摘要 壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種將熔融合金液倒入壓室內，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。壓鑄的工藝特點是鑄件的強度和硬 度較高，形狀較為復雜且鑄件壁較薄，而且生產率極高。壓鑄模具是壓力鑄造 生產的關鍵，壓鑄模具的質量決定著
壓鑄件的質量和精度，而模具設計直接影 響著壓鑄模具的質量和壽命。因此，模具設計是模具技術進步的關鍵，也是模 具發(fā)展的重要因素。
關鍵詞：壓力鑄造； 關鍵詞：壓力鑄造；壓鑄模具
（一）壓力鑄造的特點
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。壓鑄中常用 的壓射比壓在幾兆帕至幾十兆帕范圍內，有時甚至高達 500MPa。其充填速度 一般在 0.5～120m/s
范圍內，它的充填時間很短，一般為 0.01～0.2s，最短的僅 為千分之幾秒。因此，利用這種方法生產的產品有著其獨特的優(yōu)點。可以得到 薄壁、形狀復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 于形狀復雜，難以或不能用切削加工制造的零件，即使產量小
，通常也采用壓 鑄生產，尤其當采用其他鑄造方法或其他金屬成型工藝難以制造時，采用壓鑄 生產最為適宜。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 0.4μm。因此，個別壓鑄 件可以不經過機械加工或僅是個別部位加工即可使用。壓鑄的主要優(yōu)點是： (1)鑄件的強度和表面硬
度較高。由于壓鑄模的激冷作用，又在壓力下結晶，因 此，壓鑄件表面層晶粒極細，組織致密，所以表面層的硬度和強度都比較高。 壓鑄件的抗拉強度一般比砂型鑄件高 25%～
30%，但收縮率較低。 (2)生產率較高。 壓力鑄造的生產周期短,一次操作的循環(huán)時間約 5 s～3min 這種 方法適于大批量生產。雖然壓鑄生產的優(yōu)勢十分突出，但是，它也有一些
明顯 的缺點： (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，氣孔內的氣體膨脹， 導致壓鑄件表面鼓包，影響質量與外觀。同樣，也不希望進行機械加工，以免 鑄件表面顯露氣孔。 (2)
壓鑄的合金類別和牌號有所限制。目前只適用于鋅、鋁、鎂、銅等合金的壓 鑄。而對于鋼鐵材料，由于其熔點高，壓鑄模具使用壽命短，故鋼鐵材料的壓 鑄很難適用于實際生產
。至于某一種合金類別，由于壓鑄時的激冷產生劇烈收 縮，因此也僅限于幾種牌號的壓鑄。 (3)壓鑄的生產準備費用較高。由于壓鑄機成本高， 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。 壓鑄模具設計的意義 模具是壓鑄件生產的主要工具，因此在設計模具時應盡量注意使模具總體結構 及模具零件結構合理，安全可靠，便于
制造生產，壓鑄模澆排系統(tǒng)需合理設計。 模具的加工、裝配要到位，配合需適當，壓鑄模具的優(yōu)化也是一個重要方面。 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)的設計。壓鑄生產 中，因為模具澆道形狀、澆口與排溢口位置及壓鑄力等控制參數(shù)選擇不合理導 致壓鑄件縮孔、冷隔或者氣孔等缺陷的情況常有出現(xiàn)。而對澆道和排溢口的形
狀、大小、位置以及壓鑄機壓射工藝參數(shù)經過優(yōu)化后可以大大減少這些缺陷[3]。 綜上所述，壓鑄模具的合理設計對于生產出高質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， 其最初被用于壓鑄鉛字。 早在 1822 年， 威廉姆· （Willam 喬奇 Church）博士曾制造一臺日產 1.2～2 萬鉛字的鑄造
機，已顯示出這種工藝方法 的生產潛力。1849 年斯圖吉斯（J. J. Sturgiss）設計并制造成第一臺手動活塞式 熱室壓鑄機，并在美國獲得了專利權。1885 年默根瑟（Mersen-
thaler）研究了 以前的專利，發(fā)明了印字壓鑄機，開始只用于生產低熔點的鉛、錫合金鑄字， 到 19 世紀 60 年代用于鋅合金壓鑄零件生產。壓鑄廣泛應用于工業(yè)生產還只是 上
