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压铸件设计与工艺资料pptxx年xx月xx日•压铸工艺简介•压铸设计原则与要求•压铸材料及性能•压铸模具设计•压铸件生产过程及控制•压铸件缺陷分析•压铸新技术与发展趋势目录01压铸工艺简介压铸是一种金属铸造工艺利用高压将金属熔液注入金属模具内形成具有特定形状和尺寸的金属零件压铸定义压铸特点快速凝固高压充型零件精度高高效生产压铸的应用范围其他需要大量金属零件的行业锁具和灯具行业家电和玩具行业汽车制造业电子和通讯行业02压铸设计原则与要求1压铸件设计原则23压铸件设计应适应压铸成型的特点，满足精度要求，避免出现不利于压铸成型的结构。
适应压铸工艺特点压铸件结构应简洁，避免过于复杂，以降低模具制造和压铸成型难度。
结构简洁设计时应考虑模具的脱模斜度，便于脱模，同时避免产生较大的侧向力。
易于脱模03圆角圆角可以改善模具的受力情况，同时还可以避免产生应力集中，提高压铸件的力学性能。
压铸件结构要素01壁厚壁厚是压铸件设计的重要结构要素之一，过薄的壁厚会导致金属填充不足，过厚的壁厚则会导致模具受力过大。
02加强筋加强筋可以增加压铸件的强度和刚度，同时还可以避免产生缩孔、缩松等缺陷。
浇口尺寸浇口的尺寸和位置应适当，以控制金属液的填充速度和填充量，避免产生冲蚀模具和填充不足等问题。
压铸件浇注系统浇口位置浇口的位置应选择在压铸件的厚壁处，以降低填充难度，同时还可以避免产生气孔、缩孔等缺陷。
溢流槽溢流槽可以收集多余的金属液，避免产生毛边和飞边等缺陷，同时还可以起到排渣和排气的作用。
03压铸材料及性能Al-Si合金是应用最广泛的压铸铝合金，具有良好的铸造性能、力学性能和抗腐蚀性能。
其中，Al-Si-Mg和Al-Si-Cu合金是常用的两种类型。
铝硅合金Al-Cu合金具有高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，但铸造性能较差。
铝铜合金压铸铝合金力学性能压铸锌合金具有较高的强度、硬度和良好的耐磨性，但抗腐蚀性能较差。
使用范围压铸锌合金主要用于汽车、建筑、装饰等领域。
铝合金压铸技术要求一、铝合金压铸技术概述1.1 铝合金压铸技术的定义铝合金压铸技术是一种利用压力铸造机将铝合金液态金属注入到金属模具中，通过迅速冷却和凝固形成铸件的工艺方法。
1.2 铝合金压铸技术的优势铝合金压铸技术具有生产效率高、生产周期短、产品精度高、表面质量好等优势，被广泛应用于各个行业。
二、铝合金压铸技术要求2.1 材料选择选择适合铝合金压铸工艺的铝合金材料，常见的有ADC12、A380等。
材料的选择应根据产品要求和使用环境进行综合评估。
2.2 模具设计2.2.1 模具材料模具材料应具有良好的耐热性和耐磨性，常用的材料有H13、SKD11等。
2.2.2 模具结构设计模具结构应合理，可以根据产品的特点和需求进行设计和调整，以保证铸件的质量和精度。
2.3 注射设备2.3.1 压铸机选择根据产品的要求确定压铸机的型号和规格，包括锁力、注射压力等参数的选择。
2.3.2 注射系统注射系统包括注射缸、注射头、喷嘴等组成，其设计应合理，确保铝合金液态金属的注入和充填。
2.3.3 润滑系统润滑系统的设置对于铝合金压铸技术的稳定运行起着重要作用，应注意润滑剂的选择和使用。
2.4 工艺参数控制压铸工艺参数对于产品的质量和尺寸稳定性有很大的影响，应进行合理的控制和调整。
2.4.1 注射速度注射速度过快会导致铸件内部气孔、缺陷等问题，注射速度过慢会导致铝合金液态金属凝固不完全。
2.4.2 注射温度注射温度过高会导致铝合金液态金属粘度降低，流动性增强，但也会加快模具磨损。
注射温度过低则会导致液态金属凝固时间过长。
2.4.3 注射压力注射压力的控制对于铸件的密实性和表面质量有着重要影响，应根据产品要求进行精确控制。
2.4.4 注射时间注射时间应根据实际需要进行合理设置，以保证铝合金液态金属充填充实模腔。
2.5 热处理工艺铝合金压铸件在铸造成型后，经过热处理工艺可以改善其机械性能和物理性能，如固溶处理、时效处理等。
2.6 铸件表面处理铝合金压铸件的表面处理包括喷砂、喷涂、电镀等方法，以提高产品的外观质量和耐腐蚀性能。
C A M E O 凯模C A E 案例库w w w .c a m e o .o r g .c n《热加工工艺》2013年3月第42卷第5期轮毂属于汽车的受力件，承受着汽车的全部质量。
