隨著制造技術(shù)的進步；汽車、摩托車的日益輕量化，環(huán)保節(jié)能的逐步提高；電器儀表、通訊器材、建筑五金等行業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動了我國壓鑄業(yè)以前所未有的速度向前發(fā)展。我國壓鑄機的設(shè)計與制造、壓鑄件的工業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀的50年代，壓鑄件的年增長速度為11％～13％，2002年為62．4萬t，2003年為69．8萬t，2004年約為80萬t|。

壓鑄生產(chǎn)效率高，能壓鑄形狀復(fù)雜、尺寸精確、輪廓清晰、表面質(zhì)量較好、強度、硬度都較高的壓鑄件。但普通壓鑄件的含氣量大致為金屬型鑄件的10一20倍，砂型鑄件的5倍。因此，壓鑄件一般無法用熱處理來提高其力學(xué)性能bj。由此可見，在壓鑄生產(chǎn)的過程管理中，從爐料及熔煉過程、壓鑄工藝及壓鑄模具等方面來穩(wěn)定和提升產(chǎn)品質(zhì)量顯得尤為重要。

1 爐料及熔煉過程的管理

1．1爐料的質(zhì)量控制

爐料包括合金錠、中間合金和回爐料，回爐料由未重熔的回爐料和重熔的回爐料組成。合金錠和中間合金的化學(xué)成分、表面狀態(tài)和其他質(zhì)量指標必須符合規(guī)定的材料牌號及其技術(shù)標準的要求。其化學(xué)成分必須符合國際或國家標準的要求；其表面應(yīng)整潔、光滑、無粗糙感，不得有油污、霉斑和氧化皮，若表面氧化嚴重，應(yīng)噴丸去除氧化皮；其斷口組織應(yīng)致密，不得有嚴重偏析、縮孔、熔渣及夾雜物。

回爐料包括廢壓鑄件、料餅、澆道、飛邊毛刺、切削后的渣料及坩堝底部100 mm以下的余料(即坩堝底料)等，應(yīng)嚴格分類和管理，不能混雜。回爐料應(yīng)清潔，不得帶有油污、銹蝕、泥沙、水分、過濾網(wǎng)及鑲嵌件等。回爐料中的飛邊毛刺、切削后的渣料及坩堝底料，必須重熔、除渣、除氣、制錠、分析成分合格后再作爐料使用。因為Al、Mg、zn等是極易氧化的金屬，飛邊毛刺、切削后的渣料中、MgO、zn0含量較多，合金液被污染也更為嚴重。特別是潮濕的碎屑回爐料，比表面積越大，所含的水分就更多，致使爐氣中水蒸氣的分壓升高，產(chǎn)生氫的化學(xué)反應(yīng)更為迅速，合金液中氫含量就顯著增加。再加上碎屑回爐料本身氧化嚴重、夾雜物含量偏高，因此不宜直接用作爐料。爐料被油污、泥土污染也影響到合金液中氫和夾雜物的含量，因為爐料表面油污和泥土中的水分使爐氣中水蒸氣分壓升高，加速合金液的吸氫和氧化，而且泥土本身就是非金屬氧化物，混入合金液中自然增加夾雜物含量。因此被油污、泥土污染嚴重的回爐料同飛邊毛刺、切削后的渣料及坩堝底料一樣，必須重熔、除渣、除氣、制錠、分析成分合格后再作爐料使用。

合金錠、中間合金、回爐料等爐料應(yīng)保存在干燥、通風(fēng)、無爆曬的庫房內(nèi)并盡量縮短存放時間，以免爐料受潮及氧化。爐料在熔煉前要進行烘烤以除去水分和防止鋁液濺射，烘烤溫度300～350℃，時間不少于2 h。鋁合金的組織具有遺傳性，爐料質(zhì)量的好壞直接影響到壓鑄件質(zhì)量的優(yōu)劣。因此，控制好爐料的質(zhì)量是生產(chǎn)高質(zhì)量壓鑄件的必要條件。

1．2熔煉過程的質(zhì)量管理

坩堝、錠模、鐘罩、撇渣勺、舀料勺等熔煉工具使用前必須除盡殘余金屬、熔渣、氧化皮等污物以保證壓鑄件化學(xué)成分合格。在有色金屬熔煉領(lǐng)域，主要使用石墨坩堝和鑄鐵坩堝，坩堝爐的金屬燒損率為1％一2％，無坩堝可達5％～25％。熔煉Al、cu、zn合金均可采用石墨坩堝以防止合金液中Fe含量超標；熔煉Mg合金不能使用石墨坩堝，因為所有的Mg合金中si含量都較低。石墨坩堝使用前可借助超聲波探傷檢查，不得有裂紋、穿孔和明顯的變形等，第一次使用前應(yīng)按要求進行焙燒以去除水分并防止爆裂。錠模、鐘罩、撇渣勺、舀料勺等熔煉工具使用前應(yīng)預(yù)熱并涂上防護涂料，再經(jīng)200—300℃預(yù)熱不少于1 h以防合金液飛濺和Fe含量超標。涂有防護涂料的熔煉工具使用時間以涂料不脫落為原則，一般不超過48h。

