A、壓鑄成型技術簡介

壓力鑄造簡稱壓鑄，是利用壓鑄機的壓力作用將合金熔融液體以一定速度充填滿按照一定的零件結構和工藝要求設計并經過精密制造的模具型腔，且合金熔融液體保持在一定壓力作用下，在模具型腔中冷卻凝固并成型的一種高效益、高效率的精密鑄造技術。

B、壓鑄成型技術的特點與應用范圍

     1、壓鑄成型技術的特點
       高壓、高速是壓鑄液態或半液態金屬充填成型過程的兩大主要特點，也是壓鑄成型技術與其它鑄造方法最根本的區別。
       2、壓鑄成型技術的應用范圍  
壓鑄技術是最先進的金屬成型方法之一，是實現少切屑、無切屑的有效途徑。目前壓鑄用的合金已不再僅局限于鋅、鋁、鎂和銅等合金，而是逐漸擴大到用鑄鐵和鑄鋼等鐵合金來生產壓鑄件。

C、壓鑄成型技術的發展趨勢

由于采用壓鑄成型技術，對企業有其積極和明顯的經濟效益。今后壓鑄成型
技術的發展方向為：
⑴、壓鑄成型技術向智能化方向發展。
⑵、研發壓鑄新材料，滿足工業技術進步的需要。
⑶、研發新式壓鑄設備，提高自動化水平。
⑷、發展新型檢測技術。
⑸、發展壓鑄新技術，改善和提高壓鑄工藝水平。
⑹、提高壓鑄模壽命，降低生產成本，以解決黑色金屬壓鑄問題逐漸擴大到用鑄鐵和鑄鋼等鐵合金來生產壓鑄件。

壓鑄模設計

A、壓鑄模設計概述

• 壓鑄時，壓鑄模、壓鑄機、壓鑄合金通過壓鑄工藝參數的相互聯系協調，共同完成壓鑄件的壓鑄成型過程。壓鑄模在壓鑄生產過程中的作用如下：
• ①、確定澆注系統，特別是內澆口位置和導流方向以及排溢系統的位置，它們共同決定著熔融金屬的填充條件和成型狀況；
• ②、壓鑄模是壓鑄件的復映，決定了壓鑄件的形狀和精度；
• ③、模具成型表面的質量直接影響壓鑄件的表面質量以及脫模阻力的大小
• ④、在壓鑄成型后，保證壓鑄件順利從壓鑄模中脫出，且推出模體后，應無變
• 形、破損等現象的發生；
• ⑤、模具具備的強度和剛度承受壓射力以及內澆口速度對模具的沖擊；
• ⑥、在壓鑄過程中，控制和調節模具的熱交換和熱平衡；
• ⑦、最大限度發揮壓鑄機成型效率。

B、壓鑄模設計的基本原則

⑴、充分了解壓鑄件的用途和與其它結構件的裝配關系，并根據壓鑄件的結構特點、使用性能，在模具設計時分清主次，突出模具結構的重點以及結合模具加工的工藝性，合理選擇模具的分型面、型腔數量和布局形式、壓鑄件的推出形式和側向脫模形式。
⑵、了解現場模具實際的加工能力，如現有的設備和可協作單位的裝備情況，以及操作人員的技術水平，結合實際地設計出符合現場加工能力的模具結構形式。
⑶、模具應適應壓鑄生產的各項工藝要求，選擇符合壓鑄工藝要求的澆注系統和排溢系統，特別是內澆口位置、內澆口速度和液流方向，應使金屬液流動平穩、順暢，并有序地排出型腔內的氣體，以達到良好的填充效果和避免壓鑄缺陷的產生。
⑷、在保證壓鑄件質量穩定和安全生產的前提下，壓鑄模應具備：
①、結構簡單、先進合理，運行準確可靠，減少操作程序。
②、操作方便，安全快捷，易損零件拆卸方便，便于維修，制造成本低。
③、有較高的壓鑄效率，實現充模快、開模快、脫模機構靈活可靠以及自動化程度高等特點。
⑸、模具結構件應滿足機械加工工藝和熱處理工藝的要求。選材適當，尤其是各成型零件和其它與金屬液直接接觸的零件，應選用優質耐熱鋼，并進行淬硬處理，使其具有足夠抵抗熱變形能力、疲勞強度和硬度等綜合力學性能以及耐蝕性能。
⑹、應充分考慮模具溫度變化對相對滑動部位的配合精度帶來的影響。
⑺、模具設計應在可行性的基礎上，對經濟性進行綜合考慮。
①、模具總體結構力求簡單、實用，綜合造價低廉。
②、應選取經濟、實用的尺寸配合精度。
③、注意減少澆注系統余料的消耗量。

