壓鑄成形工藝與模具設計-江昌勇主編

導論壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論本課程配套教材：《壓鑄成形工藝與模具設計》主編江昌勇叢書名：高等院校材料專業(yè)"互聯(lián)網(wǎng)+"創(chuàng)新規(guī)劃教材壓鑄的工藝過程與特點1壓鑄的應用及其發(fā)展

2典型壓鑄模具的設計基本要求及設計流程

3本課程的學習任務與學習方法

4壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論22）壓鑄生產(chǎn)的基本要素壓鑄的工藝過程與特點1壓鑄機壓鑄工藝參數(shù)壓鑄合金壓鑄模具壓鑄件結(jié)構(gòu)壓鑄循環(huán)壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論3鑄造工藝永久型鑄造砂型鑄造金屬型鑄造特種鑄造陶瓷型鑄造熔模鑄造低壓鑄造重力鑄造壓力鑄造真空鑄造離心鑄造連續(xù)鑄造

簡稱壓鑄，是一種金屬零件接近最終形狀尺寸的精密成形工藝，最終產(chǎn)品為壓鑄件。其實質(zhì)是在高壓作用下，液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填進入壓鑄型（壓鑄模具）型腔，并在壓力下成形和凝固而獲得輪廓清晰、表面光潔、與壓鑄模型腔相符，可以互換的壓鑄件。壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論4壓鑄的工藝過程與特點11）壓鑄的生產(chǎn)工藝過程產(chǎn)品圖樣審圖工藝設計模具設計模具制造試模壓鑄機調(diào)整檢查模具安裝壓鑄準備材料準備配料熔化化驗合金熔煉涂料噴刷模具預熱合模壓鑄成型開模取件澆注保溫壓鑄外觀檢查去澆口質(zhì)量檢查產(chǎn)品產(chǎn)品清理檢驗返回料模具制造壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論53）壓鑄特點壓鑄的工藝過程與特點1高壓和高速充填壓鑄模型腔是壓鑄的兩大特征。

優(yōu)點：

缺點：

1）壓鑄件的尺寸精度高，表面粗糙度值低2）材料利用率高達60～80%，毛坯利用率達90%；3）可以制造形狀復雜、輪廓清晰、薄壁深腔的金屬零件；4）在壓鑄件上可以直接嵌鑄其他材料的零件；5）壓鑄件組織致密，具有較高的強度和硬度；6）生產(chǎn)率極高。1）壓鑄件易產(chǎn)生氣孔，不能進行熱處理；

2）對內(nèi)凹復雜的壓鑄件，壓鑄較為困難；

3）高熔點合金（如銅、黑色金屬），壓鑄模壽命較低；

4）壓鑄模制造成本高，小批量生產(chǎn)不經(jīng)濟。壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論61）壓鑄發(fā)展簡史

壓鑄的應用及其發(fā)展

2壓鑄歷史至今不足二百年。壓鑄的起源也眾說不一，據(jù)國外文獻和書籍介紹，壓鑄最初用于制造槍彈、活字等。

1839年一種活塞式壓鑄機獲得第一個壓力鑄造專利。1849年英國人斯都奇斯取得熱壓室壓鑄機專利。1877年,Dusenbury發(fā)明了一種既有原始的熱室壓鑄機壓射機構(gòu),又有模具可以水平移動的壓鑄機。1905年H.H.多勒成功研制了用于工業(yè)生產(chǎn)的壓鑄機。1907年瓦格納設計了氣動活塞壓鑄機，生產(chǎn)率大大提高。1920年英國開發(fā)了冷室壓鑄機，可生產(chǎn)鋁、鎂合金鑄件。1927年捷克人約瑟夫·波拉克（JosefPolak）設計了典型的和成熟的立式冷室壓鑄機。*壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論71）壓鑄發(fā)展簡史

壓鑄的應用及其發(fā)展

2

新型壓鑄機的出現(xiàn)以及新工藝、新技術的采用，促進壓鑄生產(chǎn)更加迅速地發(fā)展。例如，

1958年真空壓鑄在美國獲得專利。出現(xiàn)了水平分型的全立式壓鑄機。1966年美國GeneralMotors公司提出精、速、密壓鑄法，出現(xiàn)了雙沖頭壓鑄。1969年美國人愛列克斯提出充氧壓鑄的無氣孔壓鑄法。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。壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論81）壓鑄發(fā)展簡史

壓鑄的應用及其發(fā)展

2

近40年，隨著科學技術和工業(yè)生產(chǎn)的進步，尤其是隨著汽車、摩托車及家用電器等工業(yè)的發(fā)展，又從節(jié)能、節(jié)省原材料諸方面出發(fā)，壓鑄技術已獲得極其迅速的發(fā)展。壓鑄生產(chǎn)不僅在有色合金鑄造中占主導地位，而且已成為現(xiàn)代工業(yè)的一個重要組成部分。近年來，一些國家由于依靠技術進步促使壓鑄件薄壁化、輕量化，因而導致以往用壓鑄件產(chǎn)量評價一個國家鑄造技術發(fā)展水平的觀念改變?yōu)橛眉夹g進步的水平作為衡量一個國家鑄造水平的重要依據(jù)。從世界范圍和我國情況來看，鋁合金、鎂合金壓鑄件應用的范圍日益廣泛。由于壓鑄工藝和技術的發(fā)展，又使壓鑄件在有色金屬鑄件生產(chǎn)中所占的比例日益增多。壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論92）我國壓鑄業(yè)發(fā)展概述壓鑄的應用及其發(fā)展

21949前，我國僅有上海貫一模具廠等少數(shù)廠有幾臺壓鑄機壓鑄鋅合金。20世紀40年代中后期上海進口了英國的小型氣動熱室機、昆明進口了捷克的Polak600型（鎖模力76t）立式冷室壓鑄機、重慶進口了美國KUX的鎖模力100t的臥式冷室壓鑄機，開始了壓鑄件生產(chǎn)。上世紀50年代初我國引進了一些捷克生產(chǎn)的波拉克型立式冷室壓鑄機和前蘇聯(lián)生產(chǎn)的壓鑄機生產(chǎn)壓鑄件。50年代末期隨著我國壓鑄業(yè)的發(fā)展，開始自行設計制造了臥式冷室壓鑄機，同時也仿制了立式冷室壓鑄機。60年代以來，生產(chǎn)了大批的、各種規(guī)格的壓鑄機。1968年我國設計制造了當時世界上最大的4000t壓鑄機，1978年開始制定了壓鑄機新的系列，統(tǒng)一了技術指標和有關工藝性能的技術規(guī)范。之后，相繼制定了壓鑄合金、壓鑄模、壓鑄工藝、產(chǎn)品檢收等國家、部及行業(yè)標準。壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論102）我國壓鑄業(yè)發(fā)展概述壓鑄的應用及其發(fā)展

2進入21世紀，隨著世界加工制造業(yè)向中國大陸的進一步轉(zhuǎn)移，無國界的市場，使得我國壓鑄行業(yè)面臨發(fā)展壯大的機會，憑借資源、人力、市場等諸多優(yōu)勢，中國壓鑄業(yè)迅速踏上了它的崛起之路。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國涉及壓鑄產(chǎn)業(yè)的廠商7000余家，從業(yè)人員保守估計有幾十萬人，模具制造、原輔材料及輔助企業(yè)遍布全國各地，壓鑄件產(chǎn)業(yè)集群在珠三角地區(qū)、長三角地區(qū)及其它地區(qū)蓬勃發(fā)展，壓鑄機制造能力和壓鑄件產(chǎn)量均居世界前列。

