简述压力铸造技术

简述压力铸造技术

1.引言

1.1压铸技术的起源

压铸技术最早用于泥制备青铜生活器具、钱币等，后来发展了金属型制备简单的武器，如青铜箭头。金属型的大量使用在印刷机械中出现制备铅字以后，国外在1872年发明了世界上第一台最简单的手动小型压铸机，并于1920年制造出了冷室压铸机，1927年发明了立式冷室压铸机。

1.2 我国压铸技术的发展

我国的压铸件工业化生产开始于20世纪50年代，那时靠仿制原捷克斯洛伐克和前苏联生产的500KN和1000KN卧式冷室压铸机和进口他们的立式压铸机和卧式冷室压铸机；发展到今天国内现在的压铸机厂家可生产最大的280000KN 卧式冷室压铸机和4000KN以下热室压铸机及3150KN以下立式冷室压铸机。

1.3近几年国际压铸技术的发展

⑴压铸计算机模拟技术分析压铸过程有了大的理论突破。

⑵压铸机和辅助设备方面有了很大的发展。

⑶压铸产品检测方面，特别是内部缺陷的无损检测：如X射线、

荧光、超声波探测等得到了发展。

⑷压铸模具材料和寿命的发展。

⑸快速成型设计及制造技术在压铸生产中得到应用。

⑹压铸材料的发展，如镁合金及金属基复合材料。

⑺压铸新技术的开发，如真空压铸、充氧压铸、局部加压压铸等

2.压铸特点和应用范围

2.1 压铸工艺过程

压力铸造（简称压铸）是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入铸型中，并在压力下凝固而获得铸件的方法。

压铸所用的压力一般为30~70MPa，充型速度可达5~100m/s，充型时间为0.05~0.2s。金属的压力铸造广泛用于汽车、冶金、机电、建材等行业。目前90%的镁铸件和60%的铝铸件都采用压力铸造成型。

金属液在高压下以高速填充铸型，并在压力下冷却，是压铸区别于其他铸造工艺的重要特征。

压力铸造的主要工序可分为：合型、压射、顶出三个阶段。压铸机的主要结构简图如图2-1所示。

图2-1 压铸机主要结构简图

1—拉杆；2—合模座；3—动模座；4—定模座；5—压铸模

2.2压铸的特点

（1）优点

①生产率高，压铸机没小时可压铸50～150次，甚至有的可达500次；便于实现自动化或半自动化；

②铸件的尺寸精度高，标准公差可达IT8～11；表面粗糙度低，Ra=0.8～

3.2,可直接铸造出螺纹；

③由于在压力下凝固，且速度快，因此，铸件晶粒细小、表面紧实、强度和硬度高；

④便于采用镶铸法（嵌铸法）。

（2）缺点

①压铸时由于液态金属填充速度高，液态不稳定，故采用一般压铸法时，铸件易产生气孔，不能进行热处理；

②对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；

③高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低；

④不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。

2.3 压铸应用范围和注意点

①压铸是实现少无切削加工的精密铸造技术，在汽车、航空、仪表、国防等工业部门广泛用于非铁金属的小型、薄壁、形状复杂件的大批量生产。

②铸件壁厚均匀，以3-4mm的壁厚为宜，最大壁厚应小于8mm，以防止缩孔、缩松等缺陷。

③铸件不宜进行热处理或在高温下工作，以免铸件内气孔中的气体膨胀而导致铸件变形或断裂。

④由于内部疏松，铸件塑性和韧性差，故它不适合于制造受冲击的零件。

⑤铸件应尽量避免机械加工，以防内部孔洞外漏。

3.压力铸造的种类

根据压力机的不同，压力铸造可分为冷室压铸和热室压铸两大类型。而按压铸机压力传递方式可分为立式和卧式两种。冷室压铸机的压室与保温坩埚炉是分开的，压铸时从保温坩埚中舀取金属液倒入压铸机上的压室后进行压射。而热室压铸机的压室和保温坩埚连成一体。

3.1卧式冷室压铸

卧式压铸机的压室和压射机构处于水平位置。其工作原理及过程如图3-1所示。

(c)压射室充满（d）压射完毕

图3-1 卧式冷室压铸机工作过程

整个过程经浇注，冲头前进、压射开始，压射室充满，压射完毕等工序。这些过程又可分为慢速压射（封孔）、一级快速压射（填充）、二级快速压射、增压等几个阶段。在压铸过程中，冲头所受的压力与速度变化如图3-2所示。多级压射的主要目的是减少压铸过程中气体的卷入，提高压铸件的致密性和质量。

由3-2图可以看出在第Ⅰ阶段速度较慢，这个阶段主要是封孔阶段，除了封住浇注孔外还可以将压室里的气体排出；该阶段的压力主要是抵抗压射冲头和压实还有压射冲头和活塞之间的摩擦力。第Ⅱ阶段是一级快速压射阶段，该阶段主要是填充阶段，速度较快，由于金属液还没有进入到型腔中，因此，该阶段压射冲头压力仍较小，在这个阶段后期速度突然下降，而压力骤升，主要是由于金属液在浇注口突然改变流动方向，冲头受金属液回流导致压力升高。第Ⅲ阶段为二级快速压射阶段，该阶段主要是将金属液压入到型腔中，由于水锤作用，该阶段压射冲头所受压力较大。第Ⅳ阶段为增压阶段，该阶段主要是压射正在凝固的金属液，是形成的铸件晶粒细小，组织致密；这时压射冲头只做小位移移动。

图3-2 压铸不同阶段压射冲头的压力与运动速度的变化

卧式冷室压铸广泛用于铝合金的压铸。其压铸过程示意图如图3-3。

图3-3 卧室压铸机压铸过程示意图

1—浇道；2—型腔；3—金属液浇入口；4—金属液；5—压射冲头；6—动模；7—定模；

8—顶杆；9—铸件及余料

3.1.1 卧式压铸优点：

①结构简单，操作程序少，生产效率高，易实现自动化；

②金属消耗少；

③能量损失少，使用更为广泛。

3.2立式冷室压铸

立式冷室压铸机的压室和压射机构是处于垂直位置的。其压铸过程示意图如图3-4所示。

由3-4图可以看出，和卧式冷室压铸最大的优点是立式冷室压铸多了一个返了冲头。其工作原理为：开始阶段时，返了冲头8上升将喷嘴口6挡住，然后往压射2中加入适量金属液，其后压射冲头1慢慢向下压入，同时返料冲头8下降，