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压铸锌合金熔炼及其渣的处理 

一、熔炼过程的物理、化学现象
合金熔炼是压铸过程的一个重要环节，熔炼过程不仅是为了获得熔融的金属液，更重要的是得到化学成分符合规定，能使压铸件得到良好的结晶组织以及气体、夹杂物都很小的金属液。在熔炼过程中，金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使组分发生变化，产生夹杂物和吸气。所以制订正确的熔化工艺规程，并严格执行，是获得高质量铸件的重要保证。
1. 金属与气体的相互作用
在熔炼过程中，遇到的气体有氢（H2）、氧（O2）、水汽（H2O）、氮（N2）、CO2、CO等，这些气体或是溶于金属液中，或是与其发生化学作用。 
2. 气体的来源
气体主要由原料中来，也可以从炉气、炉衬、原材料、熔剂、工具等途径进入合金液中。

3. 金属与坩埚的相互作用
当熔炼温度过高时，铁质坩埚与锌液反应加快，坩埚表面发生铁的氧化反应生成Fe2O3等氧化物；此外铁元素还会与锌液反应生成FeZn13化合物（锌渣），溶解在锌液中。铁坩埚壁厚不断减薄直到报废。

二、熔炼温度控制

1. 压铸温度
压铸用的锌合金熔点为382～386℃，合适的温度控制是锌合金成分控制的一个重要因素。为保证合金液良好的流动性充填型腔，压铸机锌锅内金属液温度为415～430℃，薄壁件、复杂件压铸温度可取上限；厚壁件、简单件可取下限。中央熔炼炉内金属液温度为430～450℃。进入鹅颈管的金属液温度与锌锅内的温度基本一样。通过控制锌锅金属液温度就能对浇注温度进行准确的控制。并做到：① 金属液为不含氧化物的干净液体；② 浇注温度不波动。

温度过高的害处：
① 铝、镁元素烧损。
② 金属氧化速度加快，烧损量增加，锌渣增加。
③ 热膨胀作用会发生卡死锤头现象。
④ 铸铁坩埚中铁元素熔入合金更多，高温下锌与铁反应加快。会形成铁-铝金属间化合物的硬颗粒，使锤头、鹅颈过度磨损。
⑤ 燃料消耗相应增加。

温度过低：合金流动性差，不利于成形，影响压铸件表面质量。
现在的压铸机熔锅或熔炉都配备温度测控系统，日常工作中主要是定时检查以保证测温仪器的准确性，定期用便携式测温器（温度表）实测熔炉实际温度，予以校正。 有经验的压铸工会用肉眼观察熔液，若刮渣后觉得熔液不太粘稠，也较清亮，起渣不是很快，说明温度合适；熔液过于粘稠，则说明温度偏低；刮渣后液面很快泛出一层白霜，起渣过快，说明温度偏高，应及时调整。

2. 如何保持温度的稳定
① 最佳方法之一：采用中央熔炼炉，压铸机熔炉作保温炉，从而避免在锌锅中直接加锌锭熔化时造成大幅度温度变化。集中熔炼能保证合金成分稳定。
② 最佳方法之二：采用先进的金属液自动送料系统，能够保持稳定的供料速度、合金液的温度及锌锅液面高度。
③ 如果目前生产条件是在锌锅中直接加料，建议将一次加入整条合金锭改为多次加入小块合金锭，可减少因加料引起的温度变化幅度。

三、锌渣的产生及控制
通过熔炼合金从固态变为液态，这是一个复杂的物理、化学过程。气体与熔融金属发生化学反应，其中氧的反应最为强烈，合金表面被氧化而产生一定量的浮渣。浮渣中含有氧化物和铁、锌、铝金属间化合物，从熔体表面刮下的浮渣中通常含有90%左右的锌合金。锌渣形成的反应速度随熔炼温度上升成指数增加。正常情况下，，原始锌合金锭的产渣量低于1%，在0.3～0.5%范围内；而重熔水口、废工件等产渣量通常在2～5%之间。

1. 锌渣量的控制
① 严格控制熔炼温度，温度越高，锌渣越多。
② 尽可能避免锌锅中合金液的搅动，任何方式的搅动都会导致更多的合金液与空气中氧原子的接触，从而形成更多的浮渣。
③ 不要过于频繁的扒渣。当熔融的合金暴露于空气中都会发生氧化，形成浮渣，保留炉面一层薄的浮渣有利于锅中液体不进一步氧化。
④ 扒渣时，使用一个多孔（Ф6 mm）盘形扒渣耙，轻轻从浮渣下面刮过，尽可能避免合金液搅动，将刮出的渣盛起，扒渣耙在锌锅边轻轻磕打，使金属液流回锌锅中。

