摘要：压力铸造是近代金属加工工艺中发展较快的一种先进的少、无切削特种铸造方法。该方法的生产过程是，液态金属在高速高压作用下射人紧锁的模具型腔内并保压，结晶直至凝固，使原材料变为半成品或成品。它所获得的铸件表面粗糙度通常可达Ra1.6～Ra25，尺寸精度高(可达2～5级)，机械性能好，生产效率高，是一种精密成型工艺。
关键字：压力铸造
一、压力铸造的特点
高压力和高速度是压铸中熔融合金充填成型过程的两大特点。压铸中常用的压射比压在几兆帕至几十兆帕范围内，有时甚至高达500兆帕。其充填速度一般在0.5～120m/s范围内，它的充填时间很短，一般为0.01～0.2s，最短的仅为千分之几秒。因此，利用这种方法生产的产品有着其独特的优点。可以得到薄壁、形状复杂但轮廓清晰的铸件。其压铸出的最小壁厚：锌合金为0.3mm；铝合金为0.5mm。铸出孔最小直径为0.7mm。铸出螺纹最小螺距为0.75mm。对于形状复杂，难以或不能用切削加工制造的零件，即使产量小，通常也采用压铸生产，尤其当采用其他铸造方法或其他金属成型工艺难以制造时，采用压铸生产最为适宜。铸件的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。铸件的尺寸精度为IT12～IT11面粗糙度一般为3.2～0.8μm，最低可达0.4μm。因此，个别压铸件可以不经过机械加工或仅是个别部位加工即可使用。压铸的主要优点：
（1）铸件的强度和表面硬度较高。由于压铸模的激冷作用，又在压力下结晶，因此，压铸件表面层晶粒极细，组织致密，所以表面层的硬度和强度都比较高。压铸件的抗拉强度一般比砂型铸件高25%～30%，但收缩率较低。
（2）生产率较高。压力铸造的生产周期短，一次操作的循环时间约5s～3min，这种方法适于大批量生产。
（3）压力铸造采用镶铸法可以省去装配工序并简化制造工艺。
镶铸的材料一般为钢 铸铁、铜、绝缘材料等，镶铸体的形状有圆形管状、薄片等。利用镶铸法可制作出有特殊要求的铸件。
虽然压铸生产的优势十分突出，但是，它也有一些明显的缺点：
（1）压铸件表层常存在气孔。这是由于液态合金的充型速度极快，型腔中的气体很难完全排除，常以气孔形式存留在铸件中。因此，一般压铸件不能进行热处理，也不宜在高温条件下工作。这是由于加热温度高时，气孔内的气体膨胀，导致压铸件表面鼓包，影响质量与外观。同样，也不希望进行机械加工，以免铸件表面显露气孔。
（2）压铸的合金类别和牌号有所限制。目前只适用于锌、铝、镁、铜等合金的压铸。而对于钢铁材料，由于其熔点高，压铸模具使用寿命短，故钢铁材料的压铸很难适用于实际生产。至于某一种合金类别，由于压铸时的激冷产生剧烈收缩，因此也仅限于几种牌号的压铸。
（3）压铸的生产准备费用较高。由于压铸机成本高，压铸模加工周期长、成本高，因此压铸工艺只适用于大批量生产。
二、压力铸造工艺
压铸从工艺上可分为：浇注、模具、压铸
压铸机工艺流程
原则：采用正确的操作方法，选用合理的工艺参数获取优良的产品。
1、设定好各设备参数，一般在不熟悉模具压铸工艺的情况下，将开模时间略为调长一点，防止开模时因工件未完全凝固而飞溅伤人；
2、选择熔炉，设定并加热合金液至合适温度，使熔炉处于待机状态；
3、预热模具和压室至合适温度；
4、浇注与压射
（1）干净的合金液，即不能将表面的氧化层一起注入压室；
（2）注料时，选择合适的转速和时间，保证注料结束与压射开始相衔接；
（3）浇注温度应按铸件的结构，壁厚差别，一般选择合金液温度在650~690℃，薄壁件选择温度上限，厚壁件选择温度下限。从整体看，在不影响铸件质量的原则下，浇注温度一般以低为宜；
