压铸(金属铸造工艺)

首推 — Mon, 28 Nov 2022 03:37:04 +0000

压铸（英文：casting，注意压铸不是压力铸造的简称）是一种金属铸造工艺，其特点是利用模具腔对融化的金属施加高压。模具通常是用强度更高的合金加工而成的，这个过程有些类似注塑成型。

大多数压铸铸件都是不含铁的，例如锌、铜、铝、镁、铅、锡以及铅锡合金以及它们的合金。根据压铸类型的不同，需要使用冷室压铸机或者热室压铸机。

铸造设备和模具的造价高昂，因此压铸工艺一般只会用于批量制造大量产品。制造压铸的零部件相对来说比较容易，这一般只需要四个主要步骤，单项成本增量很低。压铸特别适合制造大量的中小型铸件，因此压铸是各种铸造工艺中使用最广泛的一种。

同其他铸造技术相比，压铸的表面更为平整，拥有更高的尺寸一致性。在传统压铸工艺的基础上诞生了几种改进型的工艺，包括减少铸造缺陷排除气孔的无孔压铸工艺。主要用于加工锌，可以减少废弃物增加成品率的直接注射工艺。还有由通用动力公司发明的精速密压铸技术以及半固态压铸等等新式压铸工艺。

简介

是铸造液态模锻的一种方法。压铸模锻工艺是一种在专用的压铸模锻机上完成的工艺。它的基本工艺过程是：金属液先低速或高速铸造充型进模具的型腔内，模具有活动的型腔面，它随着金属液的冷却过程加压锻造，既消除毛坯的缩孔缩松缺陷，也使毛坯的内部组织达到锻态的破碎晶粒。毛坯的综合机械性能得到显著的提高。

发展

压铸(全称：压力铸造)，是指将熔融合金在高压、高速条件下填充模具型腔，并在高压下冷却成型的铸造方法，是铸造工艺中应用最广、发展速度最快的金属热加工成形工艺方法之一。

压铸作为一种先进的有色合金精密零部件成形技术，适应了现代制造业中产品复杂化、精密化、轻量化、节能化、绿色化的要求，应用领域不断拓宽。随着压铸设备和工艺技术水平不断提高，压铸产品的应用范围在现有基础上仍将不断扩大。特别是汽车工业的迅速发展，带动了我国压铸行业以前所未有的速度向前发展。

《中国压铸行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》数据显示，我国产压铸机质量性能水平与国外工业先进国家相比差距较大，但是由于压铸件的分布领域较广，从交通能源到家用电器，到千家万户的日用工业品，无不有压铸件的存在，而这些压铸件市场要求各不相同，这就给国产压铸机市场带来了空间，特别是中、小型压铸机，这个空间有可能还要延续相当长的时间。

这就为加速国产压铸机质量、性能的提高，提供了一个有利的时机。中国作为世界机械工业的基础工业的加工基地，特别是压铸件加工基地，无疑给行业带来了良好的机遇，同时也刺激着我国对基础产品的质量提高，要求机械设备的质量、性能同步跟进。

在中国成为世界制造业基地的大环境带动下，经过多年的努力，我国已构建起一个完整的压铸产业及其配套产业链和若干较为发达的压铸工业基地，成为世界压铸大国。未来随着汽车、通信设备、机车、航天航空、电气机械等下游应用行业的持续、稳定发展，中国压铸行业未来发展空间较大。导致竞争加剧。

中国长期发展的前景还将继续吸引国外同行，这种局面给国内压铸生产厂商带来很大的发展机遇。国内压铸企业应注重品牌意识、环保意识和标准化的发展，加强自主知识产权产品的研发，推动行业共性技术进步，落实绿色制造的科学发展观，扩展延伸服务内涵，使制造业迈向高级化，增强国际竞争力。

前瞻网数据显示。2009年国内生产总值增长8.7%;扩大内需，国家实施总额4万亿元两年投资计划，十大产业调整振兴规划，均为压铸业提供了辽阔的发展空间。特别是汽车工业规划目标：2009年至2011年三年平均增长率要求达到10%，中国汽车产品90%以上在国内销售，受国际市场的影响较小。

压铸简介

模具失效主要有三种形式压铸生产中常遇模具存在的问题注意点压铸零件的设计压铸模具组装的技术要求压铸的流动性压铸工艺展开压铸是一种利用高压强制将金属熔液压入形状复杂的金属模内的一种精密铸造法。

