压铸工艺跟压铸模具设计要点(3)

级压射系统，这样除了可避免熔体溅出浇料口，更可以提高压 室初始充满度。 3.4.1 慢压射阶段

慢压射阶段在工艺上主要是选控慢压射速度，目的是在金属熔体涌至内浇口时，压室中的气体能完全从浇口进入型腔，而不被金属熔体包裹，避免在铸件中形成气孔；为此，需要选择一个临界冲头速度，可以是等加速度，也可以是恒速，一般说，等加速度效果好。国外压铸机多配以“Parashot'’或“SIMUI”的等加速度的慢压射的速度选控系统，图19、图20[2]可作为选控慢压射速度之参考。 3.4.2 充型阶段

此阶段在工艺上最应关注的是：充型时间、压射速度、内浇口速度和空压射速度的相互关系，及主要要参数的选择。 3.4.2.1 最佳充型时间

充型时间就是金属熔体流过内浇口，以高的内浇口速度，在金属熔体停止流动前充满型腔的时间。这一时间很短，是一个非常关键的参数，是选用压铸机，进行工艺设计和模具设计的基础。

充型时间要短，目的是充型时在铸件最小的部位或液流远端不产生早期凝固，避免铸件出现缺肉、冷隔等缺陷。充型时间越短，充型速度就越高，会加大型腔磨损，还可能因胀型而金属飞溅和产生飞边；充型速度高，会使型腔中气体没有足够时间从型腔中逸出。充型时间的正确选择只有综合考虑才能得到，表3给出了选择充型时间和内浇口速度的相关因素[4]。

金属熔体从工作温度到凝固温度释放的热量决定了其在相同导热率下保持可铸性的时间，因此这种热量便作为判定其最大可充型时间的尺度。释放热量与充型时间成正比，根据热量比可以得到几种合金的充型时间的关系。Mg合金、Zn合金、A1合金和Cu合金在相同凝固条件下，从工作温度到凝固温度释放的热量分别为261、329、509、918kCal/dm3，则它们的型时间比为τMg:τZn:τAI:τCu ≈0.51:0.65:1:1.8。也就是说τMg=:0.51τAI，τZn=0.65τAI，τCu=1.8τAI。

表4给出了充型时间与壁厚有关的推荐值，更确切地说与凝固模数有关。一些世界著名的公司如瑞士Buehler也以此作为选择充型时间的依据。早先的资料中是按铸件平均壁厚计算的，而后来资料也有按最小壁厚计算的。

注：最大值用于铝合金，中间值用于锌合金，最小值用于镁合金。

B.Nogowizin基于材料的热性质和他人经验，从试验出发，得到最佳充型时间关系式[3]：

式中：τ为充型时间，s为铸件平均壁厚；ρ为固、液相间合金密度平均值；HSW为合金熔化热；C为固、液相间合金平均化热容；tL为合金液相线温度；f为固相率；?t为液相线温度与固相率为f时温度之间隔；tF为模具温度；λF为模具材料的导热率；CF为模具材料的比热容；ρF为模具材料的密度。 此时，浇注温度tg=tL+ (60~120)(℃) 压铸时显然金属液在型腔中无过热，人们观察到熔体流中具有一定数量的固相，当固相率达到30%~80%时，在型腔中熔体运动只能通过高的流入速度，当最佳充型时间按式（17）计算时，相当于f值为70%~80%。

图21中可以确定液相线温度和形式70%~80固相时的温度间隔，即?t=38℃，表5[3]和表6中列举模具钢1.234 4(X40CrMoV51)和压铸合金的物理性质，也可用于1.234 3(X38CrM051)、1.236 5(X32CrMoV33)和1.236 7(X38CrMov53)[3]。铝合金和铜合金的熔化热的经验值不详，所以用理论值。试验指出，镁合金的熔化热等于纯镁的熔化热。表7[3]是按式（17）和按f=70%

计算的最佳充型时间，如f=80%时，则表中数据要扩大1.3倍。由表5可知A1-Si和AISiCu合金最佳充型时间要比Al-Mg合金长1.2~1.6倍，这归因于Si高溶化热，使含硅的合金保持较长时间液态，利于在型腔中流过[3]。

最佳充型时间对各种镁合金而言在压射时至少要比铝合金快2倍，铜合金最佳充型时间与合金组成元素有关，铅黄铜（CuZn37Pb）与镁合金相近，硅黄铜（CuZnl5Si4）与铝合金相近。 经验表时，较短的充型时间对薄壁长流程的铸件是成功的，已用于NADCA推荐计算浇注系统的公式中[2,6]：

式中：τ为充型时间，ms；Tm为金属熔体浇注温度，℃；Tf为金属流动最小温度，℃；Td为压铸模温度，℃；f为金属熔体失去流动性前的最大固相率；sm为压铸件平均壁厚，mm。

以某镁合金压铸件为例，壁厚sm=2 mm，金属熔体浇注温度Tm=670℃，模具温度Td=200℃，最小流动温度Tt=610℃，最大固相率f=30%。则按式(18)计算充型时间τ=0.034 6×[(6780-610+0.25×30)／(610-200)] ×2=20ms。

铸件表面品质量随充型时间增加而变化，充型时间短，压射功率大，充型快，但因内浇口厚度的限制，过短的充型时间使铸件的孔隙率增加。图22是充型时间对铝压铸件品质的影响[7]。图23[3,8]是近年提出的一种对铝、镁压铸件壁厚与充型时间关系的关系图。表面品质要求高的就选较短的充型时间。

3.4.2.2 压射速度、充型速度和空压射速度。 (1) 压射速度(冲头速度)

压射速度(冲头速度)是充型阶段单位时间内的冲头位移。在行程曲线充型阶段任选两 个点，测量行程的距离和充型时间(图24)，即可求得压射速度=测量的距离(mm)／压射时间(ms)。

(2) 充型速度（内浇口速度）

充型速度即内浇口速度，与冲头速度和冲头面积有关。在压室——模具这个封闭系统里，以充型时金属通过内浇口的体积流量Q为基础，有以下关系： 式中：υa为内浇口速度（充型速度），m/s；Sa为内浇口面积，mm2；υa为冲头速度（压射速度），m/s；A0为冲头面积，mm2。

一般只有选定压铸机后，才能确定冲头面积，内浇口速度可按表1选取。 内浇口速度是重要的参数，对铸件质量和模具寿命有重要影响。内浇口速度过高会增大型腔表面由于侵蚀、粘模而受损伤的几率；较低的内浇口速度虽有利于气体从型体内排出，但也能使铸件力学性能和表面质量变坏。铸件的体积缺陷常以均匀分布的显微孔隙或以较大的孔洞出现在铸件中，高内浇口速度的压铸强度比低内浇口速度的低，有助于在铸件中形成显微孔隙，使铸件表面更光洁，组织更致密。 内浇口速度与铸件壁厚有关，可用下式计算：

式中：s为铸件壁厚（单位：mm），适于壁厚1~6mm；参数46~57中，低值用于锌合金，中值用于铝合金，高值用于镁合金。将最大内浇口速度限制在50~60m/s，而最小内浇口速度为锌12 m/s、铝18 m/s、镁27 m/s。

内浇口速度与铸件壁厚有关，但由内浇口厚度来决定，实际中相同壁厚的铸件，可能有不同厚度的内浇口，由此也会用不同的的内浇口速度来压铸。 还有一种与内浇口厚度有关的计算内浇口的方法，见下式：