《《金屬壓鑄工藝與模具設計》第1章：概述》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《金屬壓鑄工藝與模具設計》第1章：概述（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、（時間：1次課，2學時）n壓力鑄造簡稱壓鑄，屬鑄造工藝的范疇，壓力鑄造簡稱壓鑄，屬鑄造工藝的范疇，是特種鑄造中的一種。通常將砂型鑄造以是特種鑄造中的一種。通常將砂型鑄造以外的鑄造方法統(tǒng)稱為外的鑄造方法統(tǒng)稱為“特種鑄造特種鑄造”，常用，常用的特種鑄造方法有近十種之多，而壓鑄是的特種鑄造方法有近十種之多，而壓鑄是其中應用很廣的方法之一。其中應用很廣的方法之一。 n1.1 鑄造工藝與壓力鑄造鑄造工藝與壓力鑄造 n1.2 壓鑄原理與金屬充填理論壓鑄原理與金屬充填理論 n1.3 壓鑄工藝特點及其應用和發(fā)展壓鑄工藝特點及其應用和發(fā)展 n在金屬成型工藝發(fā)展過程中，鑄造是歷史最為悠久的一種工藝。將金屬液澆入在
2、金屬成型工藝發(fā)展過程中，鑄造是歷史最為悠久的一種工藝。將金屬液澆入鑄型內(nèi)待其凝固冷卻后獲得鑄件，稱為重力鑄造。鑄型根據(jù)材料不同有泥型、鑄型內(nèi)待其凝固冷卻后獲得鑄件，稱為重力鑄造。鑄型根據(jù)材料不同有泥型、砂型、金屬型、失蠟型等。我國早在三千多年以前就用泥范砂型、金屬型、失蠟型等。我國早在三千多年以前就用泥范(泥型泥型)來澆注各種來澆注各種鑄件了。鑄件了。n根據(jù)文獻記載和實物考察研究，鑄造技術(shù)的發(fā)展可分為兩大階段，前階段以青根據(jù)文獻記載和實物考察研究，鑄造技術(shù)的發(fā)展可分為兩大階段，前階段以青銅鑄造技術(shù)為主，后階段以鑄鐵技術(shù)為主。大約五千年以前，人們就用鑄型澆銅鑄造技術(shù)為主，后階段以鑄鐵技術(shù)為主。大
3、約五千年以前，人們就用鑄型澆出形狀簡單的銅件，到中世紀末，裝飾青銅和錫基鑄件開始用于歐洲的教堂和出形狀簡單的銅件，到中世紀末，裝飾青銅和錫基鑄件開始用于歐洲的教堂和家庭生活。我國在商周時代，青銅技術(shù)達到了成熟期。河南安陽出土的殷朝祭家庭生活。我國在商周時代，青銅技術(shù)達到了成熟期。河南安陽出土的殷朝祭器司母戊鼎重達器司母戊鼎重達700多公斤，長高都超過一米，四周飾有精美的蟠龍紋及饕餮多公斤，長高都超過一米，四周飾有精美的蟠龍紋及饕餮紋。湖北隋縣出土的一大批青銅器，種類繁多，紋飾細致精美。其中六十四件紋。湖北隋縣出土的一大批青銅器，種類繁多，紋飾細致精美。其中六十四件編鐘鑄造精巧、音律準確、音色優(yōu)
4、美。這些充分證明殷商時期銅合金的冶煉和編鐘鑄造精巧、音律準確、音色優(yōu)美。這些充分證明殷商時期銅合金的冶煉和鑄造技術(shù)已達到了很高的水平。鑄造技術(shù)已達到了很高的水平。n我國在公元前六世紀就發(fā)明了生鐵冶鑄技術(shù)，比歐洲早一千八百多年。隋唐以我國在公元前六世紀就發(fā)明了生鐵冶鑄技術(shù)，比歐洲早一千八百多年。隋唐以后，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展鑄造技術(shù)有了很大的進步。公元后，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展鑄造技術(shù)有了很大的進步。公元974年鑄造的河北滄年鑄造的河北滄州大鐵獅高州大鐵獅高6.1 m，長，長5.5 m，重達，重達50 t。明朝永樂年間鑄造的永樂青銅大鐘重。明朝永樂年間鑄造的永樂青銅大鐘重達達40 t，鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文
