- 壓鑄成型工藝與模具設(shè)計(jì)
- 關(guān)月華主編
- 3936字
- 2018-12-29 09:51:15
項(xiàng)目一 抽屜拉手鋅合金熱壓室壓鑄機(jī)壓鑄模設(shè)計(jì)
任務(wù)一 抽屜拉手壓鑄材料選擇及其熔煉
任務(wù)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(shí)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。

圖1-1-1 抽屜拉手實(shí)體圖

圖1-1-2 抽屜拉手平面圖
任務(wù)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(lèi)。
2.根據(jù)所選合金,確定熔煉設(shè)備和壓鑄設(shè)備種類(lèi)。
3.確定熔煉工藝。
教學(xué)目標(biāo)
※能力目標(biāo)
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(lèi)型。
3.能夠根據(jù)壓鑄合金材料,確定壓鑄成型設(shè)備類(lèi)型及成型工藝。
※知識(shí)目標(biāo)
1.熟悉鋅合金材料性能及其應(yīng)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(guò)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(jī)的壓鑄特點(diǎn)、原理及工藝過(guò)程。
相關(guān)知識(shí)
一、壓鑄定義、本質(zhì)、生產(chǎn)要素及工藝過(guò)程
1.壓鑄定義
壓鑄是壓力鑄造的簡(jiǎn)稱(chēng),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(jī)和壓鑄模。
4.壓鑄工藝過(guò)程
壓鑄工藝過(guò)程如圖1-1-3所示。

圖1-1-3 壓鑄工藝過(guò)程
二、壓鑄成型的優(yōu)、缺點(diǎn)
1.優(yōu)點(diǎn)
(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(dá)60%~80%,毛坯利用率達(dá)90%。
(3)可以制造形狀復(fù)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(qiáng)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(diǎn)幾克,最大的鋁合金鑄件質(zhì)量達(dá)60kg;尺寸最大的直徑可達(dá)2m。
2.缺點(diǎn)
(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(shí),壓鑄模具使用壽命很低。
(5)設(shè)備投資大,生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。
三、壓鑄成型的應(yīng)用范圍
壓鑄成型主要用于汽車(chē)及摩托車(chē)制造業(yè),還有工業(yè)電器、儀器儀表、家用電器、通信、照相機(jī)、計(jì)算機(jī)、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(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”,用于計(jì)算機(jī)、通信器材、消費(fèi)類(lèi)電子、航空航天等。
四、壓鑄生產(chǎn)對(duì)壓鑄合金的要求
1.基本要求
(1)過(guò)熱溫度不高時(shí),具有較好的流動(dòng)性。
(2)線(xiàn)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(qiáng)度。
(5)在常溫下有較高的強(qiáng)度。
(6)與型腔壁間產(chǎn)生物理-化學(xué)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(duì)壓鑄合金性能的要求
壓鑄生產(chǎn)對(duì)壓鑄合金性能要求包括使用性能和工藝性能,見(jiàn)表1-1-1。
表1-1-1 壓鑄合金使用性能和工藝性能

五、壓鑄鋅合金特點(diǎn)和用途
1.壓鑄鋅合金優(yōu)點(diǎn)
(1)壓鑄性能好,填充型腔容易。可以壓鑄形狀復(fù)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(zhǎng)。
(4)熔化與壓鑄時(shí)不吸鐵,不腐蝕壓型,不黏模。
(5)有很好的常溫力學(xué)性能、機(jī)械性能和耐磨性。
(6)鋅合金鑄件能夠進(jìn)行表面處理,如電鍍、噴涂、噴漆等。
2.壓鑄鋅合金缺點(diǎn)
(1)老化現(xiàn)象:溫度低于0℃時(shí),沖擊韌性急劇降低;溫度升高時(shí),力學(xué)性能下降,且易發(fā)生蠕變,使其應(yīng)用范圍受到限制。
(2)尺寸變化:鑄件成型后會(huì)發(fā)生尺寸收縮,開(kāi)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(diǎn)及用途
常用壓鑄鋅合金特點(diǎn)及用途,見(jiàn)表1-1-2。
表1-1-2 壓鑄鋅合金特點(diǎn)及用途

六、壓鑄鋅合金應(yīng)用實(shí)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(yīng)用市場(chǎng),如圖1-1-4~圖1-1-8所示。

