镁合金压铸工艺与压铸模具

力劲集团L.K.GROUP力劲机械（深圳）有限公司L.K.MACHINERY(SHENZHEN)CO.LTD.力劲集团L.K.GROUP引言镁压铸的基本工艺和铝的压铸很相似，但两者之间也有明显的不同，主要的不同点是对液态合金的处理。同时，由于镁和铝压铸合金有不同的性能，在压射参数和模具设计上也需要一定的变化。力劲集团L.K.GROUP镁压铸合金合金定义AZ91D：表示含铝量为9%，含锌量为1%，D表示为一种特殊的高纯合金类别。各合金元素用字母定义为：A-铝；Z-锌；M-锰；S-硅；E-稀土。合金规范铝为主要合金添加元素，可提高合金机械强度、抗腐蚀性和铸造性能。AM系为低铝含量系列镁合金，广泛应用于汽车安全性部件；锌的加入可改善抗腐蚀性，锰的添加则为了控制铁的含量；高纯镁合金的基本要求是：成型压铸件中铁的含量一定要小于0.005%，镍和铜也必须控制得很低。为了提高高温蠕变性能，则添加硅和稀土，添加5-15ppm的铍，主要用于减少液态合金的氧化。力劲集团L.K.GROUP力劲集团L.K.GROUP镁合金的熔炼镁合金锭在浸入液态金属前一定要先预热到150℃。多台炉或一炉多室等炉型可用于重熔干净的镁合金边角料。AZ91D合金的典型压铸温度，冷室机为650-680℃，热室机为620-640℃。对于铝含量低的镁合金有时需要较高的压铸温度，可达660-690℃。力劲集团L.K.GROUP压铸机的准备同样压力下，镁的流动速度更高，因此充满同一模具镁需要的时间比铝更短，对于薄壁件且有长的流动距离时，镁因其低的热容量而须更短的充型时间。通常，冷室压铸机所用的压铸静压力范围是30-70MPa，热室压铸机主要用于压铸2Kg以内的小型件，所用的压铸静压力范围小于冷室机，一般为20-30MPa。力劲集团L.K.GROUP热室压铸工艺力劲集团L.K.GROUP冷室压铸工艺力劲集团L.K.GROUP选用压铸机的方法传统方法：根据锁模力选用。按压铸件的投影面积、所需的比压来计算。新的方法：以压射能量为基础来选用。以压射系统的最大金属静压与流量的关系P-Q2图，使压铸机和压铸模组成一个具有较大柔性的压铸系统。能在尽可能大的范围内调整工艺参数，获得优质铸件。力劲集团L.K.GROUP镁合金压铸模具压铸模具是一种复杂的设备，须完成多项功能。浇道和浇道口的几何形状决定了模具的充型特性。模具的热状态则决定了部件的凝固过程以及它的显微组织和质量。长期压铸时，模具的热传导性则决定了模具压铸次数及寿命。力劲集团L.K.GROUP压铸模具结构图力劲集团L.K.GROUP镁合金压铸模具材料决定压铸模具寿命的最主要因素：模具材料、热处理、压铸生产过程控制。因型腔要直接和液态金属接触，所以模具用钢要具有抗热冲击能力，通常情况下都选用H13钢或相似品质的钢材。但型腔等特殊部件，一般只占模具总重量的20-25%。模具加工完后，要进行淬火加低温回火热处理，使材料的硬度提高到46-48HRC的范围。镁压铸合金和铝合金相比，单位体积内热容量小，并且铁在液态镁合金中的溶解度非常低，这就使镁合金压铸模具的寿命明显加长，一般会比铝合金的模具寿命长2倍以上力劲集团L.K.GROUP镁压铸件设计压铸件的质量取决于很多因素：包括材料性能，压铸工艺参数，压铸件和压铸模具的设计等等。压铸件设计中的基本准则如下：项目基本准则1、截面厚度镁的充型性优良，壁厚可以小于1mm。正常壁厚在2-4mm。2、壁厚的均匀性壁厚应尽可能均匀，以避免局部过热形成缩孔3、易于充型充型要在10-100ms内完成，部件设计要圆滑流动，避免过多的紊流。边角设计也要圆滑。4、使用加强筋代替增加截面厚度，提高部件强度和硬度。5、避免局部过热液态金属高速冲击会造成局部过热，可能会因热疲劳而造成模具的焊合和热裂纹。6、表面处理表面处理可达成较好的表面要求。7、截面厚度的变化厚度变化要有一个渐进过程，以避免应力集中。