1、壓力鑄造的發展狀況與展望0945561234 張磊摘要：鑄造業有幾千年的歷史，但是壓力鑄造業的歷史并不長，。本文分析了壓鑄的特點以及我國壓鑄業的成績和不足，并展望了壓鑄業的前景。關鍵詞：壓力鑄造；壓鑄工藝；壓鑄合金；Al- Si 合金;壓鑄機壓力鑄造是近代金屬加工工藝中發展較快的一種先進的鑄造方法。液態金屬在高速高壓作用下射緊鎖的模具型腔內并保壓、結晶直至凝固，形成半成品或成品。它所獲得的鑄件尺寸精度高，機械性能好，是一種生產效率高的精密成形工 H-P乙【1】o1. 壓力鑄造技術的特點在壓力鑄造中，一般作用于原料上的壓力在 20-200 MPa 范圍，充型的初始速 度為15-70 m/ s,充

2、型時間僅為 0. 01-0. 20 s 。正是由于這種特殊充型方式及凝 固方式，導致壓力鑄造具有自身獨特的一些特點：1可以得到薄壁、形狀復雜但輪廓清晰的鑄件。2鑄件精度高、尺寸穩定、加工余量少、表面光潔，加工余量一般在 0. 20. 5 mm 范圍，表面粗糙度在 R a3. 2 Lm 以下。3鑄件組織致密、具有較好的力學性能。4生產效率高。壓力鑄造的生產周期短，一次操作的循環時間約 5 s 3 min, 這種方法適于大批量的生產。5壓力鑄造采用鑲鑄法可以省去裝配工序并簡化制造工藝【刃。2. 壓力鑄造工藝在壓鑄技術發展初期，一方面期望盡快掌握壓鑄工藝的基本知識，以便能在 生產中保證鑄件質量，另一

3、方面則存在著熱衷于開發壓鑄新工藝的傾向。 各種壓 鑄新工藝有其不同的特點，只有在特定的條件下才能發揮效能。2.1 真空壓鑄真空壓鑄是利用輔助設備將壓鑄型腔內的空氣抽出且形成真空狀態下將金屬 液壓鑄成形的方法。真空壓鑄的特點：6真空壓鑄可消除或減少壓鑄件內部的氣孔，提高鑄件的力學性能和表面質量 改善鑄件的鍍覆性能。2）真空壓鑄時大大地減少了型腔的反壓力。 可使用較低的比壓及鑄造性能較差 的合金，甚至可用小機器壓鑄較大和較薄的鑄件。加氧壓鑄加氧壓鑄是在鋁合金液充填型腔前，用氧氣充填壓室和型腔而取代其中的空 氣及其它氣體。當金屬液充填時，氧氣一方面通過排氣槽排出，另一方面由噴射 的鋁液與沒有排出的氧

4、氣發生化學反應而產生氧化鋁微粒，分散在壓鑄件內部，使壓鑄件內不產生氣孔。加氧壓鑄的特點：1）消除或減少氣孔，提高了鑄件質量。其中提高機械強度達 10%,延伸率為 1.5-2倍。因壓鑄件內無氣孔，可經熱處理從而使強度進一步提高，屈服極限增 加，沖擊性能也顯著提高。2） 壓鑄件可在 290e-300e 的環境中工作。3） 加氧壓鑄與真空壓鑄相比，結構簡單，操作方便，投資少。2.3 半固態壓鑄半固態壓鑄是當液態金屬在凝固時，進行強烈的攪拌，并在一定的冷卻速率 下獲得約 50%甚至更高的固體組分的漿料，用這種漿料進行壓鑄。通常有兩種方 法：一種是將上述半固態的金屬漿料直接壓射到型腔里形成鑄件，稱為流變

5、鑄 造法；第二種是將半固態漿料預先制成一定大小的錠塊。需要時再重新加熱到半 固態溫度，然后送入壓室進行壓鑄，稱為攪溶鑄造法。半固態壓鑄與全液態金屬 壓鑄相比有如下優點：1） 由于降低了澆注溫度，而且半固態金屬在攪拌時已有 50%的熔化潛熱散失悼，所以大大減少了對壓室、壓鑄型腔和壓鑄機組成部件的熱沖擊.2） 由于半固態金屬粘度比全液態金屬大，內澆口處流速低，因而充填時少噴 濺，無湍流，卷入的空氣少；由于半固態收縮小，所以鑄件不易出現疏松、縮孔, 故提高了鑄件質量。3）半固態金屬像軟固體一樣輸送到壓室，操作簡單方便。半固態壓鑄的出現，為解決黑色金屬壓鑄模壽命低的問題指出了新途徑，而且對提高鑄件質量