圖1-1-4 壓鑄鋅合金標(biāo)牌

圖1-1-5 壓鑄鋅合金裝飾品

圖1-1-6 壓鑄鋅合金工藝品

圖1-1-7 壓鑄鋅合金五金件

圖1-1-8 壓鑄鋅合金家具拉手
七、壓鑄鋅合金的熔煉
1.熔煉目的
為得到符合化學(xué)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(guò)程中的物理、化學(xué)現(xiàn)象
(1)金屬與氣體的相互作用:在熔煉過(guò)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(xué)作用。
(2)氣體來(lái)源:氣體可從爐氣、爐襯、原材料、熔劑、工具等途徑進(jìn)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(guò)高時(shí),鐵質(zhì)坩堝與鋅液反應(yīng)加快,坩堝表面發(fā)生鐵的氧化反應(yīng)生成Fe2O3 等氧化物。此外鐵元素還會(huì)與鋅液反應(yīng)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(bào)廢。
3.壓鑄鋅合金熔煉過(guò)程
壓鑄鋅合金熔煉過(guò)程如圖1-1-9所示。

圖1-1-9 壓鑄鋅合金熔煉過(guò)程
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(diǎn)
(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(yán)格控制熔煉過(guò)程,防止鋅合金“老化”。
(2)熔煉過(guò)程中的溫度控制。
① 采用中央熔煉爐,壓鑄機(jī)熔爐作保溫爐。溫度過(guò)高,鋁、鎂元素易燒損,鋅渣增加,坩堝中的鐵元素與鋅反應(yīng)加快,形成鐵鋅金屬間化合物,使錘頭、鵝頸壺過(guò)度燒損;溫度過(guò)低,合金流動(dòng)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(jī)坩堝內(nèi)金屬液溫度為415~430℃,薄壁件、復(fù)雜件壓鑄溫度取上限,厚壁件、簡(jiǎn)單件取下限。進(jìn)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(jìn)的金屬液自動(dòng)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(diǎn)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(dāng)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(yùn)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(pán)形扒渣耙、攪拌器。
7.鋅合金熔煉操作注意事項(xiàng)
(1)坩堝:使用前必須進(jìn)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(yīng)預(yù)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(yīng)清除表面臟物,與金屬接觸的部分,必須預(yù)熱并刷上涂料。工具不能沾有水分,否則會(huì)引起熔液飛濺及爆炸。
(3)合金材料:熔煉前要清理干凈并預(yù)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(shí)清理坩堝中液面上的浮渣,及時(shí)補(bǔ)充鋅料,保持熔液面正常的高度(不低于坩堝面30mm)。因?yàn)檫^(guò)多的浮渣和過(guò)低的液面都容易造成料渣進(jìn)入鵝頸通道,拉傷、沖頭和司筒,導(dǎo)致卡死沖頭、鵝頸和沖頭報(bào)廢。
(6)熔液上面的浮渣用扒渣耙輕輕地?cái)噭?dòng),使之集聚以便取出。
8.壓鑄合金的選擇
(1)選擇原則:在滿(mǎn)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(xué)性能、物理及化學(xué)性能):用強(qiáng)度、硬度、密度、熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線(xiàn)膨脹系數(shù)等作衡量指標(biāo)。
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(dòng)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(lèi)型等)。
② 壓鑄件工作環(huán)境。溫度高低、是否要密封及哪類(lèi)密封、工作接觸介質(zhì)(海水、酸堿、潮濕空氣)。
③ 壓鑄件在整機(jī)或部件中所處的工作條件。
④ 對(duì)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(jī)和工藝裝置及操作水平。
⑥ 合金價(jià)格的高低。
任務(wù)實(shí)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(guò)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(duì)工作環(huán)境及重量無(wú)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(mǎn)足抽屜拉手使用性能。鋅合金流動(dòng)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(diǎn)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(dāng)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(yùn)往保溫爐中待用。
知識(shí)拓展
一、壓鑄生產(chǎn)前的準(zhǔn)備
1.設(shè)計(jì)和制造壓鑄模。
2.將壓鑄模安裝到壓鑄機(jī)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(jī)、工藝
1.鋅合金+熱壓室壓鑄機(jī)+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(jī)+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(jī)+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(yàn)。
思考題
一、專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋
1.鋅合金老化現(xiàn)象
2.壓鑄特點(diǎn)
二、問(wèn)答題
1.壓鑄生產(chǎn)對(duì)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(zhǔn)備工作有____、____、____等。
4.目前最先進(jìn)的鑄造工藝方法之一是____。
5.壓鑄是____的簡(jiǎn)稱(chēng),其實(shí)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(yīng)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(diǎn)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(diǎn)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(jì)念章
C.抽屜拉手
D.汽車(chē)輪轂