（4）当金属液完全进入压室，应立即进行压射，否则金属液在压室内温度急剧下降，影响填充性能；
（5）压射时一定要注意安全，操作人员应关好门，并让无关人员走开；
（6）金属液勺取量要稳定，一般预留料饼厚度控制在15~20mm为好，其不仅是控制最终压力传递，也是控制合金液的填充流态；
（7）刚开始生产时，最好选择慢速压射，以使模具充分均匀预热，避免一开始生产就出现粘模飞料现象；
5、冷凝和开模
合金液充入型腔后很快就开始凝固，但开模时铸件必须具有足够强度，方不至损坏。开模时间应据铸件大小、形状、厚薄不同而作合适设定。
6、顶出和取件
顶针顶出铸件的行程、顶针压力、顶针速度的调整，以铸件既能卸除包型力，又不损坏铸件且能轻易地用钳子从模具上取下为宜。
7、脱模剂喷涂
铸件取出后，要将模具表面、压射锤头，用压缩空气清理干净，并在型腔、型芯表面喷涂适量的脱模剂，使其表面形成一层极薄的非金属膜而有利于铸件脱模，这层薄膜形成条件是模具表面有适当温度（250~280℃）而且脱模剂必须是细雾状的。
8、模具温度、压铸周期的控制
模具温度与压铸周期有直接关系，周期长，则模温低；周期短，则模温高。模温太低易产生久铸、冷隔、花纹、收缩裂缝等，而模温太高，冷凝速度慢，易产生气泡、粘模等现象。一般将模具温度控制在200~250℃这里指的是清理喷涂后，合模前的模具温度。
9、压射速度的控制
压射速度指冲头在单位时间内冲头运动的距离，分为三级即一速、二速、快压射。
（1）一速压射是指锤头开始动作至锤头封住注料口为止的速度，可通过调节慢速压射流量来改变，一般为0.1~0.3m/s；
（2）二速压射是指自注料口开始，将压射室中合金液向型腔推进直至合金液送到内浇口的前进速度，选择原则：a.使注入压射的合金液推至内浇口前热量损失为最小；b.使合金液在往前推送时不产生翻滚、涌浪卷气等现象；
（3）快压射是指在冲头推送合金液至内浇口瞬间直到充满型腔为止的速度，一般此级的选择原则为：a.合金液在充满型腔前必须具备良好的流动性；b.保持合金液呈理想有序地充满型腔，并把型腔气体排出；c.不形成高速金属流冲刷型腔型芯，避免粘模。一般情况均按从低限向高限逐步调整。在不影响铸件质量情况下，以较低的充填速度为宜，快压射速度的起始点的调整，对铸件质量都有极大的影响；
10、充填压力和增压压力
（1）充填压力是指冲头在快速压射中，将压室中的金属液体在要求的时间内，注入内浇口，直至填满型腔所需要的压力。充填压力由充型时的工艺参数以及内浇口截面积等参数确定，其对铸件质量有很大影响，为最终压力（增压压力）的实现奠定了基础。
（2）增压压力是指当金属液充满型腔，未完全凝固前压射油缸增压，冲头作用在金属液上的最终压力。采用增压压力，会使铸件外观轮廓更为清晰，金属内部组织更为细密，铸件质量有显著提高。但不能盲目增加增压压力，否则只会使铸件飞边增加，模具使用寿命降低，从而得不到应有的效果，原则：厚壁件增压流量小，薄壁件增压流量大。调节增压就是调节建压时间，对于一台压铸机最小建压时间是一定的。力劲镁合金压铸机建压时间为≤20ms。
11、试压铸产品过程中，细心观察，分析产品，作出相应参数调整，直至调校出客户满意优良的产品。
12、试压铸完成后，须填写试模参数表。
三、我国压力铸造业的现状
建国50多年来，我国的压铸工业从无到有，压铸生产有了相当大的发展。随着我国汽车、摩托车、家用电器、计算机等工业的发展，对压铸件的需要量日益增加，以生产优质、精密、大型压铸件的压铸企业也得到了高速的发展。
CAD、CAE、CAM