我國的壓鑄工業(yè)經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展，已成為一個新興的產(chǎn)業(yè)，中國壓鑄產(chǎn)業(yè)擁有國際和國內(nèi)兩個巨大市場，擁有有色金屬資源充裕和勞動力成本較低的雙重優(yōu)勢，并擁有一支長期從事壓鑄工藝研究和生產(chǎn)實踐的專業(yè)技術隊伍。目前我國已經(jīng)躋身世界壓鑄行業(yè)大國之列并正在向壓鑄行業(yè)強國邁進。壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論113）壓鑄的應用

壓鑄的應用及其發(fā)展

2應用領域汽車、摩托車機械裝備家電及3C產(chǎn)品日用品類產(chǎn)品類別發(fā)動機的缸體、缸蓋罩、變速箱殼體、殼蓋、鏈條蓋、托架、支架、油底殼、端蓋、轉(zhuǎn)向件、節(jié)溫器殼體、齒輪室等壓鑄件。柴油機、汽油機、電機、泵、閥、液壓元件、縫紉機、清洗機、電動工具、氣動工具、儀器儀表、通信設備、醫(yī)療儀器、扶梯梯級、航空航天、船舶、機車、自行車等壓鑄件。家用電器、電飯鍋、三文治爐、鉛鍋、電熨斗、風扇、燃氣具、燈具、廚具、計算機、手機、照相機、辦公用品、運動器材等壓鑄件。玩具、仿真模型、五金件、衛(wèi)浴潔具、鎖具、禮品、工藝品、飾品、燈飾、表殼、打火機、拉鏈、皮帶扣、領帶夾、開瓶器等壓鑄件。所占比例48%13%11%28%備注目前生產(chǎn)的一些壓鑄件最小的只有幾g，最大的鋁合金壓鑄件質(zhì)量達50kg，最大的直徑可達2m。

壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論124）壓鑄的產(chǎn)業(yè)特征及發(fā)展趨勢

壓鑄的應用及其發(fā)展

2壓鑄的產(chǎn)業(yè)特征

壓鑄成形與塑料注射成型、金屬板料的沖壓成形并列為三大材料成型體系。壓鑄行業(yè)的發(fā)展存在巨大的發(fā)展?jié)摿蛿U展空間。降低壓鑄件的成本，在最低的材料消耗和制造費用的前提下達到結(jié)構(gòu)的功能特性及滿足其使用要求，以期在壓鑄件的生產(chǎn)中獲得最佳的技術經(jīng)濟性，這是現(xiàn)代壓鑄生產(chǎn)的基本特征。

壓鑄產(chǎn)品應用領域的多元性是我國壓鑄生產(chǎn)的主要特征之一。①汽車發(fā)動機用壓鑄鋁合金缸體發(fā)展迅猛②汽車零部件鑄件已構(gòu)成巨大市場③建筑與日用五金壓鑄件增長勢頭強勁④五金、燈具、玩具和車模行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，為鋅合金壓鑄件的增長提供了廣闊市場⑤鎂合金壓鑄件在快速增長壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論134）壓鑄的產(chǎn)業(yè)特征及發(fā)展趨勢壓鑄的應用及其發(fā)展

2我國壓鑄生產(chǎn)中存在的主要問題

①技術狀況：技術落后，人才缺乏，新工藝新產(chǎn)品開發(fā)不力。②設備狀況：國產(chǎn)的壓鑄機、低壓鑄造機存在很大差距，自動化程度低,精度比較低,故障率比較高。充氧壓鑄、真空鑄造、半固態(tài)鑄造等新工藝采用甚少。③模具：模具的設計、制造和選用的材料都比較落后。④原輔材料：原輔材料的生產(chǎn)比較分散。大多數(shù)企業(yè)的設備簡陋、技術落后、測試手段短缺，原輔材料品種不全，質(zhì)量較差。有色合金鑄造用量很大的各類涂料、粘結(jié)劑、脫模劑、精煉劑等等，特別是一些高新產(chǎn)品基本上還處于低水平，無序供應為主的階段。⑤管理：生產(chǎn)管理落后。原材料供應、生產(chǎn)技術規(guī)范、產(chǎn)品檢驗、售后服務等方面都落后于形勢。企業(yè)標準低于GB，廢品率有的高達30%～50%。壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論144）壓鑄的產(chǎn)業(yè)特征及發(fā)展趨勢壓鑄的應用及其發(fā)展

2壓鑄技術及壓鑄模具的發(fā)展趨勢

①壓鑄合金材料成形機理、工藝與技術研究以及壓鑄填充過程分析在理論上將逐步提高，在實踐上也將不斷升華；②壓鑄工藝參數(shù)的檢測技術將不斷普及和提高，計算機技術的應用更加廣泛和深入，壓鑄生產(chǎn)過程中自動化程度逐步完善，并日益普及；③大型壓鑄件的工藝技術逐步成熟，半固態(tài)金屬成型技術將有新的突破，快速原型模樣設計的運用成為新的熱點；④真空壓鑄，以及擠壓鑄造將進一步擴大壓鑄件的應用領域；⑤模具型腔的材料有重大的進步，新的鋼種有所進展；⑥新的合金品種及其復合材料為壓鑄件的應用開辟新的途徑，鎂合金壓鑄件會有大幅度的增長；⑦壓鑄單元的完整培植將成為壓鑄生產(chǎn)的主要模式。

壓鑄技術的發(fā)展

壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論15壓鑄的應用及其發(fā)展

24）壓鑄的產(chǎn)業(yè)特征及發(fā)展趨勢——壓鑄模具的發(fā)展

1

先進模具設計與制造的基礎理論和共性技術研究與開發(fā)

2具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模具設計制造和管理軟件的研發(fā)、提高及推廣應用

3

汽車輕量化節(jié)能降耗材料成形工藝與模具開發(fā)

4

模具標準化和專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論161）設計基本要求

典型壓鑄模具的設計基本要求及設計流程

3

模具結(jié)構(gòu)要適應壓鑄合金材料的成形特性Ⅰ模具結(jié)構(gòu)要與成形設備相匹配Ⅱ

采用標準化零部件，縮短周期，降低成本

Ⅲ結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理，質(zhì)量可靠，操作方便

Ⅳ善于利用技術資料，合理選用經(jīng)驗設計數(shù)據(jù)

Ⅴ壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論172）一般設計流程

典型壓鑄模具的設計基本要求及設計流程

3模具的制造、試模與圖紙的修改

編寫設計說明書繪制圖紙方案論證

擬定模具結(jié)構(gòu)總體方案

選擇壓鑄機

設計準備

明確任務

*壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論18*本課程的學習任務與學習方法

4

學什么？學會基于壓鑄工藝要求進行壓鑄件工藝性分析；

理解壓鑄成形的基本原理和工藝特點；了解常用壓鑄合金材料的主要性能、成形特性；重點掌握典型壓鑄模具的結(jié)構(gòu)及設計計算方法；獲得分析與解決壓鑄成形現(xiàn)場技術問題的初步能力。

理解壓鑄成形的基本原理和工藝特點；掌握壓鑄模具與壓鑄機之間的相互匹配關系；壓鑄成形工藝與模具設計（）—導論19【本章要點與提示】知識要點目標要求學習方法壓鑄過程的基本原理熟悉通過多媒體課件中的圖片介紹及動畫演示，獲得對壓鑄過程的初步認識，熟悉壓鑄過程的基本原理，并加深理解。液態(tài)金屬充填理論及金屬液流動特性掌握結(jié)合老師的講解，對三種較為典型的液態(tài)金屬充填理論加深理解，熟悉充填時液態(tài)金屬流的種類及對其特性的應用，認識影響壓鑄金屬流的因素以及金屬流與壓鑄件質(zhì)量之間的關系。壓鑄工藝參數(shù)及其選擇重點掌握注意區(qū)分不同工藝參數(shù)的含義及選擇規(guī)范。熟悉它們對壓鑄件成形質(zhì)量的影響。壓鑄涂料知道要求理解壓鑄涂料的作用及對涂料的要求，了解常用壓鑄涂料的種類（名稱）、配制方法及適用范圍。其他特殊壓鑄工藝了解建議課外閱讀相關的文獻資料，進一步擴充對其他特殊壓鑄工藝的了解。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章21主要內(nèi)容壓鑄過程的基本原理

