第一章课题的研究背景及意义
1.1压铸的概况
到了本世纪20年代，对真空压铸又发生兴趣，并曾经生产出了号码轮。1998年，LFromer将真空压铸归纳为从模具排气道直接抽气和置模具于真空箱内两种基本方案，但当时都因真空系统存在问题均未付诸实现，于是又销声匿迹。进入50年代末期，真空压铸不但呈现“复苏”的迹象，而且很快就形成了高潮，各个国家竞相进行研究试验，这一时期，真空压铸确实有了突破性的进展。然而，终因还有一些技术问题难以克服，更主要的是以高昂的成本为代价，在经济效益方面难以承受，于是，真空压铸再次转入低潮自。就在这一时期，我国压铸界也大范围地普遍对真空压铸进行了试验。不过，这次却给人们以深刻的启迪。以后，真空压铸呈现稳步求实、循序渐进的发展趋势，并逐步进入成熟的时期。
近十几年来，真空压铸以抽除型腔内的气体的形式为主流。仅就这种形式而言，则有真空阀装在模具上与排气道连接的;也有真空阀装在压室浇道料口上，通过压室抽出型腔气体的，还有在型腔抽气的同时吸入氧气(设定的且少量)的等。其中以将真空阀装在模具上较的简便实用，其最大的优点在于模具的设计和结构基本上与常规压铸相同，分型面、推杆配合面、型腔镶拼接合面和冲头压室配合面等各处都不必加密封填料，只有排气道(也就是抽气道)的设计和计算有所不同。
1.2压铸用材料
1.2.1压铸用合金
有色压铸合金主要以铝合金、锌合金、镁合金、铜合金等为基础。压力铸造工艺的诸多特点，使其在对提高有色合金铸件的精度水平、生产效率、表面质量等方面显示了巨大优势，从而在减少有色合金铸件质量、扩大有色铸件的使用范围上效果明显。随着汽车、摩托车等基础工业的发展，减少本体质量、节省能耗、降低污染等设计要求的实现，更促进了有色压铸合金铸件特别是轻合金(铝及镁合金)压铸件的扩大应用。有情况表明:在工业发达国家用铝及镁合金铸件代替钢铁铸件将是今后重要的发展趋势，1998年在匈牙利召开的第63届世界铸造年会上，扩大铝合金及镁合金应用领域、提高铸件的毛坯精化水平和铸件产品轻量化等成为会议的重要议题。目前，日本汽车工业中的铝合金铸件已占到铸件总量的70%，德国卡车工业铝合金铸件由原来铸件总重的20%上升到现在的60%，其中尤以压铸件增长最快。1995年的数据表明:以铝合金铸件为例，砂型铸件仅占总量的10%左右，金属型铸件(包括低压铸造)占总量的30%左右，而压铸件占到总量的60%左右。镁合金铸件因其工艺难点较多，起步较晚，但最近已迎头赶上。
1.2.2铜在压铸领域的应用
早在三千多年前人类就开始使用铜。铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率和电导率都很高，化学稳定性强，易熔接，具抗蚀性、可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、锰、钻、镍、铝、铁等金属形成合金:黄铜，青铜和白铜。铜合金压铸件被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中占重要地位。在压铸材料中，铜合金为传统的金属材料是人类最早发现的古老金属之一，铜合金的力学性能高，并且具有小的摩擦因数，耐磨性也很好，疲劳极限和导热性都很高，线膨胀系数也较小，故多制造耐磨、导热或受热时希望尺寸增大不多的零件。压铸用的铜合金主要是铅黄铜和硅黄铜。铜合金的导电性能也很好，并且具有抗磁性能，可用来制造不允许受磁场干扰的仪器上的零件。另外，在铜合金中加入锰可以提高压铸件的抗蚀性。铅基本上不溶于铜，它的主要作用是改善切削加工性能，也提高黄铜的耐磨性。合金中含有少量铝有脱氧以及防止和减少锌的蒸发的作用，并提高黄铜的耐磨性。合金中含有少量铝有脱氧以及防止和减少锌的蒸发的作用，并提高流动性。合金中的锌不仅提高了力学性能。但当锌含量为32%时，内部出现脆性组织，塑性下降，含量进一步增高，塑性下降淤愈甚。大部分黄铜压铸件做成管接头类的零件，用于水暖配件，并以铸造状态使用或表面镀铬。这类零件在水中使用，必须考虑抗腐蚀性问题，一般采用严格控制合金中的锌含量、对压铸件进行低温热处理，以及加入锰、镍、锡等合金元素的办法l2s]。铜合金虽然熔点高，模具使用寿命短，但因为铜合金所具有的许多优越性能，所以铜合金在压铸生产中仍然十分普遍。
第二章铜合金的压铸成形实验
从生产规模上看，为了满足大规模的市场需要，铜合金保持架这种构件采用压铸也是非常明智的。但由于铜合金熔点高，导致压铸模具在高温的工作条件下寿命较低。提高压铸模具热疲劳寿命，可以解决模具费用高、损耗速度快等缺点，使其节省成本，顺利投入大批量生产。本次设计以测试分析铜合金压铸模具的热疲劳寿命为过程，总结出较优质的材料，来提高模具寿命，将铜合金以压铸的方式成型，使铜合金压铸得到更广泛的应用。
2.1实验条件
2.1.1压铸机及工作参数
