壓鑄工藝技術(shù)培訓(xùn)教材前言壓鑄作為一種高效、精密、經(jīng)濟(jì)的金屬成形工藝，在現(xiàn)代制造業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位。它廣泛應(yīng)用于汽車、家電、電子、通訊、醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域，為各類復(fù)雜零部件的大批量、高質(zhì)量生產(chǎn)提供了有力保障。本教材旨在系統(tǒng)介紹壓鑄工藝的基本理論、核心技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備、質(zhì)量控制及安全生產(chǎn)等方面的知識(shí)，為從事壓鑄生產(chǎn)、技術(shù)管理及相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和操作人員提供一本實(shí)用的技術(shù)指導(dǎo)資料。通過本教材的學(xué)習(xí)，期望學(xué)員能夠全面理解壓鑄工藝的本質(zhì)，掌握關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，并能在實(shí)際生產(chǎn)中靈活應(yīng)用，從而提升壓鑄產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。第一章壓鑄工藝概述1.1壓鑄的定義與基本原理壓鑄是一種將熔融金屬在高壓作用下高速壓射入模具型腔，并在壓力下快速凝固成形的金屬鑄造方法。其基本原理是利用壓鑄機(jī)提供的動(dòng)力，將金屬液以極高的速度（通常為0.5-50m/s）和較高的比壓（通常為____MPa）壓入具有復(fù)雜形狀的模具型腔內(nèi)。金屬液在模具內(nèi)迅速冷卻、凝固，形成與模具型腔形狀完全一致的鑄件。壓鑄過程主要包括金屬液的制備、壓射成形、模具開模與取件、鑄件清理等關(guān)鍵步驟。1.2壓鑄工藝的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)壓鑄工藝具有以下顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：*生產(chǎn)效率高：壓鑄模具一次成形，可實(shí)現(xiàn)大批量、自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期短，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。*鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好：壓鑄件尺寸公差等級(jí)較高，表面粗糙度值低，通?？芍苯邮褂没騼H需少量后續(xù)加工。*可成形復(fù)雜形狀零件：能夠壓鑄出形狀復(fù)雜、薄壁、帶有細(xì)小孔槽和螺紋的精密零件。*材料利用率高：相比其他鑄造方法，壓鑄金屬利用率較高，減少了材料浪費(fèi)。*力學(xué)性能較好：鑄件組織致密，具有較高的強(qiáng)度和硬度（部分合金）。然而，壓鑄也存在一些局限性，如模具成本較高、不適宜小批量生產(chǎn)、鑄件內(nèi)部可能存在氣孔等缺陷，限制了其在某些對(duì)內(nèi)部質(zhì)量要求極高的場(chǎng)合的應(yīng)用。1.3壓鑄的基本分類根據(jù)壓鑄機(jī)的類型和壓射方式的不同，壓鑄主要可分為：*熱室壓鑄（HotChamberDieCasting）：壓射機(jī)構(gòu)浸在熔融金屬液中工作，適用于熔點(diǎn)較低、流動(dòng)性好的非鐵金屬，如鋅合金、鉛合金等。其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，金屬消耗少，但壓射比壓相對(duì)較低。*冷室壓鑄（ColdChamberDieCasting）：壓射機(jī)構(gòu)與保溫爐分離，金屬液通過舀取或自動(dòng)澆注裝置進(jìn)入壓射室。適用于熔點(diǎn)較高的金屬，如鋁合金、銅合金、鎂合金等。冷室壓鑄機(jī)又可分為臥式冷室壓鑄機(jī)和立式冷室壓鑄機(jī)，其中臥式冷室壓鑄機(jī)應(yīng)用最為廣泛。