文献综述
压铸的优点和缺陷及解决方法
(重庆理工大学，材料科学与工程学院，107090103，重庆 400054)
摘要： 摘要 主要介绍压铸生产中常见缺陷;模具被腐蚀;产品表面硬杂点;铸件缩孔等。分析了常
见缺陷产生的原因，并提出解决办法及工艺措施。
关键词：压铸机；压力铸造；铝合金；气孔；收孔缩松
1、压铸工艺的特点及铸件优点
压力铸造(简称压铸)的实质是在高压作用下， 使液态或半固态金属以极高的速度充填进 入压铸模具型腔，并在压力作用下成型和冷却凝固而获得铸件的一种成形工艺。由此可见， 高压和高速充填压铸模具型腔是压铸工艺的两大特点——它常用的压射比压是从几千至几 万 KPa，最高时甚至达到 2×105KPa；同时，它的充填速度约在 10~50m/s，有些时候甚至可 达 100m/s 以上，因而充填时间很短，一般在 0.01~0.2s 范围内。 由于有着高压和高速充填压铸模具型腔这两大特点，压铸工艺相比于其它液态形方法， 具有以下 3 方面优点： ① 产品质量好： 1. 铸件尺寸精度高，一般可达 IT11~IT13 级，有时甚至高达 IT9 级； 2. 表面光洁度好，表面粗糙度达 Ra0.8~3.2µm，有时甚至可达 Ra0.4µm； 3. 压铸件组织致密，具有较高的强度和硬度：因为液态金属是在压力下冷却凝固的， 加上充填时间极短，冷却速度极快，所以在压铸件上靠近表面的一层金属晶粒较细，组织致 密， 这不仅使铸件表面具有良好的耐磨性和耐蚀性， 还提高了整个铸件的硬度——压铸件抗 拉给出强度一般比砂型铸造提高 25~30%，但伸长率有所下降。 4. 尺寸稳定，产品互换性好; 5. 可以制造形状复杂、轮廓清晰、薄壁深腔的金属零件：因为熔融金属在高压高速下 保持高的流动性，因而能够获得其他工艺方法难以加工的金属零件。例如，当前锌合金压铸 件最小壁厚可达 0.3mm； 铝合金铸件可达 0.5mm； 最小铸出孔径为 0.7mm;最小螺距为 0.75mm。 ② 生产效率高： 1. 机器生产率高， 例如国产 J Ⅲ3 型卧式冷室压铸机平均八小时可压铸 600~700 次， 小型热室压铸机平均每八小时可压铸 3000~7000 次； 2. 压铸模具寿命长，一副用于压铸铝合金的压铸模具， 寿命一般可达 6~8 万次，有 时甚至高达上十万次；
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3. 易于实现机械化和自动化。 ③ 经济效果优良： 1. 材料利用率高：由于压铸件具有尺寸精确、表面粗糙度值低等优点，因此它们一般 不需要再进行机械加工而可以直接装配使用， 或者加工量很小， 只需要经过少量的机械加工 就可以装配使用，所以既提高了金属的利用率，又减少了大量的加工设备和工时。其材料利 用率约为 60%~80%，毛坯利用率约为 90%。 2. 压铸件的价格较为便宜： 3. 在压铸件上可以直接嵌铸其他材料的零件，以节省贵重材料和加工工时：这样既可 以满足了使用要求，扩大产品用途，又减少了装配工作量，使制造工艺得以简化。
2.压铸件存在缩孔缩松的问题及解决方法
2.1 压铸件缩孔缩松现象存在的原因 压铸件缩孔缩松现象产生的原因只有一个， 那就是由于金属熔体充型后， 由液相转变成 固相时必然存在的相变收缩。由于压铸件的凝固特点是从外向内冷却，当铸件壁厚较大时， 内部必然产生缩孔缩松问题。 所以，就压铸件来说,特别是就厚大的压铸件来说，存在缩孔缩松问题是必然的，是不 可以解决的。 2.2 解决压铸件缩孔缩松缺陷的途径 压铸件缩孔缩松问题，不能从压铸工艺本身得到彻底解决，要彻底解决这个问题，只能 超越该工艺，或者说是从系统外寻求解决的办法。 