除正常設計的基本要求外，還應特別考慮：
1、 采用合理先進的簡單結構，使工件準確可靠，結構的剛性良好，即模具具有足夠的厚度，以確保其有足夠的剛度，以防止模具變形及開裂。同時也要考慮模具拆換方便，有利于
延長模具的使用壽命；
2、 模具上的零件應滿足機械加工工藝和熱處理工藝的要求。盡量避免或減少尖角和薄壁，以利于后續熱處理，防止應力集中。如果結構不能避免尖角，應在開粗時預留足夠的 R角，熱處理之后加工到位，避免熱處理開裂的風險。
3、 大型壓鑄模具（分型面投影面積大于 1 平方米），應采用方導柱導向系統，以避免動定模因熱膨脹差異較大，造成導向精度下降；
4、 對于設計大型復雜壓鑄模具的澆注系統及排氣系統和冷卻系統，最好能做流動分析及熱平衡分析。這樣布置流道系統（直澆道、橫澆道、內澆口）及恒溫預熱系統的位置、角度大小、數量等就會做到合理布局；眾所周知，澆注系統是把金屬液從壓室導入型腔內，它與金屬液進入型腔的部位、方向、流動狀態等密切相關，并能調節填充速度、充填時間、型腔溫度等充型條件。在壓鑄生產中，澆注系統對壓鑄件質量、壓鑄操作效率、模具壽命（高溫、高壓、高速的金屬液對模具型腔壁的沖刷、腐蝕等），壓鑄件的切邊和清理等也有重大影響，可見澆注系統
的設計及其重要；
5、 內澆口設計注意事項：
從內澆口進入型腔的高溫金屬液、不宜正面進入沖擊動定模型壁及型芯，以防止型腔出現早期的沖蝕、粘模和龜裂等現象；采用多股內澆口時，要考慮防止出現金屬液進入型腔后從幾路匯合，相互沖擊產生渦流，裹氣和氧化夾渣等缺陷；內澆口厚度的選擇，一般是按照經驗數據制定，建議在滿足充型的條件下，盡量選擇大些，避免因過大的壓射速度沖擊，引起模具早期出現侵蝕、粘模、麻點和龜裂；
6、 溢流槽和排氣槽的設計：
溢流槽的作用是積累首先進入型腔的冷卻金屬液和裹有氣體的金屬液，以及調節模具個部分的溫度，改善模具熱平衡，有利于延長模具使用壽命。一般設在金屬液流程的末端，設置合適的溢流槽可以改善填充條件，提高鑄件質量。排氣槽用于從型腔內排出空氣及涂料揮發產生的氣體，其設置的位置與內澆口的位置及產品結構有關。為使型腔內氣體壓射時盡可能被壓鑄的金屬液排出，將排氣槽設置在金屬液最后填充的部位。排氣槽一般和溢流槽結合，布置在溢流槽后端，以加強溢流和排氣效果。

機械加工對模具失效的影響

眾所周知，壓鑄模具制造周期較長，機械加工復雜，涉及到車、磨、銑、鉆、刨機加工和放電加工（線切割、電火花）等工序。其加工質量，尤其是表面的加工質量在模具制造過程中和隨后的使用過程中，會顯著影響模具的斷裂抗力、疲勞強度、熱疲勞抗力和耐磨性、耐腐蝕性等。加工過程中稍有失誤，就有可能造成模具早期失效。例如龜裂和熱裂是鋁合金壓鑄模的常見失效現象，它是模具表面的熱疲勞、應力、低強度及表面粗糙引起的。