8、脱模角度一般推荐脱模角度为2-5度，但也有1-3甚至0角的脱模角度。力劲集团L.K.GROUP尺寸稳定性和公差压铸件最终尺寸的影响因素有：1、模具线性尺寸的变化；2、定模和动模及其它模具部件之间的错位；3、模具和铸件的变形及抽芯的定位和动作；4、模具温度、铸件脱模温度；5、冷却速度、应力松驰和模具精密度。可以看出，压铸过程中的工艺控制是减少最终产品尺寸变化的关键。力劲集团L.K.GROUP镁压铸件线性尺寸的允许公差铸件长度（mm）基本公差（mm）附加公差（mm/mm）一般重要一般重要0-25±0.25±0.125-300±0.002±0.0015300以上±0.001±0.001下面是北美压铸协会提供的镁压铸铸件尺寸变化的允许值力劲集团L.K.GROUP模具的浇道口/溢流槽/排气孔铸件的浇道系统对压铸件的质量非常重要，下面是浇道设计的准则：1、浇道口必须要适合压铸机的压射能力，并能在必须的充型时间内完成充型。2、浇道口可以是不同的几何形状，扇形或切线形。金属液必须从浇道口射入模腔时要保证平行或分流，以减少液流的紊乱。3、浇道口设计时要保证液流最短。4、在薄壁区要防止多股金属液流对撞。5、从不同浇道口充型时，要保证模腔各部位同时充满。溢流槽要用于将氧化物和润滑剂的残渣冲出模腔，以及可加热模具中较冷的部位。排气孔应延伸到模具的外表面，用于将模腔内的气体排出。浇道系统和溢流槽等设计时，要防止铸件切边清理时在铸件切口处形成锯齿状。力劲集团L.K.GROUP浇道系统示意图力劲集团L.K.GROUP浇注系统实例1、直浇道2、横浇道3、内浇口力劲集团L.K.GROUP波纹式排气槽力劲集团L.K.GROUP实例一镁合金出口创汇基地——以色列样品一力劲集团L.K.GROUP实例一之压铸模具力劲集团L.K.GROUP实例二镁合金出口创汇基地——以色列样品一力劲集团L.K.GROUP实例二之压铸模具力劲集团L.K.GROUP实例三镁合金出口创汇基地——以色列样品一力劲集团L.K.GROUP实例三之压铸模具力劲集团L.K.GROUP模具的热状态压铸工艺是个循环的过程，要进行正常的压铸作业，必须预先将模具加热到并保持一定的温度。大多数镁压铸模具都是用油来加热和冷却的，油管路分别设计在定模和动模上。一般模具的工作温度在200-280℃，温度太低会造成压铸件产生压铸缺陷。力劲集团L.K.GROUP计算机辅助模具设计较理想的是压铸技术人员能用统一的CAD/CAM系统来和顾客、模具设计人员和模具制造人员进行交流。计算机程序可以对模具设计中浇道和浇道口设计进行优化，并模拟模具的充型和凝固过程。还可以用计算机辅助制造方法来快速加工模型。力劲集团L.K.GROUP压铸模具的安装(一)压铸模具的最大外形尺寸取决于压铸机的固定拉杆之间的内尺寸和动模座板的最大行程。另一个因素是压铸机的最大锁模力。压射的液态金属会产生顶开模具的胀型力，可用下式表示：F=PAP----金属液充型后的压力A----整个铸件包括浇道和溢流槽等的压力方向的投影面积由上式计算的压力应不能超过压铸机最大锁模力的80%。这可留有一定的余量来承担由于压射惯性带来的短时峰值压力力劲集团L.K.GROUP压铸模具的安装(二)压铸机压射单元的性能是进行压铸的关键。最常用的是根据压射活塞的位置来调控压射速度。通过不同的定位，金属压力和速度可以变化以获得最优的充型。描述压射单元性能的最常用的办法是绘制所谓的P-Q2图。每台压铸机基于压铸参数如压射活塞直径、系统压力、及各阀门的设置的不同，都有各自的P-Q2图，如下页示意图：力劲集团L.K.GROUP压铸机P-Q2图力劲集团L.K.GROUPP—Q2图（力劲镁合金压铸机DC160M）力劲镁合金压铸机DC160M图力劲集团L.K.GROUPP—Q2图（力劲镁合金压铸机DCC630M）力劲镁合金压铸机图力劲集团L.K.GROUP压铸模具的安装(三)模具的特性可用下列方程式来描述：P=(K/Ga)Q2P----金属液的比压(MPa)K----系数Ga---模具内浇口的面积(mm2)Q----金属液的流量（L/S)模具特性曲线和压铸机的P-Q2图的交点决定了安装该模具的压铸机的工作参数。