[科普中国]-压铸模具

压铸模具是铸造液态模锻的一种方法， 一种在专用的压铸模锻机上完成的工艺。它的基本工艺过程是：金属液先低速或高速铸造充型进模具的型腔内，模具有活动的型腔面，它随着金属液的冷却过程加压锻造，既消除毛坯的缩孔缩松缺陷，也使毛坯的内部组织达到锻态的破碎晶粒。毛坯的综合机械性能得到显著的提高。

简介压铸材料、压铸机、模具是压铸生产的三大要素，缺一不可。所谓压铸工艺就是将这三大要素有机地加以综合运用，使能稳定地有节奏地和高效地生产出外观、内在质量好的、尺寸符合图样或协议规定要求的合格铸件，甚至优质铸件的过程1。

常见材质压铸件所采用的合金主要是有色合金，至于黑色金属（钢、铁等）由于模具材料等问题，较少使用。而有色合金压铸件中又以铝合金使用较广泛，锌合金次之。 下面简单介绍一下压铸有色金属的情况。

（1）、压铸有色合金的分类 受阻收缩 混合收缩 自由收缩 铅合金 -----0.2-0.3% 0.3-0.4% 0.4-0.5% 低熔点合金 锡合金 锌合金--------0.3-0.4% 0.4-0.6% 0.6-0.8% 铝硅系--0.3-0.5% 0.5-0.7% 0.7-0.9% 压铸有色合金 铝合金 铝铜系 铝镁系---0.5-0.7% 0.7-0.9% 0.9-1.1% 高熔点合金 铝锌系镁合金----------0.5-0.7% 0.7-0.9% 0.9-1.1% 铜合金（2）、各类压铸合金推荐的浇铸温度 合金种类 铸件平均壁厚≤3mm 铸件平均壁厚>3mm 结构简单 结构复杂 结构简单 结构复杂

铝合金 铝硅系 610-650℃ 640-680℃ 600-620℃ 610-650℃

铝铜系 630-660℃ 660-700℃ 600-640℃ 630-660℃

铝镁系 640-680℃ 660-700℃ 640-670℃ 650-690℃

铝锌系 590-620℃ 620-660℃ 580-620℃ 600-650℃

锌合金 420-440℃ 430-450℃ 400-420℃ 420-440℃

镁合金 640-680℃ 660-700℃ 640-670℃ 650-690℃

铜合金 普通黄铜 910-930℃ 940-980℃ 900-930℃ 900-950℃

硅黄铜 900-920℃ 930-970℃ 910-940℃ 910-940℃

* 注：①浇铸温度一般以保温炉的金属液的温度来计量。

②锌合金的浇铸温度不能超过450℃，以免晶粒粗大。

设计过程1、按照产品使用的材料类别、产品的形状和精度等各项指标对该产品进行工艺分析，订出工艺。

2、确定产品在模具型腔中摆放的位置，进行分型面、排溢系统和浇注系统的分析和设计。

3、对各个活动的型芯拼装方式和固定方式进行设计。

4、抽芯距和力的设计。

5、顶出机构的设计。

6、确定压铸机，对模架和冷却系统设计。

7、核对模具和压铸机的相关尺寸，绘制模具及各个部件的工艺图。

8、设计完成1。

常见问题压铸模具表面温度的控制对生产高质量的压铸件来说，是非常重要的。不平均或不适当的压铸模具温度亦会导致铸件尺寸不稳定，在生产过程中顶出铸件变形，产生热压力、粘模、表面凹陷、内缩孔及热泡等缺陷。模温差异较大时，对生产周期中的变量，如填充时间、冷却时间及喷涂时间等产生不同程度的影响。

1)．冷纹：

原因：熔汤前端的温度太低，相叠时有痕迹

改善方法：

1．检查壁厚是否太薄(设计或制造) ，较薄的区域应直接充填

2．检查形状是否不易充填;距离太远、封闭区域(如鳍片(fin) 、凸起) 、被阻挡区域、圆角太小等均不易充填．并注意是否有肋点或冷点

3．缩短充填时间，缩短充填时间的方法

4．改变充填模式

5．提高模温的方法

6．提高熔汤温度

7．检查合金成分

8．加大逃气道可能有用

9．加真空装置可能有用

2)．裂痕：

原因：

1．收缩应力

2．顶出或整缘时受力裂开

改善方式：

1．加大圆角

2．检查是否有热点

3．增压时间改变(冷室机)