1、 切削加工的影響

模塊在機加工切削過程中，由于破壞工件基體原先的平衡，會產生應力，這些內應力降低了模塊表面的總強度，導致熱疲勞強度的不足，從而在拐角和小半徑圓弧過渡處產生龜裂或裂紋。所以，應盡量避免尖角。尖角和加工刀痕能顯著引起應力集中，除非有特殊要求，否則，應避免尖角，并使拐角的圓弧曲率半徑充分放大，目的就是避免或減少應力集中。例如：把圓弧半徑 R 從 1mm 增大到 5mm，最大內應力約減少 40%，極大地提高了模具的強韌性。當模塊圓弧半徑由 2mm 提高到 20mm 時，其沖擊韌性可提高 4倍。同理，模具表面粗糙度大小對模具壽命影響也較大。如存在明顯的刀痕、裂口、切口等，這些加工缺陷均會引起應力集中，成為裂紋的根源。因此要保證模具的表面粗糙度要求，型腔表面應進行打磨拋光，去除刀痕等缺陷。冷卻水孔的鉆削加工，如果為雙向鉆削，出現錯位，則會在該處引起早期開裂，導漏水。模胚切削加工余量不足，經過鍛造和退火的模胚，或者模具胚料、型芯，加工后在空氣爐中加熱淬火，一般都存在一定厚度的脫碳層，切削加工時必須把脫碳層全部去除。否則，殘留脫碳層在模具使用過程中，將會降低模具表面的熱疲勞抗力，引起該部位龜裂。

2、 磨削加工的影響：

壓鑄模具熱處理后，在磨削（包括鉗工、砂輪打磨）時，可能會出現下列問題：
A、 發生龜裂或開裂，這是由于砂輪過硬，進刀量大、磨削速度快，磨削應力過大，冷卻不足或是冷卻液選擇不當所致。由硬砂輪引起的摩擦熱所產生的拉伸應力大于材料的斷裂韌性時，就會產生開裂；
B、磨削燒傷、表層軟化。軟化的表面在與熔化的壓鑄金屬相接觸時，因其強度比較低，而且熱疲勞強度也不足，容易導致產生龜裂、沖蝕和麻點。
C、磨削應力。模具表面的磨削存在磨削應力，降低了模具表面的強度和熱疲勞抗力，會導致在模具型位拐角和小 R 圓弧過渡處產生龜裂或裂紋，它可以通過低于回火溫度 20～30℃的溫度下進行一次回火處理，達到消除應力的目的。

3、 放電加工的影響

A、 產生淬硬的白亮層
放電加工（電火花和線切割）模具型腔，一般是在模具淬火后進行的，以確保模具的精度。在加工過程中，由于一次放電瞬間產生的高溫（溫度高達數千攝氏度，甚至上萬攝氏度），使模具表面金屬快速熔融、氣化、蒸發。應用冷卻液快速冷卻的結果，自表面往里依次為：再凝固層（粗打時厚度達 0.2mm，精打時達 0.01mm 左右），再淬火硬化層（其厚度一般在 0.05mm 以內，最表面一側出現過熱淬火組織，脆而裂紋敏感性高），高溫回火軟化層和正常基體組織。在這種硬化層的內部，特別是在再凝固層產生許多微細裂紋，裂紋甚至延伸到再淬火硬化層（常稱為白亮層或變質層）。它的存在會引起模具早期龜裂或開裂等事故。（例如，汽車的離合器殼體、變速箱體等模具鑲塊均常出現這種情況）。因此，應采用人工研磨、化學研磨或電解研磨等充分消除此變形層是十分必要的。
B、電火花加工表面粗糙度和疲勞強度關系，其與放電加工的電規準參數、電極材料有關，與機加工相比，其疲勞強度低很多。粗打時，在脈寬 1050μ s 時其疲勞強度約為機加工的 60%。
C、防護措施
不論放電加工白亮層的深淺如何，對于工況惡劣的壓鑄模具來說，此白亮層必須予以消除（打磨）；調整放電工藝參數，最好進行粗、精兩級放電加工盡量使用高頻率、小電流工藝參數，控制白亮層在 0.01mm 左右；放電加工后，除了打磨去除掉白亮層，還必須立即進行足夠長時間的二次回火。回火溫度通常比最終回火溫度低 20～30℃或 30～50℃，以充分消除表面的拉伸應力，提高再淬火層的回火穩定性，降低脆性。
總的來說，模具表面的切削、磨削和放電加工的缺陷均會降低模具表面的質量造成應力集中。對于在高溫高壓工作狀態下的壓鑄模具，承受交變熱應力和交變機械應力的作用，模具表面容易產生龜裂和開裂及腐蝕，使模具出現早期失效。（當然還有受鋼材質量、設計、熱處理、使用、保養等諸多因素的影響）。所有這些都值得模具設計工程師、技術工藝師、生產操作者和質檢人員的高度重視。提出合理的模具表面質量要求，盡量避免零件尖角和小半徑圓弧過渡連接及明顯刀痕，控制好放電加工的電規準參數，消除白亮層等。要制定切削加工、放電加工和鉗工打磨的粗糙度驗收標準，嚴格執行各工序檢驗制度。這將會有效的避免模具因加工不當引起的早期失效，提高模具的使用壽命。

