1、壓鑄過程原理及壓鑄工藝技術應用高效培訓引言壓鑄機、壓鑄模具及壓鑄合金是壓鑄生產(chǎn)的三大要素。但要生產(chǎn)出合格壓鑄件，沒有正確的壓鑄工藝是不可能的。壓鑄工藝規(guī)定三大要素的工作方式。換言之，如果壓鑄機、壓鑄模具及壓鑄合金是壓鑄生產(chǎn)的硬件，那么壓鑄工藝就是壓鑄生產(chǎn)的軟件。2.1 壓射過程與壓射過程曲線壓力和速度是壓射過程的兩個重要參數(shù)。記錄壓射過程中壓力和速度動態(tài)特性的曲線，稱為壓射過程曲線。冷室壓鑄（1）小型壓鑄機 三級壓射，即為兩級速度，一級增壓。（2）中大型壓鑄機 雙回路控制的四級壓射系統(tǒng)，即慢壓射、一級快壓射（也較慢）、二級快壓射、增壓。熱室壓鑄，主要以兩個階段壓射為主（一速升液和二速填充）。一

2、、壓射過程壓鑄機的壓射過程從壓射沖頭開始移動至型腔充滿保壓（熱室壓鑄機），或者至增壓結束（冷室壓鑄機）為止。壓射過程中，隨著壓射沖頭的位移，速度和壓力都是按設定的模式變化。階段進程描述I起始位置：從壓射沖頭起始位置至越過澆料口位置參數(shù)：壓射速度v1（沖頭），壓射壓力p1（動態(tài)）特征：低壓低速，運行平穩(wěn)說明：低速推進，防止金屬液從澆料口溢出，有利于氣體排出。壓力主要用于克服系統(tǒng)摩擦阻力，只有小部分用于推動金屬液II起始位置：從壓射沖頭越過澆料口位置至金屬液充滿至內(nèi)澆口處參數(shù)：壓射速度v2，壓射壓力p2（動態(tài)）特征：壓力增大，壓射沖頭速度加快說明：壓射沖頭通過澆料口，壓射壓力提高，壓射沖頭速度加快

3、，金屬液充滿壓室至澆注系統(tǒng)。該階段應注意防止卷氣，并盡量避免金屬液提前進入型腔III起始位置：從金屬液充滿內(nèi)澆口處至型腔完成充滿參數(shù)：壓射速度v3，壓射壓力p3（動態(tài)）特征：壓射壓力再次升高，壓射速度略有下降，充型速度最快說明：金屬液流經(jīng)內(nèi)澆口充填型腔。由于內(nèi)澆口處截面積大幅縮小，流動阻力劇增，壓射速度略有下降，但此時充型速度最快。要保持足夠的充型速度，需更高的壓射壓力，用于克服澆注系統(tǒng)主要是內(nèi)澆口處的流動阻力。IV起始位置：充型結束參數(shù)：壓射速度迅速減至零，增壓壓力p4建立特征：壓射沖頭停止運動，壓力劇增，達到全過程的最高值說明：金屬液完成充滿型腔。增壓壓力對凝固中的金屬液進行壓實，壓射沖頭

4、可能稍有前移。金屬液凝固后，增壓壓力撤除，壓射過程結束。通過增壓使壓鑄件密度增加，獲得清晰壓鑄件說明：壓射階段的劃分來源于長期的壓鑄實踐，但并非必須完全遵循，根據(jù)壓鑄件及壓鑄工藝的具體狀況設定。發(fā)展歷程：不變化-二階段-三階段（或四階段）最新進展：突破了傳統(tǒng)的三階段壓射，可以根據(jù)工藝需要，多點設置速度和壓力，可以非常靈活地設定壓射過程；某些壓鑄機還具備壓射沖頭運動優(yōu)化程序，根據(jù)壓室參數(shù)、金屬液充滿度等參數(shù)，計算最佳壓射模式，減少卷氣現(xiàn)象。壓射模式應根據(jù)壓鑄件及壓鑄工藝的具體狀況設定，并非采用哪一種固定模式。二、壓射過程曲線壓射過程分析的重要線圖1、壓射階段理論上，壓射壓力與壓射速度的平方成正比

