第四章壓鑄件結構設計及壓鑄工藝§1.壓鑄件結構設計一、壓鑄工藝對壓鑄件結構的要求壓鑄件結構設計的工藝性能是一個十分重要的因素，其結構的合理性和工藝適應性決定了后序工作能否順利進行。如分型面的選擇，澆道的設計，推出機構的布置，收縮規律的掌握、精度的保證，缺陷的種類等都與壓鑄件本身的壓鑄工藝性的優劣相關。壓鑄件的結構設計直接影響壓鑄模的結構設計和制造的難易程度、生產率和模具的使用壽命等。（一）從簡化模具結構、延長模具使用壽命考慮鑄件的分型面上應盡量避免圓角；如圖4-1a中的圓角不僅增加了模具的加工難度,而且使圓角處的模具強度和壽命有所下降。若動模與定模稍有錯位,壓鑄圓角部分易形成臺階,影響外觀（一）從簡化模具結構、延長模具使用壽命考慮鑄件的分型面上應盡量避免圓角；如果將結構改為如圖4-1b所示的結構,則分型面平整,加工簡便,避免了上述缺點。（一）從簡化模具結構、延長模具使用壽命考慮避免模具局部過薄；如下圖a所示的壓鑄件,因孔邊離凸緣距離過小,易使模具鑲塊在a處斷裂。若將壓鑄件改為如下圖b所示的a≥3mm的結構,則使鑲快具有足夠的強度,延長了模具的使用壽命。（一）從簡化模具結構、延長模具使用壽命考慮避免壓鑄件上互相交叉的不通孔；交叉的盲孔必須使用公差配合較高的互相交叉的型芯（如圖4-3a）,這既增加了模具的加工的量,又要求嚴格控制抽芯的次序。一旦金屬液竄入型芯交叉的間隙中,便會使抽芯發生困難。若將交叉的盲孔改為圖中b所示的結構,即可避免型芯的交叉,消除了上述的缺點。（一）從簡化模具結構、延長模具使用壽命考慮避免壓鑄件上互相交叉的不通孔；1)又如下圖所示,左圖為抽芯C的型芯與型芯G交叉,右圖將型芯G分為相對的兩部分,在抽芯C的軸線處結合,避免了型芯交叉。避免壓鑄件上互相交叉的不通孔2)抽、拔的型芯C1和C2交叉,可將C2半圓部分改由C1構成,避免C1插到C2內,零件左端的端部形狀亦做相應更新（見下圖b)。避免壓鑄件上互相交叉的不通孔3)將型芯B分為兩部分,從兩側抽出（見下圖c)。（一）從簡化模具結構、延長模具使用壽命考慮避免內側凹針對要求采取的措施有:

1)外形不加大，內部形狀凸出至底部（見下圖a)。

2)局部加厚,內形加至底部,外形加至分型面處,從而消除側凹（見下圖b)。3)原凸臺形狀不改變,在零件底部開出通孔,模型成型鑲件可以從通孔處插入形成臺階（見下圖c)。4)外形適當加大,保護內部尺寸和形狀（見圖d)。5)內部形狀改成便于脫型,外部加凹窩,使壁厚趨于均勻（見下圖e)。避免內側凹下圖a所示的壓鑄件內法蘭和軸承孔改為內側凹,抽芯困難,或需設置復雜的抽芯機構,或需設置可溶型芯,這既增加了模具的加工量,有降低了生產率。若將壓鑄件改為圖b所示結構,既可簡化模具,又克服了圖a所示壓鑄件帶來的缺點。（二）改進模具結構,減少抽芯部位減少不與分型面垂直的抽芯部位，可以降低模具的復雜程度，容易保證壓鑄件的精度。避免或減少抽芯部位主要注意以下兩個問題:1)當斜度較小時，側孔采用抽芯的方法。當斜度加大后，側孔端與能夠在動型與定型的形成部分構成，側孔便可以不用抽芯方法也能壓鑄出。