发布时间 : 星期三 文章NADCA北美压铸标准更新完毕开始阅读3eb0c692ad51f01dc381f127
壓 鑄 手 冊(Die Casting Handbook) 其中: P = 金屬壓力, 磅/英寸2 (kg/cm2) ρ = 金屬密度 鋁: 0.093磅/英寸3 (2.580g/cm3) 鋅: 0.221磅/英寸3 (6.130g/cm3) 鎂: 0.063磅/英寸3 (1.750g/cm3) g = 386.4(常數)英寸/秒2 (981cm/秒2) Vg = 澆口速度, 英寸/秒(cm/秒) Cd = 卸壓系數, (沒有單位) 使用伯努利方程時, 可以看出金屬壓力与澆口速度的平方成正比. 如果澆口速度增加二倍, 那么金屬壓力和射料力就要求增加4倍, 一旦要求的壓力由伯努利方程求出, 那么它就可以繪制到PQ2圖表上. 要求特殊的流量Q和澆口面積Ag時, 伯努利方程還可求出實際的金屬壓力, 伯努利方程通過使用下面的方程變化: Q Vg = Ag 其中: Q = 金屬流量, 英寸3 /秒 (cm3/秒) Ag = 澆口面積, 英寸2 (cm2) Vg 2 ρ 把Vg數值代入伯努利方程P = 得到: Cd 2g Q 2 ρ P = 2g AgCd 金屬壓力的計算數值可以直接繪制在PQ2圖表上. (4) 壓鑄的熱流理論(HEAT FLOW THEORY FOR DIE CASTING) 壓鑄實質上是一個熱量過程. 制造優質壓鑄件的重要因素是能夠了解并正確設計模中的熱量條件. 從鑄件到模的熱流動必須正確管理以得到優良品質的鑄件. ? 熱流理論(Heat Flow Theory) 熱流用英熱量單位(BTU)測量. 必須解釋熱量流進材料(材料溫度升高)和熱量流出材料(材料溫度降低)的概念, 便于理解鑄件如何凝固. 每种材料都有吸收和包含熱量的能力, 它被稱作材料的比熱. 部分代表性數值如表格2-1所示. 材料的這种熱能力通過給材料溫度升高(或降低) 1°F, 計算材料吸收(放出)熱量(BTU)的多少. 當材料加熱到變化狀態的臨界點時(也就是: 物質從固態變到液態, 或者像水沸騰那樣從液態變到气態), 作這樣的狀態變化需要額外的熱量. 這樣, 冰可以加熱到32°F, 并在此臨界點上停止加熱, 但是要改變狀態就要增加熱量. 在這种情況下冰就會熔化(從固態變為液態). 這种要求把金屬從固態變為液態的額外熱量就稱為熔解熱. 這种變化是金屬到金屬的變化. Page 13 of 45 壓 鑄 手 冊(Die Casting Handbook) 表格2-1 各种材料的比熱值 比熱 材料 英熱量 英熱量 材料 表格2-2 各种材料的潛熱值 熔解潛熱 英熱量 英熱量 F 單位/英寸3/°F 單位/磅/°鋅合金 鎂合金 鋁合金 鋼 F 單位/英寸3/°F 單位/磅/°鋅合金 903 43 158 169 144 10.5 10.2 17.0 (冰) 903 AZ91D 360 0.1 0.34 0.28 0.116 0.024 0.022 0.025 0.027 鎂合金 AZ91D 鋁合金 水 360 有些金屬(像鋁)需要很多的額外熱量才能從固態變為液態, 而有些金屬(像鋅)需要很少的額外熱量就能從固態變為液態. 表格2-2表明的是各种材料的潛熱. 相反當鑄件冷卻之時, 會發生同樣的事情, 液態金屬冷卻到凝固點時, 必須從金屬上轉移大量額外的英熱量單位才能轉化為固態. ? 熱量流動原理(Mechanisms of heat flow) 熱傳遞通過三种不同的方式進行: 傳導, 對流和輻射. 因為這三种方式常用于壓鑄中, 所以下面對它們進行適當的評述. ? 傳導(Conduction) 傳導所涉及的熱傳遞是通過直接接觸熱源來進行. 傳導的熱量通過如下等式定義出來: QK = KA (T1-T2)/L 其中: QK = 通過材料轉移的熱量 (英熱量單位/小時) K = 材料的熱導率和熱量流動路經 (英熱單位?小時?英寸?°F) A = 熱流動路經的橫截面積 (英寸2) L = 熱流動路經通過材料的距離 (英寸) T1 = 材料在熱流動開始時的溫度 (°F) 鑄件上的大部分熱量是通過傳導進模中實現轉移的. ? 對流(Convection) 對流是當空气這樣的媒体流向諸如壓鑄模這樣的熱表面時, 從熱表面吸收熱量并把熱量帶走, 對流帶走的熱量由下面的等試定義: QC =cA(TS-TA) 其中: QC = 熱傳遞量 (英熱量單位/小時) c = 熱傳遞系數 (由媒体的流動速度以及從材料到流動媒体的抗熱流動性決定) (英熱量單位/小時?英寸2?°F) A = 表面積 (英寸2) TS = 表面溫度 (°F) Page 14 of 45 壓 鑄 手 冊(Die Casting Handbook) Ta = 空氣溫度 (°F) 由鑄件傳導進入模具內的大部分熱量通過和冷卻水對流, 噴模對流、空氣對流從模中把熱量帶走. ? 輻射(Radiation) 輻射是通過輻射電磁波的方式轉移熱量. 