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压铸培训教材
压力铸造应知应会培训教材
第一部分压力铸造的基本常识
1.概述
定义：
压力铸造（简称压铸）是将液态或半液态的金属或合金浇入压铸机的压室内，使之在高压和高速下充填型腔，并在高压下成形和结晶而获得铸件的一种成形方法。
1．1压力铸造的工艺过程（见附页1）
1．2压力铸造的工艺特点
金属液在高压下充填型腔并在高压下结晶凝固。
（压力从几十bar到几千bar）
金属液充填型腔速度很高（10~80m/s），因而充填时间很
短（0.001~0.2s）铸型的热容量大，导热迅速，因而压铸件的组织致密，晶粒细小，强度高，耐磨性和耐蚀性好。
允许金属液或合金液在较低温度下浇注，甚至允许用半液体状态的金属浇注，并可获得复杂薄壁铸件。
1．3压力铸造的优缺点及应用范围
压铸的优点
1）生产效率高，容易实现机械化、自动化；（生产周期、一模多腔）
2）压铸件尺寸精度高，尺寸稳定性好，因此具有良好的互换性；（IT10~IT14级）
3）压铸件表面质量好，光洁、耐磨，容易进行电镀、涂装及其他表面处理；
4）可生产薄壁复杂和带有小孔、螺纹、花纹、镶嵌件和文字图案的铸件；
5）金属的利用率高达95%，节省原材料，缩短加工工时，
降低成本。
6）压铸模的寿命高，一副模具可生产数千到数十万个相同产品；
7）压铸件的铸态强度比砂型铸件高25%~40%；压铸的缺点
1）采用一般的压铸工艺时，压铸件中有时带有小孔和气泡，不能接受热处理及强化处理，因此这种压铸件不能作为承力构件使用；
2）压铸型的制造成本高，制造周期长，不适合单件或小批量生产；
3）压铸件的重量和尺寸常受到压铸机的合型力和压铸型制造条件的限制；
4）只能使用专用的压铸合金；
压力铸造的应用范围
1）压力铸造所采用的合金多为共晶型的铅、锡、铝、镁、
铜等有色合金；
2）压铸适用于航空航天、兵器舰船、汽车、摩托车、仪
器仪表、家用电器、通信、照明、电脑及日用器械等各行各业，各个领域
2压铸机
2.1压铸机的分类
2.1.1按压室环境来分
a.热压室压铸机
压室和冲头始终浸泡在熔融的金属液中
b.冷压室压铸机
压室和冲头不在金属液中，压室也不用加热。
2.1.2按压射头运动方向分类
1卧式压铸机
a.卧式冷室压铸机
压铸型的安装、锁型、开型、压射都是水平的
特点
说明
压射机构横
置
1压室水平放置，金属液进入型腔时转折少，
流程短，压力损失少，有利于增压机构充分发挥作用。
2金属液注入压室后，与压室、空气的接触面
积大，会出现早凝和氧化现象。
3机器占地面积大。
能使用咼熔点合
金
可使用铝合金、镁合金、铜合金压铸生产各类
零件
铸造压力高
压力可达300bar~2000bar
生产率高
开型时不需先切断余料，操作程序少，易头现
生产过程自动化，但因要浇料，所以铸造周期
比热室机要长。
不便采用中心浇
口
采用中央浇口需两次开型，增加余料切断机构，
使压铸型复杂
结构简单，维修
方便
没有切断和顶出余料机构，压铸机结构简单，便于维修和调试
b.卧式热室压铸机
压铸型的安装、锁型、开型与冷室卧式压铸机一样，但
保温炉与压铸机一体，压室及冲头浸于金属液中
特点
说明
压室和冲头始终
浸泡在熔融的金
属液中
1压室自动进料，操作简单，生产效率咼
2金属液从坩埚的液面下进入压室，压入型腔，不易带入杂质
3浇铸系统消耗的金属材料少
4压室、冲头的使用寿命短
5会增加合金的含铁量
比压低
比压一般为70bar至V250bar