6、、改善 壓鑄機壓射系統的工作條件，都有一定的作用。2.4 固態壓鑄固態壓鑄是以粉狀或粒狀的固態金屬加入壓室進行壓鑄的。固態壓鑄壓射進入模具型腔的同樣也是半固態漿液，但與半固態壓鑄的區別就在于加入壓室的是固 態金屬，而生成漿液的一系列工序都在壓室內完成，直到壓射產生觸變而壓鑄成形為止。固態壓鑄所用的壓鑄機最大的區別和特點就是壓室的結構和工作原 理。然而，這種新的工藝方法也存在不少問題和困難需要解決。2.5 精、速、密壓鑄精、速、密壓鑄（雙壓射沖頭）時采用一種由兩個套在一起的內外壓射沖頭。 在開始壓射時，兩個壓射沖頭同時前進；當充填完畢，型腔達到一定壓力后，限時開關啟動，內壓射沖頭繼續前進，補充壓

7、實鑄件。這種方法的基本持征是：1） 內澆口較厚,一般為 3mm 5mm;2） 充填速度較低,一般為 4 m / s 6m / s;3）壓鑄后用內壓射沖頭補充加壓。此時比壓是 3 500 kN 100 000 kN, 內壓 射沖頭的行程為 50mm 150mm;4）控制壓鑄件的凝固。充填時，讓液態金屬平穩地充填型腔，使金屬液在型 腔內由遠至近地起到充實的作用。3.壓鑄合金20 世紀 50 年代初期我國即開始了壓鑄鋅合金方面的工作，不僅建立了壓鑄鋅合金體系，而且對鋅合金老化行為進行了研究。受到當時國際上對鋅合金老化問題研究熱的影響，我國曾用過多的精力關注鋅合金的老化行為，忽視了開發新型壓鑄鋅合金的

8、工作。但自 20 世紀 70 年代末期開始，我國已開展了高鋁鋅 基合金的開發工作，并開發出了 5-6 個含鋁量在 8%-45%范圍內的高鋁鋅基合金 牌號，它們具有價格低、密度低、強度高（400MPa）等優點，并具有與青銅相似 的耐磨性能，經實際應用，取得了良好效果。壓鑄鋁合金在國內受到更多的重視和關注大約是在 20 世紀 70 年代末期。 在此 之前，我國的壓鑄鋁合金主要是參照采用蘇聯標準的有關數據和規定。僅在 1982年頒布了 JB3068-3072-82 （有色壓鑄合金技術條件）標準以后，我國的壓鑄鋁 合金才在牌號設置、標識方法、成分與性能等方面，達到了國際水平。20 世紀90 年代初期，

9、隨著生產形勢的發展，在制定鋁合金國家標準時，決定把國外先 進標準中的 AISi11Cu3 （ ADC12,383） 和 AISi17Cu5Mg （ ADC14, 390） 兩種鋁合金納入我國國家標準之中壓鑄銅合金在國內用量較少,在國家標準中（GB/ T15116-94 ） 選用了 CuZn40PbCuZn16Si4 CuZn30AI3 和 CuZn35AI2Mn2Fe 四種牌號的銅合金。把含 錳黃銅CuZn35AI2Mn2Fe 引入標準,是考慮到它在汽車壓鑄件生產中的應用。鎂合金壓鑄件產量較少，只選入一種鎂合金納入標準。迄今，它只有行業標準。3.1 鋁合金壓力鑄造鋁合金壓力鑄造是在壓鑄機的壓室

10、內， 澆入液態或半固態的鋁合金，使它在高 壓和高速下充填型腔，并且在高壓下成型和結晶而獲得鑄件的一種鑄造方法。鋁 合金壓力鑄造的主要特點在于：（1）生產效率高。（2）鑄件精度高，性能好。（3）鑄造采用鑲鑄法可以省去裝配工序并簡化制造工藝。鑲鑄的材料可為鋼、鑄鐵、銅、絕緣材料等，制備出有特殊要求的鑄件。（4）由于充型速度快，空氣難以排出，容易被壓碎為細密的氣泡殘留在鑄件內， 氣泡過大則鑄件不能熱處理，甚至報廢。3.2鑄造 Al- Si 合金鑄造 Al- Si 合金作為鑄造鋁合金材料的重要組成部分，因其具有容重小、強度 高、鑄造成形好和機械加工性能優良等一系列優點，目前已被廣泛應用到航空航 天、汽