5、，一定的速度對應一定的壓力，或者說使用一定壓力才能達到一定的速度壓射曲線中的上升斜線，表示壓力和速度處于上升之中，起始點為速度或壓力的切換點壓射曲線中的平臺，表明該階段的速度和壓力沒有變化，一個穩(wěn)定的平臺可以理解為一個階段（冷室壓鑄出現(xiàn)三個壓射階段I、II、III）在IV階段（增壓階段），壓力迅速上升出現(xiàn)高壓平臺，但速度值迅速降為零，這是增壓階段的特征，表明充型結束，增壓形成。二、壓射過程曲線2、壓力和速度值正常情況下，壓力值和速度值相對應如果曲線異常，出現(xiàn)壓力過高而速度偏低，表明壓射系統(tǒng)可能出現(xiàn)問題，如壓射沖頭阻滯、澆道堵塞，或液壓管路問題等如果壓力曲線偏低，速度無法上升，表明壓力沒有建立，

6、應檢查壓力設置是否合適或是存在泄壓之處二、壓射過程曲線3、壓力和速度切換狀況各階段的切換起始點至結束點，或者說切換處曲線斜率，反映了從低速切換至高速，或從低壓切換至高壓的響應速度。切換時速度和壓力應該同步響應為佳，以反應迅速為佳。二、壓射過程曲線4、建壓時間建壓時間表示增壓壓力的響應速度，建壓時間是反映壓鑄機性能的重要指標。增壓壓力必須在金屬凝固之前建立，否則將大大影響增壓效果。理論上講，建壓時間越短越好，可以在金屬液凝固之前對其進行高壓壓實，有效減少內(nèi)部缺陷，增加壓鑄件的致命性。目前先進壓鑄機的建壓時間已達10ms以下。二、壓射過程曲線5、壓力峰值壓力峰值指的是快壓射結束時（充型結束），迅速

7、增壓形成的壓力沖擊或水錘現(xiàn)象。在第III階段結束后，壓射沖頭運動突然停止及壓力快速切換，造成了壓力瞬間升高，并伴有壓力振蕩現(xiàn)象。壓力峰值雖是瞬態(tài)行為，但對壓鑄工藝非常不利。壓力峰值可以引起脹形，造成泄壓，影響壓鑄件成形質(zhì)量，使壓鑄產(chǎn)生飛邊、毛刺等。現(xiàn)代壓鑄機都把消除壓力峰值作為一項重要內(nèi)容。目前許多壓鑄機增加了反壓措施，使壓射沖頭在充型結束前瞬間減速，從而大大減輕了水錘現(xiàn)象，縮小了壓力峰值。2.2 壓鑄工藝參數(shù)及其確定方法一、壓鑄壓力壓鑄壓力是壓鑄工藝的基本特征，金屬液的充型和壓實都是在壓力作用下完成的，分為動態(tài)壓射力和增壓壓射力。壓鑄過程中的壓力是由壓鑄機的壓射機構產(chǎn)生的壓射機構通過工作液體

8、將壓力傳遞給壓射活塞然后由壓射活塞經(jīng)壓射沖頭施加于壓室內(nèi)的金屬液上一、壓鑄壓力（兩種表現(xiàn)形式）1、壓射力：來源于高壓泵，通過壓射沖頭對金屬液施加壓力，施加壓力的大小用比壓表示。2、壓射比壓：指壓射過程中，壓室內(nèi)單位面積上金屬液所受到的靜壓力式中 P壓射比壓（MPa）； F壓射力（N）； A壓射沖頭截面積（近似等于壓室截面積）（mm2）； D壓室直徑（mm）。2.2 壓鑄工藝參數(shù)及其確定方法一、壓鑄壓力3、壓射比壓的取值范圍冷室壓鑄機的動態(tài)壓射比壓一般在3090MPa之間，增壓壓射比壓一般在50300MPa之間熱室壓鑄機提供的壓射比壓可達到2050MPa使用壓鑄機提供的最小壓射沖頭才能得到最大壓