压铸合金受到限
制
仅适用于压铸铅、锡、锌等低熔点合金和镁
合金
2立式冷室压铸机
压型的安装、锁型、开型与卧式机一样是水平的，但压
射机构是垂直的。
特点
说明
压射机构直立
1金属液浇入直立的压室中，有利于防止杂
质、氧化皮进入型腔。
2金属液由压室进入型腔时经过90度的转
折，消耗部分压射力，因此很难传递最终
静压力。
3占地面积小
生产效率低
余料未切断前不能开型
利于米用中央浇口
采用中央浇口时无需两次开型，压铸型简单
结构复杂，维修不
便
增加余料切断机构，使压铸机复杂，换压室
及维修不便
3全立式冷室压铸机
压铸型水平放置，锁型、开型上下运动，压射机构直立。
特点
说明
压射机构直立，压
铸型水平放置，上
下开合
1压铸型水平放置，稳固可靠，放置镶件方便，广泛用于压铸电机转子
3压室垂直放置，向上压铸，金属液在压室内靠近压铸型的一端，热量损失少，进入型腔时转折少，流程短，压力损失少，带入型腔空气少。
4占地面积少
工艺适应性强，产
品质量好
分型面、浇注系统开设方便，有利于均匀充
填，不会产生溢流
结构复杂，维修不便
压射机构置于地平面以下，维修不便；压型安装困难
2.2压铸机的组成部分
压铸机主要由合型机构、压射单元、顶出装置、抽芯
机构，控制系统、液压系统、辅助设备及装置等组成。
2.2.1合型机构
压铸机的合型机构从结构上分，大致有直压式、曲肘
机械扩力式等方式。
①直压式合型机构
把动型座板直接连接到合型用的液压缸的活塞上,
靠作用到合型活塞上的油压直接合型锁模。
锁模力的计算公式为：
F=n/4XD2XP
②曲肘机械扩力合型机构
是将液压缸产生的作用力通过曲肘扩力机构产生巨大的锁模力，来锁紧压型的机构。
开型时,
特点：
在曲肘机构上，最初的合型速度快，随着接近行程的终点，力的扩大率增加，其合型速度减慢。
因此，使定型和动型都不受很大冲击而强力锁型。
也和锁型一样，开始时先慢慢地打开动型，于是，铸好的铸件慢慢地离开定型，铸件就不会发生变形。
曲肘扩力机构锁型示意图
锁模力的计算公式为：
F=nXd2XEXAL/L
其中：
F:
锁型力
d:
大杠直径
E:
大杠弹性模量
L：
大杠长度
△L:
大杠的伸长量
曲肘扩力锁型机构由下列主要部分组成：
a．
合型缸
b．
曲肘支承座板
c．
大杠
d．
曲肘机构
e．
动型座板
f．
静型座板
g．
大杠螺母
2.2.2
压射单元
压射单元是压铸机最重要的部分，一台压铸机能否生
产出好的铸件，很大程度取决于压射性能的好坏。
的压射单元主要由以下部分组成:
a．
压射缸
b．
增压缸
c．
氮气蓄能器
d．
压射杆
e．
压射头
f．
压射室
g．
压射控制阀组
压铸机的压射系统经过几十年的发展，由原来的
压铸机
一级
抛物线压
压射，发展为二级压射、三级压射、四级压射、射、多级压射等，现在已发展为闭环实时控制的无级压射系统，从而大大地提高了压铸机的压射性能，为生产更复杂，更高要求的压铸件提供了广阔的发展空间。
2.2.3顶出装置顶出装置由顶出缸、顶出行程控制装置，速度、压力控制阀等组成，主要作用就是将压铸好的铸件从压铸模具上推出来。
现代先进压铸机的顶出机构已由原来的单级顶出发展为二级顶出或多级顶出，而且顶出速度、压力、行程也采取数字化控制，任意可调。
顶出装置分为活塞杆顶出式、液压缸顶出式及机械顶出式等。
（可画示意图略讲解）
2.2.4抽芯装置抽芯的定义：
抽型是压铸模具上用来形成与开模方向不一致的复杂外形、铸孔、弯孔、螺纹孔等的活动型芯，有液压抽芯机构和机械抽芯机构等。