4．增加或缩短合模时间

5．增加拔模角

6．增加顶出销

7．检查模具是否有错位、变形

8．检查合金成分

3)．气孔：

原因：

1．空气夹杂在熔汤中

2．气体的来源：熔解时、在料管中、在模具中、离型剂

改善方法：

1．适当的慢速

2．检查流道转弯是否圆滑，截面积是否渐减

3．检查逃气道面积是否够大，是否有被阻塞，位置是否位於最后充填的地方

4．检查离型剂是否喷太多，模温是否太低

5．使用真空

4)．空蚀：

原因：因压力突然减小，使熔汤中的气体忽然膨胀，冲击模具，造成模具损伤

改善方法：

流道截面积勿急遽变化

5)．缩孔：

原因：当金属由液态凝固为固态时所占的空间变小，若无金属补充便会形成缩孔，通常发生在较慢凝固处

改善方法：

1．增加压力

2．改变模具温度．局部冷却、喷离型剂、降低模温、．有时只是改变缩孔位置，而非消缩孔

6)．脱皮：

原因：

1．充填模式不良，造成熔汤重叠

2．模具变形，造成熔汤重叠

3．夹杂氧化层

改善方法：

1．提早切换为高速

2．缩短充填时间

3．改变充填模式，浇口位置，浇口速度

4．检查模具强度是否足够

5．检查销模装置是否良好

6．检查是否夹杂氧化层

7)．波纹：

原因：第一层熔汤在表面急遽冷却，第二层熔汤流过未能将第一层熔解，却又有足够的融合，造成组织不同

改善方法：

1．改善充填模式

2．缩短充填时间

8)．流动不良产生的孔：

原因：熔汤流动太慢、或是太冷、或是充填模式不良，因此在凝固的金属接合处有孔

改善方法：

1．同改善冷纹方法

2．检查熔汤温度是否稳定

3．检查模具温充是否稳定

9)．在分模面的孔：

原因：可能是缩孔或是气孔

改善方法：

1．若是缩孔，减小浇口厚度或是溢流井进口厚度

2．冷却浇口

3．若是气孔，注意排气或卷气问题

10)．毛边：

原因：

1．锁模力不足

2．模具合模不良

3．模具强度不足

4．熔汤温度太高

11)．缩陷：

原因：缩孔发生在压件表面下面

改善方法：

1．同改善缩孔的方法

2．局部冷却

3．加热另一边

12)．积碳：

原因：离型剂或其他杂质积附在模具上．

改善方法：

1．减小离型剂喷洒量

2．升高模温

3．选择适合的离型剂

4．使用软水稀释离型剂

13)．冒泡：

原因：气体卷在铸件的表面下面

改善方式：

1．减少卷气(同气孔)

2．冷却或防低模温

14)．粘模：

原因：

1．锌积附在模具表面

2．熔汤冲击模具，造成模面损坏

改善方法：

1．降低模具温度

2．降低划面粗糙度

3．加大拔模角

4．镀膜

5．改变充填模式

6．降低浇口速度1

最新技术各种压铸模具表面处理新技术不断涌现，但总的来说可以分为以下三个大类：

(1)传统热处理工艺的改进技术；

(2)表面改性技术，包括表面热扩渗处理、表面相变强化、电火花强化技术等；

(3)涂镀技术，包括化学镀等。

压铸模具是模具中的一个大类。随着我国汽车摩托车工业的迅速发展，压铸行业迎来了发展的新时期，同时，也对压铸模具的综合力学性能、寿命等提出了更高的要求。国际模协秘书长罗百辉认为，要满足不断提高的使用性能需求仅仅依靠新型模具材料的应用仍然很难满足，必须将各种表面处理技术应用到压铸模具的表面处理当中才能达到对压铸模具高效率、高精度和高寿命的要求。在各种模具中，压铸模具的工作条件是较为苛刻的。压力铸造是使熔融金属在高压、高速下充满模具型腔而压铸成型，在工作过程中反复与炽热金属接触，因此要求压铸模具有较高的耐热疲劳、导热性耐磨性、耐蚀性、冲击韧性、红硬性、良好的脱模性等。因此，对压铸模具的表面处理技术要求较高。

1、传统热处理工艺的改进技术

传统的压铸模具热处理工艺是淬火-回火，以后又发展了表面处理技术。由于可作为压铸模具的材料多种多样，同样的表面处理技术和工艺应用在不同的材料上会产生不同的效果。史可夫提出针对模具基材和表面处理技术的基材预处理技术，在传统工艺的基础上，对不同的模具材料提出适合的加工工艺，从而改善模具性能，提高模具寿命。热处理技术改进的另一个发展方向，是将传统的热处理工艺与先进的表面处理工艺相结合，提高压铸模具的使用寿命。如将化学热处理的方法碳氮共渗，与常规淬火、回火工艺相结合的NQN(即碳氮共渗-淬火-碳氮共渗复合强化，不但得到较高的表面硬度，而且有效硬化层深度增加、渗层硬度梯度分布合理、回火稳定性和耐蚀性提高，从而使得压铸模具在获得良好心部性能的同时，表面质量和性能大幅提高。

2、表面改性技术

表面热扩渗技术

这一类型中包括有渗碳、渗氮、渗硼以及碳氮共渗、硫碳氮共渗等。

渗碳和碳氮共渗

渗碳工艺应用于冷、热作和塑料模具表面强化中，都能提高模具寿命。如3Cr2W8V钢制的压铸模具，先渗碳、再经1140～1150℃淬火，550℃回火两次，表面硬度可达HRC56～61，使压铸有色金属及其合金的模具寿命提高1.8～3.0倍。进行渗碳处理时，主要的工艺方法有固体粉末渗碳、气体渗碳、以及真空渗碳、离子渗碳和在渗碳气氛中加入氮元素形成的碳氮共渗等。其中，真空渗碳和离子渗碳则是近20年来发展起来的技术，该技术具有渗速快、渗层均匀、碳浓度梯度平缓以及工件变形小等特点，将会在模具表面尤其是精密模具表面处理中发挥越来越重要的作用。

