1、材料成形設(shè)備,主講： 尚偉燕,Tel:(572102),E-Mail:,QQ: 2359136,辦公室：機(jī)械學(xué)院305機(jī)械設(shè)計(jì)與制造教研室,2,第六章壓鑄機(jī),Pressure Die Casting Machine,3,壓力鑄造簡(jiǎn)稱壓鑄，是將熔融合金在高壓、高速條件下充型并在高壓下冷卻凝固成形的一種精密鑄造方法。,定義,高壓、高速是壓鑄的兩大特點(diǎn)。,壓鑄的壓力(壓射比壓)可達(dá)3070MPa(300700大氣壓),充型速度可達(dá)5100m/s,充型時(shí)間為0.050.2s，最短時(shí)間只有千分之幾秒。,4,壓鑄成形的特點(diǎn)與應(yīng)用,生產(chǎn)效率高，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化,壓鑄件的尺寸精

2、度高，表面粗糙度低,鑄件高壓高速下結(jié)晶，冷卻速度快。故晶粒細(xì)小，表層緊實(shí)，鑄件的強(qiáng)度、硬度高。,可采用鑲鑄法簡(jiǎn)化裝配和制造工藝。,鑲鑄是將各種金屬或非金屬的零件嵌放在壓鑄型中，在壓鑄時(shí)與壓鑄件鑄合成一體。,5,壓鑄機(jī)費(fèi)用高，壓鑄模具制造成本高，工藝準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，不適用單件小批量生產(chǎn)。,壓鑄件一般不易進(jìn)行熱處理。,由于壓鑄的金屬液注入和凝固速度過快，型腔氣體難以及時(shí)完全排出，壁厚處難以進(jìn)行補(bǔ)縮，故鑄件內(nèi)部易存有氣孔、縮孔和縮松等鑄造缺陷。 所以，不宜熱處理。,6,壓鑄機(jī)的分類及型號(hào),壓鑄機(jī)分類,壓鑄機(jī)主要按熔煉爐的設(shè)置、壓射裝置和鎖模裝置的布局等情況進(jìn)行分類。主要類型有以下幾種：,熱壓室壓鑄機(jī)：金

3、屬熔煉與保溫裝置與壓射裝置連為一體。,臥式冷壓室壓鑄機(jī)：金屬熔煉部分與壓射裝置分開單獨(dú)設(shè)置，壓射沖頭水平方向運(yùn)動(dòng)，鎖模裝置呈水平分布。,立式冷壓室壓鑄機(jī)：金屬熔煉部分與壓射裝置分開單獨(dú)設(shè)置，壓射沖頭垂直方向運(yùn)動(dòng)，鎖模裝置呈水平分布。,全立式冷壓室壓鑄機(jī)：金屬熔煉部分與壓射裝置分開單獨(dú)設(shè)置，壓射沖頭垂直方向運(yùn)動(dòng)，鎖模裝置呈垂直分布。,7,壓鑄機(jī)型號(hào)表示,壓鑄機(jī)型號(hào)表示為：“”，其中“”表示“金屬型鑄造設(shè)備”，后第一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示壓鑄機(jī)所屬的“列”。壓鑄機(jī)有兩大列，“”表示冷壓室，“”表示“熱壓室”；后第二位阿拉伯?dāng)?shù)字表示壓鑄機(jī)所屬的“組”，共分組，“”表示“臥式”，“”表示“立式”；第二位以后