试验所用的压铸设备为瑞士BUHLER公司生产的E53D全自动卧式冷室压铸机，本机用于压铸铝、锌、铜、镁等有色合金的各种铸件。该机主要由合模、压射、液压和电气及电脑控制系统等部分组成，合模部分为曲柄扩力机构，结构紧凑，性能可靠，压射部分采用差动三级快压射无冲头，快速释放增压的四级压射系统，结构简单、可靠，工艺参数先进，可通过电脑控制屏对压射工艺参数进行实时检测和调节，满足现代化压射工艺需求。另外压铸机自带自动控温模温加热机，可以很方便的用来预热模具。压铸机主要工作参数为:合模力:5300kN:压射力:85-5000kN;最高压射比压:89MPa;压室直径:40-80;行程:350。;空循环周期:7s。模温加热机最高加热温度300℃。如图2.1所示。
第三章 铜合金保持架的真空压铸研究..................... 40-46
3.1 模具结构的改进..................... 40-41
3.2 真空系统..................... 41
3.3 真空压铸工艺的确定..................... 41-43
3.4 实验结果及分析..................... 43-45
3.5 小结..................... 45-46
第四章 压铸模具钢..................... 46-53
4.1 实验用原材料..................... 46-47
4.2 熔炼设备..................... 47
4.3 熔炼工艺..................... 47
4.4 热处理工艺..................... 47-49
4.5 力学性能测试..................... 49-50
4.5.1 拉伸性能..................... 49-50
4.5.2 回火硬度..................... 50
4.6 模具钢的回火组织..................... 50-51
4.7 小结..................... 51-53
第五章 压铸模具寿命的研究..................... 53-71
5.1 模具材料的选择..................... 53-54
5.2 试验条件及方法..................... 54-57
5.3 试样的热疲劳失效分析..................... 57-60
5.3.1 裂纹生长情况..................... 57-58
5.3.2 裂纹生长机理..................... 58-60
5.4 渗铜件的热疲劳实验..................... 60-63
5.4.1 渗铜件的制.....................60
5.4.2 渗铜件的失效分析..................... 60-63
5.5 渗铜件与非渗铜件的对比 .....................63-64
5.6 模具钢试样与H13钢失效对比分析..................... 64-69
5.7 模具钢热疲劳性能影响因素..................... 69
5.8 小结..................... 69-71
结论
l)确定了大型球面向心圆柱滚子铜合金轴承保持架压铸工艺参数:浇注温度1100℃，模具温度200℃，开模时间205，快速压射速度为2.0 ，并利用数值模拟对压铸过程中可能产生的各种缺陷做出很好的预测。
2)在压铸大型铜合金保持架时，加入了真空系统，基本解决了铸件内部气孔缺陷，提高了压铸件的质量和性能。
3)针对铜合金压铸，在H13钢的基础上，通过添加Nb、B等合金元素，同时降低Cr的含量，设计了一种适合铜合金压铸用的热作模具钢。试样钢在1150℃淬火，650℃回火，保温2小时后具有微细的显微组织和较高的强韧性配合。
4)在0℃淬火，650℃回火时，试样钢与H13钢的抗拉强度基本相同，约129OMPa，但试样钢的伸长率为13.2%，比H13钢高2.7%。
5)热疲劳裂纹长度和循环次数之间基本成线性关系，渗铜后的试样裂纹出现的时间要比非渗铜试样提前100个循环周期，且裂纹的扩展速度明显快于非渗铜试样，试样在lroo℃淬火，640℃回火的热处理条件下，经过400个周期后，裂纹长度为1.16rnrn。
6)与H13钢相比较，在相同的淬火、回火温度下，H13钢经过150个周期后出现了明显的裂纹。配制的模具钢试样在150个周期时，只能观察到很短的微裂纹。H13钢在560℃回火时，经过250个周期后，裂纹长度为2.83~，配制的模具钢试样，经过了250个周期后，裂纹长度在0.56~左右，经过400个周期后裂纹长度只有1.55r口们以。
7)在淬火温度相同的条件下，随着回火温度的提高，模具钢试样硬度呈下降趋势。在1100℃淬火，630℃回火，保温2小时后，试样钢的热稳定性优于H13钢，其硬度值为50HRC，要比H13钢高6.gHRC。
参考文献
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