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1、汽车悬架摆臂铝合金压铸件压铸工艺设计摘 要：随着汽车行业的飞速发展，汽车轻量化成为目前世界汽车的发展大趋势，汽车零部件将更多采用轻质的铝合金材料。悬架摆臂作为悬架簧下质量组成部分，重量减轻对汽车操控性有大的提升。压铸作为目前先进的金属成型方法，获得的压铸件具有高精度、组织细密、力学性能良好等优点。本文根据麦佛逊悬架下摆臂结构尺寸，利用CATIA构建其三维模型。以悬架摆臂实际结构和壁厚等，设计了浇注系统和排溢系统的结构形式、尺寸及位置。根据压铸件结构和铝合金材料特性，初步选择充填速度25m/s、浇注温度为630、模具预热温度为180，使用铸造模拟软件AnyCasting对初始工艺方案进行模拟。查
2、看模拟结果中充型和凝固全过程，以及温度、压力、速度和卷气的变化情况，分析出压铸件产生缺陷的原因和位置，预测在内浇口前部易出现粘型、冷隔和气孔等缺陷，在压铸件厚壁处易出现缩孔缺陷，在金属液最后充填三处由于未设置溢流槽，极易出现气孔缺陷。通过分析可能出现缺陷的原因和位置以及设计不足，对浇注系统和排溢系统进行了增加溢流槽和加厚内浇口厚度的优化，以减小各类缺陷的发生。对优化后的方案再次进行模拟，查看模拟结果可以看出，优化后各缺陷概率降低。压铸成型受到各方面因素的影响，为得出最佳的工艺参数组合，通过控制变量法和基于Galois理论的正交实验法，改变浇注温度、充填速度和模具预热温度，多次模拟查看各实验下的
3、残余熔体模数和组合缺陷参数，得出较优的工艺参数为:充填速度24m/s、25m/s、27m/s，浇注温度610630，模具预热温度160180；最佳的工艺参数组合为：充填速度27m/s，浇注温度610，模具预热温度180。在实际生产之前，通过数值模拟，查看充型与凝固全过程各项参数变化，对压铸件可能出现的缺陷进行分析，优化成型方案和各工艺参数，能够为企业在生产类似复杂铝合金压铸件提供指导。关键词：摆臂；铝合金；压铸；模拟；缺陷；工艺参数优化DiecastingprocessdesignforaluminumalloydiecastingofautomobilesuspensionswingarmA
4、bstract:Withtherapiddevelopmentoftheautomobileindustry,automotivelightweighthasbecomethedevelopmenttrendoftheworldsautomobiles.Die-castingtechnologyanddie-castingaluminumalloyarewidelyusedinthekeypartsofautomobiles.Suspensionswingarmisusedasthemasscomponentofthesuspensionspring,andtheweightreduction
5、greatlyimprovesthevehiclehandling.Asanadvancedmetalformingmethod,thediecastinghastheadvantagesofhighprecision,finestructureandgoodmechanicalproperties.Inthispaper,CATIAisusedtoconstructa3dmodelofMcPhersonsuspensionbasedonitsstructuresize.Basedontheactualstructureandwallthicknessofsuspensionswingarm,
