现代压铸技术

现代压铸技术南京德朔开发部压铸:指压力铸造属于特种铸造范畴.名词解释:压力铸造即是液态熔融金属或半液态/半固态金属在较高的压力下,以较高的速度填充入模具型腔内,并使金属在压力下凝固而形成铸件的方法.•压铸技术讲述有五点:•一.压铸的历史•二.压铸材料的性能和选择•三.压铸机和压铸模具•四.压铸熔炼和生产工艺过程•五.压铸产品缺陷分析和检验一.压铸的历史•压铸的起源是从半永久型及永久型的发展中分支出来的.•1.最早用于泥制备青铜生活器具、钱币等，以后发展了金属型制备简单的武器，如（青铜箭头）。•2.金属型的大量使用在印刷机械中出现制备铅字以后，国外在1872年发明了世界上第一台最简单的手动小型压铸机，并于1920年制造了冷室压铸机，1927年发明了立式冷室压铸机。•3.我国的压铸件工业化生产开始于20世纪50年代，那时靠仿制原捷克斯洛伐克和前苏联生产500KN和1000KN卧室冷室压铸机和进口他们的立式压铸机和卧室冷室压铸机；发展到今天国内现在的压铸机厂家可生产最大的28000KN卧室冷室压铸机和4000KN以下热室压铸机及3150KN以下全立式压铸机。•4.近几年国际压铸技术的发展：•（1）压铸计算机模拟技术分析压铸过程有了大的理论突破.•（2）压铸机和辅助设备方面有了很大发展.•（3）压铸产品检测方面，特别是内部缺陷的无损检测方面：如X-射线、荧光、超声波探测等得到发展.•（4）压铸模具材料和寿命的发展•（5）快速成型设计及制造技术在压铸生产中得到应用•（6）压铸材料的发展，如镁合金及金属基复合材料二.压铸材料的性能和选择•压铸合金是压铸生产的要素之一：优良的压铸件要有合理的零件结构、完善的模具和压铸机、性能良好的合金材料•压铸合金材料选择考虑：使用性能、工艺性能、生产条件和经济性等多种因素.•力学性能：抗拉强度、高温强度、伸长率、硬度•使用物理性能：密度、液相线温度、线膨胀率、体膨胀率、•要求比热容、热导率•化学性能：耐热性、耐腐蚀性•铸造工艺性：流动性、抗热裂性、模具粘附性•工艺性能切削加工性、焊接性能、电镀性能、热处理性能根据压铸工艺要求特点，对压铸合金或材料应有如下要求：•1.过热温度不高时具有较好的流动性，便于填充复杂型腔以获得表面质量良好的铸件.•2.线膨胀率和裂纹倾向性小，以免压铸件产生裂纹，使压铸件有较高的尺寸精度.•3.结晶温度范围小，防止压铸件产生过多的缩孔和缩松.•4.具有一定的高温强度，以防止推出压铸件时产生变形和碎裂.•5.在常温下有较高的强度，以适应大型薄壁复杂压铸件生产的需要.•6.与型壁间产生物理-化学作用的倾向性小，以减少粘模和相互合金化.•7.具有良好的加工性能和一定的抗蚀性.•8.制备压铸复合材料时，预制型需要良好预热.•另作为压铸用的非铁合金有铅、锡、锌、铝、铜、镁等合金以及黑色金属，但目前最常用的压铸合金有铝合金、锌合金、镁合金、铜合金和一些金属基复合材料。2.1压铸铝合金种类及特点•铸造铝合金常含有Si、Cu、Mg、Zn、Sn等合金元素；以及少量其他元素如Cr、Mn、Ni、Zr、Ti、Be等•按所含基本元素可将铸造铝合金分为:铝-硅合金；铝-铜合金；铝-镁合金；铝-锌合金。压铸铝合金有良好的使用性能和工艺性能在压铸生产中占有重要的地位，用量远高与其它合金。•压铸铝合金的化学成分和力学性能见(下表)牌号代号Si硅Cu铜Mn锰Mg镁Fe铁Ni镍Ti钛Zn锌Pb铅Sn锡Al铝抗拉强度伸长率布氏硬度MPaKgf/mm²YZAlSi12YL10210.0～13.0≤0.6≤0.6≤0.05≤1.2__≤0.3__余量22022260YZAlSi10MgYL1048.0～10.5≤0.30.2～0.50.17～0.30≤1.0__≤0.3≤0.05≤0.122022270YZAlSi12Cu2YL10811.0～13.01.0～2.00.3～0.90.4～1.0≤1.0≤0.05_≤1.0≤0.05≤0.0124024190YZAlSi9Cu4YL1127.5～9.53.0～4.0≤0.5≤0.3≤1.2≤0.5_≤1.2≤0.1≤0.124024185YZAlSi11Cu3YL1139.6～12.01.5～3.5≤0.5≤0.3≤1.2≤0.5_≤1.0≤0.1≤0.123023180YZAlSi17Cu5MgYL11716.0～18.04.0～5.0≤0.50.45～0.65≤1.2≤0.1≤0.1≤1.2__220221_YZAlMg5Si1YL3020.8～1.3≤0.10.1～0.44.5～5.5≤1.2_≤0.2≤0.2__22022270•备注:上表除有的范围的元素及铁为必检元素外,其余元素在有要求时抽检.•铝合金国内外牌号对照见(下表)类别中国德国英国日本美国法国GBDINBSJISASTMNF压铸铝合金铝硅系YL102GD-AlSi12CuLM6-MLM20-MADC1A413.0A-S13YL104GD-AlSi10Mg_ADC3A360.0A-S9GA-S10G铝硅铜系YL108_____YL112__ADC10383.0_YL113__ADC12384.0_YL117_LM30ADC14B390.0_铝镁系YL302GD-AlMg5SiLM5-MADC6-A-G3T铝锌系YL401___-_•我国的压铸铝合金目前品种中绝大多数以Al-Si合金为主,这类合金存在强度较底,切削性能不够好,螺纹孔加工困难,阳极氧化处理不理想.近几年来我国向国际高强度的Al-Si-CU(JIS:ADC10,ADC12)合金标准靠拢.•另一材料:压铸铝合金复合材料•压铸铝合金复合材料(Al-MMC)是近10年的产物,目前在世界上使用不普遍,主要成分是在一般的380(ADC10)和360(ADC3)铝合金基体中加入10%到20%的碳化硅(SiC)而形成.特点是力学性能很大提高,强度较普通铝合金提高40%～90%,但机加工性能降低因SiC加入,而采用多晶的硬质刀具(DCD)进行加工,成本提高3～4倍,应用受到限制.•2.2铸造镁合金•因镁合金的重量是铝合金的2/3,铁的1/2;易于压铸应用越来越广泛:在汽车制造和IT产业方面得到很大发展.•国内常用的压铸镁合金为ZM系列,最常用牌号ZM-5，其次为YM5•国外常用的压铸镁合金的化学成分见附表.•其中:AZ系列是目前应用最广的压铸镁合金,具有均衡的力学性能、铸造性能和耐蚀性，其屈服强度最高，一般用于制造形状复杂的薄壁压铸件；AM系具有优良的韧性和塑性，用于经受冲击载荷，安全性要求较高的场合；AS系列具有较好的抗蠕变性能，常用于工作温度较高的发动机零件，新开发的AE42镁合金也可归在这一类中。•常用国外压铸镁合金的化学成分表•备注：括号内为美国标准牌号，括号外为日本标准牌号。合金牌号AlZnMnSiFeCuNi其它杂质AZ91A（MDI1A）AZ91B（MDnA）AZ91D（MDI1D）8.5～9.58.5～9.58.5～9.50.45～0.90.45～0.90.45～0.9≥0.15≥0.15≥0.17≤0.20≤0.20≤0.05≤0.004≤0.08≤0.25≤0.015≤0.01≤0.01≤0.0010.300.300.01AM60A（MD12A）AM60B（MD12B）AM50AM205.7～6.35.7～6.34.5～5.31.7～2.2≤0.20≤0.20≤0.10≤0.10≥0.15≥0.27≥0.27≥0.5≤0.20≤0.05≤0.1≤0.1≤0.004≤0.004≤0.004≤0.25≤0.008≤0.008≤0.008≤0.01≤0.001≤0.001≤0.0010.030.010.010.01AS41A（MD13A）AS41XBAS213.7～4.83.7～4.81.9～2.5≤0.10≤0.100.15～0.200.22～0.480.35～0.6≥0.350.60～1.40.60～1.40.7～1.20.035≤0.04≤0.015≤0.04≤0.01≤0.001≤0.0020.030.010.01三.