（二）改進模具結構,減少抽芯部位2)對非配合的孔,為了避免采用抽芯C的方法(見右圖),可采用底部通槽,側面增加幅板B連接成構架形。（二）改進模具結構,減少抽芯部位下圖中a所示壓鑄件,中心方孔深度深,抽芯距離長,需設專用抽芯機構,模具復雜；加上懸臂式型芯伸入型腔,易變形,難以控制側壁壁厚均勻。而采用下圖中b所示的H形斷面結構就不需抽芯,簡化了模具結構。（三）方便壓鑄件脫模和抽芯下圖中a所示壓鑄件,因K處的的型芯受凸臺阻礙,無法抽芯。若將壓鑄件的形狀作一定的修改,變為下圖中b所示的結構,K處的的型芯即可順利抽出。二、壓鑄件基本結構的設計1.壁厚壓鑄件設計的特點之一是壁厚設計。◆厚壁:厚壁會使壓鑄件的力學性能明顯下降，下圖表示出鋅合金、鋁合金、鎂合金的強度增減百分比與鑄件壁厚的關系。二、壓鑄件基本結構的設計壓鑄件隨壁厚的增加,其內部氣孔、縮孔等缺陷增加,故在保證鑄件有足夠強度和剛度的前提下,應盡量減小厚度并保持截面的厚薄均勻一致。為了避免縮松等缺陷,對鑄件的厚壁處應減厚,增加加強筋。二、壓鑄件基本結構的設計◆薄壁:薄壁鑄件致密性好，相對提高了鑄件強度及耐壓性。但壁不能太薄，太薄使合金熔接不好，易產生缺陷，并給工藝帶來困難。還會會發生填充不良，成形困難。不同壁厚的鋁合金壓鑄件的密度和強度見下表。二、壓鑄件基本結構的設計壓鑄件壁的厚度(壁厚)，是壓鑄工藝中一個具有特殊意義的因素。壁厚與整個工藝規范有著密切關系，如:填充時間的計算、內澆口速度的選擇、凝固時間的計算、模型溫度梯度的分析、壓力(最終比壓)的作用、留型時間的長短、鑄件頂出溫度的高低及操作效率。壓鑄件壁厚的極限范圍:壓鑄件壁厚的極限范圍很難加以限制。通常可按鑄件各個壁厚表面積的總和來選擇適宜的壁厚。在零件的工藝性能好以及壓鑄生產中又具備良好的工藝條件時，還可以壓鑄出更薄的壁。這時，鋅合金鑄件最小壁厚度為0.5mm，鋁合金鑄件最小厚度為0.7mm，鎂合金鑄件最小厚度為0.8mm，銅合金鑄件最小厚度為1mm。二、壓鑄件基本結構的設計1.壁厚及肋二、壓鑄件基本結構的設計對于大面積的平板類厚壁鑄件,設置筋以減少壁厚。下圖為設置筋以減少壁厚的示例。改進鑄件上壁過厚的部位的示例肋的作用是:壁厚改薄后，用以提高零件的強度和剛性，防止或減少鑄件收縮變形，避免工件從模型內頂出時發生變形，填充時用以作輔助回路(金屬流動的通路)。肋的厚度應小于所在壁的厚度，一般取該處壁的厚度的2/3～3/4。肋的設置原則:下圖為利用肋改變壁厚的示例:二、壓鑄件基本結構的設計2.鑄造圓角壓鑄零件上壁面與壁面連接處，不論是直角、還是銳角或鈍角，都應設計成圓角。作用:有利于金屬液流動和壓鑄件的成型，避免壓鑄件產生應力集中和裂紋，延長模具的壽命。s1/s2≤2時:R=(0.2~0.25)(S1+S2).s1/s2>2時:作用:有利于金屬液流動和壓鑄件的成型，避免壓鑄件產生應力集中和裂紋，延長模具的壽命。L≥4(s1-s2).兩壁連接時的圓角當s1=s2時:Ra=2s,Rf=s.當s1≠s2時:Ra=0~(Rf+s2),Rf=0.6(s1+s2).兩壁連接時的圓角兩壁連接時的圓角3.