镁合金压铸机

镁合金压铸工艺

标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

单位代码02

学号47

分类号TH6

密级

文献综述

镁合金的压铸工艺

院（系）名称

工学院机械系

专业名称

材料成型及控制工程

学生姓名

指导教师

2015年5月15日

镁合金压铸工艺

简要概述了镁合金的特点、压铸工艺性能、

成型工艺参数提出了镁合金压铸工艺方向。

镁合金的特点

镁合金以其具有的质量轻、比强

度和比刚度高、减震性好、屏蔽和导

热性优良、成形加工好、易于回收等

优点而被誉为“21世纪的绿色工程材

料”，被广泛应用于航空、航天、汽

车和电子等行业。镁合金是现有可以

工业化生产金属材料中最轻的材料。

我国是镁资源储藏大国，原镁储藏量

占世界储藏量的1／3。但镁合金制品

出口相对较少。总体上，我国镁合金

的生产和应用仍然处于低端的水平，

只有提高我国的镁合金产品的技术附

加值，才能使我国从“镁资源大国”

转变为“镁生产强国”。

镁合金压铸工艺性能

镁合金具有优良的压铸工艺性

能，适于压铸生产，主要表现在以下

几个方面：

1.压铸镁合金与压铸铝合金和压

铸锌合金一样，液体粘度低，具有良

好的流动性，易于充满复杂型

腔，可用来压铸薄壁件而不会出

现热裂和浇不足等缺陷。

2.镁合金的熔点和结晶潜热都低

于铝合金，充型后凝固速度快，其生

产率比铝压铸高出40%~50%，最高可

达到压铸铝的两倍。压铸过程中对压

铸型的热冲击比铝合金小，可用于压

铸薄壁件而不会出现热裂和欠铸等缺

陷，且不易粘型，寿命可比铝合金长

2~4倍。

3.压铸镁合金与铁基本上不发生

反应，不易粘型，减轻压铸型的热疲

劳现象，寿命可比铝合金长2~4倍。

同时不侵蚀钢制坩埚，避免了坩埚对

镁合金液的污染。

4.压铸镁合金的收缩率均匀一致

且可预测，脱型力比铝合金低

20%~25%。保证了压铸件的可靠性，

使镁合金压铸件的尺寸精度比铝压铸

件高50%。

5.镁合金铸件的机加工性能优于

铝合金铸件，镁合金的切削速度可比

铝合金提高50%，加工耗能比铝合金

件低50%。

正是由于镁合金的上述压铸特

性，有效地保证了镁合金压铸的髙生

产率和低生产成本，在众多领域中获

得了广泛的应用。

压铸工艺参数

镁合金的压铸工艺同其他合金的

压铸工艺相似，但是由于镁合金的不

同特性，影响合金液充填成形的因素

有很多，其中主要有压力和充填速

度、金属液充填特性、压型和合金的

温度、开型时间及涂料等。这里主要

考察压射压力、压射速度、浇注温度

和铸型预热温度以及涂料。

1.压射压力。镁合金压铸分热室

压铸和冷室压铸两种形式。目前热室

压铸机正向大型发展，锁型力为

9300KN，设计可压铸件最大为千克的

大型惹事压铸机已投入使用。镁合金

冷室开发较晚，镁合金冷室压铸机的

冲头速度比铝合金的快30%，最大可

达10m╱s，锁型力最大已到

3500KN。

热室压铸生产效率高、浇注温度

低、铸型寿命长、易实现焙体保护、

缺点是设备成本高、维修复杂且成本

高。冷室压铸的优点正好与之相反，

并配置定量浇注设备。镁合金压铸采

用热室还是冷室压铸主要取决于铸件

壁厚，热室压铸一般用于小尺寸薄

壁、形状复杂铸件，冷室压铸主要用

于壁厚相对较大的中小型零件的大批

量生产。

压铸时二者的压射压力也不同，热

室压铸机的压射比压在40MPa左右，

冷室压铸机的比压要高于热室压铸