第二章壓鑄工藝基礎(chǔ)2.1壓鑄原材料2.1.1壓鑄合金壓鑄合金的選擇直接影響鑄件的性能、質(zhì)量及生產(chǎn)成本。常用的壓鑄合金包括：*鋁合金：應(yīng)用最廣泛的壓鑄合金，具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性好、導(dǎo)電導(dǎo)熱性優(yōu)良及成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。常用的壓鑄鋁合金牌號(hào)有多個(gè)系列，各系列在強(qiáng)度、流動(dòng)性、氣密性等方面有所側(cè)重，需根據(jù)鑄件要求合理選用。*鋅合金：熔點(diǎn)低，流動(dòng)性極佳，可壓鑄出極復(fù)雜的薄壁件，表面處理性能好，適合制造裝飾品和結(jié)構(gòu)件。但耐蝕性和高溫性能相對(duì)較差。*鎂合金：密度更小，比強(qiáng)度和比剛度高，減震性好，電磁屏蔽性能優(yōu)良，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，在輕量化要求高的領(lǐng)域（如汽車、3C產(chǎn)品）應(yīng)用前景廣闊。*銅合金：具有優(yōu)良的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和導(dǎo)熱導(dǎo)電性，常用于制造受力較大、耐磨、導(dǎo)熱要求高的零件。但銅合金熔點(diǎn)高，對(duì)模具材料要求苛刻，壓鑄難度較大。選擇壓鑄合金時(shí)，需綜合考慮鑄件的使用性能（強(qiáng)度、硬度、耐蝕性、耐熱性等）、壓鑄工藝性能（流動(dòng)性、收縮性、氧化性等）、經(jīng)濟(jì)性及后續(xù)加工要求。2.1.2壓鑄模具材料壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)的核心裝備，其性能直接決定了鑄件質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本。模具工作條件惡劣，需承受高溫、高壓、高速金屬液的沖刷和劇烈的溫度變化。因此，模具材料應(yīng)具備以下性能：高的熱硬性和耐磨性、良好的耐熱疲勞性、足夠的強(qiáng)度和韌性、優(yōu)良的導(dǎo)熱性以及良好的加工工藝性。常用的壓鑄模具材料主要有熱作模具鋼，根據(jù)模具的不同部位（型腔、型芯、導(dǎo)柱導(dǎo)套等）和壓鑄合金的種類，選擇不同牌號(hào)的模具鋼。對(duì)于鋁合金壓鑄，常用的型腔材料有H13（4Cr5MoSiV1）等；對(duì)于鋅合金壓鑄，可選用較低牌號(hào)的熱作模具鋼或冷作模具鋼。2.1.3壓鑄輔助材料壓鑄生產(chǎn)中還需用到多種輔助材料，如：*脫模劑：減少鑄件與模具型腔表面的摩擦和粘連，防止鑄件粘模、拉傷，確保鑄件順利脫模，并對(duì)模具起到一定的冷卻和保護(hù)作用。脫模劑的選擇和正確使用對(duì)鑄件質(zhì)量和模具壽命至關(guān)重要。*潤(rùn)滑劑：用于壓鑄機(jī)運(yùn)動(dòng)部件（如導(dǎo)柱、導(dǎo)套、哥林柱、頂出機(jī)構(gòu)等）的潤(rùn)滑，減少磨損，保證運(yùn)動(dòng)順暢。*熔劑：在金屬熔煉過程中使用，用于去除金屬液中的氣體和夾雜物，凈化金屬液。*涂料：除脫模劑外，有時(shí)還會(huì)使用專門的模具涂料，用于改善模具表面性能或特定部位的冷卻效果。2.2壓鑄模具基本結(jié)構(gòu)壓鑄模具通常由定模和動(dòng)模兩大部分組成。*定模：固定在壓鑄機(jī)的定模座板上，澆注系統(tǒng)通常設(shè)置在定模一側(cè)。金屬液通過定模上的澆口套進(jìn)入模具型腔。*動(dòng)模：安裝在壓鑄機(jī)的動(dòng)模座板上，隨動(dòng)模座板一起移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)模具的開合。型腔的一部分、頂出機(jī)構(gòu)通常設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)。