脫模斜度（鑄造斜度）作用:減少鑄件與模型的摩擦，容易取出鑄件；保證鑄件表面不被拉傷；延長模型使用壽命。壓鑄件上各部分所需要的斜度值是不相同的，應按金屬收縮的方向來確定。當金屬的收縮受到的阻力大時，斜度應大些，反之則取小些。一般規定:脫模深度淺的大于深的；高熔點合金大于低熔點合金；形狀復雜的大于形狀簡單的；厚壁大于薄壁；內側大于外側。壓鑄件的脫模斜度見表4-3。4.壓鑄孔、槽設計壓鑄工藝的特點之一,是能直接鑄出比較深的小孔。零件設計時,壓鑄出的孔的直徑不應過小,并且還應考慮孔徑與其深度符合一個適宜的比例關系,同時,孔的斜度也應稍大些。小孔直徑、孔徑與深度的關系見下表。由于孔距大小、孔所在壁的壁厚以及型芯成形根部的圓角(或斜角)都對型芯的受力有很大的影響,所以,孔距愈大,孔所在的壁的厚度愈厚,型芯成形根部的圓角愈小,孔的深度亦應愈淺。這一點,對于厚壁鑄件和大的鑄件更應注意。4.壓鑄孔、槽設計5.肋（加強筋）作用:在薄壁的情況下，提高壓鑄件的強度和剛度，防止變形和裂紋；填充時作為金屬液流動的輔助通道。肋的厚度應均勻,且布置要對稱；肋的交接形式盡量不要采用交叉形式。肋的厚度應小于所在壁的厚度,一般取該處壁的厚度的2/3～3/4。肋的設置原則:下圖為利用肋改變壁厚的示例:6.壓鑄齒與螺紋銅合金只能壓鑄外螺紋和螺紋的預制孔,其他合金均可壓鑄出內、外螺紋。壓鑄的螺紋也不應過長。壓鑄的螺紋與機加工的相比,其表層的耐磨性和耐壓性較好,但尺寸精度、形狀的完整性、表面粗糙度等要差些。7.凸紋、凸臺、文字和圖案壓鑄件上一般將這些結構單元做成凸體的形式。主要原因是在模具上加工凹體比較方便。這些單元應避免尖角,圖形和筆劃盡量簡單。8.壓鑄鑲嵌件壓鑄時可以將金屬或非金屬制件鑄入壓鑄零件上,從而使壓鑄件的某—部位能夠具有持殊的性質或用途。●鑄入的嵌件形狀很多,一般為螺桿、螺母、軸、套、管狀、片狀制件等。●鑲嵌件材料多為銅、鋼、純鐵和非金屬材料。也有用性能高于鑄件本體金屬的,或者用具有特殊性質(如耐磨、導電、導磁、絕緣等)的材料。8.壓鑄嵌件鑲鑄件的作用有如下幾個方面：1、加強壓鑄件某些部位的強度、耐磨性、導電性、成絕緣性等。如：鋁中鑄人鋼件提高強度，鑄入藍寶石提高耐磨性，鑄入絕緣材料降低成本及提高絕緣性，鑄入鐵心賦予導磁性等；2、清除壓鑄件過于復雜的型腔以及內側凹形無法壓鑄的型腔；3、消除熱節，避免疏松；4、利用低熔點金屬壓鑄代替貴金屬，如用高硅鋁代替青銅；5.可將許多小鑄件合鑄起來代替部分裝配。在設計的零件有鑄入鑲件時，應符合下列要求:1)鑄件鑄入后，被基體金屬所包緊，不應松動；2)件周圍的鑄件基體金屬不應小于1.5mm，大鑄件上應增厚；3)鑲件與鑄件金屬基體之間不應產生電化腐蝕，這時，鑲件的表面可加保護層；4)鑲件上被包圍的部分不應有清角、棱邊，以免鑄件開裂；5)有鑲件的鑄件應避免熱處理，以免兩種金屬相變的不同而產生體積變化的不同，導致鑲件在鑄件內松動；6)鑲件應能滿足放入模型內的定位要求和各種公差配合的要求；7)鑲件的形狀和在鑄件上所處的位置應使壓鑄生產時放置方便。三、壓鑄件的精度、表面粗糙度及加工余量（一）壓鑄件的精度、表面粗糙度及加工余量