1

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3速度參數(shù)及其選擇

5時間參數(shù)及其選擇

7

液態(tài)金屬充填理論概述

2壓力參數(shù)及其選擇

4溫度參數(shù)及其選擇6壓鑄用涂料

8特殊壓鑄工藝簡介

9壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章22》壓鑄過程的基本原理

1

熱室壓鑄過程的基本原理

壓室浸在熔化坩堝的液態(tài)金屬中，壓射部件不直接與機座連接，而是裝在坩堝上面，如圖所示。壓射沖頭上升時，坩堝中的金屬液通過進液口進入壓室內(nèi)，合模后，在壓射沖頭作用下，金屬液由壓室經(jīng)鵝頸管、噴嘴和澆注系統(tǒng)進入模具型腔，冷卻凝固成壓鑄件，動模移動與定模分離而開模，通過推出機構(gòu)推出壓鑄件而脫模，取出壓鑄件即完成一個壓鑄循環(huán)。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章23壓鑄過程的基本原理

1

臥式冷室壓鑄

合模(b)壓鑄成形(c)開模取件1-壓室；2-澆口套；3-定模；4-澆道凝料及余料；5-動模；6-壓射沖頭；7-金屬液澆注口；8-金屬液；9-澆道；10-型芯；11-推桿壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章24壓鑄過程的基本原理

1

立式冷室壓鑄

(a)合模(b)壓鑄成形(c)開模取件1-壓射沖頭；2-金屬液；3-壓室；4-余料；5-反料沖頭；6-動模；7-定模；8-噴嘴壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章25壓鑄過程的基本原理

1全立式冷室壓鑄

(a)沖頭下壓式(b)沖頭上壓式壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章26噴射充填的理論

液態(tài)金屬充填理論概述

2

由弗羅梅爾（Frommer）于1932年提出。液態(tài)金屬的充填過程遵循流體力學定律，并且有摩擦和渦流現(xiàn)象。通過實驗，熔融金屬從內(nèi)澆口進入型腔時，以內(nèi)澆口截面的形狀射向遠離澆口的對面型壁，撞擊后，部分金屬聚積并產(chǎn)生渦流，另一部分金屬則向所有方向噴濺，并沿型壁返回流動，金屬積聚所產(chǎn)生的反壓力使噴濺的金屬紊亂地與后來的主流匯合，由于型壁的摩擦，沿型壁流動的金屬逐漸被積聚的金屬趕上而合在一起，其后便向澆口方向流回。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章27“全壁厚”充填的理論

液態(tài)金屬充填理論概述

2

由勃蘭特（Brandt）于1937年提出的一種與當時流傳的費羅梅爾理論完全不同的金屬充填型腔形態(tài)理論。勃蘭特認為，熔融金屬通過內(nèi)澆口進入型腔時，自澆口處開始，由后向前充滿型腔厚度地流動，流動時不產(chǎn)生渦流，型腔中的氣可以得到充分的排除，并且認為，無論內(nèi)澆口截面積與型腔截面積之比的大小如何，填充形態(tài)仍然是“全壁厚”的。

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章28“三階段”充填的理論

液態(tài)金屬充填理論概述

2

(a)形成薄殼層(b)繼續(xù)充填(c)即將充滿(d)充滿型腔

三階段填充理論由巴頓（Barton）于1944年提出。巴頓認為，壓鑄過程是一個包含著熱力學、力學和流體動力學因素的復合問題。并通過試驗提出這樣的看法，即充填過程大致分為三個階段，并且充填過程的三個階段對壓鑄件質(zhì)量所起的作用也不相同。

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章29“三階段”充填的理論

液態(tài)金屬充填理論概述

2

第一階段，受內(nèi)澆口面積限制的金屬流射入型腔后，首先沖擊對面型壁，沿型腔表面向各方向擴展，在型腔具有正確的熱平衡時，金屬流過的型壁上生成表層，這個表層即為壓鑄件的外殼（薄殼層）。這一階段影響壓鑄件的表面質(zhì)量。

第二階段，隨后進入的液態(tài)金屬繼續(xù)沉積在薄殼層內(nèi)的空間里進行充填，直至填滿。這一階段影響壓鑄件的硬度。

第三階段，在型腔完全充滿的同時，壓力通過處于尚未凝固的中心部分作用在壓鑄件上，型腔內(nèi)的金屬得到壓實。這一階段影響壓鑄件的強度。

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章30×充填時液態(tài)金屬的種類及對其特性的利用

1）噴射及噴射流特性：在很大的運動能量的作用下能夠直線前進。應用：可以先充填那些阻力較大的部位及沒有排氣槽的部位。

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3

(a)(b)1-噴射；2-噴射流壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章31

2)壓力流及其應用由噴射、噴射流轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫α鳎╝）噴射的前端開始轉(zhuǎn)變?yōu)閲娚淞麟A段（b）金屬液由噴射流進入型腔約有型腔容積一半的階段（c）壓力流的階段（d）完成充填的階段

1—噴射2—噴射流3—壓力流充填時液態(tài)金屬的種類及對其特性的利用

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章32

壓力流發(fā)生在偏離噴射及噴射流的通路部分（如鑄件上的凸臺）和遠離內(nèi)澆口的部位。壓力流在阻力少的通道上前進的特性很強。

壓力流沒有噴射流那樣大的運動能量，但具有接受后續(xù)金屬液中供給的壓力能，從而使金屬液沿著型腔內(nèi)壁前進的特性。（開設排氣槽排氣）充填時液態(tài)金屬的種類及對其特性的利用

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章33

3)再噴射發(fā)生再噴射的部位易產(chǎn)生氣孔和縮孔。將內(nèi)澆口設在靠近鑄件厚壁的部位。

4)補縮金屬流在內(nèi)澆口部位的金屬流尚未凝固之前，立即增高壓室內(nèi)的壓力，向型腔內(nèi)補充金屬液。充填時液態(tài)金屬的種類及對其特性的利用

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章34影響壓鑄金屬流的因素

壓鑄過程中金屬液的充填形態(tài)與鑄件結(jié)構(gòu)、壓射條件、模溫、金屬液的溫度和粘度以及澆注系統(tǒng)的形狀尺寸等都有著密切的關系，這些因素的改變，也會導致金屬液充填形態(tài)的改變。

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章35

1)金屬液隨壓射條件的改變而改變

（a）—（d）所示，金屬液高速壓射時的情況。（a）金屬液壓入前的準備狀態(tài)；（b）完全噴射狀態(tài)；（c）-（d）噴射流--壓力流，卷入空氣。

（e）—（h）所示，金屬液低速壓射時的情況。（e）金屬液壓入前的準備狀態(tài)；（f）型腔的1/3，轉(zhuǎn)換為高速壓射（g）、（h）噴射流（不發(fā)生噴射）

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3影響壓鑄金屬流的因素壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章36

2）內(nèi)澆口的形狀對壓鑄金屬液的影響分型面定模動模定模定模定模

基本內(nèi)澆口形狀與金屬液的噴射方向

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章37金屬流與壓鑄件的質(zhì)量

1）表面質(zhì)量

金屬流的流速越快，壓鑄件的表面質(zhì)量越好，越光滑；流速相同時，通過的金屬液越多，壓鑄件的表面質(zhì)量越好。

由噴射流充填的部位要比壓力流充填部位的表面質(zhì)量好；在薄壁部位設置內(nèi)澆口易獲得光亮的表面（但此時內(nèi)部缺陷增多）。

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章38金屬流與壓鑄件的質(zhì)量

2）內(nèi)部質(zhì)量在金屬液充填終了到增壓壓力完全上升止，而金屬液尚未開始凝固的條件下，金屬液流速越緩慢，則內(nèi)部缺陷越少；如果在相同的時間內(nèi)金屬液充填完畢，則壓力流成型的鑄件比噴射流成型的鑄件的內(nèi)部缺陷少；但是采用壓力流的壓鑄件的形狀，總是會把氣體封閉在里邊，從而產(chǎn)生局部面積較大的內(nèi)部缺陷，此時應在容易把氣體封閉的部位用噴射流的充填形式來減少內(nèi)部的缺陷。

