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：
(1)包住空气而形成气泡。

因为高速度合金液流可能堵住排气系统，使空气被
包在型腔内，同时快速冷却液可能使得熔体内溶解的气体不能有效析出；
(2)合金液流成喷雾状进入型腔并粘附于型壁上，后进入的合金液不能与它熔
合，而形成表面缺陷，降低铸件表面质量；
(3)产生旋涡，包住空气和最先进入型腔的冷合金，使铸件产生气孔和氧化夹
杂的缺陷；
(4)冲刷压铸模型壁，使压铸模磨损加速，减少压铸模寿命。

充填速度与压射速度、作用于熔融合金上的压射比压以及合金液本身的密度、压室内径和内浇口截面积等有关。

压射速度越大，则充填速度越大，合金液上的压射比压越大，充填速度也越大。

可通过调整变化压射速度和压射比压、改变压室的内径和增大内浇口截面积(厚度)等来改变充填速度。

四、压铸件设计
压铸件设计是压铸生产技术中十分重要的工作环节，压铸件设计的合理程度和工艺适应性直接影响到：分型面的选择，浇口的开设；顶出的布置；收缩规律；精度的保证；缺陷的部位以及生产效率等。

压铸件结构工艺特定要求如下：
①消除内部侧凹，便于抽芯。

②改进壁厚，消除缩孔、气孔；
③改善结构，消除不易压出的侧凹；
④利用筋，防止变形；
⑤改善结构，消除尖角或棱角；
⑥改善结构，便于抽芯、简化压铸模制造；
⑦消除深陷，使铸件易脱模；
⑧改进结构，避免型芯交叉等特定要求。

五、压铸合金及其选择
对压铸合金的要求：
①高温下有足够的强度和可塑性，无热脆性(或热脆性小)；
②尽可能小的收缩；
③结晶温度范围小；
④在过热温度不高时有足够的流动性。

选择压铸合金考虑的因素有：
（1）压铸件的受力状态，这是选择合金主要依据；
(2) 压铸件工作环境状态；
①工作温度：高温和低温要求，
②接触的介质：如潮湿大气、海水；
③密闭性要求：气压、液压密闭性。

(3)压铸件在整机或部件中所处的工作条件；
(4)对压铸件的尺寸和重量所提出的要求；
(5)生产条件：熔化设备、压铸机、工艺装置及材料等；
(6)经济性。

六、压铸型
在压铸生产中，压铸型(简称压模或压型)是最重要的工艺装备。

从结构上讲，完整的压铸型由以下几部分组成（图2-17是压铸型结构的实例。

）：
①静型部分：固定于压铸机压室一方的静型安装板上，是金属液开始进入铸型的部分，也是压铸型型腔的组成部分，其上有直浇道直接与压铸机的喷嘴或压室联接；
②动型部分：固定于压铸机的动型安装板上，随动型安装板向左、向右移动，与静型部分分开和合拢，一般抽芯机构和铸件顶出机构设置在这部分内，是压铸型型腔的组成部分；
③成型部分：是构成铸件几何形状的部分。

构成铸件外形的部分称为型腔，构成铸件内部形状的部分称为型芯；
④浇注系统：连接成形部分与压室，引导金属液按一定方向进入铸型的成型部分，包括直浇道、横浇道和内浇口；
⑤抽芯机构：构成复杂铸件的侧凹和孔，采用活动型芯，依靠抽芯机构在顶出铸件之前完成抽芯动作；
⑥顶出机构：铸件成型后，待动、静型分开，把铸件从铸型中，这套机构一般均设在动型部分；
⑦排气部分；
⑧加热、冷却部分：为了平衡铸型温度，不致使铸型温度有急剧的变化，从而影响铸件质量，很多场合下，压铸型有必要安装加热或冷却装置；
⑨其它：压铸型内还需设有定位、导向、紧固等元件。

七、压铸件缺陷
压铸件的缺陷多种多样，一般分为表面缺陷、表面损伤、内部缺陷、裂纹、几何形状与图样不符、材料性能与要求不符、杂质等。

表面缺陷包括流痕及花纹、网状毛翅、冷隔、缩陷、印痕、铁豆等；表面损伤包括机械拉伤、粘模拉伤和碰伤；
内部缺陷包括气孔、气泡、缩孔缩松；
几何形状与图样不符一般指欠铸及轮廓不清晰、变形、飞翅、多肉或带肉、错边或错扣、型芯偏位；
材料性能与要求不符一般指化学成分和力学性能不符合要求；杂质缺陷指夹渣和硬点。

虽然压铸件缺陷多种多样，但仔细分析，就知道它们都与压铸工艺参数的选择、压铸型的设计及人员操作有关。

比如，对于流痕及花纹缺陷，有可能是模温过低、比压偏低、内浇道面积过小等原因产生，当然，解决办法就是提高模温、调整内浇道截面积或者调整压射速度及压力。