渗氮及有关的低温热扩渗技术

这一类型中包括渗氮、离子渗氮、碳氮共渗、氧氮共渗、硫氮共渗以及硫碳氮、氧氮硫三元共渗等方法。这些方法处理工艺简便、适应性强、扩渗温度较低一般为480～600℃、工件变形小，尤其适应精密模具的表面强化，而且氮化层硬度高、耐磨性好，有较好的抗粘模性能。

3Cr2W8V钢压铸模具，经调质、520～540℃氮化后，使用寿命较不氮化的模具提高2～3倍。美国用H13钢制作的压铸模具，不少都要进行氮化处理，且以渗氮代替一次回火，表面硬度高达HRC65～70，而模具心部硬度较低、韧性好，从而获得优良的综合力学性能。氮化工艺是压铸模具表面处理常用的工艺，但当氮化层出现薄而脆的白亮层时，无法抵抗交变热应力的作用，极易产生微裂纹，降低热疲劳抗力。因此，在氮化过程中，要严格控制工艺，避免脆性层的产生。国外提出采用二次和多次渗氮工艺。采用反复渗氮的办法可以分解容易在服役过程中产生微裂纹的氮化物白亮层，增加渗氮层厚度，并同时使模具表面存在很厚的残余应力层，使模具的寿命得以明显提高。此外还有采用盐浴碳氮共渗和盐浴硫氮碳共渗等方法。这些工艺在国外应用较为广泛，在国内较少见。如TFI+ABI工艺，是在盐浴氮碳共渗后再于碱性氧化性盐浴中浸渍。工件表面发生氧化，呈黑色，其耐磨性、耐蚀性、耐热性均得到了改善。经此方法处理的铝合金压铸模具寿命提高数百小时。再如法国开发的硫氮碳共渗后进行氮化处理的oxynit工艺，应用于有色金属压铸模具则更具特点。

产业现状国内压铸模具现状

我国压铸模具行业发展迅速，总产量增长明显，国产压铸模具总产量仅次于美国，已经跃居世界第二位，成为名符其实的压铸大国。能有如此成就主要源于我国凭借着得天独厚的广阔市场以及相对低廉的资源与劳动力优势，已非常明显的性价比在国际压铸件贸易市场中占据着较大优势，很据形势来看，未来我国压铸行业发展前景十分广阔。

虽然我国的压铸模具在“十一五”期间有了重大的突破。但是其国际知名度排位仍然靠后，产量也日益攀升但是大多数压铸模具仅供于国内的需求。由于技术的制约使得质量难以突破，同时国内的一些大型需求企业也频频向国外的压铸模具企业伸出橄榄枝，严重的贸易逆差使得国内压铸企业举步维艰。

国际压铸模具现状

在国际压铸模具市场竞争日趋激烈的情境下，日本压铸模具业也在努力降低生产成本。在市场规模上，不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。日本压铸模具业正逐渐将技术含量不高的模具转向人力成本低的地区生产，只在本国生产技术含量较高的产品，日本这种加快向国外转移的趋势，这使日本本国压铸模具使用量减少。

影响我国压铸模具业发展的因素分析

制约我国压铸模具行业发展的主要原因有：第一，国内压铸模具在原材料的使用上面仍有许多不足之处；第二，技术的落后，是我国压铸模具产业的发展受到了非常大的阻碍；第三，我国压铸模具业的配套体系也不完善。

产业发展新型合金压铸模具产品在我国销售良好，但这种现象并不代表着在全世界销售都很好，国外市场的需求往往与国内有着不同之处。据有关专家表示，制约我国压铸模具外销的主要原因有三，第一，国内压铸模具在原材料的使用上仍有很多不足之处；第二，技术的落后也是我国压铸模具业发展的阻碍之一；第三，我国压铸模具业的配套体系也不完善。这些是制约我国压铸模具业发展的瓶颈所在，我国压铸模具业只有突破了这些瓶颈，在国际市场上的占有率将大有提高。

压铸与模具既有区别又有联系，压铸模具行业的诞生就是二者最完美的结合，换句话来说，压铸、模具、压铸模具是三个不同的行业，其关系主要以几个方式存在：压铸、模具一体化，模具全部自己制造，也很少给别的企业做模具；专业压铸模具制造，没有压铸；只有压铸，没有模具制造能力。随着产业分工的加剧，产业界限的逐渐模糊以及产业交叉的发展，三个行业之间应该加强联系，互相学习，将三种行业融为一体，以“一体化”的形式存在，相信后期我国的压铸模具产业将会迎来更多更大的发展机遇和空间1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学