是一种新兴的综合性计算机应用技术，它是以计算机作为主要技术手段，处理各种图形信息，辅助完成产品设计、分析模拟、评价与制造中的各项活动。
压铸设计在依靠设计人员经验的同时，对充型和传热理论进行了探索。在产品零件设计中，值得一提的有两方面内容：一方面是较广泛地应用了有限元软件来分析设计零件，这种方法最大限度地利用了所选合金材料的力学性能来设计出满足要求的压铸件；另一方面是掌握了快速原型制造技术，这种技术不需任何模具，不用机械加工，而是根据CAD提供的三维数据，采用分层扫描的制作方法，快速制作出所需实体模样。它可用于设计评估、产品开发、模具制造上，在缩短生产周期、降低生产成本、保证质量方面有显著成效。
然而同国外压力铸造业相比，我国压力铸造业仍然存在很多不足，主要表现在以下方面：
（1）压铸模使用寿命短。目前我国设计的压铸模具普遍存在模具寿命偏低的问题，以大、中型铝合金压铸模为例，国产模具的使用寿命一般在3～8万件之间，平均6万件，而国外生产的同类模具的使用寿命可以达到10～15万件。模具使用寿命偏低，直接导致了生产效率的下降和产品成本的提高。随着车辆和电机等产品向轻量化发展，使用压铸模的比例将不断提高，对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。
（2）外观质量不理想。国产压铸件往往线条不清晰，水流纹不理想，表面粗糙度差。与进口压铸件对比，差距明显。
（3）模具可靠性较差。传统的压铸模设计方法设计的模具可靠性较差，一般需经反复调试才能正式投入使用。
（4）生产率低。由于国产模具使用可靠性不稳定，生产中故障多，返修量大，班产量不如进口模具高。
（5）国产压铸机大都存在漏油的现象，主要原因是密封件质量差和加工质量问题。
（6）我国在压铸模的设计和制造方面，进展较为缓慢。在压铸模设计中，目前仍主要依靠设计人员的经验。
四、我国压力铸造的研发方向
面对目前和将来的形势，我国压铸业别无选择，只有在现有基础上努力提高技术水平，加快技术进步，培养核心竞争实力，确保压铸件质量，扩展压铸件品种，追求高效率和高效益，才能在竞争中获得发展。
1、深化压铸基础工艺的研究
今后对压铸件质量的要求将日益严格，因此必须重视压铸件质量。影响压铸件质量的因素是多方面的，其中最为主要的是充型条件，铸件中的气孔、尺寸精度及表面质量等，均与充型条件有密切关系。充型过程中可变因素复杂多样，从总体上可以划分为静态的、人为的和动态的三方面。静态方面包括：压铸机本身的性能、铸件结构、模具结构、储能器压力及增压压力。属于人为的有：阀、定时开关、行程开关、金属液的温度及液压油的粘度等。动态方面的可变因素众多，也是最难以控制的，压室中的金属量、冲头运行时所受的阻力、模具温度以及采用真空压铸时的负压曲线等，都会对施加于金属液上的压力和冲头的速度产生巨大的影响，而这两方面又是影响充型条件最为重要的参数。
影响压铸件质量的因素还有压铸模，压铸模是直接影响所生产的压铸件质量的不可缺少的压铸工艺装备。只有采用设计正确的压铸模并选择适当的压铸工艺参数，才可以得到优质压铸件。为了在该领域的研究与开发中取得良好效果，必须有压铸专业人员与计算机专业人员共同参与，而且应该拥有性能优良的压铸机和先进的检测设备。
其实，影响压铸件质量的因素还有很多，所以必须加强压铸基础工艺的研究。不断加强压铸基础工艺的研究是提高和稳定压铸件质量的主要途径，而了解工艺参数与压铸件质量的关系，则是研究的重要环节。对压射位移、压力、速度等工艺参数进行监控，并对压铸件的性能、组织、表面与内部质量及含气量等进行检测，可以获得对铸件质量有影响的数据，从而达到提高压铸件质量的目的。