通過輻射轉移的熱量為: [注意溫度必須用蘭金溫標(絕對華氏溫標)表示] Qr = rA (Rs2 –Ra2) 其中: Qr = 熱傳遞量 (量熱量單位/小時) r = 模的輻射常數 (英熱量單位/小時?英寸2?°F) A = 表面積 (英寸2) Ts = 表面溫度 (蘭金溫標°R) Ta = 空氣溫度 (蘭金溫標°R) 盡管鑄件頂出之后通過輻射部分冷卻, 但是由于模溫相當低, 所以通過輻射從鑄件上轉移的熱量不是太多. ? 射料期間的熱量流動(Heat flow duing injection) 在壓鑄過程中, 金屬射料非常之快, 以致大量熱量不是在模具填料期間轉移, 而是只有一部分熱量轉移 --- 這對于鑄件良好的表面處理可能是非常重要的因素. 金屬上的熱量持續地從熱金屬上轉移到溫度相當低的模具上. 因此, 金屬流經模具鋼的每一個小的截面時都將從金屬上獲得一少部分熱量. 由于所有進入鑄腔的金屬都必須流經澆口位的模具鋼, 所以澆口位的模具鋼在填料期間將獲得更多的熱量(這種熱量不是由于金屬速度太高). 金屬流動盡頭的模具鋼由于只有一少部分金屬流經, 所以獲得的熱量很少, 盡管從流動金屬上轉移的熱量很少, 但是如果鑄件很大或很重, 那么就特別重要, 而且有可能需要增加冷卻水. 另外一方面, 如果沒有大量的金屬流經模具的特殊截面(例如, 在液体金屬流動的盡頭模的一個薄部分或截面), 那么模就不會接受足夠的熱量以維持良好的操作溫度, 而且表面處理的質量還會降低. 這种情況下需要增加熱量(熱油、電加熱器或溢流槽). ? 射料之后的熱量流動(Heat flow after injection) 大部分進入模具的熱量, 不是在模具填料期間得來的, 而是鑄件在模中冷卻期間獲得的. 傳導期間的熱量流動公式可以用來計算熱量流動的數值. 一個重要因素是鑄件和板模鋼之間的熱傳遞系數. 熱傳遞系數會隨著一個因素的變化而變化 --- 例如所用塗層(模潤滑劑)的類型, 所用的金屬壓力以及鑄件在收縮期間的運動方向. H-13板模鋼的熱傳導系數相當低, 這就意謂著通過板模鋼的熱傳導進行地非常慢. 由于它幫助熱量控制在了模中, 所以在這一點上是有利的, 鑄件在模中冷卻期間, 由于花費了很長一段時間把熱量轉移到模中, 所以模的表面會變得非常熱. 壓鑄件的形狀复雜使流進模中的熱量非常复雜且不均勻. 這就意謂著在形狀复雜的地方將會出現熱斑點和冷斑點, 模具銅相當慢的熱傳導增加了影響 --- 會加重鑄造缺陷. Page 15 of 45 壓 鑄 手 冊(Die Casting Handbook) ? 控制模溫(Controlling die temperature) 一般采取三種方法控制模中的熱量流動. 一种方法是使用噴模, 特別适用于鋁壓鑄. 用大約98%的水噴模, 且噴水可使模表面快速冷卻, 盡管在模具鋼上采用冷卻的方法太難且縮短了壽命, 但是它卻非常有效地控制了局部溫度. 第二种方法是在模中使用冷卻(加熱)線路. 如果正確的熱量流動管理是有效的, 那么就必須仔細設計冷卻或加熱線路的位置. 冷卻線路必須置于鑄件的下面 (而不是在外側邊緣)才真正有效. 如果所有其他條件相同, 那么轉移熱的數量取決于水的流量 (率) 或速度. 控制模溫的第三種方法是通過調節周期率控制熱量的輸入. 一般情況下, 周期率需要盡可能快. 因此輸入的熱量 (和周期率) 可以通過噴模清除熱量的方法及模中設計冷卻系統的方法加以控制. 熱流動非常复雜, 因此這種熱流動体系的工程最好是用計算机分析來做. 使用現今的軟件, 可以對過程熱量條件給出預測. 而且這樣對模的加熱 / 冷卻体系作出了更多更好的工作. ? 頂出之后的熱流動(Heat flow after ejection) 零件頂出之后, 零件的熱流動除在水中淬火之外, 大部分通過輻射和對流(空氣流動)的方式進行. 在鑄件冷卻之時, 溫度仍然很高, 鑄件仍具有展性, 而且由于鑄件受冷收縮, 大部分壓鑄件复雜的形狀會引起不均勻的應力. 這款零件在冷卻過程中會引起部分變形. 控制這种變形的最佳方法是在頂出時采取非常均勻的溫度. Ⅲ. 壓鑄合金及合金熔化和處理 (Die Casting Alloys and Alloy Melting and Handling) 鑄件可產生出滿意的結構變化和美學要求, 鑄件實施其使用目的程度取決于所造鑄件材料或合金的性質. 鑄件的總体性質取決于合金的組成、雜質或污染物, 冷卻形式和后加工處理. 有些金屬特別適用于壓鑄過程. 這些材料可以在剛性模中快速凝固, 而且具有更高要求的物理和机械性質. 和其他的鑄造過程相比較, 壓鑄可以產生更為复雜的鑄件, 這些鑄件具有更高的机械特征, 更為緊密的尺寸控制, 極好的表面處理, 制造數量多和成本低的優點. 用于壓鑄的主要合金為鋁、鎂和鋅. 這節之后的剩余章節將分別討論這些合金. 合金的一般性討論和它在壓鑄中的使用在隨后各種合金的熔化和處理要求章節中討論. 包含各种鑄造合金机械和物理特征的比較圖(表格3-1)提供在下一頁中, 有關各種合金的額外信息可以從每一份NADCA文件中獲得, 也可以從NADCA教育課程中獲得, 這些信息列在此本手冊的附錄中. Page 16 of 45