在1964年，日本压铸协会对于压铸定义为“在高温将熔化合金压入精密铸模，在短时间内大量生产高精度而铸面优良的铸造方式”。美国称压铸为DieCasting，英国则称压铸为PressureDieCasting，而最为国内一般业者所熟悉的是日本的说法，称为压铸。经由压铸法所制造出来的铸件，则称为压铸件（Diecastings）。

这些材料的抗拉强度，比普通铸造合金高近一倍，对于铝合金汽车轮毂、车架等希望用更高强度耐冲击材料生产的部件，有更积极的意义。

压力铸造简称压铸，是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压铸区别于其它铸造方法的主要特点是高压和高速。

金属液是在压力下填充型腔的，并在更高的压力下结晶凝固，常见的压力为15—100MPa。
金属液以高速充填型腔，通常在10—50米/秒，有的还可超过80米/秒，（通过内浇口导入型腔的线速度—内浇口速度），因此金属液的充型时间极短，约0.01—0.2秒（须视铸件的大小而不同）内即可填满型腔。

压铸压铸机、压铸合金与压铸模具是压铸生产的三大要素，缺一不可。所谓压铸工艺就是将这三大要素有机地加以综合运用，使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内在质量好的、尺寸符合图样或协议规定要求的合格铸件，甚至优质铸件。

压铸是一种精密的铸造方法，经由压铸而铸成的压铸件之尺寸公差甚小，表面精度甚高，在大多数的情况下，压铸件不需再车削加工即可装配应用，有螺纹的零件亦可直接铸出。从一般的照相机件、打字机件、电子计算器件及装饰品等小零件，以及汽车、机车、飞机等交通工具的复杂零件大多是利用压铸法制造的。

历史

1838年，为了制造活字印刷的模具，人们发明了压铸设备。第一个与压铸有关的专利颁布于1849年，它是一种小型的，用来生产印刷机铅字的手动机器。1885年奥托·默根特勒（OttoMergenthaler）发明了Linotype排字机，这种机器能够将一整行文字压铸成一个单独的铅字，它给印刷界带来了前所未有的革新。

在印刷业进入大规模工业化后，传统的手压字模已经被压铸取代。1900年左右，铸字排版进入市场使得印刷业自动化技术进一步提高，因此有的时候在报社内能看见十多台压铸机。随着消费产品的不断增长，奥托的发明获得了越来越多的应用。人们可以利用压铸大批量地制造零部件产品[1]。1966年，通用动力发明了精速密压铸工艺，这种工艺有时也被称作双冲头压铸。

发展

特点

①金属液是在压力下填充型腔的，并在更高的压力下结晶凝固，常见的压力为15—100MPa。

②金属液以高速充填型腔，通常在10—50米/秒，有的还可超过80米/秒，（通过内浇口导入型腔的线速度—内浇口速度），因此金属液的充型时间极短，约0.01—0.2秒（须视铸件的大小而不同）内即可填满型腔。

压铸

压铸法也有下列缺点：

(1)压铸合金受限制

仍须研究有关之材质，模具材料及作业方法等。

(2)设备费用昂贵

压铸生产所需之设备诸如压铸机、熔化炉、保温炉及压铸模等费用都相当的昂贵。

(3)铸件之气密性差

由于熔液经高速充填至压铸模内时，会产生乱流之现象，局部形成气孔或收缩孔，影响铸件之耐气密性。目前有一种含浸处理的方法，可以用来改善耐气密性。

压铸机

压铸机由于压铸合金的不同，在基本上可分成二大类，即冷室机及热室机。冷室机适合铜、镁、铝等高温合金的压铸，而热室机则应用于锌、锡、铅等低温合金的压铸。锌合金不但可利用热室机也可用冷室机压铸。

高温合金不用热室法压铸的原因在于，热室机的柱塞（plunger）浸渍在机械的熔锅（Machinepot）中，柱塞的铁元素会污染合金的成份，因此高温合金都使用冷室机压铸。

过程

传统压铸工艺主要由四个步骤组成，或者称做高压压铸。这四个步骤包括模具准备、填充、注射以及落砂，它们也是各种改良版压铸工艺的基础。在准备过程中需要向模腔内喷上润滑剂，润滑剂除了可以帮助控制模具的温度之外还可以有助于铸件脱模。然后就可以关闭模具，用高压将熔融金属注射进模具内，这个压力范围大约在10到175兆帕之间。

