压铸工艺及模具设计 第2章 压铸过程原理

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1、压铸工艺及模具设计2压铸过程原理2.1压铸压力2.2压铸速度2.3金属充填铸型的形态压铸工艺及模具设计压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填压铸模型腔，并在高压下成型、结晶,因此，压铸过程中压力和速度的变化及其作用是至关重要的，它们直接影响金属充填形态和金属液在型腔中的运动，从而影响压铸件的质量。2压铸过程原理2.1压铸压力压铸压力是压铸工艺中主要的参数之一。压铸过程中的压力是由压铸机的压射机构产生的，压射机构通过工作液体将压力传递给压射活塞，然后由压射活塞经压射冲头施加于压室内的金属液上。压铸工艺及模具设计作用于金属液上的压力是获得组织致密和轮廓清晰

2、的铸件的主要因素，所以，必须了解并掌握压铸过程中作用在金属液上的压力的变化情况，以便正确利用压铸过程中各阶段的压力，并合理选择压力的数值。压铸过程中的压力可以用压射力和压射压力两种形式来表示。压铸机压射缸内的工作液作用于压射冲头，使其推动金属液充填模具型腔的力，称为压射力。其大小反映了压铸机功率的大小。压射压力是指压射过程中，压室内单位面积上金属液所受到的静压力。压射力和压射压力的关系如下：(2-1)压铸工艺及模具设计式中p——压射压力（Pa）；F——压射力（N）；A——压射冲头截面积（近似等于压室截面积）（m2）；D——压射缸直径（m）。由式(2-1)

3、可知，压射压力与压射力成正比，而与压射冲头的截面积成反比。所以，压射压力可以通过调整压射力和更换不同直径的压射冲头来实现。既考虑压射力又考虑压射压力，会把问题复杂化，而且压射压力更能反映压铸过程中金属液在充填时的各个阶段以及金属液流经各个不同截面时的力的概念，因此，压铸压力通常指的是压射压力。在压铸过程中，作用在金属液上的压射压力并不是一个常数，而是随着压射阶段的变化而改变。金属液在压室与压铸模型腔中的运动可分解为四个阶段，图2-1表示在不同阶段，压射冲头的运动速度与金属液所受的压力（压射压力）曲线。压铸工艺及模具设计图2-1压铸不同阶段，压射冲头运动速

4、度与金属液所受压力的变化情况τ－压铸的各个阶段v－压射冲头的运动速度p－压射压力压铸工艺及模具设计第一阶段τ1压射冲头以慢速v1前进，封住浇口，金属液被推动，其所受压力p1也较低，此时p1仅用于克服压室与液压缸对运动活塞的摩擦阻力。第二阶段τ2本阶段在压射冲头作用下，金属液将完全充满压室至浇口处的空间，压射冲头的速度达到v2，压力p2也由于压室中金属液的反作用而超过p1。第三阶段τ3金属液充填浇注系统和压铸模型腔，因为内浇口面积急剧缩小，故使金属液流动速度v3下降，但压力则上升至p3，在第三阶段结束前，金属液因压射机构的惯性关系，而发生水锤作用，使压力增

5、高，并发生波动，待波动消失之后，即开始压铸的第四阶段。压铸工艺及模具设计第四阶段τ4本阶段的主要任务是建立最后的增压，使铸件在压力p下凝固，而达到使铸件致密的目的。所需最终压力p4的大小与合金的种类、状态（粘度、密度）和对铸件的质量要求有关。p4一般为50～500MPa。如果在最终压力达到时，浇注系统中的金属仍处于液态或半固态，则压力p4将传给凝固中的铸件，缩小铸件中的缩孔、气泡，改善铸件表面质量（特别是在半固态压铸时）。上述过程称为四级压射。根据工艺要求，压铸机均应实现四级压射。压铸工艺及模具设计目前使用的大中型压铸机为四级压射，中小型压铸机多为三级压

6、射，这种机构（参考第四章中压铸机的压射机构部分）是把四级压射中的二和三阶段合为一个阶段。从τ1~τ4为一个压铸周期，其中p3愈高所得的充填速度愈高，而p4愈大，则愈易获得外廓清晰、组织致密和表面粗糙度要求高的铸件。在整个过程中p3和p4是最重要的。压铸工艺及模具设计所以，在压铸过程中压力的主要作用在一定程度上是为了获得速度，保证液态金属的流动性。但要达到这一目的，必须具备以下条件：(1)铸件和内浇口应具有适当的厚度。(2)具有相当厚度的余料和足够的压射力，否则效果不好。上述的压力和速度的变化曲线只是理论性的，实际上液态金属充填型腔时，因铸件复杂程度不同，

7、金属充填特性及操作不同等因素，压射曲线也会出现不同的形式。压铸工艺及模具设计压铸中，压铸速度有压射速度和充填速度两个不同的概念。压射速度是指压铸机压射缸内的压力油推动压射冲头前进的线速度。充填速度是指金属液在压力作用下，通过内浇口进入型腔的线速度。充填速度的主要作用是将金属液在凝固之前迅速输入型腔，它是获得轮廓清晰、表面质量高的铸件的重要因素。速度和压力是密切相关的两个工艺参数，因此除有适当的压射压力外，还必须正确地选择速度。充填速度确定的依据是合金的特性和铸件的结构特点。当充填速度较低时，会使铸件轮廓不清，甚至不能成型。2.2压铸速度压铸工艺及模具设计

8、当充填速度较高时，即使采用较低的压射压力也可以获得表面质量高的铸件。但是过高的充