壓鑄:金屬鑄造工藝-中文百科頻道

簡介

是鑄造液态模鍛的一種方法。壓鑄模鍛工藝是一種在專用的壓鑄模鍛機上完成的工藝。它的基本工藝過程是：金屬液先低速或高速鑄造充型進模具的型腔内，模具有活動的型腔面，它随着金屬液的冷卻過程加壓鍛造，既消除毛坯的縮孔縮松缺陷，也使毛坯的内部組織達到鍛态的破碎晶粒。毛坯的綜合機械性能得到顯著的提高。

發展

壓鑄(全稱：壓力鑄造)，是指将熔融合金在高壓、高速條件下填充模具型腔，并在高壓下冷卻成型的鑄造方法，是鑄造工藝中應用最廣、發展速度最快的金屬熱加工成形工藝方法之一。

壓鑄作為一種先進的有色合金精密零部件成形技術，适應了現代制造業中産品複雜化、精密化、輕量化、節能化、綠色化的要求，應用領域不斷拓寬。随着壓鑄設備和工藝技術水平不斷提高，壓鑄産品的應用範圍在現有基礎上仍将不斷擴大。特别是汽車工業的迅速發展，帶動了我國壓鑄行業以前所未有的速度向前發展。

《中國壓鑄行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告前瞻》數據顯示，我國産壓鑄機質量性能水平與國外工業先進國家相比差距較大，但是由于壓鑄件的分布領域較廣，從交通能源到家用電器，到千家萬戶的日用工業品，無不有壓鑄件的存在，而這些壓鑄件市場要求各不相同，這就給國産壓鑄機市場帶來了空間，特别是中、小型壓鑄機，這個空間有可能還要延續相當長的時間。

這就為加速國産壓鑄機質量、性能的提高，提供了一個有利的時機。中國作為世界機械工業的基礎工業的加工基地，特别是壓鑄件加工基地，無疑給行業帶來了良好的機遇，同時也刺激着我國對基礎産品的質量提高，要求機械設備的質量、性能同步跟進。

在中國成為世界制造業基地的大環境帶動下，經過多年的努力，我國已構建起一個完整的壓鑄産業及其配套産業鍊和若幹較為發達的壓鑄工業基地，成為世界壓鑄大國。未來随着汽車、通信設備、機車、航天航空、電氣機械等下遊應用行業的持續、穩定發展，中國壓鑄行業未來發展空間較大。導緻競争加劇。

中國長期發展的前景還将繼續吸引國外同行，這種局面給國内壓鑄生産廠商帶來很大的發展機遇。國内壓鑄企業應注重品牌意識、環保意識和标準化的發展，加強自主知識産權産品的研發，推動行業共性技術進步，落實綠色制造的科學發展觀，擴展延伸服務内涵，使制造業邁向高級化，增強國際競争力。

前瞻網數據顯示。2009年國内生産總值增長8.7%;擴大内需，國家實施總額4萬億元兩年投資計劃，十大産業調整振興規劃，均為壓鑄業提供了遼闊的發展空間。特别是汽車工業規劃目标：2009年至2011年三年平均增長率要求達到10%，中國汽車産品90%以上在國内銷售，受國際市場的影響較小。

壓鑄簡介

模具失效主要有三種形式壓鑄生産中常遇模具存在的問題注意點壓鑄零件的設計壓鑄模具組裝的技術要求壓鑄的流動性壓鑄工藝展開壓鑄是一種利用高壓強制将金屬熔液壓入形狀複雜的金屬模内的一種精密鑄造法。

在1964年，日本壓鑄協會對于壓鑄定義為“在高溫将熔化合金壓入精密鑄模，在短時間内大量生産高精度而鑄面優良的鑄造方式”。美國稱壓鑄為DieCasting，英國則稱壓鑄為PressureDieCasting，而最為國内一般業者所熟悉的是日本的說法，稱為壓鑄。經由壓鑄法所制造出來的鑄件，則稱為壓鑄件（Diecastings）。

這些材料的抗拉強度，比普通鑄造合金高近一倍，對于鋁合金汽車輪毂、車架等希望用更高強度耐沖擊材料生産的部件，有更積極的意義。

壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種将熔融合金液倒入壓室内，以高速充填鋼制模具的型腔，并使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。壓鑄區别于其它鑄造方法的主要特點是高壓和高速。

金屬液是在壓力下填充型腔的，并在更高的壓力下結晶凝固，常見的壓力為15—100MPa。

金屬液以高速充填型腔，通常在10—50米/秒，有的還可超過80米/秒，（通過内澆口導入型腔的線速度—内澆口速度），因此金屬液的充型時間極短，約0.01—0.2秒（須視鑄件的大小而不同）内即可填滿型腔。