壓鑄件的尺寸精度壓鑄件的尺寸精度較高，基本上由壓鑄模的制造精度而定。1.長度尺寸壓鑄件線性尺寸公差及選用見表4-5。尺寸公差帶的位置如下：1、不加工的配合尺寸，孔取正（+），軸取負（-）。2、待加工的尺寸，孔取負（-），軸取正（+）；或孔與軸取雙向偏差（±），但其偏差值為CT6級公差的1/2。3.非配合尺寸，根據鑄件結構而定。

合金公差等級CT鋅合金

4~6鋁（鎂）合金

5~7銅合金6~8表4-5壓鑄件基本公差等級計算時,按上表規定在基本尺寸公差上再加附加公差。附加公差是增量還是減量,取決于壓鑄件線性尺寸本身受上述兩種因素影響的變化而定。2.壁厚、肋厚、法蘭或凸緣厚度等尺寸。壁厚、肋厚、法蘭或凸緣厚度等尺寸公差按表4-7選取。3.圓角半徑尺寸圓角半徑尺寸公差按表4-8選取

4.錐度尺寸自由角度和自由錐度尺寸公差按表4-9選取。錐度公差按錐體母線長度決定,角度公差按角度短邊長度決定。5.孔中心距尺寸孔中心距尺寸公差按表4-10選取。若受模具分型面和活動部分影響,在基本尺寸公差上也應加附加公差。（二）表面形狀和位置公差對于壓鑄件來說，變形是一個不可忽視的問題，其公差值應控制在一定的范圍內，整形前后的平面度和直線度公差，平行度、垂直度和傾斜度公差，同軸度和對稱度公差分別按表4-11.表4-12和表4-13選取。（三）表面粗糙度在填充條件良好的情況下,壓鑄件表面粗糙度一般比模具成型表面的粗糙度低兩級。如果是新模具壓鑄件上可衡量的表面粗糙度應達到相當于國標GB131-89的Ra2.5~6.3mm,也可能達Ra0.32mm。隨著模具使用次數的增加,通常壓鑄件的表面粗糙度值會逐漸變大。（四）加工余量壓鑄件能達到較高的精度，故多數的表面和部件都不必進行機械加工，便可直接裝配使用。同時還有以下兩個原因也不希望對壓鑄件進行機械加工:1)壓鑄件表層堅實耐磨，加工會失去這層好的表皮；2)壓鑄件有時有內部氣孔存在，分散而細小的氣孔通常是不影響使用的，但機械加工后卻成為外露氣孔，反而可能影響使用。（四）加工余量但，在下述情況下，壓鑄件在對于部分的表面需要進行機械加工。即:1)去除鑄造斜度；2)達到更高精度的尺寸部位(包括需要保證而尚未達到的形位公差)；3)鑄件上未壓出的一些形狀；4)去除澆口，排溢系統或因工藝需要而增加的多余部分；5)模型的成型零件因磨損或掉塊，造成鑄件的表面或形狀不符合要求。（四）加工余量機械加工余量見表4-14。機械加工余量一般為0.3mm～0.5mm。壁厚超過5mm的大型鑄件的加工余量,不應超過0.8mm～lmm。§2.壓鑄工藝參數的選擇壓鑄工藝是將壓鑄生產的三要素,即壓鑄合金、壓鑄模和壓鑄機進行有機組合和運用的過程。主要是對壓力、速度、溫度、時間及涂料等進行合理的選擇和控制。一、壓鑄壓力壓鑄壓力是由泵提供的,通過油液傳遞給壓射活塞,再經壓射沖頭作用在壓室內的金屬液上。壓射液壓缸壓射沖頭壓室金屬液模具型腔這個壓力是獲得組織致密和輪廓清晰的壓鑄件的重要因素。一、壓鑄壓力的選擇二、壓鑄速度的選擇充填速度選擇過小會使鑄件的輪廓不清，甚至不能成形；充填速度過大，會引起鑄件粘模并使鑄件內部的氣孔率增加，使其力學性能下降。