9、射比壓機器噸位/kN30005000800012000動態(tài)壓射力/kN140210300480增壓壓射力/kN3505507201120壓射沖頭直徑/mm4080601007012080140動態(tài)壓射比壓/MPa11127742678269531增壓壓射比壓/MPa27869194701876422372表1 部分壓鑄機的壓射力及壓射沖頭尺寸與壓射比壓的關系一、壓鑄壓力4、選擇合理的壓射比壓比壓也可以根據(jù)壓鑄件的某一特征進行選取，表2列出了冷室壓鑄推薦的壓射比壓參考值。在快壓射階段，一般優(yōu)先壓射速度調(diào)整，動態(tài)比壓隨之確定。合金一般壓鑄件耐壓壓鑄件大平面薄壁件/表面質(zhì)量要求高受力壓鑄件鋅合金30

10、30404060鋁合金30408010040604080鎂合金30406010040604080表2 冷室壓鑄推薦的壓射比壓（增壓參考值）（單位：MPa） 二、壓鑄速度壓射速度：是壓射沖頭推動金屬液移動的速度，也成為沖頭速度。充型速度：金屬液通過內(nèi)澆口進入型腔的速度，也稱為內(nèi)澆口速度。1、沖頭速度在壓射起始階段，或低速壓射階段，金屬液尚未達到內(nèi)澆口，所以只考慮沖頭速度。在這一階段，沖頭速度一般都控制在0.10.4m/s之間。冷室壓鑄金屬液的充滿度高，沖頭速度可取低些。一般技術資料中給出的壓射速度推薦范圍都很寬，應權衡各種因素選取，冷室壓鑄機最大壓射速度可達10m/s.二、壓鑄速度沖頭速度過高時

11、液態(tài)金屬的波面二、壓鑄速度2、充型速度高速壓射階段，金屬液充填型腔。充型速度對金屬液的充型模式及壓鑄件成型具有重要作用，在選擇時必須十分小心。充型速度過高容易引起紊流、卷氣、氧化及粘模等現(xiàn)象，還會加速模具的磨損。在保證壓鑄件質(zhì)量的前提下，充型速度應盡量選低。充型速度與壓射壓力相關，相同的壓鑄條件下，要達到高的充型速度，需要的壓射力大。二、壓鑄速度平均壁厚/mm1.02.03.04.05.06.07.08.0充型速度/（m/s）46554250384634423240303728342632表4 基于壓鑄件壁厚的冷室壓鑄充型速度合金種類鋁合金鋅合金鎂合金銅合金充型速度/（m/s）20603050

12、40902050表3 不同合金種類常用的冷室壓鑄充型速度二、壓鑄速度3、充型速度和沖頭速度的關系在冷室壓鑄機中，壓室、澆道和壓鑄模型腔相連，成為一個密閉系統(tǒng)，因而它們之間具有連續(xù)方程的關系，即因此，充型速度確定后，根據(jù)內(nèi)澆口和壓射沖頭面積核算沖頭速度。二、壓鑄速度4、速度切換位置A給湯完了狀態(tài)壓射時間內(nèi)，溶湯安定后，開始壓射B低速壓射，壓室充填設定防止空氣卷入的速度注意無溶湯飛濺，沖頭的卡住等的影響。C低速壓射，澆道充填多段壓射的機器另外可以設定，一般情況下，以加速度的勻加速進行設定。D高速切換位置一般來說以溶湯到達澆口的位置為基準進行設定，根據(jù)產(chǎn)品前后調(diào)整切換位置來決定最佳的位置。從溶湯到達

13、澆口位置作為高速切換位置是最基本的E減速位置產(chǎn)品充填完了后，在集渣包充填完了之前進行有效減速的決定，設定后短射必然會有，但必須對產(chǎn)品的影響加以確認。F增壓位置增壓為充填完了開始增壓，切換位置一般在充填完了的前20mm左右設定。不論哪一個切換要點，都要計算機器、電氣工作時間的延遲，比計算值之前1015mm左右進行設定。二、壓鑄速度5、高速壓射行程二、壓鑄速度6、根據(jù)水力學原理，充型速度與壓射比壓的關系二、壓鑄速度7、影響充填速度的因素影響充填速度的因素有三個，即壓射速度、壓射比壓和內(nèi)澆口截面積。因此，生產(chǎn)中通常采用的調(diào)整充填速度的方法是：調(diào)整壓射速度、改變壓射壓力、調(diào)整內(nèi)澆口的截面積。三、時間壓

