成型部位、澆注系統(tǒng)均應按要求認真打光，應順著脫模方向打光。由于金屬液由壓室進入澆注系統(tǒng)并填滿型腔的整個過程僅0.01-0.2秒的時間。為了減少金屬液流動的阻力，盡可能使壓力損失少，都需要流過表面的光潔度高。同時，澆注系統(tǒng)部位的受熱和受沖蝕的條件較惡劣，光潔度越差則模具該處越易損傷。

5、 模具成型部位的硬度 鋁合金:HRC46°左右 銅:HRC38°左右 加工時，模具應盡量留有修復的余量，做尺寸的上限，避免焊接。 壓鑄模具組裝的技術要求: 1、模具分型面與模板平面平行度的要求。 2、 導柱、導套與模板垂直度的要求。 3、 分型面上動、定模鑲塊平面與動定模套板高出0.1-0.05mm。 4、推板、復位桿與分型面平齊，一般推桿凹入0.1mm或根據用戶要求。 5、模具上所有活動部位活動可靠，無呆滯現(xiàn)象pin無串動。

6、滑塊定位可靠，型芯抽出時與鑄件保持距離，滑塊與塊合模后配合部位2/3以上。

7、澆道粗糙度光滑，無縫。

8、合模時鑲塊分型面局部間隙<0.05mm。

9、冷卻水道暢通，進出口標志。

10、成型表面粗糙度Rs=0.04，無微傷。

我國壓鑄模發(fā)展較快，在生產產量和數量上，僅次于沖模和塑料模，壓鑄模已占我國各類模具總產量的百分之八左右。