当熔融金属填充完毕后，压力就会一直保持直到铸件凝固。然后推杆就会推出所有的铸件，由于一个模具内可能会有多个模腔，所以每次铸造过程中可能会产生多个铸件。落纱的过程则需要分离残渣，包括造模口、流道、浇口以及飞边。这个过程通常是通过一个特别的修整模具挤压铸件来完成的。其它的落纱方法包括锯和打磨。如果浇口比较易碎，可以直接摔打铸件，这样可以节省人力。多余的造模口可以在熔化后重复使用。通常的产量大约为67%。

高压注射导致填充模具的速度非常快，这样在任何部分凝固之前熔融金属就可填充满整个模具。通过这种方式，就算是很难填充的薄壁部分也可以避免表面不连续性。不过这也会导致空气滞留，因为快速填充模具时空气很难逃逸。通过在分型线上安放排气口的方式可以减少这种问题，不过就算是非常精密的工艺也会在铸件中心部位残留下气孔。大多数压铸可以通过二次加工来完成一些无法通过铸造完成的结构，例如钻孔、抛光。

检查

铝压铸件是利用不同形状的模具经过一定的加工制成的不同功能的铝零件。它质量的好坏决定着其他设备能否正常运行，那么怎么看它是不是合格产品呢，怎么对它进行检验呢。不用着急，下面是铝压铸件检验规范的介绍，希望这些说明可以使您明白什么样的铝零件才是合格的。/n

它必须是一个完整的个体，不能有缺损、裂痕、气泡等缺陷，不能有拉模现象出现。/n
铸件的浇口、飞边等部位要经常擦拭，时刻保持干净状态。/n
经过加工的表面不能出现的缺陷有混有杂质、气孔稀疏等。/n
铝零件顶杆处的加工痕迹的高低程度不能超出0.2毫米。

润滑剂

水基润滑剂被称作乳剂，是最常用的润滑剂类型，这是出于健康、环境以及安全性方面的考虑。不像溶剂型润滑剂，如果将水中的矿物质运用合适的工艺去除掉，它是不会在铸件中留下副产物的。

如果处理水的过程不得当，水中的矿物质会导致铸件表面缺陷以及不连续性。主要有四种水基润滑剂：水掺油、油掺水、半合成以及合成。水掺油的润滑剂是最好的，因为使用润滑剂时水在沉积油的同时会通过蒸发冷却模具的表面，这可以帮助脱模。通常，这类润滑剂的比例为30份的水混合1份的油。而在极端情况下，这个比例可以达到100：1。

可以用于润滑剂的油包括重油、动物脂肪、植物脂肪以及合成油脂。重质残油在室温下粘性较高，而在压铸工艺中的高温下，它会变成薄膜。润滑剂中加入其它物质可以控制乳液粘度以及热学性能。

这些物质包括石墨、铝以及云母。其它化学添加剂可以避免灰尘以及氧化。水基润滑剂中可以加入乳化剂，这样油基润滑剂就可以添加进水中，包括肥皂、酒精以及环氧乙烷。

长久以来，通常使用的溶剂为基础的润滑剂包括柴油以及汽油。它们有利于铸件脱出，然而每次压铸过程中会发生小型爆炸，这导致模腔壁上积累起碳元素。相比水基润滑剂，溶剂为基础的润滑剂更为均匀。

设备

压铸机主要可以分为热室压铸机与冷室压铸机两种不同的类型，区别在于它们能承受多大的力量，典型的压力范围在400到4000千克之间。

热室压铸

热室压铸，有时也被称作鹅颈压铸，它的金属池内是熔融状态的液态、半液态金属，这些金属在压力作用下填充模具。在循环开始时，机器的活塞处于收缩状态，这时熔融态的金属就可以填充鹅颈部位。

气压或是液压活塞挤压金属，将它填入模具之内。这个系统的优点包括循环速度快（大约每分钟可以完成15个循环），容易实现自动化运作，同时将金属熔化的过程也很方便。

缺点则包括无法压铸熔点较高的金属，同样也不能压铸铝，因为铝会将熔化池内的铁带出。因而，通常来说热室压铸机用于锌、锡以及铅的合金。而且，热室压铸很难用于压铸大型铸件，通常这种工艺都是压铸小型铸件。