从工艺原理上说,解决铸件缩孔缩松缺陷，只能按照通过补缩的工艺思想进行，铸件凝 固过程的相变收缩，是一种自然的物理的现象，我们不能逆这种自然现象的规律，而只能遵 循它的规律，解决这个问题。 2.3 补缩的途径 对铸件的补缩，有两种途径，一是自然的补缩，一是强制的补缩.。 要实现自然的补缩，我们的铸造工艺系统中，就要有能实现“顺序凝固”的工艺措施。 很多人直觉地以为， 采用低压铸造方法就能解决铸件的缩孔缩松缺陷， 但事实并不是这么回 事，运用低压铸造工艺，并不等于就能解决铸件的缩孔缩松缺陷，如果低压铸造工艺系统没 有设有补缩的工艺措施，那么，这种低压铸造手段生产出来的毛坯，也是可能百分之一百存 在缩孔缩松缺陷的。
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由于压铸工艺本身的特点，要设立自然的“顺序凝固”的工艺措施是比较困难的，也是 比较复杂的，最根本的原因还可能是， “顺序凝固”的工艺措施，总要求铸件有比较长的 凝固时间，这一点，与压铸工艺本身有点矛盾。 强制凝固补缩的最大特点是凝固时间短，一般只及“顺序凝固”的四分之一或更短，所 以，在压铸工艺系统的基础上，增设强制的补缩工艺措施，是与压铸工艺特点相适应的，能 很好解决压铸件的缩孔缩松问题。 2.4 强制补缩的两种程度：挤压补缩和锻压补缩 实现铸件的强制补缩可以达到有两种程度。 一种是基本的可以消除铸件缩孔缩松缺陷的 程度， 一种是能使毛坯内部达到破碎晶粒或锻态组织的程度。 如果要用不同的词来表述这两 种不同程度话，那么，前者我们可以用”挤压补缩”来表达，后者，我们可以用“锻压补缩” 来表达。 要充分注意的一个认识，分清的一个概念是，补缩都是一种直接的手段，它不能间接完 成。工艺上，我们可以有一个工艺参数来表达,这就是“补缩压强”。 物理原理上， 压强这个概念有两种情况可出现， 一种是在液体场合， “阿基米德定律” 即 的场合，为分清楚,我们定义它为“液态压强”，而另一种出现在固态场合，我们定义它为 “固态压强”。要注意的是，这两种不同状态下出现的压强概念的适用条件。我们如果混淆 了，就会出现大问题。 “液态压强”，它只适用于液体系统，它的压强方向是可以传递的，可以转弯的，但在 固相系统完全不适用。 压铸件的补缩，是在半固态与固态之间出现的，它的压强值，是有方向的，是一种矢量 压强，它的方向与施加的补缩力方向相同。 所以， 那种以为通过提高压铸机压射缸的压力， 通过提高压射充型比压来解决压铸件的 缩孔缩松，以为这个压射比压可以传递到铸件凝固阶段的全过程，实现铸件补缩思想，是完 全错误的。 2.5 采用“先压铸充型，后模锻补缩”的工艺，是解决铸件缩孔缩松缺陷的有效途径， 也是一种终极手段。 “先压铸充型，后模锻补缩”的工艺，我们可简称为“压铸模锻”工艺。它的本质，是 一种连铸连锻工艺， 就是将压铸工艺与液态模锻工艺相结合， 将这两种设备的最有效功能组 合在一起，完成整个工艺过程。
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这种连铸连锻的“压铸模锻”设备，外型与普通立式或卧式的压铸机很相似，其实就是 在压铸机上，增加了液压的锻压头。可以加上的最大锻压补缩力，能等于压铸机的最大锁模 力。 要注意的是，这种压铸模锻机最重要的公称参数，并不是锁模力，而是模锻补缩力，相 当于四柱油压机的锻压力意义，这是我们在设备选择时必须充分留意的。不然，买了一台锁 模力很大，但模锻补缩力很小的压铸模锻设备，其使用价值就大打折扣了。 运用这种压铸模锻机生产的毛坯，尺寸精度很高,表面光洁度也极高，可以相当于 6 级 以上机加工手段所能达到的精度与表面粗糙度水平。 它已能归属于 “极限成形” 的工艺手段,， 比“无切削少余量成形”工艺更进了一大步。
