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。

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。

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。

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。

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。

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。

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