4、的數(shù)值表示鎖模力的/100；型號(hào)后加有、 字母時(shí)，表示第幾次改型設(shè)計(jì)。,8,壓鑄機(jī)的工作原理,熱壓室壓鑄機(jī)工作原理,壓鑄部分與金屬熔化部分連為一體，并浸在金屬液中,金屬液從壓室側(cè)壁的通道進(jìn)入壓室內(nèi)腔和鵝頸通道,壓射時(shí)，壓射沖頭向下運(yùn)動(dòng)。壓射沖頭以一定的推力和速度將金屬液壓入模腔，充滿型腔并保壓一定時(shí)間后，壓射沖頭提升復(fù)位，鵝頸通道內(nèi)為凝固的金屬液流回壓室，坩堝內(nèi)的金屬液又向壓室補(bǔ)充，待下一循環(huán)壓射。,9,立式冷壓室壓鑄機(jī)工作原理,鎖模部分呈水平設(shè)置，壓射部分呈垂直設(shè)置。壓射沖頭和反料沖頭可上下垂直運(yùn)動(dòng)。,壓鑄時(shí)，模具閉合，從熔爐或金屬液保溫爐中舀取一定量金屬液倒入壓室內(nèi)，此時(shí)反料沖頭上升堵住澆

5、道。,當(dāng)壓射沖頭下降接觸金屬液時(shí)，反料沖頭隨沖壓沖頭向下移動(dòng)，壓室與模具澆道相通，金屬液在壓射沖頭高壓作用下，迅速充滿模腔成形。,壓鑄件冷卻成形后，壓射沖頭上升復(fù)位，反料沖頭在專門機(jī)構(gòu)推動(dòng)作用下往上移動(dòng)，切斷余料并將其頂出壓室，接著進(jìn)行開模頂出壓鑄件。,10,臥式冷壓室壓鑄機(jī)工作原理,壓鑄機(jī)壓室與金屬合金熔爐也是分開設(shè)置，壓室呈水平布置，并可從鎖模中心向下偏移一定距離。,壓鑄時(shí)，將金屬液注入壓室內(nèi)，然后壓射沖頭向前壓射，將金屬液經(jīng)模具內(nèi)澆道壓射入模腔，保壓冷卻成形,開模時(shí)，壓射沖頭繼續(xù)前推，將余料退出壓室，壓射沖頭復(fù)位，等待下一循環(huán)。,11,全立式冷壓室壓鑄機(jī)工作原理,分壓射沖頭上壓式壓鑄機(jī)和

6、壓射沖頭下壓式壓鑄機(jī)。,壓射沖頭上壓式壓鑄機(jī)工作過程：將金屬液倒入壓室后，模具閉合，壓射沖頭上壓，使金屬液經(jīng)澆鑄系統(tǒng)進(jìn)入模腔，冷卻成形后開模，壓射沖頭繼續(xù)上升，推動(dòng)余料隨鑄件移動(dòng)，通過模具頂出機(jī)構(gòu)即可頂出壓鑄件，同時(shí)壓射沖頭復(fù)位。,12,壓鑄機(jī)的本體結(jié)構(gòu),13,壓鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn),壓鑄機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：合模機(jī)構(gòu)、壓射機(jī)構(gòu)、機(jī)座、動(dòng)力部分、液壓與電氣控制系統(tǒng)及其它補(bǔ)助裝置。,熱壓室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu),壓鑄機(jī)的金屬熔煉、保溫部分與壓射裝置構(gòu)成機(jī)床的鑄料系統(tǒng)。鎖模裝置類似于塑料注射機(jī)。,熱壓室壓鑄機(jī)特點(diǎn),多為中小型機(jī)，容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，生產(chǎn)率高，金屬消耗量小。但壓室長(zhǎng)時(shí)間浸沒在高溫的金

7、屬液中容易被侵蝕，不但減小壓射構(gòu)件的壽命，而且將增加合金中的雜質(zhì)成分。此外，這種壓射機(jī)的壓射比壓較小。,14,臥式冷壓室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu),該類壓鑄機(jī)不帶金屬熔煉和保溫裝置，壓模裝置與鎖模裝置呈水平分布，壓射裝置由壓室和壓射沖頭組成，并可根據(jù)模具澆注系統(tǒng)向下偏移一定距離。機(jī)床上常配有自動(dòng)加料裝置，鎖模裝置與臥式塑料注射機(jī)相似。,臥式冷壓室壓鑄機(jī)特點(diǎn),工作條件比熱壓室好，同時(shí)可采用大噸位的臥式壓射缸，適合大中型壓鑄機(jī)。,15,立式冷壓室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu),該類壓鑄機(jī)也不帶金屬熔煉和保溫裝置，壓射系統(tǒng)呈垂直分布，由壓室、壓射沖頭與反料沖頭組成，進(jìn)料口在機(jī)床模板中心處。鎖模裝置呈水平分布，其結(jié)構(gòu)與臥式冷壓室壓鑄機(jī)相