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章39金屬流與壓鑄件的質(zhì)量

3）強度及氣密性引起壓鑄件強度降低的原因主要有氣孔、縮孔、冷隔等，須綜合考慮壓鑄模的設計、壓鑄機的性能、壓鑄條件；保持合適的金屬液溫度和模溫、并在金屬液開始凝固前即行充填加壓以消除冷隔等缺陷；有效地排出氣體以獲得氣孔少、強度及氣密性質(zhì)量高的壓鑄件。

液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其特性

3壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章40壓力參數(shù)及其選擇

4《1）壓鑄壓力壓鑄壓力在壓鑄工藝中是主要的參數(shù)之一，其表示形式有：壓射力來源于高壓泵，它是壓鑄機壓射機構(gòu)中推動壓射活塞的力，其大小隨壓鑄機的規(guī)格不同而異。壓射比壓壓室內(nèi)金屬液在單位面積上所受的壓力。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章41

壓射力的計算公式：

式中：Fγ-----壓射力（N）；Pg-----液壓系統(tǒng)的管路工作壓力（Pa）；AD

------壓鑄機壓射缸活塞的截面積(m2)。

壓射比壓的計算公式：

式中：Pb-----壓射比壓（Pa）；Fγ

-----壓射力（N）；Ad

-----壓射沖頭（近似壓室）截面積（m2)。壓力參數(shù)及其選擇

4壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章42

在壓鑄過程中作用在熔融合金上的壓力以兩種不同的形式和作用出現(xiàn)。熔融合金在流動過程中的流體動壓力，（完成充填和成形過程）；在充填結(jié)束后，以流體靜壓力形式出現(xiàn)的最終壓力（其值明顯大于動壓力），（對凝固過程中的合金進行“壓實”）。

液體金屬在壓室與壓鑄模中的運動可分解為四個階段2）壓鑄過程壓射比壓的變化壓力參數(shù)及其選擇

4壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章43壓力參數(shù)及其選擇

4壓鑄周期壓射比壓的變化曲線p1—慢壓射壓力；p2—快壓射壓力；p3—系統(tǒng)壓力；p200—增壓壓力穩(wěn)態(tài)值；t1—慢壓射時間；t2—快壓射時間；t3—系統(tǒng)升壓時間；t4—增壓延時時間；t5—增壓時間a—壓射沖頭速度與壓射時間的關系曲線；b—壓射壓力與壓射時間的關系曲線壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章44壓射壓力就是在充模剛結(jié)束時壓射沖頭作用于金屬液面上的力。壓射比壓就是在充模剛結(jié)束時壓射沖頭作用于單位面積金屬液面上的壓力。3）壓射比壓的選擇壓射比壓的選擇應根據(jù)壓鑄件的形狀、尺寸、復雜程度、壁厚、合金的特性、溫度及排溢系統(tǒng)等確定。正確選擇壓射比壓的大小對鑄件的力學性能、表面質(zhì)量和模具的使用壽命都有很大的影響。壓力參數(shù)及其選擇

4壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章45一般在保證壓鑄件成形和使用要求的前提下選用較低的比壓。選擇合適的壓射比壓可以改善鑄件的力學性能：鑄件在較高的比壓下凝固，可以↑內(nèi)部組織的致密度，強度↑；但隨著比壓增大↑↑，鑄件的塑性指標↓，強度也會↓，力學性能惡化?！鼔荷浔葔嚎梢蕴岣呓饘僖旱某淠Ｄ芰Γ乐硅T件產(chǎn)生冷隔或充填不足的缺陷，獲得輪廓清晰的鑄件。比壓↑↑，會加劇金屬液在充模時對型腔的沖擊，加速模具的磨損，影響模具的壽命。3）壓射比壓的選擇壓力參數(shù)及其選擇

4壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章46在壓鑄中，壓鑄速度有壓射速度和充填速度兩個不同概念。壓射速度是指壓鑄機壓射缸內(nèi)的液壓推動壓射沖頭前進的速度；充填速度是指液體金屬在壓力作用下，通過內(nèi)澆道進入型腔的線速度。速度參數(shù)及其選擇

5《壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章47熔融金屬在壓射沖頭的推動下，經(jīng)過澆注系統(tǒng)內(nèi)澆口時的速度可以認為不變化或變化很小。把流動過程看成在一封閉的管道中進行，根據(jù)等流量連續(xù)方程：壓射速度由壓鑄機的特性決定，一般在0.1—7m/s范圍內(nèi)變動。1）壓射速度和內(nèi)澆口截面積對充填速度的影響v1----壓射速度（m/s）v2----充填速度（m/s）Ad----壓射沖頭（近似壓室）截面積（m2)d----壓室（壓射沖頭）的直徑（m）Aj----內(nèi)澆口截面積（m2)速度參數(shù)及其選擇

5壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章482）充填速度與壓射比壓的關系充填速度與壓射比壓是兩個密切相關的物理量?？紤]粘度和摩擦阻力的影響根據(jù)伯努力方程：2----充填速度（m/s）Pb----壓射比壓（Pa）g----重力加速度（m/s2）

----液體金屬的重度（N/m3）----阻力系數(shù)（一般取0.358）速度參數(shù)及其選擇

5壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章49充填速度↓↓，會使鑄件的輪廓不清，甚至不能成形。充填速度↑↑，會引起鑄件粘型并使鑄件內(nèi)部氣孔率↑，使力學性能↓。充填速度也是壓鑄工藝主要參數(shù)之一，充填速度的高低直接影響壓鑄件的內(nèi)部和外觀質(zhì)量。3）充填速度的選用速度參數(shù)及其選擇

5壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章50合金的澆注溫度較低、合金和模具材料的導熱性能好、內(nèi)澆道厚度較大時，也要選擇較高的充填速度。充填速度的選擇，一般應遵循的原則：對于厚壁或內(nèi)部質(zhì)量要求較高的鑄件，應選擇較低的充填速度和高的增壓比壓；對于薄壁或表面質(zhì)量要求高的鑄件以及復雜的鑄件，應選擇較高的比壓和高的充填速度；速度參數(shù)及其選擇

5壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章51合金澆注溫度是指金屬液從壓室進入型腔的平均溫度，通常用保溫爐內(nèi)的溫度表示，一般高于合金液相線20~30℃。1）合金澆注溫度

澆注溫度↑↑，合金收縮大，使鑄件容易產(chǎn)生裂紋，鑄件晶粒粗大，還能造成脆性；

澆注溫度↓↓，易產(chǎn)生冷隔、表面流紋和澆不足等缺陷；溫度參數(shù)及其選擇6》壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章52

各種壓鑄合金澆注溫度溫度參數(shù)及其選擇6壓鑄件壁厚≤3mm壓鑄件壁厚＞3mm簡單結(jié)構(gòu)復雜結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)復雜結(jié)構(gòu)鋅合金含Al的420～440430～450410～430420～440含Cu的520～540530～550510～530520～540鋁合金含Si的610～630640～680590～630610～630含Cu的620～650640～700600～640620～650含Mg的640～660660～700620～660640～670鎂合金640～680660～700620～660640～680銅合金普通黃銅870～920900～950850～900870～920硅黃銅900～940930～970880～920900～940壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章532）壓鑄模具的溫度壓鑄模工作溫度一般可按下式計算：----壓鑄模工作溫度（℃）----液體金屬的澆注溫度（℃）----溫度控制公差（一般取25℃）壓鑄模工作溫度↑↑①產(chǎn)生粘模（特別是鋁合金）②鑄件來不及凝固、推出溫度過高而導致變形③模具的運動部件卡死④鑄件冷卻緩慢，造成晶粒粗大而影響其力學性能壓鑄模冷卻措施：壓縮空氣、水或其他液體