在汽车高速运行过程中，面临着地面的摩擦、碰撞，要求有很好的强度、抗撞击能力；同时，在运行过程中，一直暴露在露天，饱受风吹雨淋，要求有一定的气密性。
总之，服役环境复杂，对其力学性能等都有很高的要求，由此选择铸造成型方法就成了关键。
1轮毂成型工艺试验方法轮毂挤压铸造成型所涉及的工艺参数很多，而每个工艺参数又有多种选择情况，工艺参数组合不同，所铸造出来的轮毂质量也不相同，如果对每种工艺参数组合都做一次试验，则试验次数繁多，甚至试验无法完成。
本文采用正交试验设计法对参数进行试验安排，通过少量试验次数，得出所需要的数据[1]。
正交试验设计，是利用规格化的正交表，恰当的设计出试验方案和有效的分析试验结果，提出最优配方和工艺条件，并进而设计出可能更优秀的试验方案的一种科学方法。
正交表则是利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面试验中，为挑选出少量具有代表性的试验点，所制成的排列整齐的规格化表格[2]。
2轮毂成型工艺参数方案的确立挤压铸造不同于其他铸造方式之处是液态合金一直处于压力下直至凝固结束，相对于普通压铸而言，多了一个压力下补缩的过程，挤压压力是其最显著的一个工艺参数，针对38mm 铝合金汽车轮毂，已有较为成熟的挤压力取值为110MPa 。
由于在相同铸造工艺下，镁合金的压力通道阻力比铝合金要大，对于相近形状与体积铸件来说，镁合金应采用比铝合金略高的挤压力[3]。
根据轮毂“挤压压铸”的工艺特性，模具温度和合金液温度对铸件的充型和凝固过程有较大的影响。
初始加压时间以合金液充型完成开始，通过Anycasting 软件自动计算铸件体积与内浇口充型速度的比值得到，与保压时间设定为软件凝固过程模拟结束时自动结束。
3试验过程及结果分析本文针对挤压压力，合金液浇注温度，模具初始温度3个参数，选取的因素和水平表见表1。
铸造技术的方法选择铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。
铸造是常用的制造方法，优点是：制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造中占有很大的比重，如机床占60～80%，汽车占25%拖拉机占50～60%。
铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。
铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。
随着工业技术的发展，铸造技术的发展也很迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、陶瓷铸造、连续铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化。
由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速铸造主要工艺过程包括：金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。
铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。
铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造......等。
而砂型铸造又可以分为粘土砂型、有机粘结剂砂型、树脂自硬砂型、消失模等等,如下图：VRH: VRH(Vacuum Replace Hardening)即真空置换硬化，其工艺过程如下：将用有机或无机粘结剂砂造好的铸型，送入真空室内抽取真空，当达到一定的真空度后，充入硬化气体；硬化气体进入砂型的砂粒间并均匀扩散，经过化学反应使砂型得到硬化。
该工艺被列为国家科技成果重点推广项目。
根据我国铸造行业的实际情况，我所于90年设计生产了第一台真空室容积为1.4立方米VRH 设备，目前我所制造的VRH设备已经被多家企业采用，其中最大容积达10立方米，产品已经形成“钟罩式”和“隧道式”两种系列。
我所竭诚欢迎全国各地客户来京考察指导。
A356铝合金飞轮壳挤压铸造工艺参数优化铝合金飞轮壳是一种轻质高强度零部件，用于汽车、航空航天和机械工程等领域。