5、十余萬字。，鐘體內(nèi)外遍鑄經(jīng)文十余萬字。n我國古代鑄造技術(shù)成就輝煌，但在近百年來卻大大落后于西方先進工業(yè)國家，有許多技術(shù)甚至都失傳我國古代鑄造技術(shù)成就輝煌，但在近百年來卻大大落后于西方先進工業(yè)國家，有許多技術(shù)甚至都失傳了。到新中國成立之后，鑄造技術(shù)又呈現(xiàn)出蓬勃的生機。南京晨光機器廠于了。到新中國成立之后，鑄造技術(shù)又呈現(xiàn)出蓬勃的生機。南京晨光機器廠于1989年為香港的年為香港的“天壇天壇”鑄造了一尊青銅大佛，又在鑄造了一尊青銅大佛，又在1994年鑄造出年鑄造出“泰國第一佛泰國第一佛”釋迦牟尼坐像和蓮花的部分，總高釋迦牟尼坐像和蓮花的部分，總高22 m，重重40 t。n社會需要是促進科學技術(shù)發(fā)展的主
6、要原因。當一種生產(chǎn)工藝不能滿足社會需要時，就會有新的更好的社會需要是促進科學技術(shù)發(fā)展的主要原因。當一種生產(chǎn)工藝不能滿足社會需要時，就會有新的更好的工藝產(chǎn)生，壓鑄技術(shù)的出現(xiàn)就是如此。壓鑄最早用來鑄造印刷用的鉛字，當時需要生產(chǎn)大量清晰光潔工藝產(chǎn)生，壓鑄技術(shù)的出現(xiàn)就是如此。壓鑄最早用來鑄造印刷用的鉛字，當時需要生產(chǎn)大量清晰光潔以及可互換的鑄造鉛字，壓鑄法隨之產(chǎn)生。以及可互換的鑄造鉛字，壓鑄法隨之產(chǎn)生。1885年奧默根瑟勒年奧默根瑟勒(Mergenthaler)發(fā)明了鉛字壓鑄機。發(fā)明了鉛字壓鑄機。最初壓鑄的合金是低熔點的鉛和錫合金。隨著對壓鑄件需求量的增加，要求采用壓鑄法生產(chǎn)熔點和強最初壓鑄的合金是低
7、熔點的鉛和錫合金。隨著對壓鑄件需求量的增加，要求采用壓鑄法生產(chǎn)熔點和強度都更高的合金零件，這樣，相應的壓鑄技術(shù)、壓鑄模具和壓鑄設備就不斷地改進發(fā)展。度都更高的合金零件，這樣，相應的壓鑄技術(shù)、壓鑄模具和壓鑄設備就不斷地改進發(fā)展。1905年多勒年多勒(Doehler)研究成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機，壓鑄鋅、錫、鉛合金鑄件。研究成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機，壓鑄鋅、錫、鉛合金鑄件。1907年瓦格納年瓦格納(Wagner)首首先制成氣動活塞壓鑄機，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件。先制成氣動活塞壓鑄機，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件。1927年捷克工程師約瑟夫年捷克工程師約瑟夫 波拉克波拉克(Joset Polak)設設計了冷壓室壓
8、鑄機，克服了熱壓室壓鑄機的不足之處，從而使壓鑄生產(chǎn)技術(shù)前進了一大步，鋁、鎂、計了冷壓室壓鑄機，克服了熱壓室壓鑄機的不足之處，從而使壓鑄生產(chǎn)技術(shù)前進了一大步，鋁、鎂、銅等合金零件開始廣泛采用壓鑄工藝進行生產(chǎn)。壓鑄生產(chǎn)是所有鑄造工藝中生產(chǎn)速度最快的一種，也銅等合金零件開始廣泛采用壓鑄工藝進行生產(chǎn)。壓鑄生產(chǎn)是所有鑄造工藝中生產(chǎn)速度最快的一種，也是最富有競爭力的工藝之一，使得它在短短的是最富有競爭力的工藝之一，使得它在短短的160多年的時間內(nèi)發(fā)展成為航空航天、交通運輸、儀器多年的時間內(nèi)發(fā)展成為航空航天、交通運輸、儀器儀表、通信等領域內(nèi)有色金屬鑄件的主要生產(chǎn)工藝。儀表、通信等領域內(nèi)有色金屬鑄件的主要生產(chǎn)