壓鑄壓鑄機、壓鑄合金與壓鑄模具是壓鑄生産的三大要素，缺一不可。所謂壓鑄工藝就是将這三大要素有機地加以綜合運用，使能穩定地有節奏地和高效地生産出外觀、内在質量好的、尺寸符合圖樣或協議規定要求的合格鑄件，甚至優質鑄件。

壓鑄是一種精密的鑄造方法，經由壓鑄而鑄成的壓鑄件之尺寸公差甚小，表面精度甚高，在大多數的情況下，壓鑄件不需再車削加工即可裝配應用，有螺紋的零件亦可直接鑄出。從一般的照相機件、打字機件、電子計算器件及裝飾品等小零件，以及汽車、機車、飛機等交通工具的複雜零件大多是利用壓鑄法制造的。

曆史

1838年，為了制造活字印刷的模具，人們發明了壓鑄設備。第一個與壓鑄有關的專利頒布于1849年，它是一種小型的，用來生産印刷機鉛字的手動機器。1885年奧托·默根特勒（OttoMergenthaler）發明了Linotype排字機，這種機器能夠将一整行文字壓鑄成一個單獨的鉛字，它給印刷界帶來了前所未有的革新。

在印刷業進入大規模工業化後，傳統的手壓字模已經被壓鑄取代。1900年左右，鑄字排版進入市場使得印刷業自動化技術進一步提高，因此有的時候在報社内能看見十多台壓鑄機。随着消費産品的不斷增長，奧托的發明獲得了越來越多的應用。人們可以利用壓鑄大批量地制造零部件産品[1]。1966年，通用動力發明了精速密壓鑄工藝，這種工藝有時也被稱作雙沖頭壓鑄。

發展

特點

①金屬液是在壓力下填充型腔的，并在更高的壓力下結晶凝固，常見的壓力為15—100MPa。

②金屬液以高速充填型腔，通常在10—50米/秒，有的還可超過80米/秒，（通過内澆口導入型腔的線速度—内澆口速度），因此金屬液的充型時間極短，約0.01—0.2秒（須視鑄件的大小而不同）内即可填滿型腔。

壓鑄

壓鑄法也有下列缺點：

(1)壓鑄合金受限制

仍須研究有關之材質，模具材料及作業方法等。

(2)設備費用昂貴

壓鑄生産所需之設備諸如壓鑄機、熔化爐、保溫爐及壓鑄模等費用都相當的昂貴。

(3)鑄件之氣密性差

由于熔液經高速充填至壓鑄模内時，會産生亂流之現象，局部形成氣孔或收縮孔，影響鑄件之耐氣密性。目前有一種含浸處理的方法，可以用來改善耐氣密性。

壓鑄機

壓鑄機由于壓鑄合金的不同，在基本上可分成二大類，即冷室機及熱室機。冷室機适合銅、鎂、鋁等高溫合金的壓鑄，而熱室機則應用于鋅、錫、鉛等低溫合金的壓鑄。鋅合金不但可利用熱室機也可用冷室機壓鑄。

高溫合金不用熱室法壓鑄的原因在于，熱室機的柱塞（plunger）浸漬在機械的熔鍋（Machinepot）中，柱塞的鐵元素會污染合金的成份，因此高溫合金都使用冷室機壓鑄。

過程

傳統壓鑄工藝主要由四個步驟組成，或者稱做高壓壓鑄。這四個步驟包括模具準備、填充、注射以及落砂，它們也是各種改良版壓鑄工藝的基礎。在準備過程中需要向模腔内噴上潤滑劑，潤滑劑除了可以幫助控制模具的溫度之外還可以有助于鑄件脫模。然後就可以關閉模具，用高壓将熔融金屬注射進模具内，這個壓力範圍大約在10到175兆帕之間。

當熔融金屬填充完畢後，壓力就會一直保持直到鑄件凝固。然後推杆就會推出所有的鑄件，由于一個模具内可能會有多個模腔，所以每次鑄造過程中可能會産生多個鑄件。落紗的過程則需要分離殘渣，包括造模口、流道、澆口以及飛邊。這個過程通常是通過一個特别的修整模具擠壓鑄件來完成的。其它的落紗方法包括鋸和打磨。如果澆口比較易碎，可以直接摔打鑄件，這樣可以節省人力。多餘的造模口可以在熔化後重複使用。通常的産量大約為67%。