3.压铸件气孔形成的原因分析
3.1 压铸件气孔形成的原因分析 3.1.1 铝合金压铸件为什么会出现针孔 铝合金在熔炼过程中，能接收很多的氢气，冷却时则因温度的下降慢慢析出。铝合金中 消融的较多的氢，其消融度随合金液温度的下降而削减，由液态改变成固态时，氢在铝合金 中的消融度下降 19 倍。因而铝合金液在冷却的凝结进程中，氢的含量超越了合金消融度即 以气泡的方式排出。油的气泡来不及上浮排出的，就在凝结构成细微的气孔，也就是我们长 说的针孔。 在普通出产前提下， 特殊是在厚大的砂型铸件中很难防止针孔的发生。 在相对湿度大的 氛围中溶炼和浇注铝合金， 铸件中的针孔尤其严重。 这就是我们在出产中经常有人疑惑枯燥 的时节总比多雨湿润的时节铝合金铸件针孔缺陷少些的缘由。 普通说来， 对铝合金而言， 假如结晶温度局限较大， 则发生网状针孔的机率也就大得多。 这是由于在普通锻造出产前提下， 铸件具有宽的凝结温度局限， 使铝合金轻易构成兴旺的树 枝状结晶。在凝结后期，树枝状结晶间隙局部的残留铝液能够互相阻隔，辨别存在于近似封 锁的小小空间之中， 因为它们遭到外界大气压力和合金液体的静压效果较小， 当残留铝液进 一步冷却缩短时能构成必然水平的真空然后使合金中过饱和的氢气析出而构成针孔 3.1.2 铝合金压铸件气孔分类 铝合金具有很强吸气和氧化倾向，熔炼进程中可直接与炉气或外界大气接触，因而，如 熔炼进程中节制稍许欠妥， 铝合金就很轻易接收气体而构成气孔， 最经常见的是针孔。 针孔： 是指铸件中小于 1mm 的析出性气孔，呈圆形，不平均散布在铸件断面上，特殊是在铸件的
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厚大断面和冷却速度较小的部位。 依据铝合金析出性气孔的散布和外形特征， 针孔又可以分 为三类。即：1 点状针孔 呈多边。 2 网状针孔： 3 综合性气孔：大针孔较多，但不是圆点形，而
3.2 减少压铸件气孔的方法
对于压铸件出现 0.5mm 以上的气孔，可以进行改善，对于小的 0.1~0.3mm 的针孔是很 难消除的，那需要较高温度(200~280 度)的模具，纯净的铝水，采用低温、低速、抽真空， 甚至局部使用挤压压铸才可以达到 1%~5%的孔隙率。 对于允许出现 0.5mm 以下气孔的压铸件，我改善气孔的方法是：①模具的浇注系统的 结构、流向要合理，内浇口要厚，排气要畅通； ②铝水如果使用回炉料，一定要进行除气、除渣精炼； ③喷涂的涂料含油量不要太多，喷涂的雾化效果要好，喷涂量不要过多，喷后要用足够 的时间用压缩空气吹干净模具表面(“吹干净”这一点非常重要)； ④模具的温度要适当控制， 模具表面喷涂之后有 170~220 度为好， 让涂料水能够充分挥 发掉，又让模具能快速冷却铸件； ⑤喷涂压铸室和冲头的冲头油尽量是水包油剂的， 让冲头油遇热后能把过多的溶剂挥发 掉，留下有效的润滑剂粘附在压射室表面;喷涂的冲头油和喷涂料一样雾化效果要好，让冲 头油均匀的喷涂在压射室表面， 不要让冲头油堆积， 防止浇注铝水室燃烧产生大量的烟火和 气体。也一定要禁止冲头漏水，防止喷涂模具的涂料水喷进压射室，防止铝水在压射室里包 卷过多的气体。 ⑥压铸的低速速度要低，以 0.12~0.2m/s 为好，防止铝水在压射室里翻滚包卷气体； ⑦高速压射行程要短，高速速度要快，要让铝水喷射进型腔的雾化效果要好； ⑧当然增压的压力也要足够大，尽量在 80~120MPa,增压上升时间也要小，以 15~36ms 为好。
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