6、thestructureform,sizeandpositionofpouringsystemandoverflowsystemaredesigned.Preliminaryselectionpouringtemperatureis630,thefillspeedof25m/s,mouldpreheatingtemperatureis180,usingAnyCastingcastingsimulationsoftwareforsimulatingtheinitialsolution,andbylookingatthefillingprocess,solidificationprocesscha
7、nges,changesintemperature,pressure,velocityandvolumeairconditionandsoon,analysesthereasonsofthecastingdefectsandposition,predictaself-adhesiveisseeninsidethefrontgate,coldinsulation,porosityandotherdefects,causingshrinkagecavitydefectsincastingthickwallplace,attheendoftheliquidmetalfillingthreeplace
8、sduetonotsettheoverflowgroove,appeareasilyblowholedefects.Byanalyzingthecausesandlocationsofpossibledefectsandthedesigndeficiencies,thepouringsystemandoverflowsystemareoptimizedbyincreasingtheoverflowgrooveandthickeningtheinnergatethicknesstoreducetheoccurrenceofvariousdefects.Theoptimizedschemewass
9、imulatedagain,andthesimulationresultsshowedthattheprobabilityofeachdefectdecreasedafteroptimization.Formingtechnologyundertheinfluenceofthefactors,obtainsthebesttechnologicalparametersforcombination,throughthecontrolvariablemethodandtheorthogonalexperimentmethod,basedonthetheoryoftheGaloischangespee
10、dandmouldpreheatingtemperature,pouringtemperature,fillingsimulationoftheresidualmeltunderchecktheexperimentmanytimesmodulusandcompositedefectparameters,itisconcludedthattheoptimalprocessparametersasfollows:thepouringtemperatureof610630,thefillspeed24m/s,25m/s,27m/s,mouldpreheatingtemperature160180;T
11、hebestcombinationofprocessparametersis:pouringtemperature610,fillingspeed27m/s,moldpreheatingtemperature180.Beforeactualproduction,throughnumericalsimulation,variousparameterchangesinthewholeprocessofmoldfillingandsolidificationcanbeobserved,possibledefectsofcastingscanbeanalyzed,andformingschemesan
