压铸技术的发展现状与展望

压铸技术的发展现状与展望

黄赛 任志喜 周梦珂 栗娥

广东鸿图武汉压铸有限公司 湖北 430200

摘要：本文简述了压铸工艺的特征及工艺的发展历程。简要介绍了国外的最新压铸工艺发展状况，并与国外的先进技术进行比较，从压铸设计、工艺、设备、模具等几个方面进行了总结。本文主要阐述了压铸、固态压铸、加氧压铸和真空压铸等几种新的压铸技术。本文主要阐述了计算机技术在铸造工艺中的应用，以及CIMS的应用。并对今后的发展方向进行了预测。

关键词：压铸工艺；压铸设计；模具；真空压铸；发展方向

1.压铸技术的特点与发展历史

1.1压力铸造技术的特点

在加压过程中，通常对原材料施加20-200 MPa的压力，填充时的初始速度是15-70米/秒，填充时只有0-01-0.20秒。正是因为这种特殊的注塑方法和凝固方法，才使它有了自己的特色。（1）能够得到具有复杂形状和薄壁但外形清楚的铸件。铸件的壁厚度一般为1至6毫米，较小的铸件可能较薄，较大的铸件可能较厚。对于复杂部件或者其它铸造工艺不能生产的部件，可以采用压力浇铸工艺。（2）铸造精度高，尺寸稳定，加工余量少，表面光洁。加工余量通常为2~5毫米。采用压铸工艺生产的铸件具有良好的可互换性。通常情况下，只需要稍加加工即可组装，而有些部件则可以不经过任何加工就可以组装起来。（3）铸件组织致密，机械性能好。铸件在加压下凝固，得到了细小的颗粒，因此铸件的组织非常紧密，并且具有很高的强度。此外，在铸造过程中，激光冷却会使铸件表面发生硬化，从而使铸件具有较好的耐磨性能。（4）高效的生产。该工艺具有较短的生产周期，且一次运行周期为5~3分钟，适合大规模生产。（5）采用嵌铸法进行压力浇铸，可以减少组装过程，简化生产过程。镶嵌材料一般为钢，铸铁，铜，绝缘材料等。采用嵌铸工艺可以生产出具有特定需求的铸件。

1.2压铸技术的历史

自1855年 Mergenthaler将活塞压射圆筒浸泡在熔化合金中，制成条形活字铸件至今已有153年。1869年，巴巴奇使用了“锌加强铅锡合金压铸工艺”制造了部分部件。1872年，人们开始在留声机上制造铅锡合金的手工小压铸机。1904年， H. F. Franklin公司铸造了一种汽车连杆轴承，使得新兴的汽车业代替了印刷业，成为了压铸件的主要使用者。1905年，道勒发明了一种既可以制造铅锡合金，也可以用来铸造锌合金的压铸机。H. H. Doehler在1914年采用压力将金属液体沿着流动通道向上填充的压铸机。20世纪20年代，美国 Kipp公司发明了一种自动化的热室压铸机，但是由于铝合金液体会腐蚀压铸机的钢材零件，因此，在热室压铸机上，铝合金的生产受到了一定的制约。C. Roehri发明了一种冷腔式压铸机，它使铝合金和黄铜合金的压铸技术取得了巨大的进展。20世纪五十年代，大型压铸机的问世，开辟了压铸业的新领域。压铸工艺和润滑剂等技术的发展，压铸合金由铅发展到锌、铝、镁、铜、铁，再到铁合金。

2.压铸技术的发展方向

压铸件的内部空洞和松散是很难避免的，其主要原因是模腔中的气体不能充分地排出。而且，在凝固和收缩过程中，没有得到补缩，这会对压铸制品的性能和使用范围产生负面影响。近年来，国内外不断采取新的技术手段来解决这一问题。

2.1真空压铸

真空压铸技术是在真空条件下，采用辅助装置对模具内部的气体进行抽吸，使其在真空条件下进行液力铸造。它具有以下优点：（1）可以消除或减小压铸件内的孔隙，从而提高铸件的机械性能和表面质量，并使铸件的镀层性能得到改善。（2）在真空铸造过程中，模腔的反压力大大降低。可以采用更低的比压力，更大和更薄的铸件可以用小型机械来铸造。（3）可以采用具有劣质铸造性能的合金进行。

