压力铸造是指将熔融或半熔融的金属以高速压射入金属铸型内,并在压力下结晶的铸造方法,简称压铸。常用压射压力为30~70MPa,充填速度约为0.5~50 m/s,充填时间为0.01~0.2 s。1
简述压力铸造是一种将液态或半固态金属或合金,或含有增强物相的液态金属或合金,在高压下以较高的速度填充入压铸型的型腔内,并使金属或合金在压力下凝固形成铸件的铸造方法。压铸时常用的压力为4~500MPa,金属充填速度为0.5—120m/s。因此,高压、高速是压铸法与其他铸造方法的根本区别,也是重要特点。1838年美国人首次用压力铸造法生产印报的铅字,次年出现压力铸造专利。19世纪60年代以后,压力铸造法得到很大的发展,不仅能生产锡铅合金压铸件、锌合金压铸件,也能生产铝合金、铜合金和镁合金压铸件。20世纪30年代后又进行了钢铁压力铸造法的试验。
压力铸造的原理主要是金属液的压射成形原理。通常设定铸造条件是通过压铸机上速度、压力,以及速度的切换位置来调整的,其他的在压铸型行进行选择。2
特点1、压力铸造的优点
1)生产率高,易于实现机械化和自动化,可以生产形状复杂的薄壁铸件。压铸锌合金最小壁厚仅为0.3mm,压铸铝合金最小壁厚约为0.5mm,最小铸出孔径为0.7mm。
2)铸件尺寸精度高,表面粗糙度值小。压铸件尺寸公差等级可达CT3~CT6,表面粗糙度一般为Ra0.8~3.2μm。
3)压铸件中可嵌铸零件,既节省贵重材料和机加工工时,也替代了部件的装配过程,可以省去装配工序,简化制造工艺。
2、压力铸造的缺点
1)压铸时液体金属充填速度高,型腔内气体难以完全排除,铸件易出现气孔和裂纹及氧化灾杂物等缺陷,压铸件通常不能进行热处理。
2)压铸模的结构复杂、制造周期长,成本较高,不适合小批量铸件生产。
3)压铸机造价高、投资大,受到压铸机锁模力及装模尺寸的限制,不适宜生产大型压铸件。
4)合金种类受限制,锌、镁、铜等有色合金。3
工艺流程在压铸生产中,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。压射比压的选择,应根据不同合金和铸件结构特性确定。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,应采用冷却措施。通常用压缩空气、水或化学介质进行冷却。
充填持压
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100~150℃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度而变稠;
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10~15倍。因此随压铸机生产率的提高,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。
应用由于压铸的优点,使它获得广泛的应用,主要应用于大批量生产的非铁合金铸件。在压铸件产量中,占最大比重的是铝合金压铸件,为30%~50%;其次为锌合金压铸件;铜合金压铸件占1%~2%。应用压铸件最多的是汽车、拖拉机制造业,其次为仪表制造和电子仪器工业,再次为农业机械、国防工业、计算机、医疗器械等制造业。用压铸法生产的零件有发动机汽缸体、汽缸盖、变速箱箱体、发动机罩、仪表和照相机的壳体与支架、管接头、齿轮等。
近些年来,高科技已应用于压铸领域.如采用三级压射机构控制压力、压射速度和型内气体。发展特殊压铸工艺(如真空压铸、定向引气压铸、充氧压铸等)和应用计算机控制技术,有效地清除气孔,提高铸件致密度,同时研制新型模具材料和热处理新工艺来延长压型寿命,使黑色金属压铸有了一定进展。1
本词条内容贡献者为:
杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所