冷室压铸，当压铸无法用于热室压铸工艺的金属时可以采用冷室压铸，包括铝、镁、铜以及含铝量较高的锌合金。在这种工艺中，需要在一个独立的坩埚中先把金属熔化掉。

然后一定数量的熔融金属被转移到一个未被加热的注射室或注射嘴中。通过液压或者机械压力，这些金属被注入模具之中。由于需要把熔融金属转移进冷室，这种工艺最大的缺点是循环时间很长。冷室压铸机还有立式与卧式之分，立式压铸机通常为小型机器，而卧式压铸机则具有各种型号。

形式

损坏

模具热疲劳龟裂失效压铸生产时，模具反复受激冷激热的作用，成型表面与其内部产生变形，相互牵扯而出现反复循环的热应力，导致组织结构二损伤和丧失韧性，引发微裂纹的出现，并继续扩展，一旦裂纹扩大，还有熔融的金属液挤入，加上反复的机械应力都使裂纹加速扩展。为此，一方面压铸起始时模具必须充分预热。

另外，在压铸生产过程中模具必须保持在一定的工作温度范围中，以免出现早期龟裂失效。同时，要确保模具投产前和制造中的内因不发生问题。因实际生产中，多数的模具失效是热疲劳龟裂失效。

碎裂

碎裂失效在压射力的作用下，模具会在最薄弱处萌生裂纹，尤其是模具成型面上的划线痕迹或电加工痕迹未被打磨光，或是成型的清角处均会最先出现细微裂纹，当晶界存在脆性相或晶粒粗大时，即容易断裂。而脆性断裂时裂纹的扩展很快，这对模具的碎裂失效是很危险的因素。为此，一方面凡模具面上的划痕、电加工痕迹等必须打磨光，即使它在浇注系统部位，也必须打光。另外要求所使用的模具材料的强度高、塑性好、冲击韧性和断裂韧性均好。

溶蚀

熔融失效前面已讲过，常用的压铸合金有锌合金、铝合金、镁合金和铜合金，也有纯铝压铸的，Zn、Al、Mg是较活泼的金属元素，它们与模具材料有较好的亲和力，特别是Al易咬模。当模具硬度较高时，则抗蚀性较好，而成型表面若有软点，则对抗蚀性不利。

致使模具失效的因素很多，既有外因（例浇铸温度高低、模具是否经预热、水剂涂料喷涂量的多少、压铸机吨位大小是否匹配、压铸压力过高、内浇口速度过快、冷却水开启未与压铸生产同步、铸件材料的种类及成分Fe的高低、铸件尺寸形状、壁厚大小、涂料类型等等）。

也有内因（例模具本身材质的冶金质量、坯料的锻制工艺、模具结构设计的合理性、浇注系统设计的合理性、模具机（电加工）加工时产生的内应力、模具的热处理工艺、包括各种配合精度和光洁度要求等）。模具若出现早期失效，则需找出是哪些内因或外因，以便今后改进。但在实际生产中，溶蚀仅是模具的局部地方，例内浇口直接冲刷的部位（型芯、型腔）易出现溶蚀现象，以及硬度偏软处易出现铝合金的粘模。

压铸用的金属

各种材料对应的最小截面积以及最小拔模角如以下表格所列，最厚截面应该低于13毫米。金属最小截面积最小拔模角

铝合金0.89mm(0.035in)1:100(0.6°)

黄铜以及青铜1.27mm(0.050in)1:80(0.7°)

镁合金1.27mm(0.050in)1:100(0.6°)

锌合金0.63mm(0.025in)1:200(0.3°)

用于压铸的金属主要包括锌、铜、铝、镁、铅、锡以及铅锡合金，虽然压铸铁很罕见，不过也是可行的[19]。比较特殊的压铸金属包括ZAMAK、铝锌合金以及美国铝业协会的标准：AA380、AA384、AA386、AA390以及AZ91D镁[20]。各种金属的压铸时的特点如下：

锌：最容易压铸的金属，制造小型部件时很经济，容易镀膜，抗压强度、塑性高，铸造寿命长。

铝：质量轻、制造复杂和薄壁铸件时尺寸稳定性高，耐腐蚀性强，机械性能好，高导热以及导电性，高温下强度依然很高。

镁：易于进行机械加工，强度重量比高，常用压铸金属中最轻。

铜：硬度高，耐腐蚀性强，常用压铸金属中机械性能最好，抗磨损，强度接近钢铁。

铅和锡：密度高，尺寸精度极高，可用作特殊防腐蚀部件。出于公共卫生方面的考虑，这种合金不能用作食品加工、储存设备。铅锡锑的合金（有时也含一点铜）可以用来制造凸版印刷中的手工铅字以及烫金。