溫度參數(shù)及其選擇6壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章54

避免液體金屬在模具中因激冷而很快失去流動性，使鑄件不能順利充型，造成澆不足、冷隔、“冰凍”等缺陷，或即使成形也因激冷增大線收縮，引起鑄件產(chǎn)生裂紋或表面粗糙度增加等缺陷；壓鑄模在壓鑄生產(chǎn)前應預熱到一定溫度，在生產(chǎn)過程中要始終保持在一定的溫度范圍內(nèi)。

壓鑄模預熱的作用有三個方面：

避免高溫液體金屬對冷壓鑄模的“熱沖擊”而導致過早熱疲勞失效，以延長壓鑄模使用壽命；壓鑄模中間隙部分的熱膨脹間隙應在生產(chǎn)前通過預熱加以調(diào)整，不然合金液會穿入間隙而影響生產(chǎn)的正常進行。壓鑄模的預熱方法：一般常用噴燈噴燒、煤氣噴燒、電阻加熱或電感應加熱。溫度參數(shù)及其選擇6壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章55不同壓鑄合金的壓鑄模預熱溫度及工作溫度溫度參數(shù)及其選擇6壁厚≤3mm壁厚＞3mm簡單結(jié)構(gòu)復雜結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)復雜結(jié)構(gòu)鋅合金預熱溫度130~180150~200110~140120~150連續(xù)工作保持溫度180~200190~220140~170150~200鋁合金預熱溫度150~180200~230120~150150~180連續(xù)工作保持溫度180~240250~280150~180180~200鋁鎂合金預熱溫度170~190220~240150~170150~180連續(xù)工作保持溫度200~220260~280180~200180~200鎂合金預熱溫度150~180200~230120~150170~190連續(xù)工作保持溫度180~240250~280150~180200~240銅合金預熱溫度200~230230~250170~200200~230連續(xù)工作保持溫度300~325325~350250~300300~350壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章56《充填時間：金屬液自開始進入模具型腔到充滿型腔所需的時間。最佳的充填時間——充填時間的長短取決于鑄件的大小、復雜程度、內(nèi)澆口處的面積和充填速度。在壓鑄過程中，充填時間對鑄件質(zhì)量的影響：充填時間↑，充填速度↓，有利于排氣，但鑄件表面粗糙度較高；充填時間↓，充填速度↑，可獲得表面粗糙度較低的鑄件，但鑄件的致密度較差，鑄件內(nèi)部的氣孔量較多。1）充填時間時間參數(shù)及其選擇

7壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章57對大而簡單的鑄件，充填時間要相對長些；對復雜和薄壁鑄件充填時間要短些。當壓鑄件體積確定后，充填時間與充填速度和內(nèi)澆口截面積之乘積成反比。時間參數(shù)及其選擇

7壓鑄件平均壁厚b/mm充填時間t/s壓鑄件平均壁厚b/mm充填時間t/s10.010~0.01450.048~0.0721.50.014~0.02060.056~0.06420.018~0.02670.066~0.1002.50.022~0.03280.076~0.11630.028~0.04090.088~0.1383.50.034~0.050100.100~0.16040.040~0.060壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章58持壓時間長短取決于壓鑄件的材料和壁厚。對于熔點高、結(jié)晶溫度范圍大的厚壁壓鑄件，持壓時間應長些，對熔點低、結(jié)晶溫度范圍小的薄壁壓鑄件、持壓時間可以短些。2）持壓時間持壓時間的作用：

使壓射沖頭有足夠的時間將壓力傳給未凝固的金屬，使之在壓力下結(jié)晶，以獲得較致密組織的鑄件。持壓時間----從液態(tài)金屬充滿型腔到內(nèi)澆口完全凝固，在沖頭壓力作用下所持續(xù)的時間。時間參數(shù)及其選擇

7壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章59停留時間過短，由于鑄件強度尚低，可能在鑄件頂出和自壓鑄模落下時引起變形，對強度差的合金還可能因為內(nèi)部氣孔的膨脹而產(chǎn)生表面氣泡。3）留模時間留模時間是指持壓時間終了到開模推出壓鑄件的時間，以推出壓鑄件不變形、不開裂的最短時間為宜。停留時間太長，則鑄件溫度過低，收縮大，對抽芯和頂出鑄件的阻力亦大：對熱脆性合金還能引起鑄件開裂，同時也會降低壓鑄機的效率。時間參數(shù)及其選擇

7壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章60時間參數(shù)及其選擇

7生產(chǎn)中常用的持壓時間

s合金壓鑄件壁厚＜2.5mm壓鑄件壁厚2.5~6mm鋅合金1~23~7鋁合金1~23~8鎂合金1~23~8銅合金2~35~10各種壓鑄合金常用留模時間

s合金鑄件壁厚＜3mm鑄件壁厚3~4mm鑄件壁厚＞5mm鋅合金5~107~1220~25鋁合金7~1210~1525~30鎂合金7~1210~1515~25銅合金8~1515~2025~30壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章61壓鑄過程中對模具型腔、型芯表面、滑塊、推出元件、壓鑄機的沖頭和壓室等所噴涂的潤滑材料和稀釋劑的混合物，通稱為壓鑄涂料?！磯鸿T用涂料

8壓鑄用涂料的種類（名稱）、配制方法及適用范圍詳見教材或其他有關設計手冊。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章621）壓鑄涂料的作用壓鑄用涂料

80YYourTextHereYourTextHere壓鑄涂料的作用高溫時保持良好的潤滑性能，減少壓鑄件與模具成型部分尤其是型芯之間的摩擦，便于推出，延長模具壽命，提高壓鑄件的表面質(zhì)量；預防粘模（對鋁、鋅合金）

為壓鑄合金和模具之間提供有效的隔離保護層，避免金屬液直接沖刷型腔和型芯表面，改善模具的工作條件；降低模具熱導率，保持金屬液的流動性，提高金屬的成型性；壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章63壓鑄用涂料

8

（1）在高溫狀態(tài)下具有良好的潤滑性；

（3）涂敷性要好，對壓鑄模和壓鑄件無腐蝕作用；（5）高溫時不分解出有害氣體，且不會在壓鑄模型腔表面產(chǎn)生積垢；（2）揮發(fā)點低，在100~150℃，稀釋劑能很快揮發(fā)；（4）性能穩(wěn)定，在空氣中稀釋劑不應揮發(fā)過快而變稠，存放期長；

（6）配制工藝簡單，來源豐富，價格便宜。2）對涂料的要求

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章64

噴涂涂料后，應特別注意壓鑄模排氣道的清理。3）涂料的使用

特別注意用量，要避免厚薄不均或者太厚；

噴涂時，涂料濃度要加以控制。涂刷時，在刷后應用壓縮空氣吹勻；

噴涂或涂刷后，應待涂料中的稀釋劑揮發(fā)后再合模澆注；

大多數(shù)壓鑄模應每壓一次都上一次涂料，上涂料的時間要盡可能短；

一般對糊狀或膏狀涂料可用棉絲或硬毛刷涂刷；

有壓縮氣源的地方可用噴槍噴涂（適合油脂類涂料）；

對于轉(zhuǎn)折、凹角部位應避免涂料沉積。壓鑄用涂料

8壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章65特殊壓鑄工藝簡介

91）真空壓鑄

真空壓鑄是用真空泵抽出壓鑄模型腔內(nèi)的空氣，建立真空后注入金屬液的壓鑄方法。其真空度在52~82kPa（380~600mmHg）的范圍內(nèi)。這樣的真空度可以用機械泵來獲得。對于薄壁與復雜的壓鑄件真空度應高些。真空壓鑄工藝由來已久，型腔抽氣在技術上也已圓滿解決，因此，真空壓鑄在20世紀50年代時曾被廣泛應用。但目前，真空壓鑄只用于生產(chǎn)要求耐壓、機械強度高或要求熱處理的高質(zhì)量零件，如傳動箱體、氣缸體等重要而結(jié)構(gòu)復雜的鑄件?！秹鸿T成形工藝與模具設計（）——第1章66特殊壓鑄工藝簡介