挤压铸造是制造铝合金飞轮壳的一种常见工艺，具有高生产效率、低能耗和优良的性能特点。
本文将对A356铝合金飞轮壳挤压铸造工艺的参数进行优化，以提高产品质量和生产效率。
一、A356铝合金的选择A356铝合金具有良好的铸造性能和力学性能，适合挤压铸造工艺。
其化学成分为Si 6.5-7.5%，Fe≤0.20%，Cu≤0.15%，Mn≤0.10%，Mg 0.25-0.45%，Zn≤0.10%，Ti≤0.20%，Al余量。
该合金具有较高的强度、良好的耐热性和耐腐蚀性，适用于要求轻量化和高性能的工程应用。
二、挤压铸造工艺参数优化1. 模具设计：模具的设计对挤压铸造过程非常重要。
合理的模具设计可以减少挤压力的损失和模具磨损，提高产品的密实性和表面质量。
模具应具有良好的冷却系统，以控制铝合金在挤压过程中的温度，避免过热和气泡的产生。
2. 挤压温度：挤压温度对产品的组织结构和力学性能有重要影响。
过高的挤压温度会导致铝合金的热膨胀、氧化和烧结，影响产品的尺寸精度和表面质量；过低的挤压温度会增加挤压力和模具磨损，降低生产效率。
通常，A356铝合金的挤压温度在680-750℃之间。
3. 挤压速度：挤压速度对产品的外观和内部组织结构有重要影响。
过快的挤压速度会导致铝合金的变形不均匀和表面裂纹，影响产品质量；过慢的挤压速度会增加生产周期和能耗。
挤压速度应根据产品的形状和尺寸进行调整，通常在10-40 mm/s之间。
4. 压力保持时间：挤压完成后，一定的压力保持时间可以提高产品的密实性和组织结构的均匀性。
过短的压力保持时间会导致铝合金的强度和硬度不足，影响产品的使用寿命；过长的压力保持时间会增加生产周期。
压力保持时间通常在1-10 s之间。
5. 冷却速度：铝合金挤压后，需要进行冷却以固化和稳定组织结构。
冷却速度过快会导致内部应力增大，产生裂纹和变形；冷却速度过慢会延长生产周期。
∙压铸工艺参数公式∙铸造计算公式1.铸造重量WC=W件+W溢+W排+W浇+W馀铸造容积4WC/ ρ——熔液密度2.填充率R= ———————— = ————————料筒容积πD2L筒长3.通过浇口重量Wf = W件+W溢4 Wf4.高速区间Sf = —————————(※溶汤比重一般而言为铝 2.64、ρπd料 2 镁 1.75g/cm2)Sf5.高速速度VH` = ————————tf——填充时间tf = 0.01X2铸件平均壁厚6.压铸机的射出力Fs(射出油缸的推进力)Fs=油压压力Ph ×射出油缸截面积Ah(KN)7.铸造压力Pp(传递到制品的压力)射出油缸截面积Ah 射出力FsPp=油压压力Ph × =柱塞截面积Ap 柱塞截面积Ap8.内浇口速度VgVg(V2)= 射出速度Vp(V1) ×柱塞截面积Ap(A1)(m/s)浇口截面积Ag(A2)9.充填时间tt= 制品体积= 制品重量/比重(sec)浇口流量浇口速度Vg×浇口截面积Ag10.浇口凝固时间t =B×α×(浇口厚度)2此时的B 为Al：2.0、Mg：1.5 α为Al：0.01、Mg：0.00511.开模力是指铸造时施加在制品上的压力而使模具打开的力量，开模力可以铸造面积×铸造压力计算出。
11.1.铸造面积的计算铸造面积A1=a1+a2+a3+a4=料饼面积+浇道面积+制品面积+溢流面积11.2.开模力的计算开模力F1=铸造压力Pp×铸造面积A1+中子分力Fc详细计算以各部分承受的压力分类。
制品部=计算铸造压力× 75%溢流部=计算铸造压力× 25%料饼,浇道部=计算铸造压力×100%11.3.如有滑块中子，则计算中子分力。
中子复位力Fr=制品面积Ac×计算铸造压力×75%中子分力Fc=中子复位力Fr×tanθ11.4.开模力F1=(a1+a2)×Pp+a3×Pp×0.75+a4×Pp×0.25+Fc压铸机关模力>开模力F1×1.112.充填完了力量冲突力量E =W(V)2/2gW : 射出油缸活塞杆+活塞杆重量kgV : 射出速度m/sg : 重力加速度9.8 m/sec2。
压力铸造工艺参数的选择
压力铸造high pressure die casting(简称压铸)的实质
是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压
