压铸用的金属
各种材料对应的最小截面积以及最小拔模角如以下表格所列,最厚截面应该低于13毫米 。
用于压铸的金属主要包括锌、铜、铝、镁、铅、锡以及铅锡合金,虽然压铸铁很罕见,不过也是可行的。比较特殊的压铸金属包括ZAMAK、铝锌合金以及美国铝业协会的标准:AA380、AA384、AA386、AA390以及AZ91D镁。各种金属的压铸时的特点如下:
锌:最容易压铸的金属,制造小型部件时很经济,容易镀膜,抗压强度、塑性高,铸造寿命长。
铝:质量轻、制造复杂和薄壁铸件时尺寸稳定性高,耐腐蚀性强,机械性能好,高导热以及导电性,高温下强度依然很高。
镁:易于进行机械加工,强度重量比高,常用压铸金属中最轻。
铜:硬度高,耐腐蚀性强,常用压铸金属中机械性能最好,抗磨损,强度接近钢铁。
铅和锡:密度高,尺寸精度极高,可用作特殊防腐蚀部件。出于公共卫生方面的考虑,这种合金不能用作食品加工、储存设备。铅锡锑的合金(有时也含一点铜)可以用来制造凸版印刷中的手工铅字以及烫金。
使用铝、铜、镁和锌进行压铸的质量上限分别为70磅(32千克)、10磅(4.5千克)、44磅(20千克)以及75磅(34千克)。
优缺点
1)优点
压铸的优点包括,铸件拥有优秀的尺寸精度。通常这取决于铸造材料,典型的数值为最初2.5厘米尺寸时误差0.1毫米,每增加1厘米误差增加0.002毫米。相比其它铸造工艺,它的铸件表面光滑,圆角半径大约为1-2.5微米。相对于沙箱或者永久模铸造法来说可以制造壁厚大约0.75毫米的铸件。它可以直接铸造内部结构,比如丝套、加热元件、高强度承载面。其它一些优点包括它能够减少或避免二次机械加工,生产速度快、铸件抗拉强度可达415兆帕、可以铸造高流动性的金属。
2)缺点
压铸最大的缺点为成本很高。铸造设备以及模具、模具相关组件相对其它铸造方法来说都很贵。因此制造压铸件时生产大量产品才比较经济。其它缺点包括:这个工艺只适用于流动性较高的金属,而且铸造质量必须介于30克与10千克之间 。在通常的压铸中,最后铸造的一批铸件总会有孔隙。因而不能进行任何热处理或者焊接,因为缝隙内的气体会在热量作用下膨胀,从而导致内部的微型缺陷和表面的剥离。
特点
压力铸造简称压铸,是一种将熔融合金液倒入压室内,以高速充填钢制模具的型腔,并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。 压铸区别于其它铸造方法的主要特点是高压和高速。
①金属液是在压力下填充型腔的,并在更高的压力下结晶凝固,常见的压力为15-100MPa。
②金属液以高速充填型腔,通常在10-50米/秒,有的还可超过80米/秒,(通过内浇口导入型腔的线速度-内浇口速度),因此金属液的充型时间极短,约0.01-0.2秒(须视铸件的大小而不同)内即可填满型腔。
压铸是一种精密的铸造方法,经由压铸而铸成的压铸件之尺寸公差甚小,表面精度甚高,在大多数的情况下,压铸件不需再车削加工即可装配应用,有螺纹的零件亦可直接铸出。从一般的照相机件、打字机件、电子计算器件及装饰品等小零件,以及汽车、机车、飞机等交通工具的复杂零件大多是利用压铸法制造的。
失效形式
1)损坏
压铸生产时,模具反复受激冷激热的作用,成型表面与其内部产生变形,相互牵扯而出现反复循环的热应力,导致组织结构二损伤和丧失韧性,引发微裂纹的出现,并继续扩展,一旦裂纹扩大,还有熔融的金属液挤入,加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。 为此,一方面压铸起始时模具必须充分预热。另外,在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中,以免出现早期龟裂失效。同时,要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。因实际生产中,多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。
2)碎裂