92）充氧壓鑄

充氧壓鑄僅適用于鋁合金壓鑄。所謂充氧壓鑄，就是指將干燥的氧氣充入壓室和壓鑄模型腔，以取代其中的空氣和其他氣體，使壓鑄過程中殘留在型腔中的氧與鋁液反應形成Al2O3質(zhì)點，從而消除不充氧時壓鑄件內(nèi)部形成的氣孔。這種Al2O3質(zhì)點顆粒細小，約在1μm以下，其質(zhì)量占壓鑄件總質(zhì)量的0.1%~0.2%，不影響力學性能，并可使壓鑄件進行熱處理。充氧壓鑄是消除鋁合金壓鑄件氣孔，提高壓鑄件質(zhì)量的一個有效途徑。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章67特殊壓鑄工藝簡介

93）精速密壓鑄

精速密壓鑄是精確、快速及密實的壓鑄方法的簡稱。它采用兩個套在一起的內(nèi)外壓射沖頭，故又稱套筒雙沖頭壓鑄法。在壓射開始時，內(nèi)外沖頭同時壓射，當填充結(jié)束壓鑄件外殼凝固型腔達到一定壓力后，限時開關啟動，內(nèi)壓射沖頭繼續(xù)前進，推動壓室內(nèi)的金屬液補充壓實壓鑄件。圖（d）所示的結(jié)構(gòu)為在壓鑄模上另設補充壓射沖頭，對壓鑄件補充壓實，以獲得致密的組織。也可將補充壓射沖頭設在壓鑄件的厚壁處。

(a)開始狀態(tài)(b)中間狀態(tài)(c)壓實狀態(tài)(d)補充壓射沖頭示意圖1-外壓射沖頭2-內(nèi)壓射沖頭3-補充壓射沖頭4-推桿壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章68特殊壓鑄工藝簡介

94）半固態(tài)壓鑄

1-壓鑄合金；2-連續(xù)供給合金液；3-感應加熱器；4-冷卻器；5-流變鑄錠；6-坯料；7-軟度指示計；8-坯料重新加熱裝置；9-壓室；10-壓鑄模半固態(tài)壓鑄裝置原理示意圖流變壓鑄法

(b)觸變壓鑄法壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章69特殊壓鑄工藝簡介

95）黑色金屬壓鑄

由于黑色金屬比有色金屬熔點高，冷卻速度快，凝固范圍窄，流動性差，使黑色金屬壓鑄時壓室和壓鑄模的工作條件十分惡劣，壓鑄模壽命低，一般材料很難適應要求。此外，在液態(tài)下長期保溫黑色金屬易于氧化，從而又帶來了工藝上的困難。為此，尋求新的壓鑄模材料，改進壓鑄工藝就成了發(fā)展黑色金屬壓鑄的關鍵。近年來，由于模具材料的發(fā)展使黑色金屬壓鑄進展較快，目前灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、碳鋼、不銹鋼和各種合金鋼等黑色金屬均可壓鑄成形。高熔點的耐熱合金（主要是鉬基合金、鎢基合金）是目前黑色金屬壓鑄中常用的壓鑄模材料，它們都具有良好的抗熱疲勞性能。雖然鉬基合金和鎢基合金價格昂貴，但壽命長，所以綜合經(jīng)濟指標還是合理的。

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章70本章小結(jié)壓鑄過程基于兩種方式：一是熱室壓鑄，二是冷室壓鑄；液體金屬充填壓鑄模型腔的過程是一個非常復雜的過程，正確認識金屬液的流動狀態(tài)及其變化，掌握金屬充填形態(tài)的規(guī)律，并充分利用金屬液的這種特性，是合理設計澆注系統(tǒng)，進而壓鑄出良好壓鑄件的一個決定性因素。壓鑄工藝是將壓鑄機、壓鑄模和壓鑄合金三大要素有機的組合而加以綜合運用的過程。壓鑄工藝中主要參數(shù)涉及壓力、速度、溫度和時間，這些參數(shù)是互相影響和互相制約的，壓鑄時金屬液填充型腔的過程，是使壓力、速度、溫度以及時間等工藝因素得到動態(tài)平衡的過程，調(diào)整一個參數(shù)會引起相應的工藝參數(shù)的變化，因此，正確選擇各工藝參數(shù)是十分重要的。壓鑄涂料的謹慎選用與合理的噴涂操作是保證壓鑄件質(zhì)量、提高壓鑄模壽命的一個重要因素。本章的內(nèi)容主要包括：壓鑄過程的基本原理、液態(tài)金屬充填理論概述、液態(tài)金屬的流動狀態(tài)及其流動特性、充填時液態(tài)金屬的種類及對其特性的應用、影響壓鑄金屬流的因素、金屬流與壓鑄件的質(zhì)量、壓力參數(shù)及其選擇、速度參數(shù)及其選擇、溫度參數(shù)及其選擇、時間參數(shù)及其選擇、壓鑄用涂料。同時對其他特殊壓鑄工藝做了簡要介紹。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第1章71關鍵術語壓力鑄造（diecasting）壓鑄模（die-castingdie）壓室（pressurechamber）壓射（shot/injection）壓射沖頭（injectingram/plunger）充填速度（fillingvelocity）壓射速度（injectionspeed）壓射比壓（injectionpressure）充填時間（fillingtime）合金澆注溫度（pouringtemperature）壓鑄涂料（coatingfordiecasting/releaseagent）充氧壓鑄（pore-freediecasting）精速密壓鑄（Acuraddiecasting）真空壓鑄（evacuateddiecasting/vacuumdiecasting）半固態(tài)壓鑄（rheocasting/semisolidcasting/thixocasting）第2章壓鑄合金本課程配套教材：《壓鑄成形工藝與模具設計》（）主編江昌勇叢書名：高等院校材料專業(yè)"互聯(lián)網(wǎng)+"創(chuàng)新規(guī)劃教材【本章要點與提示】知識要點目標要求學習方法壓鑄合金的基本要求熟悉通過多媒體課件中的圖片演示，獲得對壓鑄合金的初步認識，在理解的基礎上加深記憶。壓鑄合金的種類及常用壓鑄合金的特點重點掌握這是本章的重點內(nèi)容，通過各壓鑄合金的介紹和資料對比，結(jié)合老師講解，掌握每種壓鑄合金的用途和特點。壓鑄合金的選用掌握在理解各壓鑄合金特點的基礎上掌握合理選用合金的方法。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章73【導入案例】壓鑄合金在壓鑄件總成本中占有相當大的比重，這不僅因合金本身的成本，而且還因合金種類及其性能影響到壓鑄模壽命、決定采用的壓鑄機類型以及所適應的表面修飾方法等等。在壓鑄生產(chǎn)中，常用的壓鑄合金為鋁合金、鋅合金、鎂合金和銅合金，最早用于壓鑄的鉛、錫合金現(xiàn)在僅用于個別場合。近年來，黑色金屬壓鑄特別是不銹鋼的壓鑄已有一定的進展，但仍處于初始階段，在國內(nèi)用于生產(chǎn)者尚少。(a)

汽車零件(b)