12、dprocessparameterscanbeoptimized,whichcanprovideguidanceforenterprisesintheproductionofsimilarcomplexaluminumalloydiecasting.Keywords:Swingarm;Aluminumalloy;Diecasting;Simulation;Thedefect;Process parameteroptimization目录第一章 绪论11.1压铸概述21.2压铸技术的发展及趋势21.2.1压铸技术在国外的发展21.2.2压铸技术在国内的发展21.2.3压铸技术的发展趋势31.3铝
13、合金压铸件概述41.4论文的研究目的、意义和内容61.4.1研究目的与意义61.4.2研究内容6第二章 压铸工艺设计及参数选择72.1压铸件结构设计72.1.1压铸工艺对压铸件结构的要求72.1.2压铸件的结构工艺要素72.2实体建模82.3压铸合金的选择92.3.1 压铸合金的选择92.3.2 压铸模材料的选择92.4压铸工艺参数112.4.1 压力112.4.2 速度122.4.3 温度132.4.4 时间152.5压铸机简介及选用162.6 方案设计182.6.1 分型面的设计182.6.2 浇注系统设计182.6.3 排溢系统设计232.7 初始工艺方案252.8 本章小结26第三章
14、压铸模拟及各工艺参数对压铸件产生缺陷的分析263.1 AnyCasting软件介绍263.2 模流理论273.2.1压铸充型过程数学模型283.2.2压铸充型过程数值模拟技术303.2.3压铸凝固过程数学模型313.3充型过程数值模拟323.4 工艺参数对压铸件产生缺陷的分析333.5 本章小结37第四章 压铸工艺方案优化及最佳工艺参数组合的确定374.1工艺方案优化374.2控制变量法和正交实验法确定最佳工艺参数组合394.2.1控制变量法确定较优组合参数394.2.2正交实验法确定最佳参数组合494.3本章小结55第五章 结论与展望565.1 结论565.2 展望56参考文献58致谢61第
15、一章 绪论1.1压铸概述压力铸造简称为压铸，是一种致密、无切屑的金属快速成型工艺1江昌勇.压铸成形工艺与模具设计M.北京:北京大学出版社，2012. 。实质是金属液在高压高速下充填进压铸型腔内，凝固成型后获得高精度、高致密性且力学性能优良的压铸件。压铸的两大特点是高压和高速。压铸生产中常用的压射比压为20200MPa；常用充填速度为1050m/s；由于高压高速充填，充填时间较短，一般为0.010.2s。压铸与其他铸造工艺相比，有下列优点2赖华清.压铸工艺与模具M.北京:机械工业出版社，2005.：（1）质量精度高：压铸件尺寸精度最高可达CT4级；表面粗糙度低；表层组织细密，力学性能优良；互换性
16、好；对于复杂和薄壁类的也可以压铸。（2）加工效率高：国内使用最广泛的卧式冷压机每小时可压铸7587次，机器生产效率快；压铸模可重复使用上百万次，寿命长；易实现大批量和一模多腔生产；易实现自动化和机械化。（3）经济效益好：由于压铸件质量精度高、表面质量优良，一般在压铸后无需再次加工或较少量加工就可使用，材料利用率高；压铸件价格与其他合金材料价格相比更便宜。1.2压铸技术的发展及趋势1.2.1压铸技术在国外的发展在19世纪初期，由于印刷工业的兴起，也萌发和蕴育了压铸业的诞生。从19世纪初期到中期的一段时间，开始出现将熔融状态的金属压入容器内制造简易零件。到19世纪中期，陆续制造出各类用于压铸的机械