8、同。,立式冷壓室壓鑄機(jī)特點(diǎn),立式冷壓室壓鑄機(jī)占地面積較臥式壓鑄機(jī)小，金屬液雜質(zhì)上浮壓射時(shí)不易進(jìn)入模腔，有利于提高鑄件質(zhì)量。模具模腔可沿中心對(duì)稱布置，便于壓鑄具有中心澆口的鑄件。,16,全立式冷壓室壓鑄機(jī)結(jié)構(gòu),該類壓鑄機(jī)壓射裝置和鎖模裝置均垂直分布，其中按壓射沖頭運(yùn)動(dòng)方向的不同還可分為上壓式和下壓式兩種。,全立式冷壓室壓鑄機(jī)特點(diǎn),模具水平放置，穩(wěn)固可靠，安防嵌件方便，廣泛用于壓鑄電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子類零件；金屬液進(jìn)入模腔時(shí)轉(zhuǎn)折少，流程短，減少了壓力和熱量的損失；設(shè)備占地面積小。但設(shè)備高度大，不夠穩(wěn)定，鑄件頂出后常需要人工取出，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。,17,壓鑄機(jī)的主要機(jī)構(gòu),壓射裝置,壓射裝置是實(shí)現(xiàn)液態(tài)金屬高

9、速充型，并使金屬液在高壓下結(jié)晶凝固成鑄件的重要機(jī)構(gòu)。壓射裝置不僅要能達(dá)到壓鑄工藝要求的壓射比壓和壓射速度，而且還應(yīng)能使壓射過程的壓射速度、壓射力、壓力建立時(shí)間等能方便的調(diào)節(jié)，以便更好的適應(yīng)各種壓鑄工藝的要求。,增壓缸有背壓壓射裝置,由帶緩沖器的普通液壓缸和增壓器組成，聯(lián)合實(shí)現(xiàn)分級(jí)壓射，能實(shí)現(xiàn)兩種速度和一次增壓壓射。,增壓缸無(wú)背壓壓射裝置,采用分罐式壓射增壓結(jié)構(gòu)，用兩個(gè)蓄能器分別對(duì)壓射缸和增壓缸進(jìn)行快速增壓，完全取消了增壓活塞的背壓。,18,合模裝置,壓鑄機(jī)的合模機(jī)構(gòu)要完成模具的開、合動(dòng)作及壓鑄件的頂出等工作，是壓鑄機(jī)的重要組成部分。合模機(jī)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響到壓鑄件的精度、模具的使用壽命以及操作安

10、全等。壓鑄機(jī)的合模機(jī)構(gòu)與塑料注射機(jī)相似，也有全液壓鎖模和液壓機(jī)械鎖模兩大類。,液壓系統(tǒng),液壓系統(tǒng)是完成壓鑄工藝過程的動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)部分。早期的壓鑄機(jī)大多采用電氣元件和液壓元件聯(lián)合的控制系統(tǒng)，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，許多新的液壓閥和電氣元件得到應(yīng)用。,19,輔助裝置,壓鑄機(jī)的輔助裝置是根據(jù)需要在壓鑄機(jī)上增設(shè)的某些專門的機(jī)構(gòu)，如冷壓室壓鑄機(jī)的金屬液保溫爐及自動(dòng)舀料機(jī)構(gòu)，自動(dòng)取料機(jī)械手，液壓側(cè)抽芯裝置，為了方便裝模而設(shè)計(jì)的合模部分拉桿與定模板自動(dòng)分離操作機(jī)構(gòu)等。,20,壓鑄機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)與選用,21,壓鑄機(jī)的主要技術(shù)參數(shù),合模力,合模力是指壓鑄機(jī)的合模裝置對(duì)模具所能施加的最大夾緊力，常用單位為。它限制了設(shè)