模具的具體結(jié)構(gòu)還包括：*型腔：模具中直接形成鑄件形狀的空間，其尺寸精度和表面質(zhì)量直接決定鑄件的相應(yīng)特性。*澆注系統(tǒng)：引導(dǎo)金屬液平穩(wěn)、均勻、迅速地充滿型腔，并將壓射力有效傳遞到型腔各個(gè)部位的通道。通常包括澆口套、主流道、分流道、內(nèi)澆口等。*排溢系統(tǒng)：包括溢流槽和排氣槽。溢流槽用于容納金屬液中的前鋒冷污金屬、氣體及涂料殘?jiān)?；排氣槽用于將型腔?nèi)的空氣及涂料揮發(fā)產(chǎn)生的氣體排出。*導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)：保證動(dòng)模和定模在合模過程中準(zhǔn)確對(duì)合，通常由導(dǎo)柱、導(dǎo)套組成。*頂出機(jī)構(gòu)：在開模后將鑄件從模具型腔（通常是動(dòng)模）中頂出的裝置，包括頂桿、頂桿固定板、頂板、頂出復(fù)位桿等。*抽芯機(jī)構(gòu)：當(dāng)鑄件上有側(cè)凹、側(cè)孔或復(fù)雜曲面時(shí)，需要設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)，在開模前或開模過程中將型芯從鑄件中抽出。按動(dòng)力來源可分為手動(dòng)抽芯、液壓（或氣壓）抽芯和機(jī)動(dòng)抽芯。*加熱與冷卻系統(tǒng)：為了保證模具在合適的溫度范圍內(nèi)工作，提高鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)效率，模具通常設(shè)有加熱（初始預(yù)熱）和冷卻（持續(xù)生產(chǎn)時(shí)）通道。2.3壓鑄機(jī)基本組成與工作原理壓鑄機(jī)是完成壓鑄過程的關(guān)鍵設(shè)備，主要由合模機(jī)構(gòu)、壓射機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)（如潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)）等組成。*合模機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)模具的開合動(dòng)作，并在壓鑄過程中提供足夠的鎖模力，防止金屬液在高壓作用下將模具撐開。合模機(jī)構(gòu)的性能直接影響模具壽命、鑄件尺寸精度和生產(chǎn)安全性。常見的合模機(jī)構(gòu)有曲肘式、液壓直壓式等，曲肘式合模機(jī)構(gòu)因其鎖模力大、剛性好、能耗低而被廣泛應(yīng)用。*壓射機(jī)構(gòu)：將金屬液高速、高壓地壓入模具型腔，并在鑄件凝固過程中施加保壓壓力。壓射機(jī)構(gòu)是壓鑄機(jī)的核心部件，其性能直接決定了鑄件的內(nèi)在質(zhì)量。壓射機(jī)構(gòu)主要由壓射缸、壓射活塞（沖頭）、壓射桿、壓室、澆口套等組成。現(xiàn)代壓鑄機(jī)的壓射機(jī)構(gòu)多采用多級(jí)壓射速度和多級(jí)壓射比壓控制。*液壓系統(tǒng)：為壓鑄機(jī)的合模、壓射、頂出等各種動(dòng)作提供動(dòng)力和控制。*電氣控制系統(tǒng)：控制壓鑄機(jī)各機(jī)構(gòu)按預(yù)定的程序和參數(shù)協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。壓鑄機(jī)的工作循環(huán)大致如下：合?！鷫荷洌ń饘僖哼M(jìn)入型腔）→保壓（鑄件凝固）→開?！敵鲨T件→復(fù)位頂出機(jī)構(gòu)→準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)。第三章壓鑄工藝參數(shù)及其控制壓鑄工藝參數(shù)是決定壓鑄過程能否順利進(jìn)行以及鑄件質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵因素。合理選擇和嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件、提高生產(chǎn)效率、延長(zhǎng)模具壽命的核心。3.1壓射參數(shù)壓射參數(shù)是壓鑄工藝中最重要的參數(shù)，主要包括：*壓射速度：指壓射沖頭在壓射過程中的移動(dòng)速度，通常分為慢壓射速度（一速）和快壓射速度（二速）。