壓力鑄造

壓力鑄造是一種將液態或半固態金屬或合金，或含有增強物相的液態金屬或合金，在高壓下以較高的速度填充入壓鑄型的型腔內，並使金屬或合金在壓力下凝固形成鑄件的鑄造方法。壓鑄時常用的壓力為4～500MPa，金屬充填速度為0.5—120m/s。因此，高壓、高速是壓鑄法與其他鑄造方法的根本區別，也是重要特點。1838年美國人首次用壓力鑄造法生產印報的鉛字，次年出現壓力鑄造專利。19世紀60年代以後，壓力鑄造法得到很大的發展，不僅能生產錫鉛合金壓鑄件、鋅合金壓鑄件，也能生產鋁合金、銅合金和鎂合金壓鑄件。20世紀30年代後又進行了鋼鐵壓力鑄造法的試驗。

壓力鑄造的原理主要是金屬液的壓射成形原理。通常設定鑄造條件是通過壓鑄機上速度、壓力，以及速度的切換位置來調整的，其他的在壓鑄型行進行選擇。 ^[2] 

1、壓力鑄造的優點

1)生產率高，易於實現機械化和自動化，可以生產形狀複雜的薄壁鑄件。壓鑄鋅合金最小壁厚僅為0.3mm，壓鑄鋁合金最小壁厚約為0.5mm，最小鑄出孔徑為0.7mm。

2)鑄件尺寸精度高，表面粗糙度值小。壓鑄件尺寸公差等級可達CT3～CT6，表面粗糙度一般為Ra0.8～3.2μm。

3)壓鑄件中可嵌鑄零件，既節省貴重材料和機加工工時，也替代了部件的裝配過程，可以省去裝配工序，簡化製造工藝。

2、壓力鑄造的缺點

1)壓鑄時液體金屬充填速度高，型腔內氣體難以完全排除，鑄件易出現氣孔和裂紋及氧化災雜物等缺陷，壓鑄件通常不能進行熱處理。

2)壓鑄模的結構複雜、製造週期長，成本較高，不適合小批量鑄件生產。

3)壓鑄機造價高、投資大，受到壓鑄機鎖模力及裝模尺寸的限制，不適宜生產大型壓鑄件。

4)合金種類受限制，鋅、鎂、銅等有色合金。 ^[3] 

在壓鑄生產中，壓鑄機、壓鑄合金和壓鑄型是三大要素。壓鑄工藝則是將三大要素作有權的組合並加以運用的過程。使各種工藝參數滿足壓鑄生產的需要。壓射比壓的選擇，應根據不同合金和鑄件結構特性確定。對充填速度的選擇，一般對於厚壁或內部質量要求較高的鑄件，應選擇較低的充填速度和高的增壓壓力；對於薄壁或表面質量要求高的鑄件以及複雜的鑄件，應選擇較高的比歷和高的充填速度。

澆注温度是指從壓定進入型腔時液態金屬的平均温度，由於對壓室內的液態金屬温度測量不方便，一般用保温爐內的温度表示。

澆注温度過高，收縮大，使鑄件容易產生裂紋、晶粒粒大、還能造成粘型；澆注温度過低，易產生冷隔、表面花紋和澆不足等缺陷。因此澆注温度應與壓力、壓鑄型温度及充填速度同時考慮。

壓鑄型的温度

鑄壓型在使用前要預熱到一定温度，一般多用煤氣、噴燈、電器或感應加熱。

在連續生產中，壓鑄型温度往往升高，尤其是壓鑄高熔點合金，升高很快。温度過高除使液態金屬產生粘型外，鑄件冷卻緩慢，使晶粒粗大。因此在壓鑄型温度過高時，應採用冷卻措施。通常用壓縮空氣、水或化學介質進行冷卻。

充填、持壓和開型時間

1）充填時間

自液態金屬開始進入型腔起到充滿型腔止，所需的時間稱為充填時間。充填時間長短取決於鑄件的體積的大小和複雜程度。對大而簡單的鑄件，充填時間要相對長 些，對複雜和薄壁鑄件充填時間要短些。充填時間與內澆口的截面積大小或內澆口的寬度和厚度有密切關係，必須正確確定。

2）持壓和開型時間

從液態金屬充填型腔到內澆口完全凝固時，繼續在壓射衝頭作用下的持續時間，稱為持壓時間。持壓時間的長短取決於鑄件的材質和壁厚。

持壓後應開型取出鑄件。從壓射終了到壓鑄打開的時間，稱為開型時間，開型時間應控制準確。開型時間過短，由於合金強度尚低，可能在鑄件頂出和自壓鑄型落下 時引起變形；但開型時間太長，則鑄件温度過低，收縮大，對抽芯和頂出鑄件的阻力亦大。一般開型時間按鑄件壁厚1毫米需3秒鐘計算，然後經試任調整。

壓鑄過程中，為了避免鑄件與壓鑄型焊合，減少鑄件頂出的摩擦阻力和避免壓鑄型過分受熱而採用塗料。對塗料的要求：

1） 在高温時，具有良好的潤滑性；

2） 揮發點低，在100～150℃時，稀釋劑能很快揮發；

3） 對壓鑄型及壓鑄件沒有腐蝕作用；

4） 性能穩定在空氣中稀釋劑不應揮發過度而變稠；

5） 在高温時不會析出有害氣體；

6） 不會在壓鑄型腔表面產生積垢。

鑄件的清理是很繁重的工作，其工作量往往是壓鑄工作量的10～15倍。因此隨壓鑄機生產率的提高，產量的增加，鑄件清理工作實現機械化和自動化是非常重要的。

1）切除澆口及飛邊

切除澆口和飛邊所用的設備主要是衝牀，液壓機和摩擦壓力機，在大量生產件下，可根據鑄件結構和形狀設計專用模具，在衝牀上一次完成清理任務。

2）表面清理及拋光

表面清理多采用普通多角滾筒和震動埋入式清理裝置。對批量不大的簡單小件，可用多角清理滾筒，對錶面要求高的裝飾品，可用布制或皮革的拋光輪拋光。對大量生產的鑄件可採用螺殼式震動清理機。

清理後的鑄件按照使用要求，還可進行表面處理和浸漬，以增加光澤，防止腐蝕，提高氣密性。

由於壓鑄的優點，使它獲得廣泛的應用，主要應用於大批量生產的非鐵合金鑄件。在壓鑄件產量中，佔最大比重的是鋁合金壓鑄件，為30%～50%；其次為鋅合金壓鑄件；銅合金壓鑄件佔1%～2%。應用壓鑄件最多的是汽車、拖拉機制造業，其次為儀表製造和電子儀器工業，再次為農業機械、國防工業、計算機、醫療器械等製造業。用壓鑄法生產的零件有發動機汽缸體、汽缸蓋、變速箱箱體、發動機罩、儀表和照相機的殼體與支架、管接頭、齒輪等。

近些年來，高科技已應用於壓鑄領域．如採用三級壓射機構控制壓力、壓射速度和型內氣體。發展特殊壓鑄工藝(如真空壓鑄、定向引氣壓鑄、充氧壓鑄等)和應用計算機控制技術，有效地清除氣孔，提高鑄件緻密度，同時研製新型模具材料和熱處理新工藝來延長壓型壽命，使黑色金屬壓鑄有了一定進展。 ^[1]