11、備所能成形制品的最大投影面積。壓鑄機(jī)型號(hào)規(guī)格中的主參數(shù)常用合模力的大小來表示。,壓射力,壓射力是指壓射沖頭作用于金屬液的最大力，單位常用kN。壓射過程中設(shè)備作用于金屬液的壓射力不是恒定不變的，它的大小隨不同的壓射階段而改變，在金屬液充滿模腔的瞬間升至最大值。,22,壓射比壓,壓射比壓是指壓射沖頭作用于單位面積金屬液表面上的壓力，單位常用MPa。壓射比壓是確保制品致密性和金屬液充填能力的重要參數(shù)，其大小受壓鑄機(jī)的規(guī)格和壓室直徑的影響。,壓室容量,壓室容量是指壓鑄機(jī)的壓室每次澆注能容納金屬液的最大質(zhì)量，單位常用kg，其大小與壓室直徑及壓鑄合金的種類有關(guān)，反映了設(shè)備能夠成形制品的最大質(zhì)量。,23,工

12、作循環(huán)次數(shù),工作循環(huán)次數(shù)是指壓鑄機(jī)每小時(shí)最高的循環(huán)周期數(shù)。它與設(shè)備的壓射裝置性能、合模裝置性能、壓鑄合金的種類、壓鑄工藝參數(shù)、制品結(jié)構(gòu)形狀、模具結(jié)構(gòu)等有關(guān)。,合模部分基本尺寸,它包括模板尺寸和拉桿有效間距、模板間距與模具最大、最小厚度等，這些參數(shù)決定了設(shè)備所用模具尺寸的大小和它們之間的安裝關(guān)系。,24,壓鑄機(jī)的選用,通常按壓鑄合金的種類可大致確定壓鑄機(jī)的類型，如鎂、鋅合金及其他低熔點(diǎn)合金壓鑄成形通常選用熱壓室壓鑄機(jī)，而鋁、銅合金及黑色金屬壓鑄通常選用冷壓室壓鑄機(jī)。其中冷壓室壓鑄機(jī)又可根據(jù)壓鑄件的不同結(jié)構(gòu)加以選擇，如用中心澆口的制品比較適合立式冷壓室壓鑄機(jī)成形，而用側(cè)澆口的制品較適合臥式冷壓室壓

13、鑄機(jī)成形，帶嵌件壓鑄件則較適合全立式壓鑄機(jī)壓鑄成形。,類型選用,25,選定了壓鑄機(jī)類型以后，還需要對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行校核才能確定壓鑄機(jī)的具體規(guī)格。,參數(shù)選用,鎖模力校核,為保證壓鑄成形時(shí)，不因脹模力在模具分型面上產(chǎn)生溢料，必須使設(shè)備提供的鎖模力大于模具的脹模力，所需脹模力的大小與壓射比壓、壓鑄制品在開模方向上總的投影面積及脹模合力中心偏移情況有關(guān)。,鎖：鎖模力(kN)；脹：脹模力(kN)；安全系數(shù)（.3）,26,壓室容量校核,每次壓鑄的金屬液總量不能超過壓室可容納的金屬液總量。,：壓鑄機(jī)壓室額定容量(cm3)；：每次壓鑄所需的金屬液總量(kg)；：合金密度(g/cm3)；1:壓鑄件體積；:壓鑄件澆