9、工藝。n20世紀世紀60年代至年代至70年代是壓鑄工藝與設備逐步完善的時期。而年代是壓鑄工藝與設備逐步完善的時期。而70年代到現(xiàn)在，則是電子技術(shù)和計算年代到現(xiàn)在，則是電子技術(shù)和計算機技術(shù)加速用于壓鑄工藝與設備的大發(fā)展階段。數(shù)控壓鑄機、計算機控制壓鑄柔性單元及系統(tǒng)機技術(shù)加速用于壓鑄工藝與設備的大發(fā)展階段。數(shù)控壓鑄機、計算機控制壓鑄柔性單元及系統(tǒng)(壓鑄壓鑄FMC及及FMS)和壓鑄工藝與設備計算機輔助設計和壓鑄工藝與設備計算機輔助設計(CAD)的出現(xiàn)，標志著壓鑄生產(chǎn)開始從經(jīng)驗操作轉(zhuǎn)變到的出現(xiàn)，標志著壓鑄生產(chǎn)開始從經(jīng)驗操作轉(zhuǎn)變到科學控制新階段，從而使壓鑄件的質(zhì)量、自動化程度及勞動生產(chǎn)率都得到極大的提高
10、?？茖W控制新階段，從而使壓鑄件的質(zhì)量、自動化程度及勞動生產(chǎn)率都得到極大的提高。n各種常用鑄造方法適用范圍及技術(shù)經(jīng)濟指標見表各種常用鑄造方法適用范圍及技術(shù)經(jīng)濟指標見表1.1。 u1.2.1 壓鑄原理壓鑄原理 u1.2.2 金屬充填理論金屬充填理論 n高壓和高速是壓鑄時金屬液充填成型過程中高壓和高速是壓鑄時金屬液充填成型過程中的兩大特點，也是壓鑄與其他鑄造方法最根的兩大特點，也是壓鑄與其他鑄造方法最根本的區(qū)別所在。本的區(qū)別所在。 n壓鑄是將液態(tài)或半固態(tài)金屬澆入壓鑄機的壓室中，金屬液在運動的壓射壓鑄是將液態(tài)或半固態(tài)金屬澆入壓鑄機的壓室中，金屬液在運動的壓射沖頭作用下，以極快的速度充填型腔，并在壓力的
11、作用下結(jié)晶凝固而獲沖頭作用下，以極快的速度充填型腔，并在壓力的作用下結(jié)晶凝固而獲得鑄件的一種鑄造方法。壓鑄時作用在金屬液上的壓射比壓從幾兆帕至得鑄件的一種鑄造方法。壓鑄時作用在金屬液上的壓射比壓從幾兆帕至幾十兆帕不等，有時甚至高達幾十兆帕不等，有時甚至高達500兆帕。金屬液充填型腔時，澆口處的兆帕。金屬液充填型腔時，澆口處的線速度達線速度達0.570 m/s。充填的時間極短，一般為。充填的時間極短，一般為0.010.03 s。壓。壓鑄生產(chǎn)過程如圖鑄生產(chǎn)過程如圖1.1所示。所示。n壓鑄過程是由壓鑄機來實現(xiàn)的，壓鑄機分熱壓室壓鑄機和冷壓室壓鑄機壓鑄過程是由壓鑄機來實現(xiàn)的，壓鑄機分熱壓室壓鑄機和冷壓
12、室壓鑄機兩大類。兩大類。n1. 熱壓室壓鑄機工作的基本原理n熱壓室壓鑄機的壓室通常浸沒在坩堝的金屬液中，如圖熱壓室壓鑄機的壓室通常浸沒在坩堝的金屬液中，如圖1.2所示。壓鑄所示。壓鑄過程中，金屬液在壓射沖頭上升時通過進口進入壓室；壓射沖頭下壓時，過程中，金屬液在壓射沖頭上升時通過進口進入壓室；壓射沖頭下壓時，金屬液沿著通道經(jīng)噴嘴充填壓鑄模型腔，待金屬液冷卻凝固成型后，壓金屬液沿著通道經(jīng)噴嘴充填壓鑄模型腔，待金屬液冷卻凝固成型后，壓射沖頭上升，此時開模取出鑄件，完成一個壓鑄循環(huán)。射沖頭上升，此時開模取出鑄件，完成一個壓鑄循環(huán)。n2. 冷壓室壓鑄機工作的基本原理n冷壓室壓鑄機的壓室與保溫坩堝是分開
13、的，壓鑄時由人工用料勺從保溫坩堝內(nèi)舀取金屬液冷壓室壓鑄機的壓室與保溫坩堝是分開的，壓鑄時由人工用料勺從保溫坩堝內(nèi)舀取金屬液澆入壓室后再進行壓鑄。根據(jù)壓鑄模與壓室的相對位置不同，冷壓室壓鑄機又可分為立式、澆入壓室后再進行壓鑄。根據(jù)壓鑄模與壓室的相對位置不同，冷壓室壓鑄機又可分為立式、臥式、全立式三種。臥式、全立式三種。n(1)立式冷壓室壓鑄機的基本原理。壓室與壓射機構(gòu)處于垂直位置，壓鑄過程如圖立式冷壓室壓鑄機的基本原理。壓室與壓射機構(gòu)處于垂直位置，壓鑄過程如圖1.3所示。澆入壓室中的金屬液被反料沖頭托住，以防止金屬液流入型腔。當壓射沖頭下壓快所示。澆入壓室中的金屬液被反料沖頭托住，以防止金屬液流