14、鑄工藝中的時間參數(shù)包括充型時間、持壓時間和留模時間三個部分。1、充型時間：金屬液開始進入型腔至型腔充滿所需時間，可按下式估算：三、時間1、充型時間：經(jīng)驗推薦見下表平均壁厚/mm充型時間/s平均壁厚/mm充型時間/s1.50.010.033.00.050.101.80.020.043.80.050.122.00.020.065.00.060.202.30.030.076.40.080.302.50.040.09三、時間2、增壓建壓時間：指充型（快壓射）結束至增壓壓力形成所需的時間。建壓時間越短越好，取決于型腔中金屬液的凝固時間凝固時間長的合金，增壓建壓時間可長些，但必須在澆口凝固之前達到增壓比壓

15、但建壓時間由壓鑄機壓射系統(tǒng)性能決定，不能任意調(diào)節(jié)。目前最先進壓鑄機的建壓時間已達到10ms以內(nèi)。三、時間3、持壓時間：指金屬液充滿型腔后，壓射系統(tǒng)繼續(xù)保持壓力的時間持壓的目的是保證金屬液在整個凝固期間都處于高壓之下，達到緊實壓鑄件的目的。持壓時間應比金屬液在型腔內(nèi)的凝固時間長。表5 基于壓鑄件壁厚的持壓時間推薦值三、時間4、留模時間：從持壓終了至開模頂出壓鑄件的時間段留模的目的是使壓鑄件在型腔中冷卻到一定溫度，形成一定強度，避免開模頂出時壓鑄件變形、開裂。留模時間過長，壓鑄件的冷卻及收縮幅度大，包緊力增大，會導致頂出困難。在以下情況時，留模時間可取短些：合金的收縮大、高溫強度較高；薄壁件、結構

16、復雜；壓鑄模具熱容量大、冷卻能力強。四、溫度溫度是壓鑄工藝中的熱因素，主要涉及金屬液的澆注溫度和壓鑄模具溫度。1、澆注溫度：指金屬液進入澆注系統(tǒng)或型腔時的溫度，一般用保溫爐內(nèi)的金屬液溫度表示。澆注溫度應高于合金液相線溫度300C左右，以彌補合金液在澆注過程中及在壓室停留期間的熱損失，以保證金屬液在充型時仍有良好的流動性。表6 常用壓鑄合金的推薦澆注溫度四、溫度2、壓鑄模具工作溫度壓鑄模具溫度對壓鑄件質(zhì)量、尺寸精度及壓鑄模具壽命都有影響。溫度過高，容易導致粘模、壓鑄件頂出變形、壓鑄模具活動部件卡死、開模時間延長等。壓鑄模具溫度控制在澆注溫度的1/3左右，薄壁、結構復雜的壓鑄件可適當調(diào)高。壓鑄模預

17、熱一般多用煤氣、噴燈、電器或感應加熱。國外在壓鑄生產(chǎn)中大量采用模溫機，不但提高壓鑄模具壽命，還可以穩(wěn)定生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)壓鑄件。各種壓鑄合金的模具工作溫度經(jīng)驗數(shù)據(jù)見表2.3 壓鑄用涂料（P44）一、涂料作用（1）高溫時保持良好的潤滑性。在壓鑄件與模具之間形成隔離層及潤滑膜，保持熔融金屬的流動性，改善合金的成形性能，美化壓鑄件外觀。（2）所形成的潤滑膜竄入到模具的活動部位，減少壓鑄件與成形零件間的摩擦，使構件動作靈活，壓鑄件脫模順暢，尺寸穩(wěn)定，并減少零件的磨損，相應地提高模具壽命。（3）通過水分的蒸發(fā)，局部冷卻模具，使其在生產(chǎn)過程中減少熱疲勞應力。（4）在噴涂過程中清除碎屑，減少廢品，操作流暢，達到安全生產(chǎn)的目的。2.3 壓鑄用涂料二、對壓鑄涂料的總體要求（1）高溫時，能保持良好的潤滑性能。（2）揮發(fā)點低，在1001500C時，稀釋劑能很快地揮發(fā)。（3）對模具及壓鑄件材料沒有腐蝕作用。（4）性能穩(wěn)定，在空氣中不會因稀釋劑很快揮發(fā)而變濃。（5）無特殊味道，在高溫時不