17、设备。1855年默根瑟勒（Mergen-thaler）以前人专利为基础，设计出印字压铸机，并在之后对该机器进行了优化改良，可用于生产简易的锌合金压铸件。在20世纪初期，工业上开始大量使用压铸件，随后压铸机也迅速的发展。1904年法兰克林（H.H.Franklin）公司压铸制造出汽车连杆轴承，开创了压铸件在汽车上的应用先例，压铸件应用领域由此从印刷工业逐渐转变为汽车工业；1905年多勒（H.H.Doehler）发明出多用型热室压铸机，该压铸机既能压铸锌合金也能压铸铅锡合金；随后瓦格纳（Van Wagner)设计出适用于铝合金压铸的气压立式冷压机。20世纪50年代开始出现大型压铸机，使压铸行业更快
18、应用到更多新领域。随着压铸工艺、压铸技术和压铸设备的发展，压铸合金的种类也在不断增多，也促进了压铸行业更加迅速的发展。1.2.2压铸技术在国内的发展与国外先进铸造国家相比，我国压铸行业起步晚。在1953年左右，我国先后从国外购买少量的压铸设备，开始进行压铸件的生产，我国压铸行业由此诞生。随后我国压铸业得到快速发展，50年代末期时，我国开始尝试改进仿制并自行设计出不同类型的压铸机。由于压铸行业技术生产不规范，我国在1978年统一了压铸技术规范，并制定了新系列的压铸机和压铸合金型号。从21世纪开始，我国的压铸行业迅速发展壮大。据统计，中国此时设计压铸产业的厂商多达7000多家，更有几十万的从业人员
19、，还有遍布全国各地的压铸模制造、原材料以及相应的辅助企业，压铸生产能力和压铸件产量都在世界前列。我国压铸行业经过近半个世纪的蓬勃发展，目前已成为国家的新兴产业。客观上来说，我国的压铸机质量和加工效率，与国外压铸先进国家相比存在一定差距，但由于我国压铸件应用领域宽、市场大，可为国内的压铸行业带来更多机会和空间，我国还拥有充足的有色金属和长期从事压铸工艺研究和实践的技术队伍，这些都是构成了我国压铸行业发展的基础。我国已经初步构建完整的压铸产业及其配套产业链的压铸工业基地，正逐步从世界压铸行业大国向压铸行业强国迈进。1.2.3压铸技术的发展趋势压铸技术的发展，主要有以下几大趋势3陈金诚.21世纪压铸
20、展望J.特种铸造及有色合金,1999,(4):41-43.：（1） 不断提高合金材料成型机理、工艺研究和充填过程的分析。（2） 对于各类压铸工艺参数的检测将不断提高和完善，计算机控制技术将广泛应用在压铸技术上。（3） 对于大型和形状复杂的压铸件，压铸技术不断完善成熟，新型半固态压铸技术有较大的进展，快速原型模样设计的运用成为新的热点。（4） 真空压铸和挤压铸造压铸件的应用领域不断扩大。（5） 压铸模材料有新的发展，对于新型钢种有大的进展。（6） 压铸合金新品种以及复合材料为压铸件的应用开辟了新途径，镁合金压铸件应用将会有大幅度的增长。（7） 压铸单元的完整培植将成为压铸技术的新突破。1.3铝合
21、金压铸件概述铝合金压铸件是指采用压铸技术成型后经过少量加工得到的铝合金零件。铝合金压铸件的强度比铸铁或铸钢大，在高低温工作情况下，能够保证良好的力学性能。在承受同样载荷的情况下，使用铝合金压铸件可以减轻零件的重量，故在汽车上得到越来越广泛的应用。压铸铝合金除满足零件的使用和工艺性能、生产条件和使用场合等，还应该具有以下性能： 在过热度要求不高时，应具备优良的塑性体流变性能，使熔融金属液不仅能够充填复杂型腔，还可以改善压铸型腔的工作状况； 裂纹倾向性较小，尽可能减小压铸件出现变形和裂纹等缺陷； 结晶温度范围稳定，可减少压铸件出现缩孔和缩松等缺陷； 高温下有良好的固态强度，可防止开模时压铸件出现变
22、形或破裂缺陷； 常温下强度和硬度高，尽可能提升压铸件的力学性能； 压铸时合金材料不与压铸型腔发生反应，防止出现粘型和相互合金化。根据添加元素不同可将压铸铝合金分为Al-Si系合金、Al-Mg系合金、Al-Si-Mg系合金和Al-Si-Cu系合金等。 Al-Si系合金由于结晶温度范围和收缩系数小，其铸造性能高于其他铝合金。保证优良铸造性能的前提是要求铸造合金中共晶体数量足够，但过多的共晶体数量会导致合金脆性增大，从而影响其力学性能。而Al-Si合金中存在的大量Si元素，可改善合金脆性，从而同时保证了良好的铸造性能和力学性能，目前Al-Si系合金是所有铝合金中最广泛的。A1-Mg系合金具有良好的力