铸型(压铸模具)型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的
方法。
与其它铸造方法相比，压铸有铸件尺寸精度高，产品质量好，生产效率高以及经济效益高等优势。
压力铸件的质量主要受控于压铸的填充过程中诸多因素的影响，如:压力、速度、温度、熔融金属的性质以及填充特性等等。
所以工艺参数的选择成为决定压力铸件是否成功的关
键因素。
压铸工艺是将压铸机、压铸模和压铸合金综合运用的过程。
压铸时金属填充型腔的过程，是将压力、速度、温度以及时
间等工艺因素得到有机组合的过程。
这些工艺因素既相互制约，相辅相成，只有正确选择和调整这些因素，使之协调一致，才能获得预期的结果。
压射过程中，不仅重视铸件结构
的工艺性、铸型的先进性、压铸机性能和结构优良性，压铸
合金选用的适应性和熔炼工艺的规范性。
也应重视压力、速度、温度和时间等工艺参数对铸件质量的重要作用。
这些工
艺参数的选择与合理匹配，是保证压铸件综合性能的关键。
一、压力的选择
在压力铸造的整个过程中，压射压力是压铸工艺最基本的成型参数，液态金属的充填流动和压实都是在压力和充填速
度的作用下完成的，合理选择和确定压射压力和充填速度是
压铸工艺的一个重要问题。
在压射过程中，随着冲头位置的
移动，压力也出现不同的变化，这个变化规律都会对铸件质
量产生重大影响。
1．压射力（F）
压射力是压铸机压射机构中推动压射活塞运动的力，它是反映压铸机功能的一个主要参数。
压射力的大小，由压射缸的截面积和工作液的压力所决定。
压射力的计算公式如下：
F=PπD²/4
式中：F--压射力（N）；
P--压射油缸内工作液的压力（Pa）；
D--压射油缸的直径（m）；
π=3.1416。
2．比压（P）及其选择
比压是压室内金属液单位面积上所受的压力，填充时的比压称为压射比压。
压射后的比压称为增压比压，它决定了压铸件最终所受的压力和模具的胀型力。
比压一般是根据铸件形状、尺寸、复杂程度、壁厚、零件的要求、温度、合金特性以及浇注排气系统来选择。
比压对铸件机械性能的影响：比压增大，结晶细，表面质量提高，气孔影响减轻，从而抗拉强度提高，但延伸率有所降低。
合金熔液在高比压作用下填充型腔，合金温度升高，流动性改善，有利于铸件质量的提高。
比压的经验数据：承受轻负荷的零件的比压一般为30～40MPa；承受较大负荷的零件的比压一般为40～80MPa；气密性面和大壁薄零件的比压为80～120MPa。
拿铝合金来说，常用比压如表1所示。
表1：压铸铝合金常用比压单位：MPa
比压的计算公式：
P=4F/πD²
式中：P--压射比压（MPa）；
F--压射力（N）；
D--冲头直径（mm）；
π=3.14。
调整比压有两种途径：调整压射力和选择不同的冲头直径。
根据压射压力与压射冲头尺寸的对应关系，使用压铸机提供
的最小压射冲头时，能够获得最大的压射压力。
压铸机的压
射力大，压射压力可调节的范围也大，压铸工艺灵活性大。
在选择压射压力时，应充分考虑压铸机能够提供的压射力及
使用的压射冲头，注意不要超出可调节的范围。
此外，高的
压射压力会加速压铸模具和机器的磨损。
所以，在保证压铸
件质量的前提下，采用较低的压力为宜。
动态压射压力及增压压射压力的选择与许多因素有关，如：压铸件结构特征、压铸合金特性、浇注系统、合金及压铸模
温度、压铸件质量标准等，选择时应该根据以上各个方面的
不同要求来综合考虑。
二、充填速度的选择
在压铸中，充填速度也是压铸工艺主要参数之一，充填速度的高低直接影响压铸件的质量，正确选用充填速度对设计
压铸模和获得合格压铸件十分重要。
充填速度过小会使压铸
件的轮廓尺寸不清晰，尺寸残缺；气孔率增加，力性能下降，但高速的金属液又会冲蚀型腔而影响压铸模的寿命。
充填速度的选择，一般应遵循的原则为：对于厚壁或内部质量要求较高的压铸件，选择较低的充填速度和高的增压比压；对于薄壁或表面质量要求高的压铸件以及复杂的压铸件，选择较高的比压和高的充填速度。
根据实际压铸设备和工艺
条件的不同，常用充填速度可参照表2。
表2 常用的充填速度 (m/s)
压射速度是指压射冲头在特定条件下运动的线速度，这一速度由压铸机的特性所决定。
压铸机所给定的压射速度一般
在0.1～7m／s范围内变动。
熔融金属在压射冲头的推动下，经过浇注系统内浇口时的速度可以认为不变或变化很小。
把流动过程看成在一封闭的
管道中进行，根据等流量连续性方程有以下关系