14、入型腔。當壓射沖頭下壓快要接觸金屬液面時，反料沖頭突然下降讓出噴嘴入口，金屬液在壓射沖頭的作用下充填型要接觸金屬液面時，反料沖頭突然下降讓出噴嘴入口，金屬液在壓射沖頭的作用下充填型腔并使壓鑄件在壓力下冷卻凝固。壓射沖頭在完成金屬液充填型腔并保壓后返回。反料沖腔并使壓鑄件在壓力下冷卻凝固。壓射沖頭在完成金屬液充填型腔并保壓后返回。反料沖頭上升切斷余料并將其推至壓室的上沿，以便去除余料。最后反料沖頭返回，動定模分開，頭上升切斷余料并將其推至壓室的上沿，以便去除余料。最后反料沖頭返回，動定模分開，取出壓鑄件，完成一個壓鑄循環(huán)。取出壓鑄件，完成一個壓鑄循環(huán)。n(2)臥式冷壓室壓鑄機的基本原理。壓室與壓
15、射機構(gòu)處于水平位置，壓鑄過程如圖臥式冷壓室壓鑄機的基本原理。壓室與壓射機構(gòu)處于水平位置，壓鑄過程如圖1.4所示。壓鑄過程中，金屬液從加料口澆入壓室，壓射沖頭向前運動，推動金屬液使之經(jīng)澆所示。壓鑄過程中，金屬液從加料口澆入壓室，壓射沖頭向前運動，推動金屬液使之經(jīng)澆道充填模具型腔。金屬液在壓力下冷卻凝固，然后開模，取出帶著澆注系統(tǒng)和余料的壓鑄道充填模具型腔。金屬液在壓力下冷卻凝固，然后開模，取出帶著澆注系統(tǒng)和余料的壓鑄件，完成一個壓鑄循環(huán)。件，完成一個壓鑄循環(huán)。n(3)全立式冷壓室壓鑄機的基本原理。全立式冷壓室壓鑄機的合模機構(gòu)和壓射機構(gòu)垂直全立式冷壓室壓鑄機的基本原理。全立式冷壓室壓鑄機的合模機構(gòu)
16、和壓射機構(gòu)垂直布置。它又分上壓式和下壓式兩種。上壓式壓鑄原理如圖布置。它又分上壓式和下壓式兩種。上壓式壓鑄原理如圖1.5(a)所示。壓鑄過程是先加料所示。壓鑄過程是先加料后合模，然后壓射沖頭由下向上運動將金屬液通過澆注系統(tǒng)壓入型腔。下壓式壓鑄原理如后合模，然后壓射沖頭由下向上運動將金屬液通過澆注系統(tǒng)壓入型腔。下壓式壓鑄原理如圖圖1.5(b)所示。合模后，將金屬液澆入壓室中，依靠下沖頭底部彈簧彈力，由下沖頭托住所示。合模后，將金屬液澆入壓室中，依靠下沖頭底部彈簧彈力，由下沖頭托住金屬液，防止其在重力的作用下流入型腔。當上沖頭下壓時，通過金屬液推動下沖頭，下金屬液，防止其在重力的作用下流入型腔。當
17、上沖頭下壓時，通過金屬液推動下沖頭，下沖頭下降，讓出澆道，金屬液在上沖頭的壓力作用下充填型腔。沖頭下降，讓出澆道，金屬液在上沖頭的壓力作用下充填型腔。n由前可知，壓鑄是金屬液在極高的壓力作用下，在很短的時間內(nèi)以極高的速度充滿型腔的。這個過程由前可知，壓鑄是金屬液在極高的壓力作用下，在很短的時間內(nèi)以極高的速度充滿型腔的。這個過程是十分復雜的，它涉及流體動力學問題和熱力學問題，并且與許多因素有關，如金屬液的成分、黏度、是十分復雜的，它涉及流體動力學問題和熱力學問題，并且與許多因素有關，如金屬液的成分、黏度、表面張力、重度及結(jié)晶溫度，鑄件的結(jié)構(gòu)形狀，澆口的位置、形狀及大小，壓射比壓、壓射速度，澆表面
18、張力、重度及結(jié)晶溫度，鑄件的結(jié)構(gòu)形狀，澆口的位置、形狀及大小，壓射比壓、壓射速度，澆注系統(tǒng)，模具溫度等。這些因素又是動態(tài)的，相互影響的。注系統(tǒng)，模具溫度等。這些因素又是動態(tài)的，相互影響的。n高溫金屬液壓入溫度較低的壓鑄模澆注系統(tǒng)內(nèi)時，金屬液與模具之間就產(chǎn)生各種形式的熱交換。金屬高溫金屬液壓入溫度較低的壓鑄模澆注系統(tǒng)內(nèi)時，金屬液與模具之間就產(chǎn)生各種形式的熱交換。金屬液失去熱量，溫度降低；模具得到了熱量，溫度提高。金屬液溫度降低表面張力增大，黏度增大，流液失去熱量，溫度降低；模具得到了熱量，溫度提高。金屬液溫度降低表面張力增大，黏度增大，流動性降低。當它們超過某一限度時，鑄件就會產(chǎn)生輪廓不清晰、缺