*慢壓射速度：沖頭將壓室內(nèi)的金屬液平穩(wěn)地推向澆口，避免金屬液在壓室內(nèi)產(chǎn)生飛濺和卷氣。其速度選擇應(yīng)適中，過快易卷氣，過慢則可能導(dǎo)致金屬液在壓室內(nèi)過早冷卻。*快壓射速度：當(dāng)沖頭越過澆口后，迅速將金屬液高速壓入型腔，以充滿型腔并獲得輪廓清晰的鑄件。快壓射速度是影響鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)之一，速度過高會(huì)導(dǎo)致金屬液對(duì)模具型腔的沖刷加劇，引起模具過熱和鑄件粘模，同時(shí)也會(huì)卷入過多氣體；速度過低則可能導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生冷隔、澆不足等缺陷。快壓射速度的確定需考慮鑄件結(jié)構(gòu)、合金種類、模具溫度等因素。*壓射比壓：金屬液在壓射過程中所受到的單位面積上的壓力。它直接影響金屬液的充型能力、鑄件的致密度和力學(xué)性能。壓射比壓的大小應(yīng)根據(jù)鑄件的材質(zhì)、壁厚、復(fù)雜程度以及質(zhì)量要求來確定。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁或要求高致密度的鑄件，應(yīng)選用較高的壓射比壓；對(duì)于厚壁件或易產(chǎn)生裂紋的合金，則應(yīng)適當(dāng)降低壓射比壓。*建壓時(shí)間：從壓射沖頭運(yùn)動(dòng)停止（即金屬液充滿型腔）到建立起最終保壓壓力所需的時(shí)間。建壓時(shí)間應(yīng)盡可能短，以確保在鑄件凝固前施加足夠的保壓壓力，防止產(chǎn)生縮孔、縮松。*保壓壓力與保壓時(shí)間：保壓壓力是在金屬液充滿型腔后，對(duì)其施加的持續(xù)壓力，目的是補(bǔ)償金屬液的凝固收縮，提高鑄件致密度。保壓時(shí)間應(yīng)保證鑄件澆口凝固后方可卸壓，以防止金屬液倒流。3.2模具溫度模具溫度對(duì)金屬液的充型、凝固、鑄件質(zhì)量（如表面質(zhì)量、尺寸精度、內(nèi)應(yīng)力、缺陷產(chǎn)生）以及模具壽命都有顯著影響。*模具預(yù)熱溫度：在生產(chǎn)開始前，需將模具預(yù)熱至一定溫度。預(yù)熱不足，模具溫度過低，金屬液在型腔表面迅速凝固，易產(chǎn)生澆不足、冷隔、裂紋等缺陷，同時(shí)模具因突然受熱沖擊易產(chǎn)生熱疲勞裂紋；預(yù)熱過高，則會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，增加能耗，且可能導(dǎo)致鑄件粘模。*模具工作溫度：在連續(xù)生產(chǎn)過程中，模具應(yīng)保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的最佳工作溫度范圍內(nèi)。通過合理設(shè)置冷卻系統(tǒng)（如水冷通道）和控制生產(chǎn)節(jié)拍來實(shí)現(xiàn)。不同的壓鑄合金、不同的鑄件結(jié)構(gòu)，對(duì)模具工作溫度的要求也不同。3.3合金液溫度（澆注溫度）合金液溫度是指金屬液澆入壓室時(shí)的溫度。它直接影響金屬液的流動(dòng)性和鑄件的凝固過程。*溫度過高：金屬液流動(dòng)性好，但會(huì)增加金屬的氧化、吸氣傾向，鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大、粘模、模具壽命降低等問題。*溫度過低：金屬液流動(dòng)性差，易產(chǎn)生澆不足、冷隔、夾雜等缺陷。合金液溫度的確定需綜合考慮合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、壁厚、模具溫度及壓射速度等因素。一般由合金種類確定一個(gè)基本范圍，再根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。