在压射力的作用下,模具会在最薄弱处萌生裂纹,尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光,或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹,当晶界存在脆性相或晶粒粗大时,即容易断裂。而脆性断裂时裂纹的扩展很快,这对模具的碎裂失效是很危险的因素。为此,一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光,即使它在浇注系统部位,也必须打光。另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。
3)溶蚀
前面已讲过,常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金,也有纯铝压铸的,Zn、Al、Mg是较活泼的金属元素,它们与模具材料有较好的亲和力,特别是Al易咬模。当模具硬度较高时,则抗蚀性较好,而成型表面若有软点,则对抗蚀性不利。致使模具失效的因素很多,既有外因(例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等)。也有内因(例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机(电加工)加工时产生的内应力、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等)。 模具若出现早期失效,则需找出是哪些内因或外因,以便今后改进。 但在实际生产中,溶蚀仅是模具的局部地方,例内浇口直接冲刷的部位(型芯、型腔)易出现溶蚀现象,以及硬度偏软处易出现铝合金的粘模。
问题
1)浇注排溢
对于冷室卧式压铸机上模具直浇道的要求:
① 压室内径尺寸应根据所需的比压与压室充满度来选定,同时,浇口套的内径偏差应比压室内径的偏差适当放大几丝,从而可避免因浇口套与压室内径不同轴而造成冲头卡死或磨损严重的问题,且浇口套的壁厚不能太薄。浇口套的长度一般应小于压射冲头的送出引程,以便涂料从压室中脱出。
② 压室与浇口套的内孔,在热处理后应精磨,再沿轴线方向进行研磨,其表面粗糙≤Ra0.2μm。
③ 分流器与形成涂料的凹腔,其凹入深度等于横浇道深度,其直径配浇口套内径,沿脱模方向有5°斜度。当采用涂导入式直浇道时,因缩短了压室有效长度的容积,可提高压室的充满度。
2)模具要求
① 冷卧式模具横浇道的入口处一般应位于压室上部内径2/3以上部位,以免压室中金属液在重力作用下过早进入横浇道,提前开始凝固。
② 横浇道的截面积从直浇道起至内浇口应逐渐减小,为出现截面扩大,则金属液流经时会出现负压,易吸入分型面上的气体,增加金属液流动中的涡流裹气。一般出口处截面比进口处小10-30%。
③ 横浇道应有一定的长度和深度。保持一定长度的目的是起稳流和导向的作用。若深度不够,则金属液降温快,深度过深,则因冷凝过慢,既影响生产率又增加回炉料用量。
④ 横浇道的截面积应大于内浇口的截面积,以保证金属液入型的速度。主横浇道的截面积应大于各分支横浇道的截面积。
⑤ 横浇道的底部两侧应做成圆角,以免出现早期裂纹,二侧面可做出5°左右的斜度。横浇道部位的表面粗糙度≤Ra0.4μm。
3)内浇口
① 金属液入型后不应立即封闭分型面,溢流槽和排气槽不宜正面冲击型芯。金属液入型后的流向尽可能沿铸入的肋筋和散热片,由厚壁处向薄壁处填充等。
② 选择内浇口位置时,尽可能使金属液流程最短。采用多股内浇口时,要防止入型后几股金属液汇合、相互冲击,从而产生涡流包气和氧化夹杂等缺陷。
③ 薄壁件的内浇口厚件要适当小些,以保证必要的填充速度,内浇口的设置应便于切除,且不使铸件本体有缺损(吃肉)。
4)溢流槽
① 溢流槽要便于从铸件上去除,并尽量不损伤铸件本体。
② 溢流槽上开设排气槽时,需注意溢流口的位置,避免过早阻塞排气槽,使排气槽不起作用。
③ 不应在同一个溢流槽上开设几个溢流口或开设一个很宽很厚的溢流口,以免金属液中的冷液、渣、气、涂料等从溢流槽中返回型腔,造成铸件缺陷。