2、 研究高新技术特别是计算机技术在压铸中的应用
压铸件的质量在很大程度上取决于压铸机压射性能的优劣。现代化的压铸机在压射控制方面对冲头速度和压力曲线能够做到精确编程，但是每一次压射过程都会与事先所设定的曲线产生无法避免的偏差，在压射过程中及时去修正这些偏差，纠正压射中的相应数据，并在极为短暂的时间内将其转换成修正后的数据，回到原来所设定的最小偏差范围之内，这就是实时压射控制。要严格地掌握压射中参数变化的规律，使其始终处于恒定状态，必须研究计算机在压铸中的应用。
我国压铸应模拟研究充填过程，从而分析出射出速度、高速切换位置、射出压力、模具温度等因素的影响，这些研究结论对压铸生产具有一定的指导意义。模拟研究充填过程必须研究计算机在压铸中的应用。目前，我国低压铸造的应用越来越广泛，低压铸造工艺也需要不断地优化，因此，有关低压铸造的计算机应用就越来越多。对低压铸造工艺设计、充型过程和缺陷预测等进行模拟和优化。模拟技术是确定和优化充型工艺的有效方法，从而达到充型平稳，保证铸件内部质量的目的。模拟技术也是计算机在压铸中的应用。
利用CAD进行压铸工艺设计，也是计算机在压铸上的重要应用之一，它可以提高设计速度和设计精度。由此可见，计算机在压铸中的应用无疑是提高压铸技术水平的重要途径。
目前，工业发达国家所生产的许多压铸机好多都实现了计算机数控（
CNC）化，在我国，虽然成型设备机电一体化的步伐也越来越快，已遍及成型设备的各个门类，而且开始重视对柔性制造系统（FMS）的研究和开发，但发展速度还相对落后，研究水平也比较差一些，我国应充分重视高新技术特别是计算机技术在压铸产业中的应用。
3、重视对镁合金的研究开发
镁合金是近几年国际上比较关注的合金材料，对镁合金的研究开发，特别是镁合金的压铸等技术的研究与日俱增。随着我国汽车、电子、通讯等行业的迅猛发展，对镁合金压铸件的需求急剧增长。镁合金密度低，具有较高的比刚度和比强度，良好的机械加工性及良好的导电导热性，这些优良的压铸工艺性能，有效地保证了压铸生产效率和质量，因此在众多领域中获得了广泛的应用。这些压铸件主要是计算机、通讯、电子等行业生产零配件。
压力铸造是镁合金最主要的成形工艺，压铸机作为压铸生产过程中的最基本设备，是获得优良压铸件的前提和基础。随着镁合金压铸生产技术的发展，对压铸机的要求也不断提高。现代压铸机的发展十分迅速，大型、实时压射、闭环回路系统、新工艺装置(如真空装置、充氧装置)、柔性系统及全自动化的压铸机相继问世和定型生产。综合考虑镁合金的压铸特性和压铸件的具体结构，科学、合理地选用适用的压铸机，对于最终获得高质量的镁合金压铸件至关重要。
参考文献：
[1] Wohlers．T Wohlers report 2004：rapid prototyping ＆ tool—ingstate of the
industry[J] Annual Worldwide Progress Report，2004：33 35；169—187
[2] 颜永年，齐海波．快速制造的内涵与应用[J] 航空制造技术，2004(5)：26—29．
[3]
颜永年，张人估，林峰，等．快速原型技术的发展与未来[C].云南省科技学术交流中心编．快速成型与快速制造．北京：原子能出版社．2004：l一5．
[4] 颜永年，单忠德 快速成形与铸造技术[M]．北京：机械工业出版杜．2004．
[5]颜永年，张人估．单忠德，等．快速模具技术的最新进展及其发展趋势[J].航空制造技术，2002(4)：17—21．
[6] 颜永年，张人估，卢清萍．基于RP的早期 多回路反馈模具快速制造系统[J].中国机械工程，l999.