A₁v₁=A₂v₂
v₂=A₁v₁/A₂=πd²v₁/（4A₂）
式中：v₁为压射速度，m／s；v₂为充填速度，m／s；A₁为
压射冲头（近似压室）截面积，㎡；A₂为内浇口截面积，㎡；d为压室（压射冲头）的直径，m。
由上式可知，金属液的充填速度v₂与压室直径的平方、压射冲头的压射速度v₁成正比，而与内浇口的截面积成反比。
说明压室直径越大，充填速度也越大；压射速度越大，充填
速度相应也越大；内浇口的截面积越大，充填速度则越小。
三、温度参数的选择
这里所说的压铸温度主要是指合金浇注温度、压铸模的温度和压铸模具的的工作温度。
1、合金浇注温度
合金浇注温度是指金属液从压室进入型腔的平均温度，通常用保温炉内的温度表示，一般要求高于合金的液相线20～30℃。
浇注温度过高，合金收缩大，使压铸件容易产生裂纹，压铸件晶粒粗大，还会造成脆性；浇注温度过低，易产生冷隔、表面流纹和浇不足等缺陷。
在压力较高的情况下，应适当降
低浇注温度，这样可以有效延长压铸模使用寿命，减少产生
涡流和卷入空气，减少金属在凝固过程中的体积收缩，使缩
孔和缩松减少。
各种压铸合金的浇注温度，因其壁厚和结构
的复杂程度而不同，其值可参考表3。
表3 各种压铸合金浇注温度
2、压铸模具的的预热温度
压铸模在使用前要预热到一定的温度，压铸过程中要始终保持在一定的温度范围内。
压铸模预热的作用有三个方面：1）避免高温液体金属对冷压铸模的冲击，延长压铸模使用寿命。
压铸过程中，高温合金液直接冲击型腔，如果温差过大，会因热应力的变化而使压铸模过早疲劳失效，从而缩短使用寿命。
2）避免液体金属在模具中因激冷而过快凝固，从而失去流动性，导致压铸件不能顺利充型，造成浇不足、冷隔等铸造缺陷。
3）压铸模中，热膨胀应在生产前通过预热加以调整，否则合金液会穿入模具间隙而影响生产的正常进行。
3、压铸模具的工作温度
在连续生产中，压铸模温度会不断升高，尤其是压铸高熔点合金时，温度升高很快。
温度过高会产生液体金属粘型，还可能出现压铸件因来不及完全凝固、推出温度过高而导致变形、模具运动部件卡死等问题。
同时，过高的压铸模温度会使压铸件冷却缓慢，造成晶粒粗大而影响力学性能。
因此在压铸过程中，对压铸模温度要进行合理控制，压铸模温度过高时，应采取冷却措施。
压铸模工作温度一般可按下式计算：
t₁=⅓t₂±Δt
式中，t₁为压铸模工作温度，℃；t₂为液体金属的浇注温度，℃；Δt为温度控制公差（一般取25℃）。
例表锌合金的压铸模工作温度℃
四、时间参数的选择
压铸过程中的时间有充填时间、持压时间和留模时间三个时间段。
首先我们来看充填时间，充填时间的长短主要取决于压铸件的体积、壁厚的大小、压铸件形状的复杂程度、内浇口处的面积和充填速度等。
对大而简单的压铸件，充填时间要相对长些，对小而简单的薄壁压铸件充填时间相对短些。
压铸件的平均壁厚与充填时间的推荐值见表4。
表4 压铸件的平均壁厚与充填时间的推荐值
在压铸过程中，充填时间长，充填速度慢，有利于排气，但铸件表面粗糙度较差。
充填时间短，充填速度快，可获得良好的表面精度铸件，但铸件的致密度较差，内部的气孔量较多。
从压铸合金液充满型腔到内浇口完全凝固，在冲头压力作用下所持续的时间称为持压时间。
持压时间的作用是使压力传递给未凝固的金属，保证压铸件在压力下结晶，以获得致密的组织。
持压时间长知取决于压铸件的材料和壁薄。
对于熔点高、结晶温度范围大的厚壁压铸件，特庄时间应长些，对于熔点低、结晶温度范围小的薄壁压铸件，持压时同可以短些。
生产中常用的持压时间见表5。
表5 生产中常用的持压时间 s
从压铸终了到压铸模打开的时间，称为压铸件在模具中的留模时间。
留模时间应根据压铸件的合金性质、压铸件壁厚和结构特性来参考选择（见表6）。
以推出压铸件不变形、不开裂、保证外部尺寸和形状的最短时间为宜。
表6 各种压铸合金常用留模时间s
以上几方面的选择是压铸工艺过程中主要的参数选择，压铸件最终的参数选择主要还是需要看具体压铸件的结构、材料、形状、生产批量、质量要求以及所使用的压铸机性能等多方面因素。
当然长期生产的经验积累也是确定参数的重要一环。
参考文献：
1：《压力铸造》航空工业出版社，2018年10月；
2：《压力铸造技术与应用》天津大学出版社，2010年9月。
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