項目一 抽屜拉手鋅合金熱壓室壓鑄機壓鑄模設(shè)計

任務一 抽屜拉手壓鑄材料選擇及其熔煉

任務引入

圖1-1-1和圖1-1-2分別為家具用抽屜拉手壓鑄件實體圖和平面圖，要求選擇抽屜拉手合金材料，確定合金熔煉工藝。

任務操作流程

1.根據(jù)鑄件受力狀態(tài)及工作環(huán)境、工作條件和生產(chǎn)條件，選擇合金種類。

2.根據(jù)所選合金，確定熔煉設(shè)備和壓鑄設(shè)備種類。

3.確定熔煉工藝。

教學目標

※能力目標

1.能夠根據(jù)壓鑄件使用性能選用材料。

2.能夠確定壓鑄合金熔煉設(shè)備類型。

3.能夠根據(jù)壓鑄合金材料，確定壓鑄成型設(shè)備類型及成型工藝。

※知識目標

1.熟悉鋅合金材料性能及其應用。

2.掌握鋅合金材料熔煉工藝。

3.了解鋅合金材料成型設(shè)備及工藝過程。

4.掌握壓鑄鋅合金的選擇步驟和方法。

5.掌握熱壓室壓鑄機的壓鑄特點、原理及工藝過程。

相關(guān)知識

一、壓鑄定義、本質(zhì)、生產(chǎn)要素及工藝過程

1.壓鑄定義

壓鑄是壓力鑄造的簡稱，是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)合金以較高的速度充填鑄模型腔，并在壓力下成型和凝固，獲得鑄件。

2.壓鑄本質(zhì)

高壓力和高速度，也是壓鑄與其他鑄造方法最根本的區(qū)別所在。

3.壓鑄生產(chǎn)要素

合金材料、壓鑄機和壓鑄模。

4.壓鑄工藝過程

壓鑄工藝過程如圖1-1-3所示。

二、壓鑄成型的優(yōu)、缺點

1.優(yōu)點

（1）壓鑄件的尺寸精度高，表面粗糙度值低。

（2）材料利用率高達60%～80%，毛坯利用率達90%。

（3）可以制造形狀復雜、輪廓清晰、薄壁深腔的金屬零件。

（4）在壓鑄件上可以直接嵌鑄其他材料的零件。

（5）壓鑄件組織致密，具有較高的強度和硬度。

（6）生產(chǎn)率極高。

（7）壓鑄件質(zhì)量及尺寸：質(zhì)量最小的只有零點幾克，最大的鋁合金鑄件質(zhì)量達60kg；尺寸最大的直徑可達2m。

2.缺點

（1）壓鑄件常有氣孔及氧化夾雜物存在。

（2）不適合小批量生產(chǎn)（成型模具昂貴）。

（3）壓鑄件尺寸和結(jié)構(gòu)受到限制。

（4）壓鑄合金材料受到限制（僅限于鋅、鋁、鎂、銅），壓鑄黑色金屬時，壓鑄模具使用壽命很低。

（5）設(shè)備投資大，生產(chǎn)準備周期長。

三、壓鑄成型的應用范圍

壓鑄成型主要用于汽車及摩托車制造業(yè)，還有工業(yè)電器、儀器儀表、家用電器、通信、照相機、計算機、鐘表等。以鋁合金鑄件居多（占60%～80%），鋅合金次之（占10%～20%），鎂合金被譽為“21世紀綠色工程材料”，用于計算機、通信器材、消費類電子、航空航天等。

四、壓鑄生產(chǎn)對壓鑄合金的要求

1.基本要求

（1）過熱溫度不高時，具有較好的流動性。

（2）線收縮率和裂紋傾向小。

（3）結(jié)晶溫度范圍小。

（4）具有一定的高溫強度。

（5）在常溫下有較高的強度。

（6）與型腔壁間產(chǎn)生物理-化學作用的傾向性小。

（7）具有良好的加工性能和一定的抗蝕性。

2.壓鑄生產(chǎn)對壓鑄合金性能的要求

壓鑄生產(chǎn)對壓鑄合金性能要求包括使用性能和工藝性能，見表1-1-1。

五、壓鑄鋅合金特點和用途

1.壓鑄鋅合金優(yōu)點

（1）壓鑄性能好，填充型腔容易。可以壓鑄形狀復雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑，尺寸精度高。