2.2加氧压铸

在模腔内填充铝液体之前，先将氧填充到压室和模腔，以代替气体。在充气过程中，一方面氧从排出槽中排出。同时，由于喷出的铝液与未排放的氧发生化学反应，形成了细小的氧化铝颗粒，分散于压铸制品中，从而不会形成气孔。加氧压铸工艺具有消除或减小气孔、改善铸件质量等优点。其中，机械强度的提高达到10%，伸长率达到1.5-2倍。由于压铸件内部没有气孔，可以通过热处理来进一步提高其强度，增大其屈服极限，并明显改善其抗冲击能力。该压铸制品的温度范围为290~300℃。与真空铸造比较，加氧压铸具有结构简单、使用简便、投资小等优点。氧的添加方式有两种，一种是在压力腔内加氧，另一种是在压铸模具上安装的特殊设备。普通的立式压铸机使用的是从反料冲头通入氧，而水平压铸机多在铸型上设有氧孔供氧。在加氧压铸过程中，应严格掌握两大工艺参数：加氧时间和加氧压力。另外，铸造和排气系统的合理设计、压射速率的选择、不挥发性涂层的选择也是必不可少的。加氧法是一种具有广阔应用前景的压铸技术。

2.3精、速、密压铸

精、速、密压铸使用两个内压射冲头。压射启动后，两个压射冲头同时向前推进。充模完成后，模腔达到某一压力，开启限位开关，使内部压射冲头向前推进，以补充压实铸件。其基本特征如下：（1）内浇口厚度为3~5 mm。（2）填充速率低，通常4-6米/秒。（3）在压铸完成后，可以采用内压射冲机进行辅助压力，以改善铸件的品质。对压铸工艺进行控制。充填时，要让液体金属顺利充满模腔，这样金属液体就能从远处向近处填充。同样，在压铸件厚度较大的地方，还可以在压铸模具上设置一个补压冲头，使压铸件得到更紧密的组织。

2.4定向、抽气、加氧压铸

定向、抽气、加氧压铸是将压铸与加氧压铸的综合过程。该方法是，在金属液体充填模腔前，以比充填速度更快的速度抽出气体，使金属液平稳充填。对于复杂的铸件，如有深凹坑或盲区，应在抽气过程中加氧，以提高铸造质量。

2.5半固态压铸

半固态压铸是在液体金属凝固之前，经过剧烈的搅拌，以一定的冷却速度得到大约50%或以上的固体成分。一般采用两种工艺：一种是将上述半固体材料直接浇注到模腔内，即流变浇注法。二是将半固体的浆液预先加工成尺寸的铸锭。如果有必要，则将其再次加热至半固体状态，再送入压力室内进行浇铸。与完全液体压铸工艺比较，半固体压铸具有以下的优势。（1）因为在搅拌过程中，半固体金属的熔融潜热散已经损失了50%，因此，浇铸温度下降，对压室、压铸型腔、压铸机的热冲击显著减小，从而延长模具的使用寿命。（2）半固体材料的粘性大于液体金属，在内浇口区流动速度较慢，因此，在填充过程中喷射较小，没有紊流，吸入的气体较少。半固态的金属收缩较少，不易产生疏松和缩孔，铸造质量好。（3）将半固态金属作为软质物质送入压力腔，使用简便。半固态压铸技术的应用，为压铸模具的使用提供了新的思路，同时也为压铸机压射系统的工作环境提供了新的思路。

2.6固态压铸

固态压铸是将粉末或颗粒状的固体材料加到压力腔内进行铸造。固体压铸也是一种半固态的液体，它和半固体压铸不同，它是由固体材料制成的，一系列的过程都是在压室中进行的，也就是说，在加压室中，不需要事先将半固体金属制成。因此，用于固体铸造的压铸机具有独特的压力腔结构和工作原理。固体压铸采用相同的注射成型技术对金属进行压制，但该技术还面临着许多问题和难点。而且，大部分的工作都是围绕着这种复杂的压力容器展开的。我们坚信，在21世纪，将会克服并解决固体压铸所面临的难题。

结束语

我国的压铸业在世界和国内两个巨大的市场，具有丰富的有色金属资源和人力成本，以及在多年的压铸技术与生产实践中积累下来的一批专业技术人才，是我国压铸业发展的一个重要基石。随着我国汽车工业的发展，我国的压铸工业虽然在全球排名前三，但还没有完全发展起来，随着我国汽车工业的发展，汽车市场的发展，以及家电行业的发展，我国的压铸工业，将会迎来一个巨大的发展。

参考文献

[1]耿鑫明. 压铸技术现状与生产发展探讨[J]. 能源研究与利用, 1993(1):5.

[2]骆灼旋. 压铸技术的现状及展望[J]. 特种铸造及有色合金, 2002.