充填速度選擇的一般原則:對于厚壁或內部質量要求較高的鑄件，應選擇較低的充填速度和高的增壓比壓；對于薄壁或表面質量要求較高的鑄件，應選擇較高的比壓和高的充填速度；合金的澆注溫度較低、合金和模具材料的導熱性能好、內澆道厚度較大時，要選擇較高的充填速度。常用的充填速度見表4-16三、溫度參數的選擇（一）澆注溫度是指從壓室進入型腔時金屬液的平均溫度。一般用保溫爐內的溫度表示。澆注溫度過高,合金收縮大,鑄件易產生裂紋,鑄件的晶粒粗大,還能造成脆性；澆注溫度過低,易產生冷隔、表面出現流紋和澆不足等缺陷。在壓力較高時,應降低澆注溫度。各種壓鑄合金的澆注溫度見表4-17。（二）壓鑄模的溫度壓鑄模在使用前要預熱到一定的溫度。作用:避免高溫金屬液對冷壓鑄模的“熱沖擊”，以延長模具的使用壽命；避免金屬液在模具中因激冷而很快失去流動性，使鑄件不能順利充型，造成澆不足、冷隔、“冰凍”等缺陷。預熱的方法:煤氣噴燒、噴燈、電熱器或感應加熱。壓鑄模具的溫度過高時，應采取冷卻措施。通常用壓縮空氣、水或其他液體進行冷卻。壓鑄模的工作溫度可按下式計算或根據表4-18查得:t型＝1/3t澆±Δt（三）模具的熱平衡為保證壓鑄生產的連續進行,在每一個壓鑄循環中,金屬液傳遞給模具的熱量、模具自然散熱以及通過冷卻系統傳走的熱量應保持平衡。模具熱平衡的關系式:

四、充填、持壓和開模時間（一）充填時間自金屬液開始進入型腔起到充滿型腔為止，所需要的時間－－－充填時間。充填時間的長短取決于鑄件的體積、壁厚的大小及鑄件形狀的復雜程度:對于大而簡單的鑄件，充填時間要相對長些；對于復雜和薄壁的鑄件，其充填時間要短些。表4-19（二）持壓時間和鑄件在型中的停留時間持壓時間-----從金屬液充填型腔到內澆道完全凝固時，繼續在壓射沖頭作用下的持續時間。作用:使壓力傳遞給未凝固的金屬，保證鑄件在壓力下結晶，以獲得致密的組織。持壓時間的長短取決于鑄件的材質和壁厚；對熔點高、結晶范圍大和厚壁的鑄件，持壓時間要長些。若持壓時間不足，則易造成鑄件疏松；對結晶范圍小而壁薄的鑄件，其持壓時間短些。表4-20。（二）持壓時間和鑄件在型中的停留時間停留時間----從壓射終了到壓鑄模打開的時間。（三）壓室充滿度壓室充滿度----指澆入壓室的金屬液量占壓室容量的百分數。壓室充滿度一般以70%~80%為宜。充滿度過小,則增加壓室內的空氣量,金屬液包卷氣體嚴重,使壓鑄件的氣孔增加,還會使金屬液激冷,模具的熱平衡難于控制。壓室充滿度的計算公式為:§3.壓鑄用涂料一、壓鑄涂料的作用:高溫時保持良好的潤滑性能；減少模具的熱導率，保持熔融金屬的流動性；保護模具；預防粘模；減少鑄件與模具成形部分（尤其是型芯）之間的摩擦。§3.壓鑄用涂料二、對涂料的要求:在高溫狀態下具有良好的潤滑性；揮發性低，不增加型內氣體；對模具及鑄件無腐蝕作用；性能穩定，在空氣中稀釋劑揮發慢，存放期長；高溫時不會析出有害氣體，不會在型腔表面產生積垢；配制工藝簡單，材料來源豐富，價廉。§3.壓鑄用涂料三、壓鑄涂料的使用1、注意用量，不論是涂刷還是噴涂應避免涂料的厚薄不均勻或者太厚。