高壓注射導緻填充模具的速度非常快，這樣在任何部分凝固之前熔融金屬就可填充滿整個模具。通過這種方式，就算是很難填充的薄壁部分也可以避免表面不連續性。不過這也會導緻空氣滞留，因為快速填充模具時空氣很難逃逸。通過在分型線上安放排氣口的方式可以減少這種問題，不過就算是非常精密的工藝也會在鑄件中心部位殘留下氣孔。大多數壓鑄可以通過二次加工來完成一些無法通過鑄造完成的結構，例如鑽孔、抛光。

檢查

鋁壓鑄件是利用不同形狀的模具經過一定的加工制成的不同功能的鋁零件。它質量的好壞決定着其他設備能否正常運行，那麼怎麼看它是不是合格産品呢，怎麼對它進行檢驗呢。不用着急，下面是鋁壓鑄件檢驗規範的介紹，希望這些說明可以使您明白什麼樣的鋁零件才是合格的。n

它必須是一個完整的個體，不能有缺損、裂痕、氣泡等缺陷，不能有拉模現象出現。n

鑄件的澆口、飛邊等部位要經常擦拭，時刻保持幹淨狀态。n

經過加工的表面不能出現的缺陷有混有雜質、氣孔稀疏等。n

鋁零件頂杆處的加工痕迹的高低程度不能超出0.2毫米。

潤滑劑

水基潤滑劑被稱作乳劑，是最常用的潤滑劑類型，這是出于健康、環境以及安全性方面的考慮。不像溶劑型潤滑劑，如果将水中的礦物質運用合适的工藝去除掉，它是不會在鑄件中留下副産物的。

如果處理水的過程不得當，水中的礦物質會導緻鑄件表面缺陷以及不連續性。主要有四種水基潤滑劑：水摻油、油摻水、半合成以及合成。水摻油的潤滑劑是最好的，因為使用潤滑劑時水在沉積油的同時會通過蒸發冷卻模具的表面，這可以幫助脫模。通常，這類潤滑劑的比例為30份的水混合1份的油。而在極端情況下，這個比例可以達到100：1。

可以用于潤滑劑的油包括重油、動物脂肪、植物脂肪以及合成油脂。重質殘油在室溫下粘性較高，而在壓鑄工藝中的高溫下，它會變成薄膜。潤滑劑中加入其它物質可以控制乳液粘度以及熱學性能。

這些物質包括石墨、鋁以及雲母。其它化學添加劑可以避免灰塵以及氧化。水基潤滑劑中可以加入乳化劑，這樣油基潤滑劑就可以添加進水中，包括肥皂、酒精以及環氧乙烷。

長久以來，通常使用的溶劑為基礎的潤滑劑包括柴油以及汽油。它們有利于鑄件脫出，然而每次壓鑄過程中會發生小型爆炸，這導緻模腔壁上積累起碳元素。相比水基潤滑劑，溶劑為基礎的潤滑劑更為均勻。

設備

壓鑄機主要可以分為熱室壓鑄機與冷室壓鑄機兩種不同的類型，區别在于它們能承受多大的力量，典型的壓力範圍在400到4000千克之間。

熱室壓鑄

熱室壓鑄，有時也被稱作鵝頸壓鑄，它的金屬池内是熔融狀态的液态、半液态金屬，這些金屬在壓力作用下填充模具。在循環開始時，機器的活塞處于收縮狀态，這時熔融态的金屬就可以填充鵝頸部位。

氣壓或是液壓活塞擠壓金屬，将它填入模具之内。這個系統的優點包括循環速度快（大約每分鐘可以完成15個循環），容易實現自動化運作，同時将金屬熔化的過程也很方便。

缺點則包括無法壓鑄熔點較高的金屬，同樣也不能壓鑄鋁，因為鋁會将熔化池内的鐵帶出。因而，通常來說熱室壓鑄機用于鋅、錫以及鉛的合金。而且，熱室壓鑄很難用于壓鑄大型鑄件，通常這種工藝都是壓鑄小型鑄件。

冷室壓鑄，當壓鑄無法用于熱室壓鑄工藝的金屬時可以采用冷室壓鑄，包括鋁、鎂、銅以及含鋁量較高的鋅合金。在這種工藝中，需要在一個獨立的坩埚中先把金屬熔化掉。

然後一定數量的熔融金屬被轉移到一個未被加熱的注射室或注射嘴中。通過液壓或者機械壓力，這些金屬被注入模具之中。由于需要把熔融金屬轉移進冷室，這種工藝最大的缺點是循環時間很長。冷室壓鑄機還有立式與卧式之分，立式壓鑄機通常為小型機器，而卧式壓鑄機則具有各種型号。