電動工具殼體

試判斷圖示的壓鑄件一般適合采用哪類合金壓鑄。(d)閥類壓鑄件(e)照相機外殼(c)管件壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章74主要內(nèi)容二三一對壓鑄合金的要求

壓鑄合金分類及主要性質(zhì)

壓鑄合金的選用壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章75一、對壓鑄合金的要求

性能類別項目內(nèi)容使用性能力學性能抗拉強度、高溫強度、伸長率、硬度物理性能密度、液相線溫度、固相線溫度、線膨脹率、體膨脹率、比熱容、熱導率化學性能耐熱性、耐蝕性工藝性能鑄造工藝性流動性、抗熱裂性、模具粘附性切削加工性、焊接性能、電鍍性能、熱處理性能壓鑄合金，即壓鑄件的材料。要獲得質(zhì)量優(yōu)良的壓鑄件，除了要有設計合理的零件結(jié)構(gòu)和形狀、完善的壓鑄模、準確的壓鑄工藝方案和工藝性能優(yōu)良的壓鑄機外，還需要有性能優(yōu)良的壓鑄合金材料。合金材料的性能包括使用性能和工藝性能兩方面，見下表。使用性能是壓鑄件的使用條件對壓鑄合金提出的一般要求，包括物理、化學、力學性能等。工藝性能則是從壓鑄工藝方面對合金材料提出的要求。

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章76一、對壓鑄合金的要求

根據(jù)壓鑄的工藝特點，用于壓鑄的合金應具有以下性能：具有足夠的高溫強度和塑性，且熱脆性小，以滿足零件的力學性能要求。在過熱溫度不高時具有較好的流動性，便于填充復雜型腔，以獲得表面質(zhì)量良好的壓鑄件。結(jié)晶溫度范圍小，防止壓鑄件產(chǎn)生過多縮孔和疏松。線收縮率和裂紋傾向盡可能小，以免影響壓鑄件的尺寸精度和產(chǎn)生裂紋。與型腔壁之間產(chǎn)生的物理-化學作用傾向小，以減少粘模和相互合金化。具備良好的可加工性能和耐蝕性，以滿足機械加工要求和使用環(huán)境要求。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章77二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)1.壓鑄鋅合金

1）壓鑄鋅合金的特點熔點低，壓鑄性能很好，具有填充成形容易、可以壓鑄形狀復雜、薄壁的精密件，鑄件表面光滑，尺寸精度高；結(jié)晶溫度范圍小、不易產(chǎn)生疏松；澆注溫度較低、模具的使用壽命較長；不易粘附模具型壁，不腐蝕模具；力學性能也較高，特別是抗壓和耐磨性都很好；密度大；鋅合金鑄件能夠很好地接受各種表面處理，如電鍍（Cr、Ni等）、噴涂、噴漆等。壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章78缺點：老化現(xiàn)象尺寸變化----易老化，抗腐蝕性不高。它是鋅合金的應用范圍受到限制的主要原因。溫度低于0℃時．其沖擊韌度急劇地降低；溫度升高時，力學性能下降，且易發(fā)生蠕變。----鋅合金在壓鑄成為鑄件后會發(fā)生尺寸的收縮，開始收縮速度比較快，到三五天以后，大約完成了2/3后收縮速度減慢，尺寸逐漸趨于穩(wěn)定。尺寸變化是由于壓鑄后內(nèi)部組織的變化、濕空氣和高溫引起的腐蝕作用的結(jié)果。二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)1.壓鑄鋅合金

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章79二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)1.壓鑄鋅合金

2）合金牌號及代號表示方法

合金代號合金牌號壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章80二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)1.壓鑄鋅合金

3）技術要求

壓鑄鋅合金化學成分（GB/T13818-2009）

質(zhì)量分數(shù)/%序號合金牌號合金代號主要成分雜質(zhì)含量（不大于）鋁Al銅Cu鎂Mg鋅Zn鐵Fe鉛Pb錫Sn鎘Cd1YZZnAl4AYX040A3.9～4.3≤0.10.030～0.060余量0.0350.0040.00150.0032YZZnAl4BYX040B3.9～4.3≤0.10.010～0.020余量0.0750.0030.00100.0023YZZnAl4Cu1YX0413.9～4.30.7～1.10.030～0.060余量0.0350.0040.00150.0034YZZnAl4Cu3YX0433.9～4.32.7～3.30.025～0.050余量0.0350.0040.00150.0035YZZnAl8Cu1YX0818.2～8.80.9～1.30.020～0.030余量0.0350.0050.00500.0026YZZnAl11Cu1YX11110.8～11.50.5～1.20.020～0.030余量0.0500.0050.00500.0027YZZnAl27Cu2YX27225.5～28.02.0～2.50.012～0.020余量0.0700.0050.00500.002注：YZZnAl4B的Ni含量為0.005～0.020壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章81二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)1.壓鑄鋅合金

壓鑄鋅合金中主要元素的作用

元素含量變化對鑄造性能的影響對力學性能的影響對抗蝕性能的影響對其他性能的影響Al>4.5%—沖擊韌度下降，其他性能變化不大——>5%—力學性能下降，合金變脆易發(fā)生晶間腐蝕—<3.5%流動性降低，熱裂和收縮量增加———Cu提高到1.25%—強度和硬度都有所提高可減少晶間腐蝕—>4%—沖擊韌度下降由于鋁，產(chǎn)生晶間腐蝕—Fe存在—力學性能下降抗蝕性能下降生成Fe-Al化合物、惡化切削性能Pb/Sn/Cd萬分之幾—強度下降產(chǎn)生晶間腐蝕體積和尺寸發(fā)生變化壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章82二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)1.壓鑄鋅合金

鋅合金牌號對照表

中國，合金代號YX040AYX040BYX041YX043YX081YX111YX272北美商業(yè)標準（NADCA）No.3No.7No.5No.2ZA-8ZA-12ZA-27美國材料試驗學會（ASTM）AG-40AAG-40BAG-41A壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章83二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)1.壓鑄鋅合金

4）壓鑄鋅合金的應用

用鋅合金壓鑄的產(chǎn)品，具有優(yōu)良的表面質(zhì)量，目前已廣泛用于制造玩具、餐具、鎖具、五金裝飾件、電氣與電子鑄件、浴室配件、汽車零配件、拉鏈、金屬扣、表殼、風扇、生活用品、家用電器、照相器材、音響、機電產(chǎn)品及零件。合金牌號合金代號特點用途YZZnAl4YX040熔點低，模具壽命長；鑄造工藝性好，可壓鑄特別復雜的薄壁件；不宜粘模，具有良好的常溫性能；焊接和電鍍性能良好；密度大；抗蝕性差；鋅對有害雜質(zhì)的作用極為敏感，必須采用純度高的原材料進行熔制，并對合金嚴格管理。尺寸穩(wěn)定的合金，用于高精度零件YZZnAl4Cu1YX041中強度合金，用于鍍鉻及不鍍鉻的各種零件YZZnAl4Cu3YX043高強度合金，用于鍍鉻的各種小型薄壁零件壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章84二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)1.壓鑄鋅合金

4）壓鑄鋅合金的應用

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章85二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)2.壓鑄鋁合金

1）壓鑄鋁合金的特點

密度較鋅合金小，比強度大(σb/ρ=9~15)，高溫力學性能也很好，在低溫下工作時，同樣保持良好的力學性能（尤其是韌性）；具有良好的耐蝕性，在高溫工作時，仍有良好的抗蝕性和抗氧化性能；鋁合金的導電性和導熱性都很好，并具有良好切削性能；鋁有較大的比熱容和凝固潛熱，大部分的鑄鋁合合均有較小的結(jié)晶溫度間隔；線收縮率較小，具有良好的填充性能、較小的熱裂傾向。鋁合金具有良好的壓鑄性能：壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章86二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)2.壓鑄鋁合金