2. 锌渣的处理
① 卖回原料供应商或专门处理厂，因为自行处理可能成本更高。
② 压铸厂自行处理。需要有单独的熔炉，锌渣重熔温度在420～440℃范围内。同时加入助熔剂。熔炼100公斤渣，需加入0.5～1.5公斤助熔剂，先均匀散发在金属液面，随后用搅拌器将其均匀混入熔融金属中（约需2～4分钟），保温5分钟后，表面产生一层更似泥土类的东西，将其刮掉。

四、水口料、废件重熔
水口料、废料、垃圾位、报废工件等，不宜直接放入压铸机锌锅内重熔。原因是这些水口料表面在压铸成形过程中发生氧化，其氧化锌的含量远远超过原始合金锭，当这些水口料在锌锅中重熔时，由于氧化锌在高温条件下呈粘稠状态，将其从锌锅取出时，会带走大量的合金成分。
把水口料等另外重熔，是为了将氧化锌和液体合金中有效的分离开，熔炼中须加入一些溶剂，铸成锭后使用。

五、电镀废料重熔
电镀废料应同无电镀废料分开熔炼，因为电镀废料中含铜、镍、铬等金属是不溶于锌的，留在锌合金中会以坚硬的颗粒物存在，带来抛光和机加工的困难。
电镀废料重熔中注意将镀层物质与锌合金分开，先将电镀废料放入到装有锌合金熔体的坩埚中，这时不要搅动熔体，也不要加入熔剂，利用镀层物质熔点高，镀层不会熔入合金中，而会在最初一段时间内浮在熔液表面，当全部熔化后，让坩埚静置15 ~ 20分钟，看表面是否还会有浮渣出现，把浮渣刮干净。经过这一道工序后，再看是否有必要加精炼剂。