压铸机和压铸模具•3.1压铸机类型•压铸机按压室的不同可分为热压室和冷压室；而按压铸机压力传递方式可分为立式、卧式、全立式三种；按压铸机动力形态又可分为手压、气压、液压、机械传递压力四种。•压铸机••热压室冷压室•手压气压液压机械传递压力•立式全立式卧式•3.1.1热压室压铸机（简称热室压铸机）•热室压铸机特点是把压室和冲头浸在保温熔化坩埚的液态金属中来生产压铸件。•热室压铸机优点是生产工序简单，效率高，金属消耗少，工艺稳定，•压入型腔的液态金属较干净，铸件质量好，易实现自动化；缺点是压室、压射冲头长期浸在液体金属中影响使用寿命，另外还易增加合金的含铁量。•热室压铸机目前大多数用于压铸锌合金等低熔点合金铸件，但也少量用于铝合金、镁合金压铸件。•3.1.2冷压室压铸机（简称冷室压铸机）•冷室压铸机可分为卧式和立式（立式、全立式）两种，冷室压铸机压室和熔炉是分开的，压铸时从保温炉中取出液体金属浇入压室后压铸。•（1）卧式冷室压铸机的特点是：设置有中心和偏心浇道位置；操作程序少，生产效率高，易实现自动化；适于压铸有非铁合金和黑色金属；采用中心浇道时模型结构复杂；金属液在压室内与空气接触面积大，压射时易卷入空气和氧化夹渣；金属液进入型腔时转折少，压力消耗少。•（2）立式冷室压铸机的特点是：宜于设计中心浇道；压射机构直立，占地面积小，金属液进入型腔经过转折，压力消耗较大；切断余料机构复杂，维修不便。•（3）全立式冷室压铸机的特点是：模型水平放置，广泛用于压铸电机转子；类零件生产；占地面积小；金属液进入型腔时转折少，流程短压力损耗小。•立式压铸机和卧式压铸机相比较：立式压铸机的优点是压射前金属液不可能流入型腔内，其缺点是金属液转90º进入浇道内，压力损失大。而卧式压铸机的优点是压力损失小，其缺点是金属液在压射前易流入型腔，压室内金属液面必须低于横浇道进口下沿。•3.1.3压铸机的主要机构•压铸机主要由开合型机构、压射机构、动力系统和控制系统的组成。3.2压铸模•3.2.1压铸模由定、动模两大部分组成•细分为型腔、浇注系统、溢流、排气系统、抽芯机构、模架部分、加热和冷却系统。•3.2.2模具材料•压铸模成型部分零件工作条件最恶劣，它直接和具有高压、高温、高速的金属液接触，同时还受到冷、热交换的作用。对零件材料要求高，通常用热作模型钢制作。•国内外部分压铸模目前常用的材料牌号对照表•压铸铝、镁合金模具硬度为43～48HRC最适宜，为防止粘模，可在淬火处理后进行软氮化处理•备注:压铸模经长期生产模具的热应力积累会使模具产生开裂,为了减少热应力,模具投产一定时间后的压铸模型腔部位应进行消除热应力回火处理或采用振动除应力的方法.回火温度可取480～520ºC;推荐消除热应力模具模次产量铝合金第一次5000～10000模次,第二次20000～30000模次,第三次以后每次之间的模次可逐步增加,但不超过40000模次.中国美国日本德国英国法国4Cr5MoV1SiH13SKD61X40CrMoV51BH134Cr5MoVSiH11SKD6X38CrMoV51BH1138CDV8四.压铸熔炼和生产工艺过程•压铸工艺的拟定是压铸机、压铸模及压铸合金三大要素的有机组合的过程，是压力、速度、温度等相互矛盾的因素的统一过程。•压铸流程示意图•铝锭（废压铸件）熔化铝水浇注压射进型腔保压开模•（抽芯）顶出取件去浇口、溢流和排气槽去毛刺和飞边•抛丸酸洗（喷漆）机加工•浸透检查•超声波探测等•4.1.压铸材料的熔炼•压铸合金熔炼流程示意图熔化前的准备工作•(熔炉、熔炼工具、炉料、溶剂）•装料熔化调整成分••精练•调整炉温脱氧•浇注合金锭或运送保温炉待用•4.1.1熔化设备•压铸合金熔炉可分为熔化炉和保温炉；•熔化炉是将固态合金熔化成熔融合金的熔炉。•保温炉是放在压铸机旁供压铸生产时舀取使用，并将熔融合金保持在规定的温度下。•压铸合金各种元素的烧损率•4.