2）合金牌號及代號表示方法合金牌號

合金代號壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章87二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)2.壓鑄鋁合金

3）技術要求

壓鑄鋁合金的化學成分（GB/T15115-2009）

序號合金牌號合金代號化學成分(質(zhì)量分數(shù))/%硅Si銅Cu錳Mn鎂Mg鐵Fe鎳Ni鈦Ti鋅Zn鉛Pb錫Sn鋁Al1YZAlSi10MgYL1019.0~10.0≤0.6≤0.350.45~0.65≤1.0≤0.50—≤0.40≤0.10≤0.15余量2YZAlSi12YL10210.0~13.0≤1.0≤0.35≤0.10≤1.0≤0.50—≤0.40-≤0.10≤0.15余量3YZAlSi10YL1048.0~10.5≤0.30.2~0.50.30~0.500.5~0.8≤0.10—≤0.30-≤0.05≤0.01余量4YZAlSi9Cu4YL1127.5~9.53.0~4.0≤0.50≤0.10≤1.0≤0.50—≤2.90≤0.10≤0.15余量5YZAlSi11Cu3YL1139.5~11.52.0~3.0≤0.50≤0.10≤1.0≤0.30—≤2.90≤0.10—余量6YZAlSi17Cu5MgYL11716.0~18.04.0~5.0≤0.500.50~0.70≤1.0≤0.10≤0.20≤1.40---≤0.10—余量7YZAlMg5Si1YL302≤0.35≤0.25≤0.357.60~8.60≤1.1≤0.15—≤0.15≤0.10≤0.15余量壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章88元素對合金的作用或影響硅可顯著改善合金的流動性，抑制高溫脆性。銅可以提高流動性、抗拉強度和硬度，改善切削性能和減少粘模的傾向，但降低了合金的伸長率和耐蝕性，熱裂傾向增大。鎂可改善合金的流動性，減少粘模傾向，但收縮卻增大。高硅鋁合金中加入少量鎂，可以提高強度極限、彈性極限、疲勞極限和硬度。鋅提高流動性；對于含銅和硅的鋁合金，添加鋅有助于改善力學性能。鐵鐵能減少粘模傾向，易于壓鑄。但鐵量太多時，形成片狀或針狀組織存在于合金中，使合金鑄造性能變壞，降低力學性能。鎳增加合金的強度和硬度，減少含鐵量多時所產(chǎn)生的不良影響。錫改善切削性能，但會降低強度和耐蝕性，助長高溫脆性。合金元素對壓鑄鋁合金性能的影響二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章89國內(nèi)外主要壓鑄鋁合金代號對照表二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)合金系列中國GB/T15115-2009美國ASTMB

179-06日本JISH2118:2006歐洲EN1676:1997Al-SiYL102A413.1AD1.1ENAB-47100Al-Si-MgYL101A360.1AD3.1ENAB-43400YL104360.2——Al-Si-CuYL112A380.1AD10.1ENAB-46200YL113383.1AD12.1ENAB-46100Al-MgYL117B390.1AD14.1—YL302518.1——壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章90

壓鑄鋁合金的性能及其他特性表二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)合金牌號YZAlSi10MgYZAlSi12YZAlSi10YZAlSi9Cu4YZAlSi11Cu3YZAlSi17Cu5MgYZAlMg5Si1合金代號YL101YL102YL104YL112YL113YL117YL302抗熱裂性1112145致密性2122245充型能力3132115不粘型性2111225耐濕性2214331加工性3433251拋光性3533351電鍍性2321135陽極處理3533351氧化保護層3334451高溫強度1313234注：1表示最佳，5表示最差壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章91飲料容器；建筑材料；航空航天工業(yè)；地面運輸工業(yè)；造船及發(fā)動機；電氣和電子學材料；熱交換器輕高比強度高電（熱）導率好的耐蝕特性無磁性無毒低熔點，易溶化和易鑄造機械加工性好成本低二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)2.壓鑄鋁合金

4）壓鑄鋁合金的應用

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章92二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)壓鑄鋁合金特點及應用舉例

代號合金特點應用舉例YL102具有較好的抗熱裂性能和很好的氣密性，以及很好的流動性，不能熱處理強化，抗拉強度低用于承受低負荷、形狀復雜的薄壁鑄件，如各種儀表殼體、汽車機匣、牙科設備、活塞等YL101較好的抗腐蝕性能，較高的沖擊韌性和屈服強度，但鑄造性能稍差汽車車輪罩、摩托車曲軸箱、自行車車輪、船外機螺旋槳等YL104YL112具有好的鑄造性能和力學性能，很好的流動性、氣密性和抗熱裂性，較好的切削加工性、拋光性常用作齒輪箱、空冷氣缸頭、發(fā)報機機座、割草機罩子、氣動剎車、汽車發(fā)動機零件，摩托車緩沖器、發(fā)動機零件及箱體，農(nóng)機具用箱體、缸蓋和缸體，3C產(chǎn)品殼體，電動工具、縫紉機零件、漁具、煤氣用具、電梯零件等。YL112的典型用途為帶輪、活塞和氣缸頭等YL113具有特別好的流動性、中等的氣密性和好的抗熱裂性，特別是具有高的耐磨性和低的熱膨脹系數(shù)主要用于發(fā)動機機體、剎車塊、帶輪、泵和其他要求耐磨的零件YL117YL302耐蝕性能強，沖擊韌性高，伸長率差，鑄造性能差汽車變速器的油泵殼體，摩托車的襯墊和車架的聯(lián)結(jié)器，農(nóng)機具的連桿、船外機螺旋槳、釣魚竿及其卷線筒等零件壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章93汽車上的應用二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章94摩托車上的應用二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章95電動工具上的應用二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章961）鎂合金的特點

鎂合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，純鎂密度為1.74g/cm3，鎂合金密度為1.75～1.90g/cm3，故它有很高的比強度，在鑄造材料中僅次于鑄鈦合金和高強度結(jié)構(gòu)鋼。3.壓鑄鎂合金二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)鎂合金具有明顯的性能優(yōu)勢：比強度和比剛度高；導熱導電性能好；電磁屏蔽能力強；良好的壓鑄成型性能、阻尼性能、減振性能及切削加工性能；回收利用率高；被譽為21世紀的綠色工程材料.

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章97鎂合金的優(yōu)點質(zhì)輕，其密度是鋁的2/3、鋼的1/4，比強度和比剛度高;具有優(yōu)良的阻尼減振性能，疲勞強度比鋁合金高;受沖擊載荷時，所吸收的能量比鋁合金大一半以上;具有熔點低、凝固快、凝固收縮小、不腐蝕鋼質(zhì)模具等特點；易于回收和切削加工;具有良好的電磁屏蔽性能、導熱導電性能;鎂含金具有優(yōu)良的脫模性能，在壓鑄時，與鐵的親和力小，即使采用較小的出模斜度也不會出現(xiàn)粘?，F(xiàn)象。二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章98鎂與氧的化學親和力很大，且表面生成的氧化鎂膜是不致密的，故氧化劇烈很易燃燒。因此鎂的熔煉和鑄造均需采用專門的防護措施。鑄鎂合金的結(jié)晶溫度間隔一般都比較大，組織中的共晶體量也較少，體收縮和線收縮均較大，鎂合金壓鑄時，易產(chǎn)生縮松和熱裂。鎂的標準電極電位較低，其表面形成的氧化膜是不致密的，因而抗蝕性較低，故鎂鑄件常需進行表面氧化處理和涂漆保護。鎂合金的缺點二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章99二、壓鑄合金分類及主要性質(zhì)3.壓鑄鎂合金

2）合金牌號及代號表示方法合金牌號

合金代號

壓鑄成形工藝與模具設計（）——第2章100鎂作為一種迅速崛起的工程金屬