11、車及其它運載機械上。由于鑄造鋁硅合金性能與合金組織中a- Al、共晶和/或初晶 Si 等的形態、大小及分布密切相關，改善這些因素對于提高合金的使 用性能具有十分重要的作用。已有研究表明；在鑄造 A l- Si 合金成形過程中施 加壓力會影響合金的形核生長過程，從而使合金的組織得到細化，綜合性能得到4.我國壓力鑄造業的現狀我國已建立了自己的壓鑄技術隊伍，培養出一批具有相當水平的壓鑄技術人才已有能力在壓鑄技術與生產領域的各個方面進行開拓性的工作。 迄今，壓鑄技術 已經在我國形成了自己的體系，并正在穩步發展之中。然而同國外壓力鑄造相比 我國壓力鑄造仍然存在很多不足，主要表現在以下方面：一國外壓射系統

12、始終在不斷地改進，平均 5a 8a 就有一次重大改進。而我國壓射部分的所有壓射參數的調節均為人工手動，無參數顯示系統配套，給壓鑄工藝規范的實施造成困難，因而壓鑄件的質量無法保證，也難以實現自動化。二合模部分一般采用曲軸機械擴力結構，其擴力系數只有 18 左右，而國外 高達20 多，這在合型力相同時，合型油缸比國外壓鑄機大四分之一以上，增加 了能量的消耗，也增加了原材料和加工成本。而且合型部分的一些關鍵零部件至 今未完全過關，直接影響到機器的正常工作。三液壓系統無法實現壓鑄機的自動控制。而國外有名的壓鑄機公司在這方 面早已普遍應用。四生產率低。五我國在壓鑄模的設計和制造方面，進展較為緩慢。在壓鑄

13、模設計中，目 前仍主要依靠設計人員的經驗 。5.1 我國鑄造發展需采取的措施加入 WTO 以后,我國的壓鑄業面臨著巨大的發展機遇和強有力的國際競爭。 面 對這樣的形勢，我國壓鑄業別無選擇，只有在現有基礎上努力提高技術水平，確保壓鑄件質量、擴展壓鑄件品種才能在競爭中獲得發展。為此應考慮在下述幾個方面開展工作。提高壓鑄件質量，增加壓鑄件品種，擴大應用范圍，增加壓鑄件產量。開展大型鋁合金壓鑄件全套生產技術的開發，包括大型壓鑄型的設計和 制造、壓鑄工藝、質量控制、壓鑄件后處理及自動化等。加強壓鑄件質量檢測技術的開發。開展壓鑄基礎工藝研究，對壓鑄過程中金屬液流向和傳熱問題進行探討。消化吸收引進技術，首先

14、從壓鑄設備入手，穩定小型壓鑄機的質量，提高 大型壓鑄機的性能和輔機配套問題。對壓鑄用脫型劑、潤滑劑、鑄型用材、型溫控制裝置、壓鑄機不燃油等，開 展邊緣技術的研究。在壓鑄技術中應用計算機技術。5. 展望完善壓鑄標準化工作，在完成壓鑄合金、壓鑄件、壓鑄機及壓鑄型基本構 件的國家標準制定工作后，制定與之配套的其他項目的國家標準。9）建立國家級的壓鑄試驗研究工程中心、信息中心與培訓中心。10） 加強行業活動,擴大國際交流與合作。此外,在我國于 2001 年 12 月成 為 WT成員后，我國的壓鑄行業與其他行業一樣，面臨著與國際接軌的問題，需 要從觀念上去適應國際競爭的通用規則。我國壓力鑄造的研發方向面

15、對目前和將來的形勢，我國壓鑄業別無選擇，只有在現有基礎上努力提高 技術水平，加快技術進步，培養核心競爭實力，確保壓鑄件質量，擴展壓鑄件 品種,追求高效率和高效益，才能在競爭中獲得發展。深化壓鑄基礎工藝的研究影響壓鑄件質量的因素是多方面的，其中最為主要的是充型條件，鑄件中的 氣孔、尺寸精度及表面質量等，均與充型條件有密切關系。充型過程中可變因素 復雜多樣，從總體上可以劃分為靜態的、人為的和動態的 3 個類別。靜態方面包 括：壓鑄機本身的性能、鑄件結構、模具結構、儲能器壓力及增壓壓力。屬于人 為的有：閥、定時開關、行程開關、金屬液的溫度及液壓油的粘度等。動態方面 的可變因素眾多，也是最難以控制的，

16、壓室中的金屬量、沖頭運行時所受的阻 力、模具溫度以及采用真空壓鑄時的負壓曲線等，都會對施加于金屬液上的壓力 和沖頭的速度產生巨大的影響，而這兩方面又是影響充型條件最為重要的參數。影響壓鑄件質量的因素還有壓鑄模，壓鑄模是直接影響所生產的壓鑄件質量 的不可缺少的壓鑄工藝裝備。消化吸收國外先進技術和設備就目前而言，我國壓鑄產業整體水平比國外先進水平確實還有一段差距，現在是改革與開放的時代，我們應取人所長，大膽研究和引進國外的新型壓鑄機。 如美國螺旋擠壓壓鑄機（為壓鑄鎂合金推出的新型壓鑄機）。該機的突出特點是 直接使用冷金屬粒，金屬粒進入型腔前經過壓鑄機機內的加熱環升溫，加熱環溫度為 1 000 e