机，通常的比压在40MPa~70MPa。

另外重要的一点是增压建压时间，由

于镁合金的结晶潜热低，镁合金在模

具内的凝固时间要比铝合金的短的

多，如果增压时间太晚，浇口和型腔

的金属液已经凝固，增压的压力无法

传到模具型腔里面，要求压射系统建

压时间通常在20ms以内。

2.压射速度。压铸充填速度是指金

属液通过浇口导入型腔的线速度。充

填速度根据压铸河津和铸件结构特性

确定，既不能过高特不能过低。充填

速度偏低会造成铸件轮廓不清晰，甚

至不成型；充填速度过高时，型腔中

的空气难以排除，使铸件产生气孔，

液体金属成喷雾进入型腔并粘附于型

壁上，使后进入的液体金属不能与它

熔合而降低铸件表面质量或是内部结

构疏松，同时增加型腔内壁的磨损而

使铸件的使用寿命降低。对于镁合

金，由于密度小，同时，由于镁合金

的凝固速度快，要在金属凝固前充填

整个型腔，适合的充填速度为

40m╱s~90m╱s。

3.浇注温度和预热温度。温度是压

铸过程的热因素，为了提供良好的充

填条件，保证压铸件的成型质量，控

制和保持热稳定性，必须选用相应的

温度规范，主要是指镁合金的浇注温

度和压铸型的预热温度。

在生产镁合金压铸件时，必须合理

选择浇注温度。浇注温度过高，凝固

收缩越大，铸件易产生裂纹，晶粒粗

大及粘型；浇注温度太低会产生浇不

足、冷隔和表面裂纹等缺陷。

热室压铸机的料壶在熔炉里面，压射

时的热量损失小，浇注温度通常在

640℃左右。冷室压铸机的温度要高

一些，一般在680℃左右。如果压铸

件的成型不太理想，可以从其他方

面，比如压射速度、模具温度等方面

改善。不能仅提高合金浇注温度，因

为镁合金熔炉用的保护气体，在温度

过高（超过710℃）时会失去效用。

压铸型在浇注前需预热到一定温度

以防止金属液压入后过度激冷而不成

型，或虽成型但易引起铸件裂纹和表

面产生“霜冻”流痕等缺陷。另外预

热到一定温度还可以避免模具剧烈膨

胀，减少温度波动，提高模具寿命。

压铸型的工作温度不宜过高，否则将

使金属产生粘模和铸件顶出时变形，

从而影响生产效率。

根据压铸浇注温度(650℃~680℃)确

定模具初始温度范围为180℃～

190℃，镁合金压铸过程中模具的温

度一般保持在180℃~280℃之间。

4.涂料。涂料的作用是为压铸合

金和压铸型之间提供有效的隔离保护

层，避免金属液直接冲刷型腔，保持

金属液的流动性，还可以冷却模具，

降低粘模倾向。镁合金同铝合金相

比，模具和焊合性要比铝合金好，但

是由于镁合金的压射速度要高于铝合

金，当热金属高速冲击模具的某些部

件时，可能产生焊合现象。使用合适

的模具涂料可以减少这种趋势，最常

用的是水基润滑剂，由于镁合金的热

容小，因此不需要把润滑剂用于冷却

媒介，并且使用时间应尽可能的短，

一般为铝合金的50%。为减少水的含

量，通常使用较高浓度的涂料。

镁合金压铸的发展方向

1.镁合金的熔体保护。由于镁合金

液很容易氧化，而且表面生成的氧化

膜比较疏松，其致密系数α值仅为，

不能阻止合金的继续氧化。因此，熔

炼镁合金时，防止氧化至关重要。镁

合金的熔体保护主要有两种方法，即

熔剂保护和气体保护。

目前，国内外常使用的保护熔剂是

商品化的RJ系列熔剂。其中，使用最

广泛的是RJ一2熔剂，其组分主要为

氯盐和氟盐。用保护熔剂熔炼通常会

带来以下问题：一是氯盐和氟盐高温

下易挥发产生有霉气体，如HCl、

Cl2、HF等；二是由于熔剂的密度较