熔化時加料原則是難熔的先加，易熔的后加；不易氧化的先加，易氧化的后加；不易揮發(fā)的先加，易揮發(fā)的后加；量大的先加，量小的后加。但在實際中通常先加易熔的，過熱后加入難熔的，靠擴散、稀釋、溶解作用熔化難熔成分。加料順序一般為：先加回爐料，再加中間合金，最后加合金錠。壓鑄件料餅及澆道作為二級回爐料，加入量應(yīng)小于40％。自配合金液應(yīng)考慮合金元素的燒損，鋁合金液中元素的燒損(質(zhì)量分數(shù))一般為：Al為1．5％，Si為2％，Cu為l％，Mg為20％，Mn為2．5％。

合金液中夾雜物主要有氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等。鋁合金液中常見夾雜物有、、等，其中含量最高，達合金液質(zhì)量的0.00％~0.020％。在合金液中分為3類：①分布不均勻的大雜塊，尺寸≥20nm；②分布均勻的采用精煉處理可以除去的細片狀雜，尺寸10—20nm；③分布均勻的采用精煉處理難以除凈的，彌散于合金液中的微片狀雜，尺寸<10nm，這類夾雜物不僅是惡化合金液的主角，也是遺傳的主體，直接影響壓鑄件的質(zhì)量。彌散于合金液的和Al結(jié)成一體，其界面成為吸附氫的活動中心，不斷富集氫達到一定尺寸自發(fā)形核成氣泡。

大氣中氫的分壓極低，約，比鋁合金液中氫的分壓低得多。可見鋁合金液中氫并非來源于大氣中的氫，而是來自鋁合金液和大氣中水蒸汽的反應(yīng)：，這就是要求爐料及熔煉工具必須干燥和預(yù)熱的唯一原因。鋁合金液中氫含量(體積分數(shù))占所有氣體的60％以上，最高可達90％，分為大量溶解于其中的原子態(tài)氫[H]、存在于及其他夾雜物縫隙中的分子態(tài)氫H2、形成氫化物產(chǎn)生氫脆的化合態(tài)氫。合金液中氫含量受溫度、保溫時間等因素的影響，在鋁液中氫含量與溫度之間基本成直線關(guān)系；保溫時間延長，氫含量增加。因此在熔煉時應(yīng)盡量縮短時間，特別是從精煉后到壓鑄完畢的時間不宜超過4 h，并嚴格控制溫度。

鋁液中氣寄生于雜，雜吸附著氣，雜多則氣多，雜少則氣少，雜的存在是氣難以除凈的關(guān)鍵因素，除氣必除雜，除雜是除氣的基礎(chǔ)。精煉的目的就是除去鋁液中的氣體和雜質(zhì)。鋁液的精煉可分為吸附精煉和非吸附精煉，吸附精煉過程中鋁液跟吸附劑相接觸，通過物理、化學(xué)或機械作用達到除雜、除氣的目的，如吹氣法、過濾法、熔劑法；非吸附精煉則不加入吸附劑，而通過物理作用(如真空、超聲波、密度差)，改變鋁液．氣體系統(tǒng)或鋁液一夾雜物系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，從而使氣體和夾雜物從鋁液中分離出來，如靜置、真空處理、超聲波處理。最常用的熔劑法可使100 g鋁液含氫量(700℃)<0.10 ml，達到針孔度一級的要求；較先進的噴射熔劑法(即FI法)和旋轉(zhuǎn)葉輪法(即FID法)可使100 g鋁液含氫量(700℃)<0.06ml，完全達到高質(zhì)量鋁合金的要求。鋁液質(zhì)量的現(xiàn)場檢驗多采用測氫儀(如SQH一1、ALUSPEED)和直讀光譜儀。

2 壓鑄工藝的優(yōu)化和模具的正確使用

2.1壓鑄工藝的優(yōu)化

壓鑄工藝的受控和優(yōu)化是壓鑄生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，直接影響到壓鑄件的內(nèi)在和外在質(zhì)量。壓鑄工藝的參數(shù)主要有壓力、速度、溫度和時間。

2.1.1壓力

壓力是獲得輪廓清晰、組織致密的壓鑄件的主要因素。在壓鑄生產(chǎn)中經(jīng)常使用的壓力是壓射比壓，即壓室內(nèi)金屬液單位面積上所受的壓力，可通過壓力表讀數(shù)進行監(jiān)控。壓射比壓對金屬液填充型腔的能力，壓鑄件的強度、致密性均有很大影響。增大壓射比壓可提高壓鑄件強度和致密性；但壓射比壓過高，會降低壓鑄模的使用壽命，增加粘模傾向，并使壓鑄件的伸長率顯著下降。在保證壓鑄件成形和使用要求的前提下，應(yīng)選用較低的壓射比壓。鋁合金常用比壓為30~60 MPa，鋅合金為20~30 MPa。

2．1．2速度

壓射速度包括沖頭速度(即壓射缸內(nèi)活塞的運動速度)和填充速度(即內(nèi)澆道速度)。填充速度指熔融合金通過內(nèi)澆道的線速度，是保證壓鑄件質(zhì)量的重要參數(shù)。填充速度≤40 rn／s時，氣體先于金屬液從模具型腔中排出。