（详细情况在下章讲解模具时介绍）
我们现在所指的抽芯装置是指压铸机上用来控制液
压抽芯抽、插动作的装置，它由控制阀、电器元件等组成，动作由控制系统来控制，按其控制模具上不同部位的抽芯及动作顺序来分，有动模抽芯装置和定模抽芯装置。
2.2.5控制系统如果把压铸机比作一个人的话，那么控制系统就是压铸机的大脑，压铸机的整个循环动作都是由控制系统指挥、控制、执行的。
老一代的压铸机采用的是机电联合控制系统，使用按钮、机械式继电器、机械式定时器、行程限位开关、转换开关等组成，由于电器元件多，而且这些电器元件由于动作频繁，很容易发生故障，维护、保养及检查故障都不容易。
第二代压铸机采用固态控制器控制系统，使用集成电路、固态数字式定时器等元件，具有工作可靠，寿命长等优点。
现在最新一代的压铸机控制系统几乎全部采用PLC可编程序控制，可实现工艺过程监测度、压力、合型力等）、生产监控（压铸次数、开停时间、铸件废品数等）、工艺过程控制等，更先进的压铸机已采用工业电脑和计算机，整台压铸机可全部实现数字控制，甚至实现闭环实时控制，最快的计算机可达到每秒检测4800个数据进行分析，并即时进行修正，从而达到保证设定的各项参数稳定，保证铸件产品在最佳的条件下生产，确保产品的质量。
而且，现代先进的压铸机还具有故障自诊断功能、维护保养警示功能、参数控制分析功能等等，更加利于生产控制。
（可讲解瑞士布勒压铸机的控制特点2.2.6液压系统
液压系统由液压泵组、控制阀组、液压油缸、液压油箱、液压油、液压油过滤装置、液压油冷却加热装置及各管路等组成。
泵组就是压铸机的心脏，它负责输入动力、血液（液压油）给各个系统。
（可略讲解一下泵的种类）控制阀组就好像人的各个器官一样，负责控制各个系统、装置的动作顺序、动作方向、压力、速度等，不同的控制阀起到不同的作用。
（可略讲一下控制阀的种类、功用）
2.2.7辅助设备及装置
压铸机的辅助设备及装置主要有：
a．上料机械手
b．喷涂机械手
c．取件机械手，取件机器人
d．中央自动润滑装置
e．冲头自动润滑装置
f．保温炉，浇注炉
g．脱模剂配比装置
*可讲解一下各辅助设备及装置的作用
2.3压铸机的选用
选用压铸机应根据铸件重量、铸件垂直于分型面上的投影面积及比压选择。
如果压铸机已选定，那么压铸型就应适合压铸机的技术规格和技术性能。
因此，在选用压铸机时，必须考虑以下因素：
a．铸件垂直于分型面上的投影面积与压铸机的比压及合型力的关系应符合如下公式：
0.85Q>Fp
F铸件（含浇注系统及溢流槽）垂直于分型面上的投影面积，m2p充填比压，kN/m
0.85安全系数
b．铸件重量铸件重量（含浇注系统和溢流槽）不
得超过压铸机压室金属液额定重量，压室的充满度以30%~60%为宜。
W=nd2LP/4W*=0.3~0.6W
式中W压室的额定浇注重量，kg
W*---铸件重量（含浇注系统和溢流槽），kg
d压室直径，dm
L压室有效长度，dm
P合金的密度，kg/dm3
c．铸件高度、铸型厚度与压铸机开型距离的关系应符合如下公式：
L》L1+L2+IO
HminWhi+h2+h3
Hmax》L+h1+h2+h3
L=Hmax－（h1+h2+h3）
式中L压铸机的开型距离，mm
L1带浇注系统的铸件高度，mm
L2铸件顶出距离，mm
Hmin---压铸机的最小开档，mm
Hmax---压铸机的最大开档，mm
h1静半型的厚度，mm
h2动半型的厚度，mm
h3动型型架、垫板的总厚度，mm
d．其他因素顶出铸件所需的力不得超过压铸机