六、熔炼操作中注意事项

1. 坩埚：使用前必须进行清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣和氧化物等。为防止铸铁坩埚中铁元素溶解于合金中，坩埚应预热到150 ～200℃，在工作表面上喷一层涂料，再加热到200～300℃，彻底去除涂料中水份。
2. 工具：熔炼工具在使用前应清除表面脏物，与金属接触的部份，必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分，否则引起熔液飞溅及爆炸。
3. 合金料：熔炼前要清理干净并预热，去除表面吸附的水分。为了控制合金成分，建议采用2/3的新料与1/3的回炉料搭配使用。
4. 熔炼温度绝对不能超过450℃。
5. 及时清理锌锅中液面上的浮渣，及时补充锌料，保持熔液面正常的高度（不低于坩埚面30 mm），因为过多的浮渣和过低的液面都容易造成料渣进入鹅颈司筒，拉伤钢呤、锤头和司筒本身，导致卡死锤头、鹅颈和锤头报废。
6. 熔液上面的浮渣用扒渣耙平静地搅动，使之集聚以便取出。
1  中国压铸市场基本概况
2005年全国压铸件产量864200吨，2006年预计突破100万吨大关，这只是狭义的高压压铸。按广义的压铸范畴，即包括低压铸造和挤压铸造等各种压力下铸造成型工艺，其总产量可达140万吨。
2006年，“十一五”规划的第一年，社会经济发展势头良好。中国汽车工业协会统计，2006年上半年全国汽车产量363.03万辆,同比增长28.94%;销售353.52万辆,同比增长26.71%。海关总署公布，上半年汽车及零部件出口113.27亿美元，同比增长44.32%。2006年国内生产总值预期增长8％，而上半年实际增长10.9％。压铸业仍将保持稳步发展。
研究中国压铸市场必先了解相关的经济环境。
从上游来看,2005年全国原铝产量781万吨、锌产量217万吨、镁产量46.96万吨、铜产量258万吨。有色金属生产持续增长，为压铸生产增长提供丰富资源。
以铝为例：2005年总产量781万吨，其中国内消费710万吨，净出口68.2万吨,其他2.4万吨。按工艺用途分类：建筑型材和工业型材 340万吨,占47.9%; 铝铸件160万吨,占22.5%;铝板棒材138万吨,占19.4%;铝箔62万吨, 占8.8% ;其他方面10万吨,占1.4%。
从下游来看:2005年中国汽车、摩托车等交通运输业铝铸件总量约为96万吨，其中汽车、摩托车、农用车、电动自行车等装车量合计67.5万吨;铝合金轮毂等配件出口12万吨;投入汽车、摩托车配件市场16.5万吨。在铝铸件总产量160万吨中，其余64万吨则用于电子电器、机械仪表、灯具、工具、五金等各个行业。
扩展视野，向上游下游延伸，可带来更多商机。
2  中国压铸持续发展的必然性
2.1 国民经济持续发展是压铸增长的根本保障
我国近百年来贫困落后所蕴藏的要翻身的巨大能量，这种“后发优势”在改革开放政策的引导下，形成为推动经济发展的动力。人民的意志决定了市场的走向，我国的“汽车热” “房产热”乃至 “经济热” 将延续下去，特别是制造业高速发展期将延续更久。“十一五”规划 GDP 年均增长7.5％，这就为压铸业持续发展提供了最根本的保障。
2.2 世界经济一体化促使压铸重心向中国转移
在经济全球化的浪潮中，产业发展序列的国际分工正在形成。我国的经济水平，特别是拥有千万吨有色金属资源和丰富的劳动力资源以及巨大的市场，决定我国在国际产业分工中主要处于产品制造的序列。从而，将在很长期间承担国际有色金属铸件及其制品的生产制造任务。世界压铸生产的重心向东方转移已成必然趋势。 我们清醒地知道, 这将付出大量的有色金属资源、能源，也污染了环境。 我们应积极提升技术含量和增大附加值，创造条件逐步实现产业转型，将传统压铸业发展成为现代压铸业。
2.3 汽车工业的迅速发展和轻量化促进压铸生产持续发展
铸件的轻量化已成为重要的发展趋势。汽车轻量化的迫切需要为压铸业的发展提供了广阔的前景。
国内外市场对压铸件的巨大需求,这就决定了中国压铸业持续发展是历史的必然。
3  中国压铸生产发展的多元化
日本和美国的汽车压铸件占压铸件总量比例很高，而我国相对较低。再加上1700万辆摩托车、268万辆农用车和800万辆电动自行车的平衡；五金灯具、电子电器、电动工具等行业十分兴旺，故我国压铸业生产发展保持较大的稳定性和较高的增长速度。
2005年压铸件:　汽车和摩托车542700吨占62.8%,五金玩具138200吨占16%,电器电子101900吨占11.8%,其他领域81400吨,占9.4%。
31 汽车发动机铝合金缸体压铸
近年来，我国汽车铝合金发动机缸体压铸发展迅猛。广州东风本田发动机公司、重庆长安汽车集团、长安铃木汽车、哈尔滨东安动力等公司均于2002年前后引进全自动生产线，压铸汽车发动机铝合金缸体。上海乾通汽车附件公司生产柳河五菱汽车铝合金缸体，后又引进3550吨全自动压铸生产线，致力于更大的铝合金压铸件的开发与生产。最近，长春一汽集团、宜兴江旭铸造公司、广东鸿图科技股份公司等均引进大型压铸机自动化生产线，开发大型铝合金、镁合金压铸件。特别是2005年跨国汽车巨头在我国掀起新一轮发动机投资热，其势越来越旺，这将有力地推动铝合金发动机缸体压铸的加速发展。
3.2 汽车摩托车铝合金轮毂
全国铝合金轮毂生产企业近百家，2003年总产量4250万只；2004年达到4700万只，出口占36%。2005年产量5200余万只，并扩大出口。铝合金轮毂发展势头方兴未艾。
3.3 摩托车产销长盛不衰双创新高
2005年全国摩托车产量1776.7万辆，销售 1774.5万辆, 出口 722.66万辆, 创汇 22.48亿美元。 涌现：江门大长江、嘉陵、建设、钱江、洛阳北方5个百万辆级企业。力帆、隆鑫、新大洲本田、轻骑和金城集团产量均在80万辆以上。