形式

損壞

模具熱疲勞龜裂失效壓鑄生産時，模具反複受激冷激熱的作用，成型表面與其内部産生變形，相互牽扯而出現反複循環的熱應力，導緻組織結構二損傷和喪失韌性，引發微裂紋的出現，并繼續擴展，一旦裂紋擴大，還有熔融的金屬液擠入，加上反複的機械應力都使裂紋加速擴展。為此，一方面壓鑄起始時模具必須充分預熱。

另外，在壓鑄生産過程中模具必須保持在一定的工作溫度範圍中，以免出現早期龜裂失效。同時，要确保模具投産前和制造中的内因不發生問題。因實際生産中，多數的模具失效是熱疲勞龜裂失效。

碎裂

碎裂失效在壓射力的作用下，模具會在最薄弱處萌生裂紋，尤其是模具成型面上的劃線痕迹或電加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角處均會最先出現細微裂紋，當晶界存在脆性相或晶粒粗大時，即容易斷裂。而脆性斷裂時裂紋的擴展很快，這對模具的碎裂失效是很危險的因素。為此，一方面凡模具面上的劃痕、電加工痕迹等必須打磨光，即使它在澆注系統部位，也必須打光。另外要求所使用的模具材料的強度高、塑性好、沖擊韌性和斷裂韌性均好。

溶蝕

熔融失效前面已講過，常用的壓鑄合金有鋅合金、鋁合金、鎂合金和銅合金，也有純鋁壓鑄的，Zn、Al、Mg是較活潑的金屬元素，它們與模具材料有較好的親和力，特别是Al易咬模。當模具硬度較高時，則抗蝕性較好，而成型表面若有軟點，則對抗蝕性不利。

緻使模具失效的因素很多，既有外因（例澆鑄溫度高低、模具是否經預熱、水劑塗料噴塗量的多少、壓鑄機噸位大小是否匹配、壓鑄壓力過高、内澆口速度過快、冷卻水開啟未與壓鑄生産同步、鑄件材料的種類及成分Fe的高低、鑄件尺寸形狀、壁厚大小、塗料類型等等）。

也有内因（例模具本身材質的冶金質量、坯料的鍛制工藝、模具結構設計的合理性、澆注系統設計的合理性、模具機（電加工）加工時産生的内應力、模具的熱處理工藝、包括各種配合精度和光潔度要求等）。模具若出現早期失效，則需找出是哪些内因或外因，以便今後改進。但在實際生産中，溶蝕僅是模具的局部地方，例内澆口直接沖刷的部位（型芯、型腔）易出現溶蝕現象，以及硬度偏軟處易出現鋁合金的粘模。

壓鑄用的金屬

各種材料對應的最小截面積以及最小拔模角如以下表格所列，最厚截面應該低于13毫米。金屬最小截面積最小拔模角

鋁合金0.89mm(0.035in)1:100(0.6°)

黃銅以及青銅1.27mm(0.050in)1:80(0.7°)

鎂合金1.27mm(0.050in)1:100(0.6°)

鋅合金0.63mm(0.025in)1:200(0.3°)

用于壓鑄的金屬主要包括鋅、銅、鋁、鎂、鉛、錫以及鉛錫合金，雖然壓鑄鐵很罕見，不過也是可行的[19]。比較特殊的壓鑄金屬包括ZAMAK、鋁鋅合金以及美國鋁業協會的标準：AA380、AA384、AA386、AA390以及AZ91D鎂[20]。各種金屬的壓鑄時的特點如下：

鋅：最容易壓鑄的金屬，制造小型部件時很經濟，容易鍍膜，抗壓強度、塑性高，鑄造壽命長。

鋁：質量輕、制造複雜和薄壁鑄件時尺寸穩定性高，耐腐蝕性強，機械性能好，高導熱以及導電性，高溫下強度依然很高。

鎂：易于進行機械加工，強度重量比高，常用壓鑄金屬中最輕。

銅：硬度高，耐腐蝕性強，常用壓鑄金屬中機械性能最好，抗磨損，強度接近鋼鐵。

鉛和錫：密度高，尺寸精度極高，可用作特殊防腐蝕部件。出于公共衛生方面的考慮，這種合金不能用作食品加工、儲存設備。鉛錫銻的合金（有時也含一點銅）可以用來制造凸版印刷中的手工鉛字以及燙金。