的顶出力或开型力；压铸型的外形尺寸不得超过压铸机大杠的内间距；所设计的压铸型应符合选定的压铸机动型、静型安装板要求。
3压铸型（压铸模）
压铸模是进行压铸生产的主要工艺装备，在经济批量
生产中，铸件质量合格率的高低，作业循环的快慢，生产成本的高低，很大程度上受压铸模设计的正确、合理、先进和适用的程度的制约。
因压铸模的制造费用极高，制成后很难进行大的更改，所以我们必须正确的使用和维护模具，尽可能延长模具的使用寿命，达到降低综合生产成本的目的。
3.1压铸模的种类和基本结构
3.1.1
按型腔分类
a．
单腔压铸模
b．
同形多腔压铸模
c．
异形多腔压铸模
d.组合型压铸模
3.1.2按结构分类
a．雕刻型压铸模直接在压型材料上雕刻出型腔的压铸模，
多用于小模具。
b．嵌入型压铸模在低级压型材料中插入高级模具钢的压
铸模，现在用的最为普遍。
3.1.3按压铸机分类
a．热室压铸机用压铸模
b．冷室压铸机用压铸模
I.全立式压铸机用压铸模
II.冷室立式压铸机用压铸模
III.冷室卧式压铸机用压铸模
3.1.4压铸模的基本结构
压铸模由静模和动模两大部分组成，静模固定在压铸
机的静型座板上，由浇注系统将压铸机的压室与压铸模的型腔相连通。
动模安装在压铸机的动型座板上并随其移动，完成开型与合型动作。
细分可将压铸模分为以下几个部分：
（见图示）
模架部分它装有压铸模的导向、定位、夹紧零件，用来支承抽芯机构、顶出机构和成形零件。
由动模座板、垫块、支承板、动模套板、导柱、导套、定模套板、定模座板等组成。
浇注系统它是将压室内的金属导入型腔的通道。
由内浇口、横浇道、直浇道、分流锥、浇口套等组成。
浇道的分类
按浇道截面积的变化分类;
减速型浇道：
断面积逐渐增加的浇道
增速型浇道：
断面积逐渐减小的浇道
定速型浇道：
断面积始终一样的浇道
A定速型B定速型
按横浇道过渡区形式分类
a.扇形浇道系统
b.锥形切线浇道系统
浇口的分类：
按金属液导入方向分类有
a.切向浇口
b.径向浇口
按浇口位置分类有：
a.中心浇口
b.顶浇口
c.侧浇口
按浇口形状分类有：
a.环形浇口
b.缝隙浇口
c.点浇口
按浇口的功用分类
压铸模的浇注系统
注：
1—直浇道
压铸机的浇注系统
C热室压铸机用
压铸模浇注系
2—横浇道3—内浇口
4—余料
成型部分形成铸件外表面形状的称为型腔，形成铸件内表面
形状的称为型芯，这是决定铸件几何形状、尺寸精度的部位。
由动模镶块、静模镶块、固定型芯、活动型芯等组成。
抽芯机构用活动型芯来形成阻碍铸件出型的凸凹部位，在铸
件被顶出前完成抽芯动作。
由成形元件、运动元件、传动元件、
导向元件、锁紧元件及限位元件等组成。
按传动元件的不同来
分，可分为机械抽芯机构和液压抽芯机构两大类。
顶出机构它用来把铸件从压铸型中推出，一般设在动模上。
它由推板、推板导柱、推板导套、推杆、复位杆、限位钉、推
杆、推杆固定板等组成。
溢流排气部分它用来排出型腔、浇道中的气体和夹杂氧化
物的冷料，引导滞留在型腔角落、芯子周围等部位的金属液，
力口热冷却部分为平衡压铸模的温度而在压铸模上设计安装
的加热或冷却装置。
3.2压铸模所处的工作状况及对模具的影响
1）熔融的金属以高压、高速进入型腔，对模具的成形零
件的表面产生激烈的冲击和冲刷，使模具表面产生腐
蚀和磨损，压力还会造成型芯的偏移和弯曲。
2）在充填过程中，金属液、杂质和熔渣对模具成形表面
会产生复杂的化学作用，加速表面的腐蚀和裂纹的产
生。
3）压铸模具在较高的工作温度下进行生产，所产生的热应力是模具成形零件表面裂纹乃至整体开裂的主要原因。