壓鑄模具熱處理注意事項：

熱處理對于壓鑄模具使用壽命的影響較大，據有關資料介紹，由于熱處理不當，造成壓鑄模具早期失效占整個壓鑄模具事故的 44%左右。鋼淬火時所產生的應力，實際上是冷卻過程中的熱應力與相變時的組織應力疊加的結果，鋼淬火后處于高應力低韌性狀態，具有高硬度和強度，較脆，實際上不能使用。而淬火應力是造成變形開裂的原因，并導致疲勞強度沖擊韌性降低。為此，鋼淬火后必須進行回火，去除應力。穩定組織，提高韌性。

1、 模具淬火前去應力退火處理

由于模具機加工時產生較大的內應力，為防止與熱處理時產生內應力迭加，引起模具變形和開裂，故要求模具在機加工后、淬火前進行一次去應力退火處理。退火溫度 600～650℃，保溫時間按照厚度每 25mm，保溫 1 小時計算，保溫隨爐冷卻至 300℃（也有冷至 500℃）出爐空冷。

2、 制定合理的熱處理工藝

A、 淬火工藝采用多段預熱和嚴格控制升溫速度1.2343/44 類型鋼屬于中碳高合金鋼，相對于低合金鋼其導熱性能較差。因此淬火加熱應采用多段預熱（2～3 段），為 300℃、650℃、850℃預熱，目的是使工件心部和表面的溫度趨于平衡，以減少溫差產生的熱應力。同時其升溫速度應執行緩慢加熱的原則（100～200℃/h），以減少加熱過程中產生的熱應力。在高溫加熱階段可采用較快升溫速度（10～15℃/h）以縮短高溫加熱時間，防止晶粒粗大；
B、防止工件過熱現象
若加熱階段溫度超過正常的淬火溫度（包括儀表失靈或工件擺放靠近加熱元件等引起的），隨著淬火溫度的提高，保溫時間的延長，晶粒普遍粗化，組織脆性增加，殘余奧氏體增加，球狀碳化物轉變為多角狀碳化物，并且有網狀組織出現，模具在使用過程時容易出現開裂；
C、淬火加熱介質和冷卻介質的選擇
當今世界對于大型復雜精密模具多采用真空或保護氣氛下熱處理，以防止模具表面氧化脫碳，尤以真空高壓氣冷淬火工藝應用廣泛。但要注意，氣冷速度不能太低，那就要求氮氣的壓力大小足夠，通常要求工件從淬火溫度（1020～1050℃）冷至 538℃過程中，其表面冷卻速度大于等于 28℃/分，也有要求工件心部冷卻速度大于等于 28℃/分。如果該溫度段，冷卻速度太慢，則淬火后其顯微組織會有碳化物或其他轉變產物沿晶界析出，從而降低鋼的韌性，增加脆性，在使用過程中過早開裂。另外有條件者，對于特別復雜的大型壓鑄模具可采用分級等溫淬火，能有效的減少模具變形和避免開裂。
D、回火工藝
淬火后要及時回火。工件淬火后冷卻至 90～70℃應立即進行回火，因為工件淬火后處于高應力、低塑性狀態，容易引起開裂；回火要充足。大型復雜壓鑄模具淬火后，通常進行三次回火，每次回火時間按工件有效厚度每 25mm 保溫 1 小時計算，但不少于 4 小時。目的是減少組織轉變應力和穩定尺寸。