23、学性能和耐腐蚀性，但由于加入了Mg元素，在合金的熔炼时，会加剧夹渣和氧化的倾向，压铸时不宜控制，其铸造性能比较差，在长期使用时会出现开裂的缺陷。综合来看，Al-Mg系合金的缺点大于其优点，所以在实际应用中会受到限制，目前Al-Mg系合金主要用于低力学性能以及外观特殊和防腐类的压铸件上。德国莱茵铝业公司研究开发出了一款名为Magsimal-59的合金，该合金是在AlMgSi合金中增加Si元素的含量。此合金有优良的力学性能，且具有高韧性。该合金可应用于高力学性能要求但无需热处理的结构件上或是悬挂上。Al-Si-Mg系合金具有良好的力学性能，且比强度、抗疲劳性和耐热性较好。其中的A357号合金，被大
24、量应用在航空和军工上4候峻岭，宋鸿武，杨继伟，等.高压开关壳体用高强铸造铝合金的研究J.铸造，2007，56(2):130-132.。但是国内工艺和设备不达标，生产出的合金的拉伸强度和伸长率不能满足要求。经过不断试验，米国发等5米国发，孔留安，朱兆军，等.高强韧铸造Al-Si合金A357的成分优化J.轻合金加工技术，2005，33(3):10-12.优化了A357合金的配比，优化后该合金的抗拉强度和伸长率得到显著提高，赶超了国外的研究水平。Silafont-36和Castasil-37是德国莱茵铝业公司开发出的两款不同特性的压铸铝合金，其中的Silafont-36合金主要用在高负荷和高韧性的汽
25、车零件上，Castasil-37在压铸时的伸长率和屈服强度高，可用于复杂汽车零部件的压铸，这两款铝合金的应用前景都十分良好6高鹏. 铝合金在汽车轻量化中的应用J. 工业技术，2019（2）：724.。A1-Si-Cu系合金具有较好的铸造性能和中等的力学性能。冯俊等人7冯俊，鲍卫宁，冯洁.新型铝硅铜压铸合金J.特种铸造及有色合金，2002，(压铸专刊):98-99.通过添加稀土元素优化YL112合金，开发出新型的Al-Si-Cu-RE压铸合金，该合金力学性能较YL112合金优很大提高，其耐磨性和抗热裂性等也较好，主要用于汽车变速箱、发动机壳体、方向器和活塞等零部件上。下表1-1是各类压铸铝合金的
26、性能和特性。表1-1 压铸铝合金的性能及其他特性表合金牌号YZAlSi10MgYZAlSi12YZAlSi10YZAlSi9Cu4YZAlSi11Cu3YZAlSi17Cu5MgYZAlMg5Si1合金代号YL101YL102YL104YL112YL113YL117YL302抗热裂性1112145致密性2122245充型能力3132115不粘型性2111225耐腐蚀性2214331加工性3433251抛光性3533351电镀性2321135阳极处理3533351氧化保护层3334451高温强度1313234注：1表示最佳，5表示最差。1.4论文的研究目的、意义和内容1.4.1研究目的与意义汽车
27、悬架摆臂在汽车行驶中主要传递车轮所需各向支撑力，同时，摆臂作为非簧载质量，降低重量能够提高汽车的操作稳定性和安全性。汽车悬架摆臂目前多为冲压件或铸铁件，摆臂的重量较重，因此迫切的需要对摆臂进行轻量化设计。铝合金材料力学性能优良，密度较低，且导热性和吸能性良好，材料还可回收利用。压铸是铝合金材料快速的成型工艺，成型后得到的铝合金压铸件具有高强度、高精度、力学性能良好等优点。铝合金压铸件在汽车上的应用越来越广泛，但在目前都局限应用在一些易于成型的简单零件上，如发动机缸体、壳盖类。本课题以汽车悬架摆臂为基础研究对象，使用铝合金材料运用压铸成型技术进行工艺设计。在工艺设计时，从悬架摆臂的结构和尺寸、铝