2.1.3溫度

壓鑄時的溫度包括澆注溫度和壓鑄模型腔表面溫度。澆注溫度過高，合金液易氧化，形成氧化夾渣；晶粒粗大，惡化結(jié)晶組織；含氣量增加，壓鑄件厚壁處易形成針孔、縮孔，表面形成氣泡，降低力學(xué)性能；而且高溫合金液會加快對模具型腔的腐蝕。澆注溫度過低，合金液易產(chǎn)生成分偏析，壓鑄件則存在硬質(zhì)點，造成加工困難；而且粘度增大，流動性降低，成形困難，容易形成冷隔、流紋、澆注不足等缺陷。為保證溫度穩(wěn)定，坩堝內(nèi)合金液應(yīng)不少于1/3，決不能使合金液在坩堝內(nèi)凍結(jié)。可以選擇被覆劑也叫坩堝涂料進行噴涂，保證坩堝內(nèi)合金液的流動及保護坩堝內(nèi)腔，在保證壓鑄件成形的條件下，應(yīng)選用較低的填充速度和澆注溫度以減少壓鑄件氣孔及延長壓鑄模壽命。

壓鑄模型腔表面溫度過高，壓鑄件易產(chǎn)生表面氣泡、粘模等缺陷；該溫度過低，壓鑄件易產(chǎn)生欠鑄、破裂、流紋、冷隔等缺陷。冷模具壓鑄輕合金比200℃壓鑄應(yīng)力增加35％。壓鑄模型腔表面溫度一般要求在200～300℃之間，以壓鑄件容易取出時的溫度為佳。選用性能穩(wěn)定的壓鑄脫模劑也是必要的，在保證產(chǎn)品快速脫模的情況下，提高鑄件表面的光潔度，降低鑄件的缺陷率。

2.1.4 時間

壓射時間由慢壓射時間(<10 s)、快壓射時間(0.01～0.2s)、增壓時間(0.02～0.04 s)、持壓時間(<10s)、留模時間(<30s)組成。在生產(chǎn)中通常把持壓時間和留模時間合在一起進行控制和優(yōu)化，簡稱持壓、留模時間，足夠的持壓、留模時間是壓鑄件在開模和頂出時不產(chǎn)生變形或拉裂的必要條件。

2.2 模具的正確使用與維護

模具是保證壓鑄件尺寸符合圖紙要求的關(guān)鍵因素，同時影響到壓鑄件的表面粗糙度和內(nèi)在氣密性。在壓鑄生產(chǎn)的過程中，應(yīng)根據(jù)壓鑄件是否拉傷、裂紋及脫模效果，適當增大拔模斜度和鑄造圓角；根據(jù)產(chǎn)品的壓鑄性能和加工面上氣孔出現(xiàn)的多少，完善溢留槽、排氣槽的分布和設(shè)計，優(yōu)化澆注系統(tǒng)，盡量縮短合金液的流程，把氣孔安排在無氣密性要求的非加工部位。因為澆注系統(tǒng)決定合金液填充型腔的路徑和狀態(tài)，對于減少氣孔和雜質(zhì)，獲得組織致密的壓鑄件有重要作用；及時更換變形、彎曲、斷裂的型芯、復(fù)位桿、滑塊等易損件以保證壓鑄件尺寸合格；壓鑄件上頂桿凹陷深度≤0.4mm，非加工面凸出≤0.2mm，待加工面凸出≤1.0mm，若不在此范圍應(yīng)及時調(diào)整頂桿長度以避免壓鑄件缺陷；模具分型面和滑塊、抽芯等活動部位易形成飛邊、毛刺，當無特殊要求時應(yīng)盡量減少。

壓鑄模硬度選擇原則：zn、Sn、Pb合金用模具鋼硬度為HRC50～55；Al、Mg合金用模具鋼硬度為HRC42~48，其中3Cr2w8V硬度宜用HRC42～46，H13硬度宜HRC44～48；cu合金用模具鋼硬度為HRC38～42。當壓鑄模硬度下降至HRC30時，要設(shè)法修復(fù)，如滲氮、滲硼、滲鋁、滲硫、碳氮共滲、碳氮硫共滲、軟氮化，因為喪失表面硬度比殘余應(yīng)力更易導(dǎo)致熱裂紋的出現(xiàn)。壓鑄模具首次5000模、以后每10000模后應(yīng)進行去應(yīng)力回火處理1次以延長其壽命。

3 結(jié)語

壓鑄生產(chǎn)是較為復(fù)雜的過程，涉及到壓鑄模設(shè)計與制造、壓鑄機參數(shù)的調(diào)整、壓鑄合金及熔煉、壓鑄工藝與模具使用、毛坯件去毛刺及其表面處理等，這些都與壓鑄件的質(zhì)量密切相關(guān)。在壓鑄生產(chǎn)中，過程決定結(jié)果，良好的過程管理會導(dǎo)致穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，受控的批量生產(chǎn)將帶來規(guī)模化的經(jīng)濟效益。