使用铝、铜、镁和锌进行压铸的质量上限分别为70磅（32千克）、10磅（4.5千克）、44磅（20千克）以及75磅（34千克）。

改进

精速密

精速密压铸（Acurad）是一种由通用动力在20世纪50、60年代中开发出来的压铸技术。这个工艺的英文Acurad是一个合成词，它是由精确（accurate）、可靠（reliable）与密度（dense）三个英文单词合成而来。相比于传统的压铸工艺，这种工艺在提高加工速度的同时还结合了稳定填充以及定向凝固技术。它开创四项压铸技术方面的前沿领域：热力学分析、流量与填充建模、可热加工性以及高完整度压铸、间接挤压铸造。

对于任何压铸工艺来说，热力学分析都是首要的步骤。这是通过对热力学系统建立电气模拟来完成，先在电记录纸上绘制模具的截面图，然后再将热负载和冷却系统分布绘制在纸上。不同磁场的大小表示液相线，电阻率的倒数代表导热系数。

精速密压铸使用底部填充系统，这需要一个稳定的流动前沿。因为还难以对精速密压铸进行计算机仿真，所以目前通常用逻辑思维以及试错法，不过这些方法将会成为计算机模拟流量与填充建模的基础。

精速密压铸是第一种能够成功铸造含有少量铁的铝合金的压铸工艺，这些铝合金包括A356、A357等。在传统压铸工艺中，这些合金会焊接在模具上。类似的，精速密压铸可以加工美国军用特种合金MIL-A-21180。

精速密压铸使用两个冲头，因此它有时也被称作套筒双冲头压铸。第二个冲头位于第一重头内部，当模腔或套筒内第一冲头附近的铸件发生局部凝固时，利用第二冲头可以继续施加压力。

虽然这个系统效率并不高，可是根据精速密压铸机制造商的研究，它的效率相当于第一冲头在某个合适的时间施加足够的压力，这是一种间接挤压铸造。第二个冲头的再次施压可以减少铸件内的气孔和缩孔。精速密压铸填充熔融金属的速度只有传统压铸的十分之一，这可以减轻涡流现象减少缩孔的出现。同时，为了发挥第二个冲头的作用它的浇口比较大，还可人为控制冷却的顺序。

无孔压铸

如果铸件中不允许出现缩孔，则需要使用无孔压铸技术或者说充氧压铸技术。总体来说它很接近标注的压铸工艺，只是在每次压铸前需要往模腔内注射氧气，这是为了排出模腔内的空气。当熔融金属填充模腔后，这些氧气会产生微量的氧化物从而避免了气孔。另外，这种工艺的另一个好处是带来更高的强度。不同于标准的压铸工艺，这些铸件可以进行热处理和焊接。可以在铝、锌以及铅合金中使用这种工艺。

热歧管直接注射

热歧管直接注射压铸或称无流道压铸，是一种用于压铸锌的工艺。在这种工艺中，熔融的金属锌在压力作用下通过加热的歧管，然后经过加热的喷嘴进入模腔。这种工艺的优点是成本较低并且节约能源，这是因为加工过程取消了造模口、浇口和流道，因而废弃物较少。由于冷却过程比较慢，铸件的表面质量也会有所提升。

半流动压铸

半流动压铸工艺中使用的金属介于液态和固态之间，这种工艺可以制造更复杂的零件和更薄的壁板（以镁为例，最小壁厚可达0.5毫米）。它生产出来的铸件缩松少、寿命长，同时尺寸精度和表面性能都较好。

我国发展现状

在面临各种机遇的同时也伴随着很多挑战，此时，我国压铸企业应该把握时机，随机应变。

这样的业绩让我国的压铸业更上一层楼。能有如此成就主要源于我国凭借着得天独厚的广阔市场以及相对低廉的资源与劳动力优势，以非常明显的性价比在国际压铸件贸易市场中占据着较大优势.

据了解，在国际信息化浪潮的冲压下，压铸业的第三次革命已经拉开序幕，在国际经济快速化发展的大环境下，国际压铸、铸造业基地及中心正逐渐向我国转移，源源不断的巨额订单，让我国压铸业面临着前所未有的发展机遇，这使得国内压铸产品总量增长幅度明显。同时这也使得我国压铸模具业对产品的品质以及质量有了更加严格的要求，相信在我国政府的科学引导以及压铸企业的积极应对下，我国从压铸大国向压铸强国的转变将不再是梦。