14、注系統(tǒng)總體積；:壓鑄件排溢系統(tǒng)總體積。,開模行程校核,不同合模機(jī)構(gòu)的壓鑄機(jī)，模具厚度對(duì)設(shè)備開模行程的影響不同。全液壓合模機(jī)構(gòu)時(shí)，壓鑄機(jī)的開模行程為合模行程減去模具厚度；曲肘式合模機(jī)構(gòu)時(shí)，開模行程為定值，模具厚度對(duì)開模行程無(wú)影響。,27,模具安裝尺寸校核,模具安裝尺寸校核主要有以下幾方面：,）澆口套與壓室（冷壓室壓鑄機(jī)）或澆口套與噴嘴（熱壓室壓鑄機(jī)）連接處應(yīng)正確配合,）模具外形尺寸應(yīng)小于壓鑄機(jī)模板尺寸，且通常長(zhǎng)寬方向應(yīng)小于壓鑄機(jī)拉桿有效間距，以便于模具的安裝,）當(dāng)模具用螺栓直接固定在壓鑄機(jī)模板上時(shí)，模具底板上孔位位置應(yīng)與壓鑄機(jī)模板上的安裝螺孔對(duì)應(yīng),）模具頂出機(jī)構(gòu)與壓鑄機(jī)頂出桿的連接結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng),）

15、壓鑄機(jī)的開模力、頂出力和頂出行程等的校核,28,第四節(jié)新型壓鑄工藝裝備簡(jiǎn)介,半固態(tài)壓鑄成形,半固態(tài)壓鑄成形設(shè)備,半固態(tài)壓鑄成形工藝除原有的冷壓室壓鑄機(jī)以外，還配備有半固態(tài)金屬熔料的制備裝置。,半固態(tài)壓鑄成形特點(diǎn),有利于延長(zhǎng)模具壽命,半固態(tài)熔料粘度大，充型時(shí)無(wú)渦流，不會(huì)卷入空氣，成形收縮率小，壓鑄件不易出現(xiàn)疏松、縮孔等缺陷，提高壓鑄件質(zhì)量,半固態(tài)熔料輸送方便簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化,29,真空壓鑄成形,真空壓鑄成形設(shè)備,真空壓鑄要求在很短的時(shí)間內(nèi)模腔應(yīng)達(dá)到預(yù)訂的真空度，所以真空系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)真空容積的大小確定真空罐的容積和足夠大的真空泵。常用抽真空的方法有兩種：模腔直接抽真空；利用真空罩密封壓鑄

16、模,真空壓鑄成形特點(diǎn),減少或消除了壓鑄件內(nèi)部的氣孔，提高壓鑄件的強(qiáng)度和質(zhì)量，并可適當(dāng)熱處理,改善了金屬液的填充能力，壓鑄件壁厚可以更薄,減小了壓鑄時(shí)模腔的反壓力，提高設(shè)備成形能力,真空壓鑄密封設(shè)備復(fù)雜，還需配備快速抽真空系統(tǒng),30,充氧壓鑄成形,充氧壓鑄成形設(shè)備,氧氣從模具上開設(shè)的通道加入，快速取代模腔和壓室中的空氣。,充氧壓鑄成形特點(diǎn),氧氣與壓鑄金屬液在模具模腔內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)形成微小的氧化物顆粒，減少或消除氣孔，提高鑄件的致密性,可進(jìn)行熱處理以提高制件性能,主要用于鋁、鋅合金壓鑄,31,精速密壓鑄成形,精速密壓鑄成形設(shè)備,精速密壓鑄是精確、快速、密實(shí)壓鑄成形方法的簡(jiǎn)稱。它采用兩個(gè)套在一起的內(nèi)

