压力铸造工艺

压力铸造工艺

一、压铸及特点

1. 压铸定义及特点

压力铸造（简称压铸）是在压铸机的压室内，浇入液态或半液态的金属或合金，使它在高压和高速下充填型腔，并且在高压下成型和结晶而获得铸件的一种铸造方法。

由于金属液受到很高比压的作用，因而流速很高，充型时间极短。高压力和高速度是压铸时液体金属充填成型过程的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本区别之所在。

比如压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，甚至高达500MPa；充填速度为0.5—120m/s，充型时间很短，一般为0.01－0.2s，最短只有干分之几秒。

2. 压铸的优缺点

优点：

1) 产品质量好。由于压铸型导热快，金属冷却迅速，同时在压力下结晶，铸件具有细的晶粒组织，表面坚实，提高了铸件的强度和硬度，此外铸件尺寸稳定，互换性好，可生产出薄壁复杂零件；

2) 生产率高，压铸模使用次数多；

3) 经济效益良好。压铸件的加工余量小，一般只需精加工和铰孔便可使用，从而节省了大量的原材料、加工设备及工时。

缺点：

1) 压铸型结构复杂，制造费用高，准备周期长，所以，只适用于定型产品的大量生产；

2) 压铸速度高，型腔中的气体很难完全排出，加之金属型在型中凝固快，实际上不可能补缩，致使铸件容易产生细小的气孔和缩松，铸件壁越厚，这种缺陷越严重，因此，压铸一般只适合于壁厚在6mm以下的铸件；

3) 压铸件的塑性低，不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作；

4) 另外，高熔点合金压铸时，铸型寿命低，影响压铸生产的扩大应用。

综上所述，压力铸造适用于有色合金，小型、薄壁、复杂铸件的生产，考虑到压铸其它技术上的优点，铸件需要量为2000-3000件时，即可考虑采用压铸。

3．压铸的应用范围

压铸是近代金属加工工艺中发展较快的一种高效率、少无切削的金属成型精密铸造方法，是一种“好、快、省”高经济双效益的铸造方法。

压铸零件的形状大体可以分为六类：

1)圆盘类——号盘座等；

2)圆盖类——表盖、机盖、底盘等；

3)圆环类——接插件、轴承保持器、方向盘等；

4)筒体类——凸缘外套、导管、壳体形状的罩壳盖、上盖、仪表盖、探控仪表罩、

照像机壳与化油器等；

5)多孔缸体、壳体类——汽缸体、汽缸盖及油泵体等多腔的结构较为复杂的壳体

(这类零件对机械性能和气密性均有较高的要求，材料一般为铝合金)。例如汽车与摩托车的汽缸体、汽缸盖；

6)特殊形状类——叶轮，喇叭、字体由筋条组成的装饰性压铸件等。

二、压铸机简介

压铸机是压力铸造的基本设备。压铸机共分两大类：热室压铸机和冷室压铸机。

(1) 热室压铸机热室压铸机如图2-14所示，其特点是压室与合金熔化炉连成一体，压室浸在熔化的液态金属中，其压射机构安置在保温坩埚上面。当压射冲头3上升时，金属液1通过进口5进入压室4中，随后压射冲头下压，金属液沿通道6经喷嘴7充填压型型腔8。冷凝后冲头回升，多余金属液回流至压室中，然后打开压型取出铸件。（图2-14 热室压铸机原理）

热室压铸机的特点是生产工序简单，生产效率高，容易实现自动化；金属液消耗少，工艺稳定，压入型腔的金属液干净、无氧化夹杂，铸件质量好。但由于压室和冲头长时间浸在金属液中，影响使用寿命。目前，大多数用于压铸锌合金等低熔点合金铸件，但也有用于压铸镁铝铸件。

(2) 冷室压铸机该机的压室与保温炉是分开的。压铸时，要从保温炉中将金属液倒入压室后进行压铸。冷室压铸机有立式和卧室两种。

立式压铸机压室的中心线是垂直的。压铸模与压室的相对位置及压铸过程如图2-15所示。合模后，浇入压室2的金属液3被已封住喷嘴孔6的反料冲头8托住，当压射冲头向下压到金属液面时，反料冲头开始下降，打开喷嘴6，金属液被压入型腔。凝固后，压射冲头退回，反料冲头上升，切断余料9，并将其顶出压室，余料取走后再降到原位，然后开模取出铸件。（图2-15 立式冷室压铸机原理）

卧室压铸机压室的中心线是水平的。压铸模与压室的相对位置及压铸过程如图2-16所示。合模后，金属液浇入压室2，压射冲头1向前推进，将金属液经浇道压入型腔6，开模时，余料借助压射冲头前伸的动作离开压室，同铸件一起取出。（图2-16 卧式冷室压铸机原理图）

两种压铸机相比较，在结构上仅仅压射机构不同，立式压铸机有切断、顶出余料的下油缸，因结构比较复杂，故增加了维修的困难。卧室压铸机压室简单，维修方便。在工艺上，立式压铸机压室内空气不会随金属液进入型腔，便于开设中心浇口，但由于浇口过长，金属耗量大，充填过程中能量损失也较大。卧式压铸机金属液进入型腔的流程短，压力损失小，有利于传递最终压力，便于提高比压，故使用较广。冷室压铸机多用液压驱动，压力较高，适用于熔点较高的合金。目前，生产中采用冷室压铸机较多。

三、压铸过程原理

压铸过程是利用高压力、高速度，迫使浇入压铸机压室内的熔融或半熔融状态金属在极短的时间内充满压铸模的型腔。

压铸过程有三种主要现象：其一压入，其二熔融合金液流动，其三冷却凝固。

完成压铸过程有三大要素：一是熔融或半熔融状态金属：二是压铸模：三是压铸机。压铸压力、压铸速度是压铸过程主要的工艺参数。

1．压铸压力

压铸压力—般用压射力，比压表示。压射力是由压铸机的规格所定。它是压铸机的压射机构推动压射冲头的力：

Pr=PG•πD2/4

压射比压：

Pb = Pr / F = 4 P r/ πd2

四个阶段：

慢速封孔；充填；增压；保压

2。压铸速度

压铸速度有压射速度和充填速度两个不同的概念。

压射速度：压铸时压射缸内液压推动压射冲头前进的速度；

充填速度：熔融合金在压力作用下，通过内浇口导入型腔的线速度。

其中充填速度的主要作用有：将熔融合金在凝固之前迅速输入型腔，是获得轮廓清晰、表面光洁的铸件重要因素；为了得到高的流体动压力。

充填速度的选择可根据合金的性能及铸件结构的特点，充填速度与压射比压、压射速度及内浇口截面积等因素有关。

由于压铸特点是速度快，当充填速度较高时，即使用较低的比压也可以获得表面光洁的铸件。

过高的充填速度会引起许多工艺上的缺点，造成压铸过程的不利条件：