摩托车工业“十一五”发展目标：产量2200万辆，工业总产值1200亿至1300亿元。2006年摩托车生产增长呈加速趋势，摩托车行业长盛不衰，成为铝合金压铸生产持久发展的重要支柱。
3.4 汽车零部件已构成巨大市场
国家统计局统计，2005年全国汽车零部件工业企业，完成工业总产值3527.55亿元，同比增长17.34%；产品销售收入3448.87亿元，同比增长18.67%；实现利税199.56亿元。海关总署公布，2006年上半年汽车零部件出口总额100.44亿美元，同比增长38.42％。2010年汽车零部件（包括装车、配件、出口三个部分）有望达到8000亿元的规模。在汽车零部件总额中，铝合金压铸件占有很大的份额。
3.5 房地产业火爆推动五金高速发展
2005年底，我国城镇房屋建筑面积已达164亿平方米，城镇人均住宅面积提高到26平方米。房地产业强劲的发展势头，有力地推动了建筑五金、日用五金生产的迅速发展。
五金工业集群向专业生产基地发展已成为必然趋势，如浙江玉环生产阀门和卫浴五金制品的企业约800余家，年产值75亿元，出口25亿元，阀门生产约占全国 60%。 温州拥有400多家锁具生产企业，年产值60多亿元，出口20多亿元，被誉为“锁都”。五金行业高速发展为压铸业提供了广阔空间。
3.6 锌合金压铸件生产稳步增长
2005年，锌合金压铸件产量达到 218500吨，占压铸件总产量 25.2%。锌合金压铸以沿海省市为主，广东居于首位，其次是浙江、江苏、上海、天津、福建等省市。特别是香港、澳门回归大批锌合金压铸业务和设备转移到珠江三角洲等沿海地区，更加增添了锌合金压铸市场的繁荣。近年来，由于锌价猛涨，压铸成本剧增,将给锌合金压铸生产发展带来影响。
3.7 镁合金压铸生产的迅速发展
2005年，我国原镁产量达到 46.96万吨，镁合金压铸件以年增长20%的高速向前发展，生产和科研单位近百家。汽车镁合金压铸件的生产企业有：上海乾通、一汽集团、东风集团、浙江岱美、杭州富春、常熟中翼、吉林临江镁业等；生产电脑、手机外壳为主的企业有：青岛金谷镁业、苏州可成科技、太仓敬得科技、昆山富钰精密组件、广东嘉瑞、镁达、美利达、 泛亚欧宝、东运镁业、环宇镁铝、黄江精诚、深圳铿利、富士康、创金美、长春华禹镁业、宁波耐特镁业等；重庆隆鑫集团“全镁概念摩托车”和北京远东镁合金制品公司开发的 “自行车镁合金车架整体压铸”均为典型范例。重庆镁业科技、广东鸿图科技、南京华宏镁业等均为镁合金压铸的发展作出了贡献。
4  中国压铸生产发展的集群性
各地区以汽车、摩托车、电子电器、家电五金等龙头企业，带动压铸件生产企业、压铸设备企业、模具企业、合金企业等，形成为压铸工业群体，促进该地区压铸生产的迅速发展。
华北地区   43210 吨 占　5.0%　 　东北地区  73450 吨  占  8.5%
华东地区  325800 吨 占 37.7%　 　中南地区 297300 吨  占 34.4%
西南地区  103700 吨 占 12.0%　 　西北地区  20740 吨  占  2.4%
全国总计  864200 吨 占100.0%
欲建压铸强国，企业是基础，现涌现一批压铸骨干企业，规模较大,设备精良,水平较高,是我国压铸业未来的希望。
华北　北京汽摩 天津柳河 河北唐凯 戴卡轮毂 北方易初 华泰铝轮 秦太压铸 天元铝业
东北　一汽特铸 联合压铸 长春东方 爱迪压铸 沈阳新乐 兴华电器 临江镁业 大连亚明
 哈尔滨东安  三佳化油器
华东  上海乾通 皮尔博格 春兰集团 万丰奥特 南京金城 华宏镁业 六丰机械 宜兴江旭
 济南轻骑 厦门灿坤 扬州嵘泰 江阴新大 常州日升 青岛金谷 烟台大宇 可成科技
 上海新格 青岛金艺 宁波杰友升 上海金合利 
中南　东风本田 力劲科技 嘉瑞集团 鸿图科技 广东文灿 湛江德利 东莞鸿图 中南轮毂
 东莞泛亚 珠海嵘泰 宜安实业 江门华铃 东风集团 湖北华阳 增城运豪 江西昌华
 江门大长江 创金美科技 富士康集团 伊之密压铸
西南　重庆渝江 成都兴光 建设集团 长安汽车 重庆镁业 贵州华宇
西北　陕西烽火集团 秦岭航空电器 西安仪表 绵阳富临 西安东方 陕西江南
5  中国压铸生产经营的艰巨性
2010年我国汽车需求将达到900万辆以上，2020年将成为世界上最大的汽车市场，跨国巨头抢占汽车零部件市场势在必然,市场竞争势必激烈。中国将用十年时间，实现零部件出口占世界汽车贸易额的10％，即1200多亿美元的规模，这为中国压铸业开创一条生存发展大道。
以压铸设备为例：国外压铸机制造商大举进军大陆市场，就地生产、就地销售。已建厂的有：日本宇部、日本东芝、瑞士布勒、德国富来、美国派克玛、大韩铸造设备等公司。这为中国压铸业生产发展和技术提升发挥了积极的促进作用。强手如林，群雄逐鹿，对国内压铸机制造业的生存形成了巨大的压力，将压力转化为动力，奋发图强，继承创新，逐步形成具有中国特色的压铸设备制造业，以求得生存和发展。
市场竞争激烈，原材料价格猛涨，产品成本剧增，利润空间缩小，我国压铸业面临严重考验。
结束语
中国压铸，从1947年开始已有六十年历史，现拥有国际和国内两个巨大的市场，拥有有色金属资源和劳动力丰富的优势，并拥有一支长期从事压铸科学实验和生产实践的专业技术队伍。2006年，中国压铸产量预期突破100万吨大关，按“广义压铸”范畴，包括低压铸造和挤压铸造等合计已达140万吨的规模，这就构成了中国压铸业进入划时代发展的重要物质技术基础。当前，大而不强的现实，严重阻碍了我国压铸业的健康发展，削弱了我国压铸业的国际竞争实力。由大变强，已成为全国压铸界有志之士最为强烈的祈盼，争取用10年至15年的时间，即2020年之前完成“压铸大国”向“压铸强国”的提升，以实现我们梦寐以求并终生为之奋斗的宿愿
由于我国压铸业与工业先进国家相比确实存在差距，即使压铸件产量赶上去了，但要成为压铸强国，尚有一个艰苦漫长的过程。必须谦虚谨慎，学习国外先进技术和管理经验，奋力拼搏，开拓创新，才能重铸中华铸造的历史辉煌！

