摘要 壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種將熔融合金液倒入壓室內(nèi)，以高速充填鋼制 模具的型腔，并使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。壓力鑄造是目 前成型有色金屬
鑄件的重要成型工藝方法。壓鑄的工藝特點(diǎn)是鑄件的強(qiáng)度和硬 度較高，形狀較為復(fù)雜且鑄件壁較薄，而且生產(chǎn)率極高。壓鑄模具是壓力鑄造 生產(chǎn)的關(guān)鍵，壓鑄模具的質(zhì)量決定著
壓鑄件的質(zhì)量和精度，而模具設(shè)計(jì)直接影 響著壓鑄模具的質(zhì)量和壽命。因此，模具設(shè)計(jì)是模具技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，也是模 具發(fā)展的重要因素。
關(guān)鍵詞：壓力鑄造； 關(guān)鍵詞：壓力鑄造；壓鑄模具
（一）壓力鑄造的特點(diǎn)
高壓力和高速度是壓鑄中熔融合金充填成型過程的兩大特點(diǎn)。壓鑄中常用 的壓射比壓在幾兆帕至幾十兆帕范圍內(nèi)，有時(shí)甚至高達(dá) 500MPa。其充填速度 一般在 0.5～120m/s
范圍內(nèi)，它的充填時(shí)間很短，一般為 0.01～0.2s，最短的僅 為千分之幾秒。因此，利用這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品有著其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)?？梢缘玫?薄壁、形狀復(fù)雜但輪廓清晰的鑄件。其
壓鑄出的最小壁厚：鋅合金為 0.3mm； 鋁合金為 0.5mm。鑄出孔最小直徑為 0.7mm。鑄出螺紋最小螺距 0.75mm。對(duì) 于形狀復(fù)雜，難以或不能用切削加工制造的零件，即使產(chǎn)量小
，通常也采用壓 鑄生產(chǎn)，尤其當(dāng)采用其他鑄造方法或其他金屬成型工藝難以制造時(shí)，采用壓鑄 生產(chǎn)最為適宜。鑄件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。鑄件的尺寸精度為 IT12～
IT11 面粗糙度一般為 3.2～0.8μm，最低可達(dá) 0.4μm。因此，個(gè)別壓鑄 件可以不經(jīng)過機(jī)械加工或僅是個(gè)別部位加工即可使用。壓鑄的主要優(yōu)點(diǎn)是： (1)鑄件的強(qiáng)度和表面硬
度較高。由于壓鑄模的激冷作用，又在壓力下結(jié)晶，因 此，壓鑄件表面層晶粒極細(xì)，組織致密，所以表面層的硬度和強(qiáng)度都比較高。 壓鑄件的抗拉強(qiáng)度一般比砂型鑄件高 25%～
30%，但收縮率較低。 (2)生產(chǎn)率較高。 壓力鑄造的生產(chǎn)周期短,一次操作的循環(huán)時(shí)間約 5 s～3min 這種 方法適于大批量生產(chǎn)。雖然壓鑄生產(chǎn)的優(yōu)勢十分突出，但是，它也有一些
明顯 的缺點(diǎn)： (1)壓鑄件表層常存在氣孔。這是由于液態(tài)合金的充型速度極快，型腔中的氣體 很難完全排除，常以氣孔形式存留在鑄件中。因此，一般壓鑄件不能進(jìn)行熱處 理，
也不宜在高溫條件下工作。這是由于加熱溫度高時(shí)，氣孔內(nèi)的氣體膨脹， 導(dǎo)致壓鑄件表面鼓包，影響質(zhì)量與外觀。同樣，也不希望進(jìn)行機(jī)械加工，以免 鑄件表面顯露氣孔。 (2)
壓鑄的合金類別和牌號(hào)有所限制。目前只適用于鋅、鋁、鎂、銅等合金的壓 鑄。而對(duì)于鋼鐵材料，由于其熔點(diǎn)高，壓鑄模具使用壽命短，故鋼鐵材料的壓 鑄很難適用于實(shí)際生產(chǎn)
。至于某一種合金類別，由于壓鑄時(shí)的激冷產(chǎn)生劇烈收 縮，因此也僅限于幾種牌號(hào)的壓鑄。 (3)壓鑄的生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)用較高。由于壓鑄機(jī)成本高， 壓鑄模加工周期長、成本高， 因
此壓鑄工藝只適用于大批量生產(chǎn)。 壓鑄模具設(shè)計(jì)的意義 模具是壓鑄件生產(chǎn)的主要工具，因此在設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)盡量注意使模具總體結(jié)構(gòu) 及模具零件結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，便于