19、肉、冷隔、流紋、夾渣等鑄造缺陷。動性降低。當它們超過某一限度時，鑄件就會產(chǎn)生輪廓不清晰、缺肉、冷隔、流紋、夾渣等鑄造缺陷。n此外，金屬液充填型腔時還受到各種阻力的影響，而且充填速度越大受到的阻力也越大。金屬液進入此外，金屬液充填型腔時還受到各種阻力的影響，而且充填速度越大受到的阻力也越大。金屬液進入型腔時，首先受到型腔內(nèi)氣體的阻力，排氣不良的鑄型與排氣良好的鑄型相比，在充填金屬液時，前型腔時，首先受到型腔內(nèi)氣體的阻力，排氣不良的鑄型與排氣良好的鑄型相比，在充填金屬液時，前者的充填速度只有后者的一半。其次，金屬液充填型腔過程中碰到型壁和型芯時也將受到較大的阻力，者的充填速度只有后者的一半。其次，
20、金屬液充填型腔過程中碰到型壁和型芯時也將受到較大的阻力，能量損失較大。能量損失較大。n為了清楚地看到金屬液在充型受阻后對鑄件成型的影響，我們可以做充填為了清楚地看到金屬液在充型受阻后對鑄件成型的影響，我們可以做充填U形型腔的試驗。試驗用形型腔的試驗。試驗用U形形鑄件，一個端部為矩形，另一個端部是圓形。澆口都位于鑄件另一端一壁的中心，直徑為鑄件，一個端部為矩形，另一個端部是圓形。澆口都位于鑄件另一端一壁的中心，直徑為2 mm，長，長為為10 mm，如圖，如圖1.6所示。金屬液充填速度為所示。金屬液充填速度為1520 m/s。圖。圖1.7、圖、圖1.8分別表示金屬液充填二種分別表示金屬液充填二種型
21、腔的情況。比較圖型腔的情況。比較圖1.7和圖和圖1.8在相近的充填時間段內(nèi)各自的充填情況，可以看到：在相近的充填時間段內(nèi)各自的充填情況，可以看到：n(1)金屬液充填端部為矩形的型腔時受到的阻力比端部為圓形的大。金屬液充填端部為矩形的型腔時受到的阻力比端部為圓形的大。n(2)端部為矩形時，在端部為矩形時，在1610-3 s時金屬液就有回流產(chǎn)生，回流現(xiàn)象一直持續(xù)到充填結(jié)束。這是因時金屬液就有回流產(chǎn)生，回流現(xiàn)象一直持續(xù)到充填結(jié)束。這是因為液流在直角轉(zhuǎn)折處受到較大阻力，金屬液動能損失較大，向前充填的速度降低，致使從澆口進入型為液流在直角轉(zhuǎn)折處受到較大阻力，金屬液動能損失較大，向前充填的速度降低，致使從
22、澆口進入型腔的金屬液在此積聚起來并產(chǎn)生回流。腔的金屬液在此積聚起來并產(chǎn)生回流。 n(3)8510-3 s時端部為矩形的時端部為矩形的U形型腔尚有形型腔尚有1/5的型腔未被充滿，而端部為的型腔未被充滿，而端部為圓形的圓形的U形型腔在形型腔在8610-3 s時已全部充滿。時已全部充滿。n(4)試驗測定了流動速度。在端部為矩形的試驗測定了流動速度。在端部為矩形的U形型腔中流動速度由形型腔中流動速度由1520 m/s下降到下降到2.54 m/s時，端部為圓形的時，端部為圓形的U形型腔只降到形型腔只降到8.59.6 m/s。n當金屬液在壓力作用下進入型腔，噴射的金屬流未撞擊對面型壁之前，其保持當金屬液在
23、壓力作用下進入型腔，噴射的金屬流未撞擊對面型壁之前，其保持初始的方向及截面形狀。撞擊型壁后，該處金屬液將形成擾動的聚集區(qū)。繼續(xù)初始的方向及截面形狀。撞擊型壁后，該處金屬液將形成擾動的聚集區(qū)。繼續(xù)充填，則擾動明顯增加。先期撞擊型壁的金屬液流束從聚集區(qū)沿型壁向澆口方充填，則擾動明顯增加。先期撞擊型壁的金屬液流束從聚集區(qū)沿型壁向澆口方向折回，折回的金屬液量與金屬流束的截面大小、速度及金屬液的黏度有關。向折回，折回的金屬液量與金屬流束的截面大小、速度及金屬液的黏度有關。在折回的過程中由于與型壁摩擦及熱量損失，損耗了能量，從而使流束減慢下在折回的過程中由于與型壁摩擦及熱量損失，損耗了能量，從而使流束減慢
24、下來，以致聚集區(qū)的金屬液超過了往回折的金屬液。因此在返回充填型腔的過程來，以致聚集區(qū)的金屬液超過了往回折的金屬液。因此在返回充填型腔的過程中，產(chǎn)生劇烈的渦流現(xiàn)象，如圖中，產(chǎn)生劇烈的渦流現(xiàn)象，如圖1.9所示。所示。n當當f /F1/3且以較低的速度充填時，除金屬液聚集區(qū)的前沿部分稍有擾動外其且以較低的速度充填時，除金屬液聚集區(qū)的前沿部分稍有擾動外其余部分相當穩(wěn)定。而且，隨著聚集區(qū)的增加，充填過程越來越平穩(wěn)。反之，當余部分相當穩(wěn)定。而且，隨著聚集區(qū)的增加，充填過程越來越平穩(wěn)。反之，當f /F1/3且高速充填型腔時，則在整個充填過程中聚集區(qū)都發(fā)生激烈擾動。且高速充填型腔時，則在整個充填過程中聚集區(qū)都