在每一个铸件生产过程中，型腔表面除了受到金属
液的高速、高压冲刷外，还存在着吸收金属在凝固过程放出的热量，产生热交换。
模具材料因热传导的限制，型腔表面首先达到较高温度而膨胀，而内层模温则相对较低，膨胀量则相对较小，使型腔表面产生压应力。
开模后，型腔表面与空气接触，受压缩空气和涂料的激冷而产生拉应力。
这种交变应力反复循环并随着生产次数的增加而增长，但交变应力超过模具材料的疲劳极限时，表面首先产生塑性变形，并会在局部薄弱处产生裂纹。
3．3影响压铸模寿命的因素及提高模具寿命的措施
1）铸件结构设计的影响（略）
2）模具设计的影响（略）
3）模具材料的影响（略）
4）模具加工及加工工艺的影响（略）
5）热处理的影响（略）
6）压铸生产工艺的影响
a.生产前的模具预热工作，对模具寿命影响较大。
如不进行预热就进行生产，会因高温金属液充填型腔时，使型腔表面受到剧烈的热冲击，致使型腔内外层的温度梯度增大，易造成表面裂纹，甚至开裂，所以，压铸模具在开始生产前必须进行预热。
铝合金模具的预热温度为150~220C。
预热模具一般采用液化气喷枪或喷灯进行（当然也有电热器加热、感应加热、热流体加热等方法），加热时要将模具打开，先清理干净模面及各滑动面上的积铝和杂物,并将各滑动件的滑动面涂上润滑油，然后再用手拿着喷枪或喷灯一边移动一边加热，尽可能使模具受热均匀，同时，对于模具型腔中凸起的细小的型芯，不要过分加热，以免使其退火而过早失效。
完成加热工作后，要检查模具的各滑动部件的运动是否顺畅。
b.生产过程中，模具温度逐步升高，当温度过热时，会
造成铸件产生缺陷、粘模或活动机构失灵，为降低模温，决不能采用冷水直接冷却过热的模具型腔或型芯表面，而要通过模具本身设置的冷却通道，通过适量的冷却水以控制模具生产过程的温度变化。
有条件时，
采用模具温度控制系统，使模具在生产过程中保持在适当的工作范围内，模具寿命可大大延长。
c.模具导滑部位的润滑，型腔、型芯涂料的选用及使用是否恰当，对模具寿命也会产生很大影响。
d.热应力的积累会使模具产生开裂。
为减少热应力，新模具投产一段时间后，压铸模型腔部分应进行消除热应力回火处理，或采用震动除应力的方法。
消除热应力回火处理应在：
新模具压铸5000~10,000模次时进行；以后每压铸20,000~30,000模次时进行一次。
e.每次模具生产使用完毕后，要认真清理干净模具上的所有积铝和杂物，并仔细检查模具是否有损坏，修复后，如模具在短时间内没有生产任务，要在模具型腔表面及各滑动面涂上一层薄薄的防锈油，然后将模具安放到指定的位置，并在模具上挂上完好模具的标示，以便下次使用时知道模具的状态。
4压铸合金及其熔炼
4.1概述
压铸用的主要合金有：
1）铝合金
2）锌合金
3）镁合金
此外，适合压铸的合金还有锡、铅、铜等对压铸合金的基本要求：
1）材料的力学性能、耐腐蚀性能、加工性能及其它物理性能要好，符合产品工作条件的要求；
2）结晶间隔小，以防止产生缩孔和缩松；
3）线收缩率小，热裂倾向小；
4）温度不高时具有良好的流动性，利于充填复杂型
腔；
5）不与型腔表面产生物理-化学反应，以减少黏模；
6）表面处理性能好
7）货源充足，价格低廉；
4.2压铸铝合金：
4.2.1压铸铝合金的种类
压铸铝合金的分类
1）Al-Si合金
2）Al-Si-Mg合金
3）Al-Si-Cu合金
4）Al-Mg合金
国内常用压铸铝的化学成分及力学性能（见表1）
国外常用压铸铝的化学成分及力学性能（见表2）
压铸铝合金中主要元素对性能的影响