17、,鎂合金粒度有兩種,螺旋桿的作用是使金屬粒 1）球化;2）產 生切變應力；3）升溫；同時低速擠壓。這種工藝過程是以半固態壓鑄法的原理 為基礎的，所生產的壓鑄件氣孔少。國外采用能輸出 25 MPa 液壓油的儲能器作 為壓射和增壓系統的動力，使合金液在每個階段都能按設定的充型速度填充型 腔。由于高的能量足以克服充型過程產生的局部阻力，所以具備高能充型系統的 壓鑄機可以生產復雜程度更高、壁更薄且綜合性能更好的零件。研究高新技術特別是計算機技術在壓鑄中的應用壓鑄件的質量在很大程度上取決于壓鑄機壓射性能的優劣。現代化的壓鑄機在壓射控制方面對沖頭速度和壓力曲線能夠做到精確編程，但是每一次壓射過程都會與事先

18、所設定的曲線產生無法避免的偏差，在壓射過程中及時去修正這些 偏差，糾正壓射中的相應數據，并在極為短暫的時間內將其轉換成修正后的數 據，回到原來所設定的最小偏差范圍之內，這就是實時壓射控制。要嚴格地掌握 壓射中參數變化的規律，使其始終處于恒定狀態，必須研究計算機在壓鑄中的 應用。我國壓鑄應模擬研究充填過程，從而分析出射出速度、高速切換位置、射 出壓力、模具溫度等因素的影響，這些研究結論對壓鑄生產具有一定的指導意 義。模擬研究充填過程必須研究計算機在壓鑄中的應用。模擬技術是確定和優化充型工藝的有效方法，從而達到充型平穩，保證鑄件內部質量的目的。模擬技術 也是計算機在壓鑄中的應用。利用 CAD 進行

19、壓鑄工藝設計，也是計算機在壓鑄上 的重要應用之一，它可以提高設計速度和設計精度。由此可見，計算機在壓鑄中 的應用無疑是提高壓鑄技術水平的重要途徑。目前，工業發達國家所生產的許多壓鑄機好多都實現了 CNC 化，在我國，雖 然成型設備機電一體化的步伐也越來越快，已遍及成型設備的各個門類，而且開 始重視對FMS 的研究和開發，但發展速度還相對落后，研究水平也比較差一些，我國應充分重視高新技術特別是計算機技術在壓鑄產業中的應用。加強對壓鑄用模具、脫型劑、潤滑劑等的研究脫型劑不僅關系到鑄件能否從型腔中順利脫出，而且對生產節奏、鑄件表面與 內部質量皆有很大影響。美國在 20 世紀 60 年代初開展了水基脫

20、型劑的研究，很 快就引起全世界壓鑄同行的關注。中國的壓鑄工作者也于 20 世紀 70 年代開始注 意到壓鑄脫型劑的問題，并在 80 年代初開始了水基脫型劑的研制工作。壓鑄模具設計制造是衡量壓鑄技術水平的標志之一，這方面一直是我國壓鑄 業的弱項。重視對鎂合金的研究開發壓力鑄造是鎂合金最主要的成形工藝，而壓鑄機作為壓鑄生產過程中提供能 源的最基本設備，則是實現高壓、高速的壓鑄特點并獲得優良壓鑄件的前提和基 礎。隨著鎂合金壓鑄生產技術的發展，對壓鑄機的要求也不斷提高。現代壓鑄機 的發展十分迅速，大型、實時壓射、閉環回路系統、新工藝裝置（如真空裝置、 充氧裝置）、柔性系統以及全自動化的壓鑄機相繼問世和

21、定型生產。 綜合考慮鎂 合金的壓鑄特性和壓鑄件的具體結構，科學、合理地選用適用的壓鑄機，對于最 終獲得高質量的鎂合金壓鑄件至關重要。6.結束語目前我國壓鑄產業正處于一個非常關鍵的時期，如果我們能夠認清形勢，把 握機遇，加大國內外技術的合作與交流，促進鑄造行業技術進步、提高鑄造產品 質量，就一定會趕上國外先進水平，在競爭中獲得巨大發展。參考文獻c3050-Numbered_e070f6f2-243c-4720-8608-798cce25d41d-Numb 周健波，田福祥，我國壓力鑄造技術的現狀與發展青島理工大學，山東青島 266033c3050-Numbered_e070f6f2-243c-47

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