25、發(fā)生激烈擾動。圖1.7 端部為矩形的U形型腔的充填時間/10-3s圖1.8 端部圓形U形型腔的充填時間/10-3 sn第一階段：金屬液以接近內(nèi)澆口橫截面的形狀進入型腔，首先撞擊到對面的型壁，在該處第一階段：金屬液以接近內(nèi)澆口橫截面的形狀進入型腔，首先撞擊到對面的型壁，在該處沿型壁向型腔四周擴展后返回澆口，在金屬液流過的型壁上形成鑄件的外殼沿型壁向型腔四周擴展后返回澆口，在金屬液流過的型壁上形成鑄件的外殼(薄殼層薄殼層)。n第二階段：隨后進入的金屬液沉積在薄殼層內(nèi)，并繼續(xù)充填，直至充滿。第二階段：隨后進入的金屬液沉積在薄殼層內(nèi)，并繼續(xù)充填，直至充滿。n第三階段：在型腔完全充滿的同時，壓力通過余料
26、中心部分尚未凝固的金屬液的傳遞而作第三階段：在型腔完全充滿的同時，壓力通過余料中心部分尚未凝固的金屬液的傳遞而作用在鑄件上。用在鑄件上。n巴頓還認為，充填過程的三個階段對鑄件質(zhì)量所起的作用是不同的。第一階段是影響鑄件巴頓還認為，充填過程的三個階段對鑄件質(zhì)量所起的作用是不同的。第一階段是影響鑄件表面質(zhì)量；第二階段是影響鑄件的硬度；第三階段是影響鑄件的強度。表面質(zhì)量；第二階段是影響鑄件的硬度；第三階段是影響鑄件的強度。n三階段充填理論與噴射充填理論的實驗結(jié)果基本一致，全壁厚充填理論只在特定的條件下三階段充填理論與噴射充填理論的實驗結(jié)果基本一致，全壁厚充填理論只在特定的條件下才出現(xiàn)。由于壓鑄過程中充
27、填鑄型是在極短的時間內(nèi)完成的，并且金屬液有些是不連續(xù)的，才出現(xiàn)。由于壓鑄過程中充填鑄型是在極短的時間內(nèi)完成的，并且金屬液有些是不連續(xù)的，另外，充填過程還受壓鑄工藝參數(shù)、鑄件的結(jié)構(gòu)與形狀、澆口的位置與大小、壓鑄合金性另外，充填過程還受壓鑄工藝參數(shù)、鑄件的結(jié)構(gòu)與形狀、澆口的位置與大小、壓鑄合金性能等因素的影響，因此對充填理論一直存在著不同的看法。能等因素的影響，因此對充填理論一直存在著不同的看法。u1.3.1 壓鑄工藝特點壓鑄工藝特點 u1.3.2 壓鑄工藝的應用及發(fā)展壓鑄工藝的應用及發(fā)展 n壓鑄是高壓高速充填成型，所以壓鑄工藝和壓鑄是高壓高速充填成型，所以壓鑄工藝和生產(chǎn)過程、壓鑄件的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以
28、及有關性生產(chǎn)過程、壓鑄件的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及有關性能都有自己的特點。能都有自己的特點。n與其他金屬成型工藝相比，壓鑄的特點為：與其他金屬成型工藝相比，壓鑄的特點為：n(1)生產(chǎn)率極高，生產(chǎn)過程容易實現(xiàn)機械化和自動化。一般冷壓室壓鑄機每八小時可壓生產(chǎn)率極高，生產(chǎn)過程容易實現(xiàn)機械化和自動化。一般冷壓室壓鑄機每八小時可壓鑄鑄600700次，熱壓室壓鑄機每八小時可壓鑄次，熱壓室壓鑄機每八小時可壓鑄3 0007 000次。而且一幅壓鑄模中的次。而且一幅壓鑄模中的型腔往往不止一個，這樣生產(chǎn)的壓鑄件數(shù)也就成倍地增加了。型腔往往不止一個，這樣生產(chǎn)的壓鑄件數(shù)也就成倍地增加了。n(2)鑄件的尺寸精度高，其尺寸穩(wěn)定、一