（2）結(jié)晶溫度范圍小，不易產(chǎn)生疏松。

（3）在385℃熔化，澆注溫度較低，模具使用壽命長。

（4）熔化與壓鑄時不吸鐵，不腐蝕壓型，不黏模。

（5）有很好的常溫力學性能、機械性能和耐磨性。

（6）鋅合金鑄件能夠進行表面處理，如電鍍、噴涂、噴漆等。

2.壓鑄鋅合金缺點

（1）老化現(xiàn)象：溫度低于0℃時，沖擊韌性急劇降低；溫度升高時，力學性能下降，且易發(fā)生蠕變，使其應用范圍受到限制。

（2）尺寸變化：鑄件成型后會發(fā)生尺寸收縮，開始收縮速度比較快，3～5天后，大約完成了2/3后收縮速度減慢，尺寸逐漸趨于穩(wěn)定。

（3）密度大（液態(tài)6.4g/cm3，固態(tài)6.7g/cm3），鑄件重。

3.常用壓鑄鋅合金特點及用途

常用壓鑄鋅合金特點及用途，見表1-1-2。

六、壓鑄鋅合金應用實例

在電子、五金、工藝品、玩具等行業(yè)壓鑄鋅合金具有廣泛的應用市場，如圖1-1-4～圖1-1-8所示。

七、壓鑄鋅合金的熔煉

1.熔煉目的

為得到符合化學成分規(guī)定、結(jié)晶組織好及氣體、夾雜物少的熔融金屬液。

2.熔煉過程中的物理、化學現(xiàn)象

（1）金屬與氣體的相互作用：在熔煉過程中，與氫（H2）、氧（O2）、水汽（H2O）、氮（N2）、CO2、CO作用，這些氣體或是溶于金屬液中，或是與其發(fā)生化學作用。

（2）氣體來源：氣體可從爐氣、爐襯、原材料、熔劑、工具等途徑進入合金液中。

（3）熔融的合金液與坩堝的相互作用：熔煉溫度過高時，鐵質(zhì)坩堝與鋅液反應加快，坩堝表面發(fā)生鐵的氧化反應生成Fe2O3 等氧化物。此外鐵元素還會與鋅液反應生成FeZn13化合物（鋅渣），溶解在鋅液中；鐵質(zhì)坩堝壁厚不斷減薄直至報廢。

3.壓鑄鋅合金熔煉過程

壓鑄鋅合金熔煉過程如圖1-1-9所示。

4.熔煉鋅合金用設(shè)備

熔煉鋅合金用設(shè)備選用鑄鐵或石墨坩堝爐，金屬坩堝。

5.鋅合金熔煉工藝特點

（1）熔煉前爐料成分的控制：分析并去除回爐料中Fe、Sn、Pd、Cd等有害雜質(zhì)，選用高純度的鋅合金錠，嚴格控制熔煉過程，防止鋅合金“老化”。

（2）熔煉過程中的溫度控制。

① 采用中央熔煉爐，壓鑄機熔爐作保溫爐。溫度過高，鋁、鎂元素易燒損，鋅渣增加，坩堝中的鐵元素與鋅反應加快，形成鐵鋅金屬間化合物，使錘頭、鵝頸壺過度燒損；溫度過低，合金流動性差，不利于成型，影響壓鑄件表面質(zhì)量。

中央熔煉爐內(nèi)金屬液溫度為430～450℃。

熱壓室壓鑄機坩堝內(nèi)金屬液溫度為415～430℃，薄壁件、復雜件壓鑄溫度取上限，厚壁件、簡單件取下限。進入鵝頸管的金屬液溫度與坩堝內(nèi)的溫度基本一樣。

② 采用先進的金屬液自動送料系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定的供料速度、合金液的溫度及坩堝液面高度。

（3）熔煉生產(chǎn)步驟：先加入熔點較高的鋁錠和鋁銅中間合金，再加入回爐料和鋅錠，再撒上一層20mm厚的覆蓋劑，當爐料熔化后，用鐘罩壓入鎂錠，去除覆蓋層，用占料重0.25%～0.3%的精煉劑脫水氯化鋅精煉，除渣運往保溫爐中待用。

6.熔煉鋅合金用工具

熔煉鋅合金工具選用多孔（?6mm）盤形扒渣耙、攪拌器。

7.鋅合金熔煉操作注意事項

（1）坩堝：使用前必須進行清理，去除表面的油污、鐵銹、熔渣和氧化物等。為防止鑄鐵坩堝中鐵元素溶解于合金中，坩堝應預熱到150～200℃，在工作表面噴一層涂料，再加熱到200～300℃，徹底去除涂料中水分。

（2）工具：熔煉工具在使用前應清除表面臟物，與金屬接觸的部分，必須預熱并刷上涂料。工具不能沾有水分，否則會引起熔液飛濺及爆炸。

（3）合金材料：熔煉前要清理干凈并預熱，去除表面吸附的水分。為了控制合金成分，建議采用2/3的新料與1/3的回爐料搭配使用。

（4）熔煉溫度：≤450℃。

（5）及時清理坩堝中液面上的浮渣，及時補充鋅料，保持熔液面正常的高度（不低于坩堝面30mm）。因為過多的浮渣和過低的液面都容易造成料渣進入鵝頸通道，拉傷、沖頭和司筒，導致卡死沖頭、鵝頸和沖頭報廢。