28、合金材料的特性、压铸成型影响因素等多方面综合考虑，使用CATIA进行三维建模、AnyCasting进行数值模拟，通过查看不同工艺参数下的模拟结果，对压铸件产生缺陷原因及位置进行分析，优化成型方案与工艺参数，最终得到最佳的成型方案与工艺参数组合。所得到的结果，可为企业在使用压铸工艺生产类似的复杂汽车零件时提供参考。1.4.2研究内容本文以普通压铸工艺为基础，根据理论及经验设计了压铸件成型方案，运用数值模拟模拟分析，预测了压铸件缺陷，优化了成型方案与工艺参数。主要研究内容如下：（1） 实体建模与成型方案设计使用CATIA对汽车悬架摆臂进行三维建模；根据其结构尺寸，结合理论与生产经验，合理选择合金材
29、料、模具材料和压铸机型号；确定出压铸件的分型面，设计浇注系统和排溢系统的结构形式、尺寸和位置；预选出一组合适的工艺参数，确定初始工艺方案；（2） 数值模拟与缺陷分析使用AnyCasting对初始工艺方案进行数值模拟，查看模拟结果中充型和凝固全过程；根据温度、压力、速度和卷气的变化情况，预测压铸件产生缺陷的位置并分析原因，并根据预测缺陷和设计不足来优化工艺方案；（3）确定最佳工艺参数对优化后的工艺方案再次模拟，使用控制变量法改变工艺参数值，多次模拟对比得到较优工艺参数；使用正交实验法对较优工艺参数进行组合，通过再次模拟分析，得出最佳的工艺参数组合。 第二章 压铸工艺设计及参数选择2.1压铸件结构
30、设计2.1.1压铸工艺对压铸件结构的要求1. 尽可能使分型面简单，避免分型面上出现圆角2. 避免模具局部过厚或过薄3. 压铸件结构设计须利于脱模和抽芯4. 防止压铸件出现变形2.1.2压铸件的结构工艺要素1. 壁厚压铸件壁厚是否合理与压铸件结构尺寸、合金特性和压铸工艺参数的选择等多方面因素有关。实践证明，随着壁厚的增加，压铸件内部缩孔和疏松等缺陷会随之增加，导致压铸件的力学性能降低。在设计时，应同时保证压铸件有足够的强度和刚度，且壁厚为薄壁或均匀壁厚。2.铸造圆角铸造圆角可改善金属液的流动状态，减少涡流，便于排出气体。在设计时，在压铸件壁面连接处，无论是什么角，都应设计成圆角，只有预选为分型面
31、处才可不用圆角连接。3.铸孔和槽 由于模具的限制，在压铸孔和槽时，其尺寸会受到限制，并且尺寸还受型芯位置影响8骆生，许琳.金属压铸工艺与模具设计M.北京：清华大学出版社，2006.。在一般的情况下，压铸孔和槽的有关尺寸可见下表2-1。表2-1 铸孔最小孔径及孔径与孔深的关系合金最小孔径d/mm深度为孔径d的倍数经济上合理的技术上可能的不通孔通孔d5d5d5锌合金1.50.86d4d12d8d铝合金2.52.04d3d8d6d镁合金2.01.55d4d10d8d铜合金4.02.53d2d5d3d4.脱模斜度脱模斜度与压铸件壁厚和合金种类有关。压铸件壁厚较厚和合金收缩率较大时，脱模斜度也应设计较大
32、。为便于压铸件脱模，防止表面剐蹭，最好在零件设计时，就应考虑设计合理的脱模斜度。当零件结构上未设计时，应由压铸工艺来考虑。2.2实体建模实体建模是数值模拟的基础9李英民，崔宝侠，方仕中.计算机在材料热加工领域中的应用M.北京：机械工业出版社，2001.。根据悬架摆臂尺寸，用CATIA对悬架摆臂进行三维建模。该悬架摆臂为麦佛逊独立悬架的下摆臂，在汽车行驶中，摆臂起支撑和导向的作用。在设计时应保证其有足够的高的强度和刚度，另外考虑到摆臂作为簧下质量组成，减轻重量对操控性有提升，故设计时在保证了力学性能和使用性能的前提下，零件应尽可能的轻。尹安东等人10尹安东，王欢，豆力.电动汽车麦佛逊悬架下摆臂轻
33、量化研究J.汽车科技，2013（1）:1-4.对悬架摆臂轻量化研究发现，使用5mm的铝材料与3mm厚的钢材料，用有限元对其分析对比发现，两种材料在受到载荷时变形基本一致，且使用铝材料固有频率提升，最大应力减少。本设计决定将壁厚由3mm调整为5mm，以保证摆臂的力学性能。摆臂长度为173mm、宽度为144mm、高度为14mm，中间部分厚度为5mm，平均壁厚约为4.2mm。两处支点有两孔，孔径分别为6mm和14mm。摆臂通过三个部位分别与车架与转向节下端相连，这些位置厚度较厚，在压铸过程中易出现气孔和疏松等缺陷11姜月明. 某复杂铝合金铸件低压铸造数值模拟及工艺优化研究D. 贵州: 贵州大学，20