作者  宋才飞  从事有色压铸五十年，历任上海市铸造协会有色压铸专业委员会主任委员、中国铸造协会压铸分会副主任委员、全国铸造学会压铸委员会顾问等职。上海市临汾路299弄5号705室（200435）　电话　[phone]　电子邮件　songcf@
压铸技术基础（一）
压铸的几个基本问题

铸件的收缩

根据压铸的特点，铸件的收缩规律大致如下：

1.  冷却凝固时，包紧成型零件，并受这些零件所阻碍，收缩量就比较小

2.  薄壁铸件的收缩量比厚壁铸件小

3.  大铸件的收缩百分率比小铸件的收缩百分率小

4.  压铸成形后，留模时间愈长，收缩量愈小

5.  形状复杂的铸件比简单铸件收缩量小

6.  同一铸件的不同尺寸部位，各处于上不同的情况时，各自的收缩率有可能不相同

7.  铸件的收缩是在实体上产生的，故在空档部位上，有时它的实际收缩可能使该部位的尺寸变大

此外，铸件的收缩可能与工艺因素，操作方面（如分型面的清理、涂料涂层的厚薄）有关。

上述的收缩规律性只是针对一些特定条件而言，生产中，常常应根据实际情况加以综合的考虑。

内浇口速度

    为便于生产中对内浇口速度的选定，将铸件的壁厚与内浇口速度的关系列于表中。

在选取用内浇口速度时，可以考虑下列情况

1.   铸件形状复杂时，内浇口速度可高些

2.   合金浇入温度低时，内浇口速度可高些

3.   合金和模具材料的导热性能好时，内浇口速度应高些

4.   内浇口厚度较厚时，内浇口速度应高些

铸件平均壁厚 （毫米）
内浇口速度 
  （米/秒）
铸件平均壁厚
（毫米）
内浇口速度 
  （米/秒）
1
46~55
5
32~40
1.5
44~53
6
30~37
2
42~50
7
28~34
2.5
40~48
8
26~32
3
38~46
9
24~29
3.5
36~44
10
22~27
4
34~42

  速度与压力的关系

根据流体力学的论述，伯努利定理适用于理想流体和稳定流动，其方程式为：

       p/ρ+gz+1/2q2=Const

它是一维流动问题中最重要的一个关系，而且在整个流体力学的领域里也具有根本的重要性。它是一个能量守恒的表达式，因为每一项都代表单位质量的能量：第一项是压力所做的功，每二项是由于重力而引起的势能，而第三项是动能。

于是，按照压铸过程的金属流动来看，压室内熔融金属从冲头速度加速到内浇口的过程，便可根据伯努利方程式列出如下的表示式，即

p n/ρ+gh n+1/2v2 n=p b/ρ+gh s+1/2v2 c

    式中p n —内浇口处通过金属流之前的压力（公斤/厘米2 ）

     ρ—熔融金属的密度（公斤/厘米3 ）

     g —重力加速度（981厘米/秒2 ）

     h n —内浇口压力头高度（厘米）

     v n —内浇口速度（厘米/秒）

     p b —压室内作用于金属上的压力（公斤/厘米2 ），此处实为填充比压，符号应为pb c，但为叙述方便，直接用p b列出

     h s —压室的压力头高度（厘米）

     v c —冲头速度（厘米/秒）

但是，对于压铸过程来说，对上述表示式可作如下的分析：

    内浇口处通过金属流之前的压力p n，在模具上开有足够的排气道的情况下，相当于大气压力，而压室内作用于金属上地压力p b（实为填充比压）则甚大于大气压力，故移项后，p b-p n的差值与p b十分接近，所以p n项可忽略不计。

  　内浇口的压力头高度h n和压室的压力头高度相差只有几厘米，因此，可按相等看待，在等式的两边的抵消而消除。

冲头速度v c与内浇口速度v n相比，由于面积F S和F n相差十几倍甚至几十倍，故冲头速度总是比内浇口速度小十几倍或几十倍，况且在伯努利方程式中还是一个平方数，因此，v c也不予计入。