（6）熔液上面的浮渣用扒渣耙輕輕地攪動，使之集聚以便取出。

8.壓鑄合金的選擇

（1）選擇原則：在滿足壓鑄件使用性能的前提下，盡可能選擇工藝性能好的壓鑄合金。

① 鑄件使用性能（力學性能、物理及化學性能）：用強度、硬度、密度、熔點、熱導率、線膨脹系數(shù)等作衡量指標。

② 鑄件工藝性能：指鑄造工藝性能、切削加工性、焊接性、熱處理性能、流動性、抗熱裂紋性、合金黏附模具的程度。

（2）選擇合金需考慮的因素

① 壓鑄件受力狀態(tài)（大小、方向、類型等）。

② 壓鑄件工作環(huán)境。溫度高低、是否要密封及哪類密封、工作接觸介質(zhì)（海水、酸堿、潮濕空氣）。

③ 壓鑄件在整機或部件中所處的工作條件。

④ 對壓鑄件尺寸和重量是否有限制。

⑤ 本廠的合金熔煉設(shè)備、壓鑄機和工藝裝置及操作水平。

⑥ 合金價格的高低。

任務實施

1.抽屜拉手合金材料的選擇

（1）抽屜拉手使用性能分析：抽屜拉手為生活用品，工作溫度不超過100℃，受很小的拉力，外觀質(zhì)量要求高，不允許有裂紋、砂孔等鑄造缺陷，對工作環(huán)境及重量無特殊要求。

（2）工藝性能分析：要求鑄件成型性能好。

（3）抽屜拉手合金材料選擇：從抽屜拉手使用性能和工藝性能分析得知，采用壓鑄工藝性好的鋅合金——ZZnAl4Y能滿足抽屜拉手使用性能。鋅合金流動性好，鑄件表面光滑，不易產(chǎn)生裂紋、縮松等鑄造缺陷。工作環(huán)境也適合，雖易老化，但不影響其使用功能。

2.抽屜拉手鋅合金熔煉工藝

先加入熔點較高的鋁錠和鋁銅中間合金，再加入回爐料和鋅金屬，并撒上一層20mm厚的覆蓋劑，當爐料熔化后，用鐘罩壓入鎂錠，去除覆蓋層，用占料重0.25%～0.3%的精煉劑脫水氯化鋅精煉，除渣運往保溫爐中待用。

知識拓展

一、壓鑄生產(chǎn)前的準備

1.設(shè)計和制造壓鑄模。

2.將壓鑄模安裝到壓鑄機上。

3.將固態(tài)合金在熔煉爐中熔煉成液態(tài)合金，保溫到坩堝。

二、壓鑄生產(chǎn)中三要素——壓鑄合金、壓鑄機、工藝

1.鋅合金+熱壓室壓鑄機+鋅合金熔煉工藝+鋅合金壓鑄成型工藝。

2.鋁合金+冷壓室壓鑄機+鋁合金熔煉工藝+鋁合金壓鑄成型工藝。

3.鎂合金+冷壓室壓鑄機+鎂合金熔煉工藝+鎂合金壓鑄成型工藝。

三、壓鑄生產(chǎn)后的處理

壓鑄件清整、表面處理、熱處理及浸滲處理和質(zhì)量檢驗。

思考題

一、專業(yè)術(shù)語解釋

1.鋅合金老化現(xiàn)象

2.壓鑄特點

二、問答題

1.壓鑄生產(chǎn)對壓鑄鋅合金有哪些基本要求？

2.壓鑄鋅合金熔煉工藝有哪些？

三、填空題

1.壓鑄鋅合金熔煉設(shè)備有____或____和____。2.壓鑄合金熔煉目的是____。

3.壓鑄合金熔煉前準備工作有____、____、____等。

4.目前最先進的鑄造工藝方法之一是____。

5.壓鑄是____的簡稱，其實質(zhì)是在____作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以____充填壓鑄模型腔，并在____成型和凝固而獲得鑄件的方法。

四、選擇題

1.壓鑄合金選用應考慮鑄件（ ）及工作環(huán)境狀態(tài)。

A.酸堿

B.壓力

C.密閉性

D.受力狀態(tài)

2.目前高熔點黑色金屬難以壓鑄，原因之一是受到壓鑄模（ ）的限制。

A.型腔材料

B.型芯材料

C.模板材料

D.推桿材料

3.壓鑄用低熔點合金有鋅合金、錫合金和（ ）。

A.鎢合金

B.鎂合金

C.鈦合金

D.鉛合金

4.由于鋅合金易產(chǎn)生“老化”現(xiàn)象，故不用于（ ）的制作。

A.裝飾扣

B.紀念章

C.抽屜拉手

D.汽車輪轂