2、噴涂時模具溫度控制在180~200℃。3.噴涂或涂刷后，應待涂料中的稀釋劑揮發后才能合模澆注。壓鑄用涂料及配制方法見表4-22。§4.壓鑄件的清理、浸滲、后處理和表面處理一、壓鑄件的清理包括去除澆口、排氣槽、溢流槽、飛邊、毛刺和修整等。二、壓鑄件浸滲處理壓鑄件內部缺陷如氣孔、針孔或疏松等,可壓入密封劑（浸滲劑）使其具有耐壓性（氣密性、防水性）,這種方法稱為浸滲處理。§4.壓鑄件的清理、浸滲、后處理和表面處理三、壓鑄件的后處理和表面處理后處理:壓鑄件的后處理，主要是指時效退火和負溫度處理，目的是消除內應力，穩定壓鑄件的尺寸，提高其力學性能。壓鑄件的表面處理，提高其耐蝕性和美觀。表面處理鋅合金壓鑄件的表面處理主要是指①鉻酸鹽鈍化處理、鍍鉻、鍍鋅；②經磷酸鹽和鉻酸鹽液處理后涂漆；③噴涂環氧樹脂封涂層；④噴涂金屬膜以模擬出銅、銀、黃銅和金的外觀，或采用陽極處理。鋁合金壓鑄件表面的氧化膜有耐蝕作用，一般不用表面處理。鎂合金壓鑄件很少在鑄態下使用，至少應對其進行形成防蝕性保護膜后才可使用。§5.半固態壓鑄半固態壓鑄是一種新工藝。在金屬凝固過程中施加強烈攪拌,可使普通鑄造成形時易于形成的樹枝晶網絡骨架被打碎而成為分散的顆粒懸浮在剩余液相中,這種制備的合金稱為非枝晶半固態合金。§5.半固態壓鑄一、半固態壓鑄的特點:澆注溫度低，可提高模具壽命鑄件不易出現疏松、縮孔，鑄件質量高；充模性能好，可改善鑄件的表面質量；可精確計量壓射金屬的質量，取消通常需要的保溫爐，改善工作環境，提高生產率。§5.半固態壓鑄二、半固態合金的制備方法:1.機械攪拌法2.電磁攪拌法3.應變激活法半固態成形的方法有:1.流變成形；2.觸變成形§5.半固態壓鑄三、半固態壓鑄成形方法1.流變壓鑄----將金屬液從液相到固相的過程中進行強烈攪拌,在一定固相率下直接將所得到的半固態金屬漿料壓鑄成形的方法。因直接獲得的半固態金屬漿料的保存和輸送很不方便,故實際上應用很少。2.觸變壓鑄將制取的半固態金屬漿料凝固成鑄錠,再按需要將其切割成一定大小,并使其重新加熱（坯料的二次加熱）至金屬的半固態區,這時的金屬鑄錠稱為半固態合金坯料。利用半固態坯料進行壓鑄成形的方法,就稱為觸變壓鑄。

1.流變成形利用半固態金屬制備器,批量制備或連續制備糊狀漿料,然后直接進行鑄造、擠壓、軋制、模鍛等成型的方法。2.觸變成形利用半固態金屬制備器制成半固態漿料,冷卻后得到鑄錠。再分割鑄錠并加熱到半固態溫度進行成型的方法。§5.半固態壓鑄四、半固態壓鑄的應用觸變成形法（又稱為金屬半熔融注射成形法）,是1977年美國Battette研究所與DowChemical公司首先開始研究開發的,1990年進入商業實用階段。該裝置與塑料注射成形機十分相似。四、半固態壓鑄的應用工作過程:當裝入料斗的米粒（2~6mm）鎂合金原料流出后由旋轉的螺桿推向前方的同時，被急速加熱至半熔融糊狀（固相率>60%），然后高速注射裝置啟動，由螺桿前端將停留在儲存室內定量的糊狀金屬經噴嘴壓入金屬型中，從而獲得成形制品。北京高鎂科技有限公司也生產“新型鎂合金半固態射注成型機