元糸
名称
含量
变化
铸造特性
力学性能
抗蚀性
其他性能
Si
增加
提咼流动性，可降低产生缩孔和热裂的倾向
抗拉强度及硬度提高，但延伸率卜降
对铝锌系合金可提高抗蚀性
切削性能变坏，高硅铝合金对铸铁坩埚熔蚀作用严重
Mg
增加
对铝镁系合金，流动性提高，但热裂倾向增大
提高抗拉强度、硬度，但延伸率和冲击强度下降
对铝硅系合金可改善切削性能，但粘模倾向增大
Cu
增加
流动性提高，收缩性和高温脆性变大
提高抗拉强度、硬度，但延伸率卜降
抗蚀性降
低
改善切削性能
Zn
增加
可改变合金的流动性，对铝锌系合金增大热裂倾向
提高铝锌系合金抗拉强度，但延伸率下降
抗蚀性降
低
Mn
不超过
0.5%
提高强度
提咼抗蚀
性
对铝硅系合金可抵消铁的有害作用，降低黏模倾向
Fe
增加
流动性降低，热裂倾向增大
降低力学性能，特别是冲击强度和塑性显著降低
抗蚀性降
低
对铝硅系合金可减轻粘膜现象，在高硅合金中使切削性能变坏
4.2.2压铸铝合金的特性
主要压铸铝合金的特性指标（见表3）
4.3铝合金的熔化作业
压铸合金的熔化从管理上来讲，最好是集中融化，
在熔化作业过程中注意不纯物的管理和异物的混入，要把
金属液的氧化限制在最小。
回炉料带入的氧化物可通过精
炼除去，所含气体（氢气）可通过脱气工艺除去。
铝合金
在高温下是极不稳定的，在熔融状态下，温度高、时间长
就易产生氧化，所以，防氧化和除去氧化物就是熔化的要
点。
压铸的回炉料中往往附有水分，沾有油污等，而且，随同燃烧气体中的水分等被铝液还原吸收，就成为氢气溶于铝液中，它是造成铸件内部气孔的原因之一。
传统熔化作业顺序：
a.装炉料b.点火或通电c.加热、升温d.搅拌、熔化e.精炼、除气f.除渣g.镇静（700~730C,20分钟以上）h.出金属液A．熔化前的准备准备工作
炉料、熔化炉、检测仪器、工具的准备对保证熔化效率和质量、防止故障等是非常重要的。
为防止熔入铁质,所有的熔化工具、运输工具等都要涂上防护涂料。
在熔化作业中,铝液温度的检测和管理是非常重要的,它直接影响到铝合金液的质量。
因此,在熔化作业前,必须详细检查测温仪器、测温元件、控温装置是否正常工作,而且,测温仪器仪表必须定期由专职校检机构进行校检。
熔化作业前必须核实所要熔化的合金是否与要求的一致；所要熔化的回炉料必须分等级,并按一定比例进行融化,回炉料必须保持清洁、干燥。
B．装炉料准备好的炉料,先将中等一级回炉料打底投入炉中,然后再将碎回炉料和铝合金锭投入炉中,这样,可
以避免大块合金锭砸伤炉床。
用连续快速熔铝炉时，尽
避免
可能采用自动上料机构或机械上料机构，同时，尽可能保持熔化竖炉中始终有未熔的回炉料或铝合金锭，热量从竖炉排出并损坏炉膛。
C．精炼、除气处理当熔化炉内的炉料完全熔化，金属液的温度达到
700~730C时，要适当地搅拌一下金属液，以使炉中的
金属液各处的温度均匀，搅拌时注意幅度不要太大，以免将氧化物卷入金属液。
金属液达到指定的精炼温度后，要投入指定的精炼剂和除气剂进行精炼除气，为了取得更好的精炼效果，有时还要通入干燥的工业氮气共同进行。
精炼除气后，将液面的浮渣清出，然后再充分镇静20分钟以上，然后将纯净的铝液倒入经过加热的中间浇包转移到压铸机炉前的保温炉或定量浇注炉中进行压铸生产。
5压铸作业
5.1压铸前的准备工作
5.1.1压铸模具的安装
a．模具安装前要详细阅读作业指令，确认所要安装的模具与指
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