3.4澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)參數(shù)澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)參數(shù)（如內(nèi)澆口尺寸、位置、方向，溢流槽大小、位置，排氣槽深度、寬度、位置等）對(duì)金屬液的充型流動(dòng)狀態(tài)、氣體排出、鑄件質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。雖然這些更多屬于模具設(shè)計(jì)范疇，但其設(shè)計(jì)思想和參數(shù)選擇與壓鑄工藝密切相關(guān)，是工藝制定時(shí)必須考慮的因素。例如，內(nèi)澆口的截面積直接影響金屬液的流速和流量。3.5留模時(shí)間與開模時(shí)間留模時(shí)間（保壓結(jié)束到開模的時(shí)間）是指鑄件在模具內(nèi)冷卻至具有足夠強(qiáng)度，能夠順利頂出而不變形、不產(chǎn)生裂紋所需的時(shí)間。留模時(shí)間過短，鑄件強(qiáng)度不足，易變形或開裂；留模時(shí)間過長(zhǎng)，生產(chǎn)效率降低，鑄件可能因過度冷卻而收縮抱緊型芯，導(dǎo)致頂出困難或拉傷。開模時(shí)間則是指模具開始打開到完全打開的時(shí)間。第四章壓鑄生產(chǎn)流程壓鑄生產(chǎn)是一個(gè)系統(tǒng)性的過程，涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)的操作質(zhì)量都直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。4.1生產(chǎn)前準(zhǔn)備*模具準(zhǔn)備：*模具安裝：將檢查合格的模具吊裝到壓鑄機(jī)上，準(zhǔn)確對(duì)位并牢固固定。*模具預(yù)熱：使用加熱棒、液化氣噴槍或?qū)Ｓ媚＞呒訜釥t對(duì)模具進(jìn)行預(yù)熱至規(guī)定溫度。*模具檢查：檢查模具型腔、型芯、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)、排溢系統(tǒng)是否完好，動(dòng)作是否順暢。*涂刷脫模劑：在模具型腔、型芯及其他與金屬液接觸的表面均勻涂刷脫模劑，確保鑄件順利脫模，保護(hù)模具。*設(shè)備檢查：檢查壓鑄機(jī)各部分（合模機(jī)構(gòu)、壓射機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)）是否正常，安全裝置是否完好可靠。*原材料準(zhǔn)備：*金屬材料：按規(guī)定牌號(hào)和配比準(zhǔn)備合金錠、回爐料等。*輔助材料：準(zhǔn)備好脫模劑、潤(rùn)滑劑、熔劑等，并按要求進(jìn)行稀釋或調(diào)配。*工藝文件準(zhǔn)備：熟悉并確認(rèn)壓鑄工藝卡、作業(yè)指導(dǎo)書等文件，明確各工藝參數(shù)和操作要求。4.2合金熔煉與保溫根據(jù)所選用的壓鑄合金種類，按照規(guī)定的熔煉工藝進(jìn)行金屬液的熔煉和保溫。*配料：嚴(yán)格按照合金成分要求進(jìn)行配料，控制回爐料的加入比例。*熔煉：將配好的爐料加入熔煉爐內(nèi)，按工藝要求升溫、熔化。在熔煉過程中，需進(jìn)行必要的除氣、除渣處理，以凈化金屬液。*成分調(diào)整與檢測(cè)：熔煉完成后，取樣分析合金成分，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保其符合標(biāo)準(zhǔn)要求。*保溫：將合格的金屬液轉(zhuǎn)入保溫爐中，保持在合適的澆注溫度范圍內(nèi)待用。4.3壓鑄操作壓鑄操作是核心環(huán)節(jié)，操作人員需嚴(yán)格按照工藝規(guī)程和安全操作規(guī)程進(jìn)行。*噴脫模劑：對(duì)模具型腔、型芯等關(guān)鍵部位進(jìn)行均勻、適量噴涂脫模劑，并待其揮發(fā)干燥。噴涂量過多易產(chǎn)生氣孔，過少則易粘模。*合模：操作壓鑄機(jī)合模，確保模具閉合嚴(yán)密。*澆注：將定量的金屬液從保溫爐中舀?。ɑ蛲ㄟ^自動(dòng)澆注裝置）并迅速、平穩(wěn)地澆入壓鑄機(jī)的壓室內(nèi)。*壓射：?jiǎn)?dòng)壓射機(jī)構(gòu)，使壓射沖頭按設(shè)定的壓射速