制造生產(chǎn)，壓鑄模澆排系統(tǒng)需合理設(shè)計(jì)。 模具的加工、裝配要到位，配合需適當(dāng)，壓鑄模具的優(yōu)化也是一個(gè)重要方面。 壓鑄模具的優(yōu)良程度很大程度上取決澆注系統(tǒng)以及排溢系
統(tǒng)的設(shè)計(jì)。壓鑄生產(chǎn) 中，因?yàn)槟＞邼驳佬螤?、澆口與排溢口位置及壓鑄力等控制參數(shù)選擇不合理導(dǎo) 致壓鑄件縮孔、冷隔或者氣孔等缺陷的情況常有出現(xiàn)。而對(duì)澆道和排溢口的形
狀、大小、位置以及壓鑄機(jī)壓射工藝參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化后可以大大減少這些缺陷[3]。 綜上所述，壓鑄模具的合理設(shè)計(jì)對(duì)于生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄件具有重要意義。 1.2 壓鑄發(fā)展歷史、現(xiàn)
狀及趨勢 1.2.1 壓鑄的發(fā)展歷史 壓鑄始于 19 世紀(jì)， 其最初被用于壓鑄鉛字。 早在 1822 年， 威廉姆· （Willam 喬奇 Church）博士曾制造一臺(tái)日產(chǎn) 1.2～2 萬鉛字的鑄造
機(jī)，已顯示出這種工藝方法 的生產(chǎn)潛力。1849 年斯圖吉斯（J. J. Sturgiss）設(shè)計(jì)并制造成第一臺(tái)手動(dòng)活塞式 熱室壓鑄機(jī)，并在美國獲得了專利權(quán)。1885 年默根瑟（Mersen-
thaler）研究了 以前的專利，發(fā)明了印字壓鑄機(jī)，開始只用于生產(chǎn)低熔點(diǎn)的鉛、錫合金鑄字， 到 19 世紀(jì) 60 年代用于鋅合金壓鑄零件生產(chǎn)。壓鑄廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)還只是 上
世紀(jì)初，用于現(xiàn)金出納機(jī)、留聲機(jī)和自行車的產(chǎn)品生產(chǎn)。1904 年英國的法蘭 克林（H. H. Franklin）公司開始用壓鑄方法生產(chǎn)汽車的連桿軸承，開創(chuàng)了壓鑄 零件在汽車工業(yè)中應(yīng)
用的先例。1905 年多勒（H. H. Doehler）研制成功用于工 業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機(jī)、壓鑄鋅、錫、銅合金鑄件。隨后瓦格納（Wagner）設(shè)計(jì)了鵝 頸式氣壓壓鑄機(jī)，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件
。這種壓鑄機(jī)是利用壓縮空氣推送鋁合 金經(jīng)過一個(gè)鵝頸式通道壓入模具內(nèi)，但由于密封、鵝頸通道的粘咬等問題, 這 種機(jī)器沒有得到推廣應(yīng)用。但這種設(shè)計(jì)是生產(chǎn)鋁合金鑄件的
第一次嘗試。20 世 紀(jì) 20 年代美國的 Kipp 公司制造出機(jī)械化的熱室壓鑄機(jī)，但鋁合金液有浸蝕壓 鑄機(jī)上鋼鐵零部件的傾向，鋁合金在熱室壓鑄機(jī)上生產(chǎn)受到限制。1927 年捷
克 工程師約瑟夫·波拉克（Jesef Pfolak）設(shè)計(jì)了冷壓室壓鑄機(jī)，由于貯存熔融合 金的坩鍋與壓射室分離，可顯著地提高壓射力，使之更適合工業(yè)生產(chǎn)的要求， 克服了氣壓熱壓
室壓鑄機(jī)的不足之處，從而使壓鑄技術(shù)向前邁出重要一步[3]。 20 世紀(jì) 50 年代大型壓鑄機(jī)誕生，為壓鑄業(yè)開拓了許多新的領(lǐng)域。隨著壓鑄機(jī)、 壓鑄工藝、壓鑄型及潤滑劑的發(fā)
展，壓鑄合金也從鉛合金發(fā)展到鋅、鋁、鎂和 銅合金，最后發(fā)展到鐵合金，隨著壓鑄合金熔點(diǎn)的不斷增高而使壓鑄件應(yīng)用范 圍也不斷擴(kuò)大。