34、18.。通过对压铸件进行压铸工艺设计和数值模拟软件模拟，分析压铸件可能产生缺陷的位置及原因，优化设计方案，以减少缺陷的产生，提高压铸件综合性能12R.L.Smith,D.E.Phenice et al.Optimizing Production of a Die Casting by Numerical Simulation of Die Filling and Solidification.Issue of Die Casting Engineer.1993(7-8):16-19.。下图2-1为汽车悬架摆臂三维模型。图2-1 汽车悬架摆臂三维模型2.3压铸合金的选择2.3.1 压铸合金的选择
35、压铸合金材料的正确选择关系到整个工艺设计与数值模拟，在选择时应根据生产设备、生产条件和实际经验等多方面因素来考虑。薄兵13薄兵. 汽车用铝合金压铸件的工艺优化与组织及缺陷控制D. 南京: 东南大学，2017.通过对ADC12铝合金与AC4CH合金在不同压铸工艺下的力学性能对比，得出ADC12铝合金综合力学性能最好，所以此压铸件的压铸合金材料决定选择A1-Si-Cu系中的ADC12铝合金。ADC12铝合金适用于压铸复杂压铸件，强度高，有良好的力学性能和铸造性能。下表2-2是ADC12铝合金的材料性能。2.3.2 压铸模材料的选择压铸过程中，压铸模与高温高压金属液直接接触，且受热时间长，金属液在模
36、具中重复的加热冷却和高速冲击会加剧模具腐蚀和磨损。压铸模材料的选择是十分重要的，合理的选材是保证压铸模寿命、延缓模具失效的基础保证。选择的压铸模的材料，必须具有较高的耐热性、耐热疲劳性、导热性、耐腐蚀性、抗氧化性和淬透性等，且在高温下能保持良好的力学性能。为满足不同压铸模对材料性能的要求，通常还需要在材料中加入Cr、W、Ni、Co、Mo、V等元素。目前国内外常用的压铸模材料有3Cr2W8V、H13、SKD61、8407、W302和BH3等，结合压铸模材料的优缺点分析，最终选择SKD61来作为压铸模材料。SKD61材料加热温度为11201150，热处理后，硬度要求达到4347HRC，变形小，可进
37、行渗氮处理，使其有良好耐磨性14潘宪曾. 压铸模设计手册M. 北京：机械工业出版社，2006.。下表2-3是铸钢材料SKD61的材料性能。表2-2 ADC12铝合金材料性能属性值单位密度2.7g/cm比热0.229998cal/s*cm*热导率0.219728cal/s*cm*固相线温度515液相线温度580潜热92.9066g/cm*s动态粘度0.0108cal/g热膨胀系数2.1e-005凝固收缩体积变化7.14%临界凝固比率0.7表面张力685dyne/cm渗透性无cm/s表2-3 SKD61材料性能属性值单位密度7.85g/cm固相线温度1403.95液相线温度1471.2潜热50g/
38、cm*s动态粘度0.00302634cal/g热膨胀系数变量凝固收缩体积变化3.16%临界凝固比率0.3表面张力1720dyne/cm渗透性无m2.4压铸工艺参数及选择2.4.1 压力压铸压力是压铸工艺中重要参数之一，表现形式有压射力和压射比压。1. 压射力压射力是指压射冲头作用在金属液单位面积上的力，压射力在压铸周期内，会随压铸阶段变化而发生改变。压射力的计算公式： （2-1）式中，F为压射力（N）；p为液压系统的管路工作压力（Pa）；A为压铸机活塞截面积（m），A=D/4 ，其中D为活塞直径（m）。2. 压射比压压射比压是指充模结束时压射冲头作用在金属液单位面积上的压力，其大小与压铸机压室