29、致性好、加工余量少而且有很好的裝配性。壓鑄件的尺寸精度高，其尺寸穩(wěn)定、一致性好、加工余量少而且有很好的裝配性。壓鑄件的精度可達鑄件的精度可達IT11IT13級，有時可達級，有時可達IT9級。表面粗糙度值一般為級。表面粗糙度值一般為Ra0.83.2，最，最低達低達Ra0.4。一般壓鑄件只需對少數(shù)幾個尺寸部位進行機械加工，有的零件甚至于不需機。一般壓鑄件只需對少數(shù)幾個尺寸部位進行機械加工，有的零件甚至于不需機械加工就可直接裝配使用。這樣材料利用率高，可達械加工就可直接裝配使用。這樣材料利用率高，可達60%80%，毛坯利用率達，毛坯利用率達90%。n(3)鑄件組織致密，具有較高的強度和硬度。由于壓鑄
30、時金屬液是在壓力下凝固的，又鑄件組織致密，具有較高的強度和硬度。由于壓鑄時金屬液是在壓力下凝固的，又因高速充填，冷卻速度極快，使鑄件表面生成一層冷硬層因高速充填，冷卻速度極快，使鑄件表面生成一層冷硬層(約約0.30.8 mm)，該層的金，該層的金屬晶粒細小，組織致密。所以壓鑄件強度和硬度較高，堅實耐磨。當壓鑄件壁厚適當且均屬晶粒細小，組織致密。所以壓鑄件強度和硬度較高，堅實耐磨。當壓鑄件壁厚適當且均勻時，其強度更高。勻時，其強度更高。n(4)可以壓鑄形狀復雜、輪廓清晰的薄壁深腔鑄件，因為金屬液在高壓下能保持高的流可以壓鑄形狀復雜、輪廓清晰的薄壁深腔鑄件，因為金屬液在高壓下能保持高的流動性。壓鑄
31、件最小壁厚鋅合金可達到動性。壓鑄件最小壁厚鋅合金可達到0.3 mm，鋁合金約為，鋁合金約為0.5 mm。最小鑄出孔徑為。最小鑄出孔徑為 0.7 mm，可鑄螺紋的最小螺距為，可鑄螺紋的最小螺距為0.75 mm。n(5)鑲鑄法可省去裝配工序，簡化制造工藝。在壓鑄件的特定部位上可以直接嵌入所需鑲鑄法可省去裝配工序，簡化制造工藝。在壓鑄件的特定部位上可以直接嵌入所需的其他材料的制件，例如磁鐵、銅套、絕緣材料等嵌件以滿足特殊要求，既省去了裝配工的其他材料的制件，例如磁鐵、銅套、絕緣材料等嵌件以滿足特殊要求，既省去了裝配工序，又簡化了制造工藝。序，又簡化了制造工藝。n(6)鑄件內(nèi)部有氣孔存在，但一般仍能滿
32、足使用要求。由于金屬液充填速度極快，充填鑄件內(nèi)部有氣孔存在，但一般仍能滿足使用要求。由于金屬液充填速度極快，充填時卷入型腔中的氣體很難完全排除，致使壓鑄件內(nèi)常有氣孔及氧化夾雜物存在，從而降低時卷入型腔中的氣體很難完全排除，致使壓鑄件內(nèi)常有氣孔及氧化夾雜物存在，從而降低了壓鑄件的質(zhì)量。因此，一般壓鑄件不能進行熱處理，也不宜在高溫下工作。同樣，也不了壓鑄件的質(zhì)量。因此，一般壓鑄件不能進行熱處理，也不宜在高溫下工作。同樣，也不希望進行機械加工，以免鑄件表層下的氣孔露出來。希望進行機械加工，以免鑄件表層下的氣孔露出來。n(7)壓鑄機的壓室和壓鑄模型腔的材料限制了壓鑄合金的種類。高熔點的黑色金屬因其壓鑄
33、機的壓室和壓鑄模型腔的材料限制了壓鑄合金的種類。高熔點的黑色金屬因其壓鑄模使用壽命短而目前難以在實際生產(chǎn)中壓鑄。在同一種合金中，又有牌號限制，這是壓鑄模使用壽命短而目前難以在實際生產(chǎn)中壓鑄。在同一種合金中，又有牌號限制，這是因為壓鑄過程的特點，如激冷、收縮應力、成型時的充填條件等造成的。因為壓鑄過程的特點，如激冷、收縮應力、成型時的充填條件等造成的。n(8)壓鑄件的尺寸受壓鑄機鎖模力及裝模尺寸的制約，故大型壓鑄件的生產(chǎn)受到限制。壓鑄件的尺寸受壓鑄機鎖模力及裝模尺寸的制約，故大型壓鑄件的生產(chǎn)受到限制。目前大型壓鑄機有所發(fā)展，大型零件的壓鑄問題正逐漸得到解決。目前大型壓鑄機有所發(fā)展，大型零件的壓鑄
