《金属压铸工艺与模具设计》概述.ppt

第1章 概 述 （时间：1次课，2学时） 第1章 概 述 压力铸造简称压铸，属铸造工艺的范畴，是特种铸造中的一种。通常将砂型铸造以外的铸造方法统称为“特种铸造”，常用的特种铸造方法有近十种之多，而压铸是其中应用很广的方法之一。 第1章 概 述 1.1 铸造工艺与压力铸造 1.2 压铸原理与金属充填理论 1.3 压铸工艺特点及其应用和发展 1.1 铸造工艺与压力铸造 在金属成型工艺发展过程中，铸造是历史最为悠久的一种工艺。将金属液浇入铸型内待其凝固冷却后获得铸件，称为重力铸造。铸型根据材料不同有泥型、砂型、金属型、失蜡型等。我国早在三千多年以前就用泥范(泥型)来浇注各种铸件了。 根据文献记载和实物考察研究，铸造技术的发展可分为两大阶段，前阶段以青铜铸造技术为主，后阶段以铸铁技术为主。大约五千年以前，人们就用铸型浇出形状简单的铜件，到中世纪末，装饰青铜和锡基铸件开始用于欧洲的教堂和家庭生活。我国在商周时代，青铜技术达到了成熟期。河南安阳出土的殷朝祭器司母戊鼎重达700多公斤，长高都超过一米，四周饰有精美的蟠龙纹及饕餮纹。湖北隋县出土的一大批青铜器，种类繁多，纹饰细致精美。其中六十四件编钟铸造精巧、音律准确、音色优美。这些充分证明殷商时期铜合金的冶炼和铸造技术已达到了很高的水平。 我国在公元前六世纪就发明了生铁冶铸技术，比欧洲早一千八百多年。隋唐以后，随着社会经济的发展铸造技术有了很大的进步。公元974年铸造的河北沧州大铁狮高6.1 m，长5.5 m，重达50 t。明朝永乐年间铸造的永乐青铜大钟重达40 t，钟体内外遍铸经文十余万字。 我国古代铸造技术成就辉煌，但在近百年来却大大落后于西方先进工业国家，有许多技术甚至都失传了。到新中国成立之后，铸造技术又呈现出蓬勃的生机。南京晨光机器厂于1989年为香港的“天坛”铸造了一尊青铜大佛，又在1994年铸造出“泰国第一佛”释迦牟尼坐像和莲花的部分，总高22 m，重40 t。 1.1 铸造工艺与压力铸造 社会需要是促进科学技术发展的主要原因。当一种生产工艺不能满足社会需要时，就会有新的更好的工艺产生，压铸技术的出现就是如此。压铸最早用来铸造印刷用的铅字，当时需要生产大量清晰光洁以及可互换的铸造铅字，压铸法随之产生。1885年奥默根瑟勒(Mergenthaler)发明了铅字压铸机。最初压铸的合金是低熔点的铅和锡合金。随着对压铸件需求量的增加，要求采用压铸法生产熔点和强度都更高的合金零件，这样，相应的压铸技术、压铸模具和压铸设备就不断地改进发展。1905年多勒(Doehler)研究成功用于工业生产的压铸机，压铸锌、锡、铅合金铸件。1907年瓦格纳(Wagner)首先制成气动活塞压铸机，用于生产铝合金铸件。1927年捷克工程师约瑟夫· 波拉克(Joset Polak)设计了冷压室压铸机，克服了热压室压铸机的不足之处，从而使压铸生产技术前进了一大步，铝、镁、铜等合金零件开始广泛采用压铸工艺进行生产。压铸生产是所有铸造工艺中生产速度最快的一种，也是最富有竞争力的工艺之一，使得它在短短的160多年的时间内发展成为航空航天、交通运输、仪器仪表、通信等领域内有色金属铸件的主要生产工艺。 20世纪60年代至70年代是压铸工艺与设备逐步完善的时期。而70年代到现在，则是电子技术和计算机技术加速用于压铸工艺与设备的大发展阶段。数控压铸机、计算机控制压铸柔性单元及系统(压铸FMC及FMS)和压铸工艺与设备计算机辅助设计(CAD)的出现，标志着压铸生产开始从经验操作转变到科学控制新阶段，从而使压铸件的质量、自动化程度及劳动生产率都得到极大的提高。 各种常用铸造方法适用范围及技术经济指标见表1.1。 1.2 压铸原理与金属充填理论 1.2.1 压铸原理 1.2.2 金属充填理论 1.2 压铸原理与金属充填理论 高压和高速是压铸时金属液充填成型过程中的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本的区别所在。 1.2.1 压铸原理 压铸是将液态或半固态金属浇入压铸机的压室中，金属液在运动的压射冲头作用下，以极快的速度充填型腔，并在压力的作用下结晶凝固而获得铸件的一种铸造方法。压铸时作用在金属液上的压射比压从几兆帕至几十兆帕不等，有时甚至高达500兆帕。金属液充填型腔时，浇口处的线速度达0.5～70 m/s。充填的时间极短，一般为0.01～0.03 s。压铸生产过程如图1.1所示。 压铸过程是由压铸机来实现的，压铸机分热压室压铸机和冷压室压铸机两大类。 1. 热压室压铸机工作的基本原理 热压室压铸机的压室通常浸没在坩埚的金属液中，如图1.2所示。压铸过程中，金属液在压射冲头上升时通过进口进入压室；压射冲头下压时，金属液沿着通道经喷嘴充填压铸模型腔，待金属液冷却