17、外壓射沖頭進(jìn)行壓射，又稱套筒雙沖頭壓鑄。,精速密壓鑄成形特點(diǎn),充模平穩(wěn)，壓射填充速度低，不易形成渦流和噴濺現(xiàn)象，減少氣孔的數(shù)量,內(nèi)澆口厚度大，且位于壓鑄件厚壁處，以利內(nèi)壓射沖頭的補(bǔ)縮壓實(shí),澆注系統(tǒng)不易分離，需切割裝置,適合大中型壓鑄機(jī)上生產(chǎn)厚壁大鑄件,32,第五章其它成形設(shè)備,33,螺旋壓力機(jī),螺旋壓力機(jī)原理,螺旋壓力機(jī)是利用螺旋副作工作機(jī)構(gòu)的鍛壓機(jī)械。以慣性螺旋壓力機(jī)為例，壓力機(jī)均有一個(gè)慣性飛輪。,打擊前，傳動(dòng)系統(tǒng)輸送的能量以動(dòng)能形式暫時(shí)存放在打擊部分（包括飛輪和直線運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量），飛輪處于慣性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；,打擊過程中，飛輪的慣性力矩經(jīng)螺旋副轉(zhuǎn)化為打擊力使毛坯產(chǎn)生變形，對(duì)毛坯做變形功，打擊部件

18、受到毛坯變形抗力阻抗，速度下降，釋放動(dòng)能，直到動(dòng)能全部釋放停止運(yùn)動(dòng)，打擊過程結(jié)束。,34,螺旋壓力機(jī)特性,工藝適應(yīng)性好，模鍛同樣的工件可以選用公稱壓力閉熱模鍛壓力機(jī)小25%50%,螺旋壓力機(jī)的滑塊位移不受運(yùn)動(dòng)學(xué)上的限制，終鍛可以一直進(jìn)行到模具靠合為止，壓力機(jī)和模具的彈性變形可以由螺桿的附加轉(zhuǎn)角自動(dòng)補(bǔ)償，鍛件在垂直方向上的尺寸精度閉在熱模鍛曲柄壓力機(jī)上模鍛高12級(jí),模具安裝、調(diào)整方便，不需要調(diào)整封閉高度或?qū)к夐g隙,螺旋壓力機(jī)滑塊的最大線速度為0.61.5m/s，最適合各種鋼和合金的模鍛，模具所受應(yīng)力小,35,螺旋壓力機(jī)的分類和參數(shù)表示,螺旋壓力機(jī)按照傳動(dòng)原理可分為慣性螺旋壓力機(jī)和高能螺旋壓力機(jī)。

19、其中，慣性螺旋壓力機(jī)按動(dòng)力形式又可分為摩擦壓力機(jī)、電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、液壓螺旋壓力機(jī)和復(fù)合傳動(dòng)螺旋壓力機(jī),螺旋壓力機(jī)用文字和數(shù)字表示型號(hào)，用公稱壓力表示規(guī)格。,如J53-400表示4MN雙盤摩擦壓力機(jī)。,36,螺旋壓力機(jī)的典型結(jié)構(gòu),摩擦壓力機(jī),采用摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的螺旋壓力機(jī)稱為摩擦螺旋壓力機(jī)。,傳動(dòng)鏈由帶傳動(dòng)、摩擦盤與飛輪構(gòu)成的正交摩擦傳動(dòng)結(jié)構(gòu)組成。橫軸上裝有兩個(gè)摩擦盤，朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，飛輪邊緣覆有摩擦材料。通過左右摩擦盤交替壓緊飛輪，可改變飛輪的旋轉(zhuǎn)方向。,傳動(dòng)中存在宏觀滑動(dòng)和幾何滑動(dòng)，影響傳動(dòng)效率。飛輪在最上位置時(shí)，飛輪與摩擦盤接觸半徑小，線速度小?；爻虝r(shí)，接觸從最大半徑開始，伴有劇烈的打滑損失，因此大型摩擦螺旋壓力機(jī)多配備有平衡缸。,37,電動(dòng)螺旋壓力機(jī),電動(dòng)螺旋壓力機(jī)是利用可逆式電動(dòng)機(jī)不斷作正反方向的換向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)飛輪和螺桿旋轉(zhuǎn)，使滑塊作上下運(yùn)動(dòng)，按其傳動(dòng)特征分兩類：,電動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)式,這種電動(dòng)螺旋壓力機(jī)沒有單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就是壓力機(jī)的飛輪或飛輪的一部分，利用定子的旋轉(zhuǎn)