于是，表示式可简化为

       1/2v2 n = p b /ρ

即

       v n=(2p b/ρ)1/2   

当密度ρ用比重r来表示，即

ρ=r/g

所以，内浇口速度 v n与压力（填充比压）的关系式便可写成

       V n=(2gpb/r)1/2   

但是，熔融金属毕竟不同于理想流体，熔融金属本身的物理特性（粘性、表面张力、内磨擦等）造成的速度损失必须加以考虑，同时，金属的流动还与浇道几何形状、流动规律（撞击、转向、气体阻碍等）有关，这些都是使速度损失的因素。 因此，设η为流动时受到各种影响而使速度降低的总的系数。并称之为阻力系数。这个阻力系数可大致地定为0.358。于是内浇口速度与比压的关系在计入阻力系数后的计算式为：

v n=0.358(2gpb/r)1/2  

当内浇口速度已经选定，则比压p b（实为填充比压pb c）可由下式求得

p b=v2 nr/(2g*0.3582 )

生产中，由于机器的驱动系统、传动机构中的压力均有损失，阀门的开闭可能滞后，机器运动零部件惯性、运动时的各种摩擦阻力以及压力液的泄露等等因素的存在，使填充比压和冲头速度都有所损失，而损失的程度，则是以机器的效能而定，这种效能可以通过仪器测定。调节机器时，预定的压力（比压）和冲头速度便根据损失的程度，按计算出的压力适当加大，从而冲头速度也随之得到补偿。

　　填充时间

熔融金属自开始进入型腔到充满的过程所需的时间称为填充时间。

填充时间是压力、速度、温度、浇口、排气、金属性质以及铸件结构（壁厚）等多种因素结合以后造成的结果，因而也是填充过和中各种因素相互协调的综合反映。

前面已经提前提到，填充结束时，型腔内不同部位的金属的凝固不是同时完成的，亦即局部的金属早凝固是不可避免的。但是，在决定填充时间时，仍然把填充结束前金属不产生凝固这一理想情况为条件的。可此，最佳填充时间应是压铸的金属尚未凝固而允许最长的填充型腔的时间。

根据铸件凝固温度的理论，再将有关方面综述如下：

1.  金属的凝固温度范围是在液相线与固相线温度之间；

2.  为了使熔融在填充过程中保持必要的填充性（流动性），金属应处于过热温度；

3.  金属凝固时释放的热量通过型壁进行传导；

4.  过热的金属液到完全凝固前释放的热量应等于模具在该段时间内吸收的热量。这一过程与合金的比热和模具的热传导系数有关。

在上述的基础上，再根据逆流式换热器的原理加以推导，便得到如下的方程式：

t=(Tn-Ty)CG/(Tn-Tm)HmF

式中  t——填充时间（秒）

Tn——内浇口处熔融金属的温度（℃）

Ty——熔融金属的液相线温度（℃）

Tm——模具温度（℃）

Ｃ－熔融金属（合金）的比热（卡/克）

G—铸件的重量（克）

Hm—模具热传导系数（卡/厘米2·秒·℃）（与凝固时间的计算中的Hm相同）

F—铸件表面面积(厘米2)

其中，G/F可看成一个比率，并用铸件壁厚b的一半b/2代替。

根据有关资料，以这一方程式为基础，得到如下的计算式

           t=0.034b(Tn-Ty+64)/(Tn-Tm)

       t——填充时间（秒）

       Tn——内浇口处熔融金属的温度（℃）

       Ty——熔融金属的液相线温度（℃）

       Tm——模具温度（℃））

       b——铸件的平均壁厚（毫米）

计算时，平均壁厚b可大致地按如下原则确定，即：一般取铸件上同一壁厚最多的数值为平均壁厚。

必要时，平均壁厚也可按下式计算：

b=(b1F1+b2F2+b3F3+…)/(F1+F2+F3)

式中，b1,b2,b3——铸件某个部位的壁厚：

F1,F2,F3——壁厚为b1,b2,b3部位的面积

表中列出了供直接选用的按壁厚确定的填充时间值，表内数值是综合了确定填充时间的各种计算方法和试验数值，结合生产中许多种压铸实际情况，做了一定的计算和验证工作后提出的，列出的数值是以铝合金为基础的，但适用于其他合金。

铸件的平均壁厚（厘米）
填充时间    （秒）
铸件的平均壁厚（厘米）
填充时间 （秒）
1
0.010~0.014
5
0.048~0.072
1.5
0.014~0.020
6
0.056~0.084
2
0.018~0.026
7
0.066~0.100
2.5
0.022~0.032
8
0.076~0.116
3
0.028~0.040
9
0.088~0.138
3.5
0.034~0.050
10
0.100~0.160
4
0.040~0.060