39、内径和规格有直接关系。压射比压的计算公式： （2-2）式中，p为压射比压（Pa）；F为压射力（N）；A为压射冲头截面积（m），其中d为活塞直径（m）。压射比压与压射力成正比，与压射冲头截面积成反比，一般可通过调整压射力和压室内径来控制压射比压。3.压射比压的选择压射比压不仅对压铸件的质量精度和力学性能有影响，还对压铸模的使用寿命有影响。在选择压射比压时，应同时考虑压铸件的尺寸、形状、复杂程度、温度、壁厚、合金特性及排溢系统等，根据压铸件多方面的综合情况来选择合适的压射比压。我国常用的压射比压推荐值可以参考下表2-4选用。1) 合理的压射比压可改善压铸件力学性能随着压铸比压的提高，压铸件内部致密
40、性提高，气泡和孔隙会被压缩，压铸件的强度提高。2) 提高压射比压可改善金属液对薄壁零件的充型能力在压铸薄壁零件时，由于薄壁件内浇口薄，金属液会受到较大的流动阻力，提前压射比压可使金属液获得足够充填速度，防止压铸件产生充型不足缺陷。3) 压射比压不应过高，否则会降低压铸模寿命过高的压射比压会使熔融状态的金属液加剧冲蚀金属模，导致压铸模寿命降低。表2-4 常用压铸合金压射比压推荐值（MPa）锌合金铝合金镁合金铜合金一般件1320305030504050承载件2030508050805080耐气密件2540801008010060100电镀件2030-2.4.2 速度压铸速度分为压射速度和充填速度。
41、压射速度指压射冲头推动金属液前进的速度；充填速度是指压射冲头推动金属液前进时通过内浇道时的线速度。金属液在流经浇注系统内浇口时的速度可近似认为不变或变化很小，根据等流量连续性方程可以得出压射速度和充填速度的关系： （2-3） （2-4）式中，V为压射速度（m/s）；V为充填速度（m/s）； A为压射冲头截面积（m）； A为内浇口的截面积（m）；d为压射冲头的直径（m）。充填速度同时受压射速度、压射比压和内浇口截面积的影响。根据水力学原理，压射比压和充填速度有如下关系： （2-5）式中，为充填速度（m/s）；p为压射比压（Pa）；为阻力系数，一般取=0.358；g为重力加速度（m/s）；为液体金
42、属的假密度（N/m）。根据上式2-4可以看出充填速度与压射比压成正比关系，即压射比压越大，充填速度越高。充填速度会直接影响到压铸件的质量，因此只有选择合适的充填速度才能保证压铸件质量合格。充填速度过高会增大压铸件内部的气孔缺陷，导致其力学性能降低，同时还会加剧金属液对压铸模的冲击，导致压铸模寿命降低；充填速度过低则会使压铸件可能无法成型或是轮廓不清晰。在选择充填速度时，对于薄壁类或是表面质量精度高以及形状复杂的压铸件，压射比压和充填速度都应选择较高值；而对于厚壁或是内部质量精度高的压铸件，压射比压和充填速度都应选择较低值。下表2-5是我国常用充填速度参照值。 表2-5 常用的充填速度 （m/s
43、）合金简单壁厚压铸件一般压铸件复杂壁厚压铸件锌合金、铜合金1015151520镁合金202525353540铝合金1015102525302.4.3 温度压铸温度分为合金浇注温度和压铸模温度。1. 合金浇注温度合金浇注温度指的是高温熔融金属液从浇注系统进入压铸型腔的平均温度，一般高于合金液相线2030。过高或过低的浇注温度，都会影响压铸件质量精度，使压铸件造成缺陷。当浇注温度过低时，金属液流动性变差，易出现冷隔、浇不足及流纹等现象；李昭15李昭. 基于数值仿真的铝合金压铸工艺研究D. 长沙：湖南大学，2010. 通过模拟，得出充填速度相同时，随着浇注温度升高，压铸件缩孔和缩松减少，力学性能越好。但当浇注温度过高时，由于热胀冷缩，合金的收缩性会变大，易使压铸件产生裂纹，浇注温度过高还会导致合金晶粒粗大，造成压铸件脆性增大，会导致压铸件的质量变差。通过实践证明：压力较高时，应尽可能降低浇注温度。该证明可以显著的提高压铸件的质量和精度。因壁厚和结构的不同，浇注温服选取也不同，下表2-6是浇注温度推荐选取值。