一、概述

　　(一)壓力鑄造的實質(zhì)及優(yōu)缺點

　　壓力鑄造(簡稱壓鑄)的實質(zhì)是使液態(tài)或半液態(tài)金屬在高壓力的作用下，以極高的速度充填壓型，并在壓力作用下凝固而獲得鑄件的一種方法。

　　高壓力和高速度是壓鑄時液體金屬充填成型過程的兩大特點，也是壓鑄與其它鑄造方法最根本區(qū)別之所在。

　　壓鑄時常用的壓射比壓在幾兆帕至幾十兆帕范圍內(nèi)，甚至高達(dá)500MPa;充填速度為(0.5。120)m•s～;充填時間很短，一般為0.01～0.2s，最短的只有千分之幾秒。此外，壓型具有很高的尺寸精度和很低的表面粗糙度值。由于具有這些特點，使得壓鑄的工藝和生產(chǎn)過程，壓鑄件的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和有關(guān)性能都具有自己的特征。

　　與其它鑄造方法相比較，壓力鑄造有如下的優(yōu)點：

　　(1)鑄件的尺寸精度和表面光潔程度很高。一般壓鑄件可不經(jīng)機械加工或只是個別部位加工就可使用。

　　(2)鑄件的強度和表面硬度較高。由于壓型的激冷作用，且在壓力下結(jié)晶，因此，壓鑄件表面層晶粒較細(xì)，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%一30%，但伸長率較低。

　　(3)可以壓鑄形狀復(fù)雜的薄壁鑄件。鑄件最小的壁厚，鋅合金為0.3。mm;鋁臺金為0.5ram。最小鑄孔直徑為0.’Ymm?？设T螺紋最小螺距為0.’75mm。

　　(4)生產(chǎn)率極高。在所有鑄造方法中，壓鑄是一種生產(chǎn)率最高的方法，這主要是由壓鑄過程的特點決定的，且隨著生產(chǎn)工藝過程機械化、自動化程度進(jìn)一步發(fā)展而提高。一般冷壓室壓鑄機平均每班可壓鑄600～’700次;熱壓室壓鑄機可壓鑄3000一。7000次。

　　(5)由于壓鑄件的精度高，尺寸穩(wěn)定劃一，故互換性好，可簡化裝配操作。同時，在壓鑄時可嵌鑄其它金屬或非金屬材料零件。這樣既可獲得形狀復(fù)雜的零件，又可改善其工作性能，有時鑲嵌壓鑄件還可代替某些部件的裝配。

　　壓力鑄造也存在一些缺點，主要是：

　　(1)由于液體金屬充型速度極快，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。同樣，也不希望進(jìn)行機械加工，以免鑄件表面顯出氣孔。

　　(2)由于黑色金屬熔點高，壓鑄型使用壽命短，故目前黑色金屬壓鑄在實際生產(chǎn)中應(yīng)用不多。

　　(3)由于壓鑄型加工周期長、成本高，且壓鑄機生產(chǎn)效率高，故壓鑄只適用于大批量生產(chǎn)。

　　(二)壓力鑄造的發(fā)展概況及應(yīng)用范圍

　　壓鑄起源眾說不一，但據(jù)文獻(xiàn)報道，最初是用于壓鑄鉛字，19世紀(jì)中葉已有專利提出，1855年默根瑟勒(O•Mergemhalm、)研究了以前的專利，發(fā)明了印字壓鑄機，1905年H.H.多勒(I)oehler)研究成功用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機，壓鑄鋅、錫、鉛合金鑄件。隨后V.瓦格納(Wagner•)設(shè)計了鵝頸式氣壓壓鑄機，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件。

　　1927年捷克工程師約瑟夫•波拉克(Josef‘Polak)設(shè)計了冷壓室壓鑄機，由于貯存液態(tài)金屬的坩堝與壓射室分離，可顯著地提高壓射力，使之更適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的要求，克服了氣壓熱壓室壓鑄機的不足之處，從而使壓鑄生產(chǎn)技術(shù)向前推進(jìn)了一大步，鋁、鎂、銅等合金廣泛采用壓鑄生產(chǎn)。

　　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(zhì)量、產(chǎn)量要求的提高和擴(kuò)大應(yīng)用，將對壓鑄設(shè)備不斷提出新的、更新的要求，而新型壓鑄機的出現(xiàn)及新工藝、新技術(shù)的采用，又促使壓鑄生產(chǎn)更加迅速地發(fā)展。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液體金屬進(jìn)行有效的增壓，提高鑄件致密度，從而發(fā)展了三級壓射系統(tǒng)的壓鑄機。又如在壓鑄生產(chǎn)過程中，除裝備自動澆注、自動取件及自動潤滑機構(gòu)外，還能通過安裝成套測試儀器，對壓鑄過程中各工藝參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。如壓射力、壓射速度顯示監(jiān)控裝置和合型力自動控制裝置以及電子計算機的應(yīng)用等。