世紀初，用于現(xiàn)金出納機、留聲機和自行車的產品生產。1904 年英國的法蘭 克林（H. H. Franklin）公司開始用壓鑄方法生產汽車的連桿軸承，開創(chuàng)了壓鑄 零件在汽車工業(yè)中應
用的先例。1905 年多勒（H. H. Doehler）研制成功用于工 業(yè)生產的壓鑄機、壓鑄鋅、錫、銅合金鑄件。隨后瓦格納（Wagner）設計了鵝 頸式氣壓壓鑄機，用于生產鋁合金鑄件
。這種壓鑄機是利用壓縮空氣推送鋁合 金經過一個鵝頸式通道壓入模具內，但由于密封、鵝頸通道的粘咬等問題, 這 種機器沒有得到推廣應用。但這種設計是生產鋁合金鑄件的
第一次嘗試。20 世 紀 20 年代美國的 Kipp 公司制造出機械化的熱室壓鑄機，但鋁合金液有浸蝕壓 鑄機上鋼鐵零部件的傾向，鋁合金在熱室壓鑄機上生產受到限制。1927 年捷
克 工程師約瑟夫·波拉克（Jesef Pfolak）設計了冷壓室壓鑄機，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)生產的要求， 克服了氣壓熱壓
室壓鑄機的不足之處，從而使壓鑄技術向前邁出重要一步[3]。 20 世紀 50 年代大型壓鑄機誕生，為壓鑄業(yè)開拓了許多新的領域。隨著壓鑄機、 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，隨著壓鑄合金熔點的不斷增高而使壓鑄件應用范 圍也不斷擴大。
（二）我國壓鑄產業(yè)的發(fā)展 我國壓鑄工業(yè)在近半個世紀的發(fā)展中有了長足的進步。作為一個新興產業(yè)，其 每年都以 8%～12%的良好勢頭快速發(fā)展。目前，我國擁有壓鑄廠點及相關企業(yè) 2600 余家，壓鑄機近萬臺，年產壓鑄件 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%。我國的壓鑄廠點及相關企業(yè) 中，壓鑄廠點 2000 余家，占企業(yè)總數(shù)的 80%以上，壓鑄機及輔助設備企業(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、學會等其他 單位合計 112 個，占總數(shù)的 3.8%[5]。壓鑄機生產方面，我國約有壓鑄機生產企 業(yè) 20 多個，年生產能力超過 1000 臺，壓鑄機的供應能力很強。其中的中小型 壓鑄機的質量較好，大型壓鑄機、實時控制的高性能的壓鑄機仍需進口，2000 噸以上的壓鑄機正在研制中。種種情況表明，中國的壓鑄產業(yè)已經相當龐大。 但是，與壓鑄強國相比，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)素質不高，技術水平落后，生產效率較低。雖然與美國、日本等 壓鑄先進國家相比，我國壓鑄件的生產占有一定的數(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， 雖然我國生產的中小型壓鑄機質量較好，但大型壓鑄機、實時控制的高性能的 壓鑄機仍需進口，每年進口壓鑄機 100 臺以上。由此可見，我國不能算作壓 鑄強國，只能是壓鑄大國。 近年來，由于中國工業(yè)的迅速發(fā)展，壓鑄產業(yè)已經逐漸向很多市場邁進。以中 國的轎車工業(yè)壓鑄市場為支柱， 中國的壓鑄業(yè)已經向摩托車行業(yè)、 農用車行業(yè)、 基礎設施建設市場、玩具市場、家電產業(yè)等多個方向快速拓展，其勢頭方興未艾。
（三）壓鑄產業(yè)的發(fā)展趨勢 由于整個壓鑄過程都是在壓鑄機上完成，因此，隨著對壓鑄件的質量、產量和 擴大應用的需求，開始對壓鑄設備提出新的更高的要求，傳統(tǒng)壓鑄機已經不能 滿足這些要求，因此，新型壓鑄機以及新工藝、新技術應運而生。例如，為了 消除壓鑄件內部的氣孔、縮孔、縮松，改善鑄件的質量，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現(xiàn)真空壓鑄，出現(xiàn)了水平 分型的全立式壓鑄機；為了提高壓射速度和實現(xiàn)瞬時增加壓射力以便對熔融合 金進行有效地增壓，以提高鑄件的致密度，而發(fā)展了三級壓射系統(tǒng)的壓鑄機。 又如，在壓鑄生產過程中，除裝備自動澆注、自動取件及自動潤滑機構外，還 安裝成套測試儀器， 對壓鑄過程中各工藝參數(shù)進行檢測和控制。 它們是壓射力、 壓射速度的顯示監(jiān)控裝置和合型力自動控制裝置以及電子計算機的應用等。