（二）我國壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 我國壓鑄工業(yè)在近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展中有了長足的進(jìn)步。作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，其 每年都以 8%～12%的良好勢頭快速發(fā)展。目前，我國擁有壓鑄廠點(diǎn)及相關(guān)企業(yè) 2600 余家，壓鑄機(jī)近萬臺(tái)，年產(chǎn)壓鑄件 50 余萬噸。其中鋁壓鑄件占 67.0%、 鋅壓鑄件 31.2%、銅壓鑄件 1.0%、鎂壓鑄件 0.8%。我國的壓鑄廠點(diǎn)及相關(guān)企業(yè) 中，壓鑄廠點(diǎn) 2000 余家，占企業(yè)總數(shù)的 80%以上，壓鑄機(jī)及輔助設(shè)備企業(yè)、 模具企業(yè)、原輔材料企業(yè)近 398 家，占 13.7%，科研、大專院校、學(xué)會(huì)等其他 單位合計(jì) 112 個(gè)，占總數(shù)的 3.8%[5]。壓鑄機(jī)生產(chǎn)方面，我國約有壓鑄機(jī)生產(chǎn)企 業(yè) 20 多個(gè)，年生產(chǎn)能力超過 1000 臺(tái)，壓鑄機(jī)的供應(yīng)能力很強(qiáng)。其中的中小型 壓鑄機(jī)的質(zhì)量較好，大型壓鑄機(jī)、實(shí)時(shí)控制的高性能的壓鑄機(jī)仍需進(jìn)口，2000 噸以上的壓鑄機(jī)正在研制中。種種情況表明，中國的壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)相當(dāng)龐大。 但是，與壓鑄強(qiáng)國相比，中國的壓鑄業(yè)還有著較大的差距。中國壓鑄企業(yè)的規(guī) 模較小，企業(yè)素質(zhì)不高，技術(shù)水平落后，生產(chǎn)效率較低。雖然與美國、日本等 壓鑄先進(jìn)國家相比，我國壓鑄件的生產(chǎn)占有一定的數(shù)量優(yōu)勢，但我國壓鑄企業(yè) 以小型工廠為主，因此在管理水平和工作效率上，較之有很大的差距。另外， 雖然我國生產(chǎn)的中小型壓鑄機(jī)質(zhì)量較好，但大型壓鑄機(jī)、實(shí)時(shí)控制的高性能的 壓鑄機(jī)仍需進(jìn)口，每年進(jìn)口壓鑄機(jī) 100 臺(tái)以上。由此可見，我國不能算作壓 鑄強(qiáng)國，只能是壓鑄大國。 近年來，由于中國工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸向很多市場邁進(jìn)。以中 國的轎車工業(yè)壓鑄市場為支柱， 中國的壓鑄業(yè)已經(jīng)向摩托車行業(yè)、 農(nóng)用車行業(yè)、 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場、玩具市場、家電產(chǎn)業(yè)等多個(gè)方向快速拓展，其勢頭方興未艾。
（三）壓鑄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢 由于整個(gè)壓鑄過程都是在壓鑄機(jī)上完成，因此，隨著對(duì)壓鑄件的質(zhì)量、產(chǎn)量和 擴(kuò)大應(yīng)用的需求，開始對(duì)壓鑄設(shè)備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機(jī)已經(jīng)不能 滿足這些要求，因此，新型壓鑄機(jī)以及新工藝、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。例如，為了 消除壓鑄件內(nèi)部的氣孔、縮孔、縮松，改善鑄件的質(zhì)量，出現(xiàn)了雙沖頭（或稱 精、速、密）壓鑄；為了壓鑄帶有鑲嵌件的鑄件及實(shí)現(xiàn)真空壓鑄，出現(xiàn)了水平 分型的全立式壓鑄機(jī)；為了提高壓射速度和實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)增加壓射力以便對(duì)熔融合 金進(jìn)行有效地增壓，以提高鑄件的致密度，而發(fā)展了三級(jí)壓射系統(tǒng)的壓鑄機(jī)。 又如，在壓鑄生產(chǎn)過程中，除裝備自動(dòng)澆注、自動(dòng)取件及自動(dòng)潤滑機(jī)構(gòu)外，還 安裝成套測試儀器， 對(duì)壓鑄過程中各工藝參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。 它們是壓射力、 壓射速度的顯示監(jiān)控裝置和合型力自動(dòng)控制裝置以及電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等。