　　壓力鑄造的應(yīng)用范圍很廣，在非鐵合金中以鋁合金壓鑄件比例最高(約30%一35%)，鋅合金次之。在國外，鋅合金鑄件絕大部分為壓鑄件。銅合金(黃銅)比例僅占壓鑄件總量的l%一2%。鎂合金鑄件易產(chǎn)生裂紋，且工藝復(fù)雜，過去使用較少。我國鎂資源十分豐富，隨著汽車等工業(yè)的發(fā)展，預(yù)計鎂合金的壓鑄件將會逐漸增多。

　　目前用壓鑄生產(chǎn)的最大鋁合金鑄件質(zhì)量達(dá)50kg，而最小的只有幾克。壓鑄件最大的直徑可達(dá)2m。

　　壓力鑄造應(yīng)用的工業(yè)部門有：汽車、儀表。電工與電子儀器、農(nóng)業(yè)機械、航空、兵器、電子計算機、照相機及醫(yī)療器械等。

　　二、壓鑄過程原理

　　由上述可知，壓鑄過程是利用高壓力、高速度，迫使液體金屬以很高的速度、在極短的時間內(nèi)充滿壓鑄型。在這樣的充填條件下，雖然金屬壓鑄型的導(dǎo)熱性很高，蓄熱能力很強，液體金屬與壓鑄型的熱交換強度很大，但仍能夠獲得輪廓清晰、尺寸精度和表面光潔程度很高的鑄件。

　　(一)壓力的作用

　　壓鑄壓力是壓鑄過程主要的工藝參數(shù)之一。壓鑄壓力可以用壓射力和壓射比壓來表示。壓射力是根據(jù)壓鑄機的規(guī)格而定，它是壓鑄機壓射機構(gòu)中推動壓射活塞的力。

　　在壓鑄過程中，作用在液體金屬上的壓力以兩種不同的形式出現(xiàn)，其作用也不同：一種是液體金苗屬流動過程中的流體動壓力，其作用主要是完成充填及成形過程;另一種是在充填結(jié)束后，以流體靜壓形式出現(xiàn)的最終壓力(其值明顯地大于動壓力)，它的作用是對凝固過程中的金屬進(jìn)行“壓實”。最終壓力的有效性，除與合金的性質(zhì)及鑄件的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還取決于內(nèi)澆道的形狀、大小及位置。

　　壓鑄過程中作用在液體金屬上的壓力不是一個常數(shù)，它隨著壓鑄過程的不同階段而變化。液體金屬在壓室及壓鑄型中的運動情況可分為四個階段。圖6—1所示為壓鑄件不同階段液體金屬所受壓力的變化情況。

　　第一階段I：慢速封孔階段：壓射沖頭以慢速向前移動，液體金屬在較低壓力p。作用下推向內(nèi)澆道。低的壓射速度是為了防止液體金屬在越過壓室澆注孔時濺出和有利于壓室中氣體的排出，減少液體金屬卷入氣體。此時壓力p只用于克服壓射缸內(nèi)活塞移動和壓射沖頭與壓室之間的摩擦阻力，液體金屬被推至內(nèi)澆道附近。

　　第二階段Ⅱ：充填階段：二級壓射時，壓射活塞開始加速，并由于內(nèi)澆道處的阻力而出現(xiàn)小的峰壓，液體金屬在壓力p的作用下，以極高速度在很短時間內(nèi)充填型腔。

　　第三階段Ⅲ：增壓階段：充型結(jié)束時，液體金屬停止流動，由動能轉(zhuǎn)變?yōu)闆_壓力。壓力急劇上升，并由于增壓器開始工作，使壓力上升至最高值。這段時間極短，一般為0.02一O.04s，稱為增壓建壓時間。

　　第四階段Ⅳ：保壓階段，亦稱壓實階段。金屬在最終靜壓力p，作用下進(jìn)行凝固，以得到組織致密的鑄件。由于壓鑄時鑄件的凝固時間很短，因此，為實現(xiàn)上述的目的，要求壓射機構(gòu)在充型結(jié)束時，能在極短的時間內(nèi)建立最終壓力，使得在鑄件凝固之前，壓力能順利地傳遞到型腔中去。所需最終靜壓力p，的大小取決于鑄件的壁厚及復(fù)雜程度、合金的性能及對鑄件的要求，一般為50.500MPa。

　　以上為具有增壓器三級壓射機構(gòu)壓鑄時壓力的變化曲線，實際上，由于壓鑄機壓射機構(gòu)的工作特性各不相同，以及隨著鑄件結(jié)構(gòu)形狀不同，液體金屬充填狀態(tài)和工藝操作條件的不同，壓鑄過程中壓力的變化曲線也會不同。

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