34、問題正逐漸得到解決。n(9)壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)。由于壓鑄機價格高，壓鑄模制造費用高、工時長、壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)。由于壓鑄機價格高，壓鑄模制造費用高、工時長、維修費用也高，故生產(chǎn)總成本高，不宜小批量生產(chǎn)。維修費用也高，故生產(chǎn)總成本高，不宜小批量生產(chǎn)。 n壓力鑄造的應用范圍很廣。在有色合金中，以鋁合金壓鑄件比例最高壓力鑄造的應用范圍很廣。在有色合金中，以鋁合金壓鑄件比例最高(約約30%35%)，鋅合金次之。在國外，鋅合金鑄件大部分為壓鑄件，銅合金鋅合金次之。在國外，鋅合金鑄件大部分為壓鑄件，銅合金(黃銅黃銅)鑄件僅占壓鑄件總量的鑄件僅占壓鑄件總量的1%2%，鎂合金壓鑄件易產(chǎn)生裂紋，
35、且工藝復雜，故少用。目前用壓鑄工藝生產(chǎn)的鑄，鎂合金壓鑄件易產(chǎn)生裂紋，且工藝復雜，故少用。目前用壓鑄工藝生產(chǎn)的鑄件重量可以從幾克到數(shù)十千克。其投影面積可以從零點零幾平方厘米到數(shù)千平方厘米?，F(xiàn)件重量可以從幾克到數(shù)十千克。其投影面積可以從零點零幾平方厘米到數(shù)千平方厘米?，F(xiàn)代工業(yè)的各個部門如汽車、摩托車、拖拉機、航空、農(nóng)業(yè)機械、儀器、儀表、日常用品等代工業(yè)的各個部門如汽車、摩托車、拖拉機、航空、農(nóng)業(yè)機械、儀器、儀表、日常用品等方面無不用到壓鑄件。發(fā)達國家如美國、日本、英國、德國等國的壓鑄件生產(chǎn)主要是在汽方面無不用到壓鑄件。發(fā)達國家如美國、日本、英國、德國等國的壓鑄件生產(chǎn)主要是在汽車制造業(yè)的促進下發(fā)展起
36、來的。目前，我國壓鑄生產(chǎn)從壓鑄機質(zhì)量和先進技術(shù)的綜合水平車制造業(yè)的促進下發(fā)展起來的。目前，我國壓鑄生產(chǎn)從壓鑄機質(zhì)量和先進技術(shù)的綜合水平以及生產(chǎn)效率來看，與壓鑄生產(chǎn)先進國家相比還有一定的距離，不過隨著汽車、航空、儀以及生產(chǎn)效率來看，與壓鑄生產(chǎn)先進國家相比還有一定的距離，不過隨著汽車、航空、儀表等制造業(yè)的發(fā)展，壓鑄生產(chǎn)技術(shù)將隨之有一個大發(fā)展。今后發(fā)展的主要趨勢應該是：表等制造業(yè)的發(fā)展，壓鑄生產(chǎn)技術(shù)將隨之有一個大發(fā)展。今后發(fā)展的主要趨勢應該是：n(1)進一步提高壓鑄模壽命，降低成本，以解決黑色金屬壓鑄問題。進一步提高壓鑄模壽命，降低成本，以解決黑色金屬壓鑄問題。n(2)鎂合金是近幾年國際比較關注的合
37、金材料。對鎂合金研究開發(fā)特別是鎂合金壓鑄、鎂合金是近幾年國際比較關注的合金材料。對鎂合金研究開發(fā)特別是鎂合金壓鑄、擠壓鑄造、半固態(tài)加工等技術(shù)將得到進一步的研究和應用。擠壓鑄造、半固態(tài)加工等技術(shù)將得到進一步的研究和應用。n(3)計算機在壓鑄中的應用是提高壓鑄技術(shù)水平的重要途徑。計算機技術(shù)將在壓鑄中得計算機在壓鑄中的應用是提高壓鑄技術(shù)水平的重要途徑。計算機技術(shù)將在壓鑄中得到多方面的應用，例如金屬液充型的計算機模擬研究由高壓鑄造轉(zhuǎn)向半固態(tài)壓鑄過程；低到多方面的應用，例如金屬液充型的計算機模擬研究由高壓鑄造轉(zhuǎn)向半固態(tài)壓鑄過程；低壓鑄造過程的充型模擬研究；利用壓鑄造過程的充型模擬研究；利用CAD進行壓鑄模具設計，提高設計速度和設計精度；開進行壓鑄模具設計，提高設計速度和設計精度；開發(fā)具有壓鑄模澆注系統(tǒng)的發(fā)具有壓鑄模澆注系統(tǒng)的CAD設計軟件等。設計軟件等。n(4)研究開發(fā)新型壓鑄機，生產(chǎn)更大的壓鑄件。研究開發(fā)新型壓鑄機，生產(chǎn)更大的壓鑄件。 n(1) 什么是金屬壓力鑄造？什么是金屬壓力鑄造？n(2) 幾種壓鑄機的基本工作原理各是什么？幾種壓鑄機的基本工作原理各是什么？n(3) 壓鑄工藝的特點是什么？主要應用在什么場合？壓鑄工藝的特點是什么？主要應用在什么場合？
《金屬壓鑄工藝與模具設計》第1章：概述