使用鋁、銅、鎂和鋅進行壓鑄的質量上限分别為70磅（32千克）、10磅（4.5千克）、44磅（20千克）以及75磅（34千克）。

改進

精速密

精速密壓鑄（Acurad）是一種由通用動力在20世紀50、60年代中開發出來的壓鑄技術。這個工藝的英文Acurad是一個合成詞，它是由精确（accurate）、可靠（reliable）與密度（dense）三個英文單詞合成而來。相比于傳統的壓鑄工藝，這種工藝在提高加工速度的同時還結合了穩定填充以及定向凝固技術。它開創四項壓鑄技術方面的前沿領域：熱力學分析、流量與填充建模、可熱加工性以及高完整度壓鑄、間接擠壓鑄造。

對于任何壓鑄工藝來說，熱力學分析都是首要的步驟。這是通過對熱力學系統建立電氣模拟來完成，先在電記錄紙上繪制模具的截面圖，然後再将熱負載和冷卻系統分布繪制在紙上。不同磁場的大小表示液相線，電阻率的倒數代表導熱系數。

精速密壓鑄使用底部填充系統，這需要一個穩定的流動前沿。因為還難以對精速密壓鑄進行計算機仿真，所以目前通常用邏輯思維以及試錯法，不過這些方法将會成為計算機模拟流量與填充建模的基礎。

精速密壓鑄是第一種能夠成功鑄造含有少量鐵的鋁合金的壓鑄工藝，這些鋁合金包括A356、A357等。在傳統壓鑄工藝中，這些合金會焊接在模具上。類似的，精速密壓鑄可以加工美國軍用特種合金MIL-A-21180。

精速密壓鑄使用兩個沖頭，因此它有時也被稱作套筒雙沖頭壓鑄。第二個沖頭位于第一重頭内部，當模腔或套筒内第一沖頭附近的鑄件發生局部凝固時，利用第二沖頭可以繼續施加壓力。

雖然這個系統效率并不高，可是根據精速密壓鑄機制造商的研究，它的效率相當于第一沖頭在某個合适的時間施加足夠的壓力，這是一種間接擠壓鑄造。第二個沖頭的再次施壓可以減少鑄件内的氣孔和縮孔。精速密壓鑄填充熔融金屬的速度隻有傳統壓鑄的十分之一，這可以減輕渦流現象減少縮孔的出現。同時，為了發揮第二個沖頭的作用它的澆口比較大，還可人為控制冷卻的順序。

無孔壓鑄

如果鑄件中不允許出現縮孔，則需要使用無孔壓鑄技術或者說充氧壓鑄技術。總體來說它很接近标注的壓鑄工藝，隻是在每次壓鑄前需要往模腔内注射氧氣，這是為了排出模腔内的空氣。當熔融金屬填充模腔後，這些氧氣會産生微量的氧化物從而避免了氣孔。另外，這種工藝的另一個好處是帶來更高的強度。不同于标準的壓鑄工藝，這些鑄件可以進行熱處理和焊接。可以在鋁、鋅以及鉛合金中使用這種工藝。

熱歧管直接注射

熱歧管直接注射壓鑄或稱無流道壓鑄，是一種用于壓鑄鋅的工藝。在這種工藝中，熔融的金屬鋅在壓力作用下通過加熱的歧管，然後經過加熱的噴嘴進入模腔。這種工藝的優點是成本較低并且節約能源，這是因為加工過程取消了造模口、澆口和流道，因而廢棄物較少。由于冷卻過程比較慢，鑄件的表面質量也會有所提升。

半流動壓鑄

半流動壓鑄工藝中使用的金屬介于液态和固态之間，這種工藝可以制造更複雜的零件和更薄的壁闆（以鎂為例，最小壁厚可達0.5毫米）。它生産出來的鑄件縮松少、壽命長，同時尺寸精度和表面性能都較好。

我國發展現狀

在面臨各種機遇的同時也伴随着很多挑戰，此時，我國壓鑄企業應該把握時機，随機應變。

這樣的業績讓我國的壓鑄業更上一層樓。能有如此成就主要源于我國憑借着得天獨厚的廣闊市場以及相對低廉的資源與勞動力優勢，以非常明顯的性價比在國際壓鑄件貿易市場中占據着較大優勢.

據了解，在國際信息化浪潮的沖壓下，壓鑄業的第三次革命已經拉開序幕，在國際經濟快速化發展的大環境下，國際壓鑄、鑄造業基地及中心正逐漸向我國轉移，源源不斷的巨額訂單，讓我國壓鑄業面臨着前所未有的發展機遇，這使得國内壓鑄産品總量增長幅度明顯。同時這也使得我國壓鑄模具業對産品的品質以及質量有了更加嚴格的要求，相信在我國政府的科學引導以及壓鑄企業的積極應對下，我國從壓鑄大國向壓鑄強國的轉變将不再是夢。