在表中范围内，填充时间还可以考虑下列情况来选用：

1.   合金的入温度高时，填充时间可选长些

2.   模具温度高时，填充时间可选长些

3.   铸件厚壁部分远离内浇口远时，填充时间可选长些

4.   熔化潜热和比热高的合金，填充时间可选长些

以上的计算或查表选用，都只是压铸生产前的预选工作，还应通过试模或试生产的过程，采取测定实际的冲头速度方法，对预选的填充时间加以验证。

    增压建压时间和压力升高时间

增压建压时间是指在增压阶段的起始点上能够把升高的压力建立起来的时间，在这个起始点上的压力的大小即为填充阶段填充比压的大小。从压铸工艺上来说，所需的增压建压时间愈短愈好，但是机器压射系统的增压装置所能提供的增压建压时间是有限度的，性能较好的机器的最短建时间也不短于0.01秒。

压力升高时间指从增压压力建立起，直到压力升高到预定的数值所需的时间，从压铸上来说，压力升高时间的长短，主要是由型腔中金属的凝固时间所决定，因而与下列因素有关：

１）不同的合金有不同的凝固时间，凝固时间长的，压力升高时间亦稍长。

２）厚壁铸件的凝固时间较长，压力升高时间亦稍长。

３）型腔中金属的凝固在不同的部位上各自为往往不是同时完成是，尤其是复杂的和大型的铸件，模具热平衡状态更为复杂，这时取决于与内浇口相连的部位上的金属凝固时间。

由此可见，增压压力的建成，应与金属的凝固形成这样的关系：即：金属凝固的过程中，随着致密度的逐渐增加，所需的压力逐渐要大。因此，在理想的条件下，仅就时间而言，压力升高时间的长短可以与凝固时间同样的看待。在这种情况下，增压的作用也达到了理想的预期效果，

实际上，应使压力升高时间比金属的凝固时间稍短才是合理的，因为时间的绝对值极其短促，若增压压力的建成稍迟，也会失去作用。当然，如果压力升高时间过短，金属尚未完全凝固，增压压力早已建成并作用于其上，则将增大胀型力的液压冲击作用，在位移——压力曲线上形成过高的压力峰值，从而引起胀型力超过极限值，发生机器锁模力不足的现象。

因此，机器压射系统的增压装置上，压力升高时间的可调性十分重要。根据凝固时间来看，其调整范围在0.015～0.3秒内比较适宜。实际生产中，应根据铸件的大小（或压铸机的大小）再划分出小的范围。
压铸技术基础（二）

压铸件的缺陷及产生的原因

压铸生产中遇到的质量问题很多，其原因也是多方面生产中必须对产生的质量问题作出正确的判断。找出真正的原因，才能提出相应切实可行的有效的改进措施，以便不断提高铸件质量。

压铸件生产所出现的质量问题中，有关缺陷方面的特征、产生的原因（包括改进措施）分别叙述于后。

一、欠铸

压铸件成形过程中，某些部位填充不完整，称为欠铸。当欠铸的部位严重时，可以作为铸件的形状不符合图纸要求来看待。通常对于欠铸是不允许存在的。

造成欠铸的原因有：

１）填充条件不良，欠铸部位呈不规则的冷凝金属

Ø   当压力不足、不够、流动前沿的金属凝固过早，造成转角、深凹、薄壁（甚至薄于平均壁厚）、柱形孔壁等部位产生欠铸。

Ø   模具温度过低

Ø   合金浇入温度过低

Ø   内浇口位置不好，形成大的流动阻力

２）气体阻碍，欠铸部位表面光滑，但形状不规则

Ø   难以开设排溢系统的部位，气体积聚

Ø   熔融金属的流动时，湍流剧烈，包卷气体

３）模具型腔有残留物

Ø   涂料的用量或喷涂方法不当，造成局部的涂料沉积

Ø   成型零件的镶拼缝隙过大，或滑动配合间隙过大，填充时窜入金属，铸件脱出后，并未能被完全带出而呈现片状夹在缝隙上。当之种片状的金属（金属片，其厚度即为缝隙的大小）又凸于周围型面较多，便在合模的情况下将凸出的高度变成适为铸件的壁厚，使以后的铸件在该处产生穿透（对壁厚来说）的沟槽。这种穿透的沟槽即成为欠铸的一种特殊形式。这种欠铸现象多在由镶拼组成的深腔的情况下出现。