如果由交点决定的体积流量大于或等于在规定时间内充型所需要的流量，那压射单元的性能是适用的，可以通过减小压射阀门来降低压射流量。力劲集团L.K.GROUP选择压铸参数（一）充填时间：设计浇道系统和选择压铸能数的主要目的，是在设定的充型时间内完成压铸，并使铸件的缺陷达到最低。用北美压铸协会的浇道公式可表示为：t=0.0346[(Tm-Tf+2.5S)/(Tf-Td)]Tt------压铸所必须的充型时间Tm---金属的温度S------连续充型时固相成分的最大比例Tf-----流动金属液的最低温度Td----模具的温度T------铸件的平均壁厚例如，对壁厚为2mm的AM60合金铸件，由上式可估算出模具的充型时间为20ms，计算时用下列数据：Tm=670℃Tf=610℃Td=200℃S=30%力劲集团L.K.GROUP例：力劲纪念碟充填时间计算1、机型：DC160M，材料：AZ91D2、最初采用的平均厚度：2mm。3、金属温度Tm=650℃,模具温度Td=230℃4、最小流动温度Tf=610℃,最大固相比例S=30%代入上式得：t=0.0346[(650-610+2.5×30)/(610-230)]×2=0.02(S)=20ms力劲集团L.K.GROUP充填时间和铸件壁厚的关系充填时间(sec)(mm)铸件壁厚模具充填时间和铸件平均厚度的关系力劲集团L.K.GROUP选择压铸参数（二）充填速度：对镁压铸件，因铸件的类型不同，浇道口充填速度变化很大，一般有如下应用：1、正常内浇口充填速度30~50m/s2、薄壁铸件，有时可达到100m/s。3、壁厚大于4~5mm的铸件，充填速度则可能小于30m/s。充填速度越高，则模具的磨损越大，同时金属液和模具的焊合越厉害。因此在不降低铸件质量的前题下，应尽可能的降低其充填速度。一般情况下，浇口速度依产品厚度高过铝合金25%左右。力劲集团L.K.GROUP选择压铸参数（三）浇道口面积和压射活塞速度：当模具充型时间和浇道口充填速度确定，则浇道口面积和压射活塞的速度就可相应确定。下列步骤可用来评价模具充型参数：1、根据铸件的几何形状和截面厚度来确定模具的充型时间。2、以模腔体积来确定相应的流量。3、选择适当的浇道口充填速度。4、用充填速度和总流量来确定浇道口的截面积。5、总流量和压射直径可确定相应的活塞压射速度。力劲集团L.K.GROUP确定浇道口面积和活塞压射速度的列线图确定浇道口面积和活塞压射速度的列线图正常范围sec充填时间体积dm3薄小件正常范围dm/sm/scm速度直径m/scm流量3充填速度截面积活塞浇口2大厚件力劲集团L.K.GROUP力劲集团L.K.GROUP力劲集团L.K.GROUP力劲纪念碟材料：AZ91D脱模剂：2649冷却气：2Kg/cm2机型：DC160M锤头直径：60mm射嘴：￠12mm毛重：103g净重：36g垃圾位:43g力劲集团L.K.GROUP力劲DC160M啤制力劲纪念碟P—Q2图-1性能线　　模具需要的压力线力劲集团L.K.GROUP力劲DC160M啤制力劲纪念碟压铸系统机模匹配图--2力劲集团L.K.GROUP力劲纪念碟（改良）毛重=75g腔重=46g净重=23.5gT=8~13msV=40~60m/s力劲集团L.K.GROUP力劲DC160啤制力劲纪念碟压铸系统机模匹配图--3力劲集团L.K.GROUP力劲DC160M啤制力劲纪念碟压铸系统机模匹配图--4力劲集团L.K.GROUP通讯器材后盖毛重=92g腔重=42g入水口面积=δ91X0.2δ91X0.5δ91X0.6T=8~13msV=35~55m/s力劲集团L.K.GROUP力劲集团L.K.GROUP力劲集团L.K.GROUP后模（下模）力劲集团L.K.GROUP力