壓鑄模具壓鑄生產和維護注意事項

1、 模具的良好預熱

模具裝配后試模或正常生產，必須預熱模具而且模溫要均勻。鋁鎂合金的壓鑄模具的預熱溫度建議在 250～320℃，最好采用模溫機預熱；模具預熱到 300℃，其沖擊韌性提高很快，但當模溫低于 200℃時，材料的沖擊韌性降低很多，脆性增加；經過良好預熱的模具，其熱傳導率要比沒有良好預熱的模具高近 20%；模具澆注溫度與模具表面溫度（預熱溫度）之差越大，則熱應力越大，越容易引起熱疲勞和龜裂。日本壓鑄協會編輯資料介紹，模具溫度從 250℃提高到 350℃，即澆注溫度與模具表面溫度之差減少 100℃，則模具壽命幾乎可以提高 10 倍。

2、 制定正確的澆注工藝

澆注溫度要合理，不能太高。否則澆注溫度太高，雖然流動性更好，但鑄件冷凝時間長，易產生縮孔，氣孔，容易降低模具表面硬度，出現粘模、產生龜裂。調整壓鑄機的鎖模力，使模具受力均勻。正確選擇（或調整）充型速度和充型壓力。充型速度（壓射速度）過高會增大型腔表面由于侵蝕和粘模的損傷幾率，過低充型速度，雖然有利于氣體排出，但會使鑄件機械性能下降和表面質量變壞。同理，充型壓力增大，也會使噴嘴充型速度增大。總之，要調整一個適度的數值。

3、 生產時關閉冷卻水

在中斷壓鑄澆注作業時，切記要關掉冷卻水，以免使模具溫度下降太多，以致恢復澆注作業時，影響鑄件質量和模具壽命。

4、 選擇合適的脫模劑及正確的噴涂方式

壓鑄時要將脫模劑噴涂在于金屬溶液接觸的型腔表面，其主要作用是避免金屬液粘附在型腔表面和保證鑄件與型壁分離，延長模具壽命。脫模劑有水劑、油劑，近年來還研制出粉劑和顆粒狀脫模劑。要求：脫模劑不能對鑄件表面質量有不良的影響，無氣味冒煙發生，也不得留下殘留物。脫模劑濃度要適當，要經常攪拌，千萬不能讓其沉淀，否則模具型腔會因為極冷引起熱疲勞龜裂。噴涂量要少，噴的要均勻，形成的膜要薄。噴涂太多太厚會造成鑄件疏松、夾渣、起泡、氣孔等缺陷。如水劑脫模劑噴涂效果不佳，應選擇油劑脫模劑或粉劑脫模劑。但要在真空狀態下使用。鑄件脫模快、生產率高、質量好，而且模具產生的熱應力較少，有利于延長模具使用壽命。

5、 確保澆注的鋁合金質量保證鋁合金的成分；

鋁合金熔化與保溫槽必須分開。中央熔煉要嚴格控制氣體如氧化物的含量、絕對避免把廢品和回爐料直接加入保溫爐中，否則會污染金屬液，不但嚴重降低鑄件的質量，更會容易造成粘模及腐蝕模具。鋁合金溶液 Fe 的含量應控制在 0.7～1.3%之間，如果低于 0.7%則容易引起粘模現象，如果大于 1.3%則會形成金屬化合物硬質點，產生沖蝕。

6、 建立良好的模具維護制度，使模具處于良好的工作狀態：

A、及時清洗和打掃模具，去除型腔殘留物和飛邊；B、更換或修復已損壞的零件；C、定期對模具進行消除應力處理：第一次去應力處理為，初期投產模具使用約 2000～5000 模次時；第二次去應力處理為，使用 10000～20000 模次時；其余每次去應力處理間隔同上，最大不能超過 15000 模次。D、模具使用一段時間之后，檢測模具表面硬度有所降低，出現粘模現象時，應將模具表面研磨光滑，進行一次軟氮化處理，滲氮層厚度為 0.08～0.12mm，或軟氮化+氧化復合處理，它將有效的提高模具的使用壽命。