Ø   浇料不足（包括余料节过薄）。

Ø   立式压铸机上，压射时，下冲头下移让开喷嘴孔口不够，造成一系列的填充条件不良。

二、裂纹

铸件的基体被破坏或断开，形成细长的缝隙，呈现不规则线形，在外力作用下有发展的趋势，这种缺陷称为裂纹。在压铸件上，裂纹是不允许存在的。

造成裂纹的原因有：

1． 铸件结构和形状

Ø   铸件上的厚壁与薄壁的相接处转变避剧烈

Ø   铸件上的转折圆角不够

Ø   铸件上能安置推杆的部位不够，造成推杆分布不均衡

Ø   铸件设计上考虑不周，收缩时产生应力而撕裂。

2． 模具的成型零件的表面质量不好，装固不稳

Ø   成型表面沿出模方向有凹陷，铸件脱出撕裂

Ø   凸的成型表面其根部有加工痕迹未能消除，铸件被

Ø   成型零件装固有偏斜，阻碍铸件脱出。

3． 顶出造成

Ø   模具的顶出元件安置不合理（位置或个数）

Ø   顶出机构有偏斜，铸件受力不均衡

Ø   模具的顶出机构与机器上的液压顶出器的连接不合理，或有歪斜或动作不协调

Ø   顶针顶出时的机器顶杆长短不一致，液压顶出的顶棒长短不一致。

4． 合金的成分

1）对于锌合金

A有害杂质铅、锡和镉的含量较多

B纯度不够

2）对于铝合金

A含铁量过高，针状的含铁化合物增多

B铝硅合金中硅含量过高

C铝镁合金中镁含量高

D其它杂质过高，增加了脆性

3）对于镁合金

铝、硅含量过高

5）合金的熔炼质量

A熔炼温度过高，造成偏析

B保温时间过长，晶粒粗大

C氧化夹杂过多

6）操作不合理

A留模时间过长，特别是热脆性大的合金（如镁合金）

B涂料用量不当，有沉积

7）填充不良、金属基体未熔合，凝固后强度不够，特别是离浇口远的部位更易出现。

三、孔穴

孔穴包括气孔和缩孔

    1、气孔

气孔有两种：一种是填充时，金属卷入气体形成的内表面光亮和光滑、形状较为规则的孔洞。另一种是合金熔炼不正确或不够，气体熔解于合金中。压铸时，激冷甚剧，凝固很快，熔于金属内部的气体来不及析出，使金属内的气体留在铸件内而形成孔洞。

压铸件内的气孔以金属卷入型腔中的气体所形成的气孔是主要的，而气体的大部分为空气。

产生气孔的原因

1. 内浇口速度过高，湍流运动过剧，金属流卷入气体严重

2. 内浇口截面积过小喷射严重

3. 内浇口位置不合理，通过内浇口后的金属立即撞击型壁、产生涡流，气体被卷入金属流中

4. 排气道位置不对，截面积不够，造成排气条件不良

5. 大机器压铸小零件，压室的充满度过小，尤其是卧式冷压铸机上更为明显

6. 铸件设计不合理。a形成铸件有难以排气的部位； b局部部位的壁厚太厚

7. 待加工面的加工量过大，使壁厚增加过多。

8. 熔融金属中含有过多的气体

2、缩孔

铸件凝固过程中，金属补偿不足所形成的呈现暗色、形状不规则的孔洞，即为缩孔。其原因有：

I.   金属浇入温度过高

II.  金属液过热时间太长

III.  压射的最终补压的压力不足

IV.  余料饼太薄，最终补压起不到作用

V.   内浇口截面积过小（主要是厚度不够）

VI.  溢流槽位置不对或容量不够

VII.  铸件结构不合理， 有热节部位，并且该处有解决

VIII.   铸件的壁厚变化太大

在压铸件上，产生缩孔的部位，往往是容易产生气孔的处所 ，故压铸件内，有的孔穴常常是气孔、缩孔混合而成的。
四、条纹

填充过程中，当熔融金属流动的动能足以产生喷溅或虽然聚集成流束，但又相连得不紧密的条件时，边界——凝固层便具有“疏散效应”，而处于这种状态金属在随后的金属主流所覆盖之前，早就凝固，于是，在铸件表面上便形成纹络，这就是压铸件上常见的条纹。铝合金铸件上条纹最为明显，而在铸件的大面积的壁面上，就更为突出。

这种条纹呈现不同的反射程度，有时比铸件的基体的颜色稍暗一些，有时硬度上也稍有不一样。根据工厂初步测定条纹的深度约在0.2毫米以内，而深度为0.05毫米起，外观就已经明显地看出来。

对条纹作化学的、摄谱的和金相的研究发现，条纹与铸件本身相同的化学成分，可而条纹不是硅偏析、渣滓、污损，也不是合金的其它化学本性原因造成的。条纹的深度仅0.08~0.20毫米。有时条纹有着清晰的边界，有时条纹与铸造组织混杂在