大，部分熔剂会随同镁液混入铸型造

成“熔剂夹渣”；三是熔剂挥发产生

的气体有可能渗入合金液中，成为材

料使用过程中的腐蚀源，加速材料腐

蚀，降低使用寿命。因此，寻找氯盐

和氟盐的代用材料或减少氯盐和氟盐

的使用量，降低污染，提高保护效

果，是开发镁合金熔炼保护熔剂的努

力目标。

自20世纪60年代以来，一些专

家学者开始寻找气体保护剂。通过大

量试验，发现了对镁合金液有一定保

护作用的气体，如SF6、BF3、CF4、

CO2等。其中SF6保护性能较好，它

存在的问题主要是用量的控制，生产

中如何根据熔炼保护状态自动调节

SF6的压力、流量，达到即有利于保

护，又减少SF6用量的目的，仍是

SF6气体保护有待深入研究的课题。

目前，一些研究者正在从事具有

阻燃性且性能接近现有镁合金的阻燃

镁合金研究，这一研究一旦获得成

功，则镁合金就能像铝合金一样方便

地进行熔炼和铸造，从而获得更为广

泛的应用前景

2.压铸型设计。压铸模是压铸生

产的主要工艺装备，压铸生产过程能

否顺利进行，压铸件质量有无保证，

在很大程度上取决于压铸模的结构是

否具有合理性和技术先进性。

镁合金具有良好的压铸工艺性

能，在压铸模设计过程中，应结合镁

合金的压铸特性，采用适合于镁合金

的工艺参数和模具设计准则，而不能

完全套用铝合金压铸型的设计准则。

3.充型过程的研究。压力铸造

中，金属液的充型方式对控制压铸件

质量有十分重要的作用。随着镁合金

铸件的应用领域日趋扩大，对压铸镁

合金的充型性能提出了更高的要求。

计算机及数值技术为压铸充型过程研

究提供了新的途径。通过压铸充型过

程流场、温度场的数值模拟，能够较

准确地表达压铸充型过程的流动和传

热规律，并可精确显示浇不足、冷

隔、裹气和热节位置，对提高工艺设

计水平、保证成形铸件的质量及提高

生产率、延长模具的使用寿命等具有

重要意义。

4.镁合金压铸过程数值模拟。虽

然镁合金具有良好的压铸工艺性能，

但压铸生产中充型、凝固过程相当复

杂，工艺参数设置是否合理、浇注系

统设计是否可行对铸件性能、缺陷产

生等影响显著。目前，相关的数值模

拟软件，如ProCAST被广泛认为是优

化铸造工艺设计的必备工具，它能对

铸造过程进行仿真，从而模拟出在铸

件充型、凝固和冷却过程中的流场、

温度场、应力场和微观结构，并根据

这些物理场对铸件质量进行预报，直

接查看工艺设计效果。

通过开展镁合金充型、凝固过程

的计算机数值模拟，并在此基础上构

筑专家系统，以指导压铸工艺制定、

压铸型设计、压铸件质量控制，提高

镁合金压铸件的合格率及压铸型的使

用寿命都具有深远实际意义。近年

来，在德国、美国、日本等国家镁合

金压铸件以其重量轻、比强度和比刚

度高、导热导电性好、合乎环保要求

及使用安全等优势在广阔的领域中得

到不断开发和应用，已进入了持续快

速增长阶段。我国镁资源储量世界第

一，是世界上最大的镁生产国和出口

国。但镁合金应用开发严重滞后，压

铸方面发展也比较缓慢。随着我国汽

车、计算机、通讯、信息、航空航天

等产业的迅速发展，对镁合金压铸件

需求潜力很大。我国压铸企业、科研

单位及高校正投入大量人力和财力进

行开发研究，并已取得一定成果。2l

世纪将是我国镁合金压铸飞速发展的

时代，必将为我国带来巨大社会效益

和经济效益。

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