壓鑄通常是在壓力作用下,將熔融金屬射入閉合的鑄型及壓型中,金屬在模型內凝固成尺寸精確的鑄件。冷卻后開啟鑄型將鑄件脫出,隨后再閉合鑄型射入熔融金屬以鑄造下一個鑄件,這樣依次進行。鑄型的開啟、閉合以及熔融金屬的壓射,通常都是由壓鑄機來完成的。一般來說,壓鑄機的體積大、強度高,足以承受鑄型閉合后射入金屬時所施加的壓力。


  目前,壓(ya)(ya)鑄已成(cheng)(cheng)為工(gong)業化、大批量(liang)生產(chan)輕金(jin)屬(shu)制品的主要成(cheng)(cheng)型方(fang)法,特別是鋁、鋅(xin)及鎂等(deng)合金(jin),并已發展(zhan)到一(yi)定(ding)自動(dong)化的程度(du)。壓(ya)(ya)鑄提供從原材料到成(cheng)(cheng)品的一(yi)種(zhong)低(di)成(cheng)(cheng)本、大批量(liang)的生產(chan)方(fang)式。壓(ya)(ya)鑄法的加(jia)工(gong)成(cheng)(cheng)本,完(wan)全取決于與壓(ya)(ya)型本身的耐用性-即使(shi)(shi)用壽命(ming)。壓(ya)(ya)型應能(neng)承受(shou)多次的重復操作(zuo)使(shi)(shi)用,包括劇(ju)烈的熱沖擊及機(ji)械沖擊而不(bu)變形或損壞。良好(hao)的壓(ya)(ya)型及操作(zuo)條(tiao)件(jian)使(shi)(shi)壓(ya)(ya)鑄能(neng)生產(chan)出的金(jin)屬(shu)鑄件(jian),要比用其他(ta)熱加(jia)工(gong)成(cheng)(cheng)型方(fang)法生產(chan)的鑄件(jian),在尺寸精度(du)和表面光潔度(du)方(fang)面更好(hao)。


  多(duo)年來,研究者力(li)圖將在(zai)低熔點結構金(jin)(jin)屬(shu)(shu)上獲得(de)應(ying)(ying)(ying)用成功(gong)的(de)(de)壓(ya)(ya)鑄(zhu)法,也應(ying)(ying)(ying)用于(yu)(yu)高(gao)(gao)熔點金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)鑄(zhu)造上。盡管壓(ya)(ya)型(xing)表面(mian)受(shou)(shou)(shou)到的(de)(de)熱(re)沖(chong)擊(ji)嚴重(zhong)程度(du)不同(tong),過早的(de)(de)產(chan)生龜裂(lie)或熱(re)裂(lie),使(shi)壓(ya)(ya)型(xing)的(de)(de)使(shi)用性能(neng)受(shou)(shou)(shou)到限(xian)制(zhi),但某些黃銅及青(qing)銅零件(jian)現已能(neng)正式用壓(ya)(ya)鑄(zhu)生產(chan)了。當(dang)然,壓(ya)(ya)型(xing)抵抗這種破壞的(de)(de)能(neng)力(li),部分取決(jue)于(yu)(yu)鑄(zhu)造金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)溫(wen)度(du),例(li)如(ru),合(he)(he)金(jin)(jin)鋼壓(ya)(ya)型(xing)就(jiu)可以(yi)幾(ji)十(shi)萬次循環來生產(chan)鋅鑄(zhu)件(jian),若對黃銅鑄(zhu)件(jian)來說,就(jiu)只能(neng)用幾(ji)千次。壓(ya)(ya)鑄(zhu)在(zai)高(gao)(gao)熔點鐵基金(jin)(jin)屬(shu)(shu)方(fang)面(mian)的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)用,集中(zhong)在(zai)耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)鎢和(he)(he)鉬的(de)(de)形狀及大小方(fang)面(mian),適于(yu)(yu)制(zhi)造壓(ya)(ya)鑄(zhu)的(de)(de)壓(ya)(ya)型(xing)之后才有可能(neng)。這些耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)及其合(he)(he)金(jin)(jin)具有非凡(fan)的(de)(de)熱(re)性能(neng)和(he)(he)機(ji)械性能(neng),使(shi)得(de)壓(ya)(ya)型(xing)能(neng)承受(shou)(shou)(shou)鋼、鐵合(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)壓(ya)(ya)鑄(zhu)時特別嚴酷的(de)(de)熱(re)沖(chong)擊(ji)要求,從而提高(gao)(gao)壓(ya)(ya)型(xing)的(de)(de)使(shi)用壽命(ming)。


  早在20世紀70年代,壓鑄就被認為是不銹鋼及合金成型方面可采用的生產方法,尤其是當采用其他制造方法有困難或成本高的零件時,更是如此。現在黑色金屬壓鑄法在許多領域的應用與鍛造,精密鑄造以及用型材切削加工方面都處于競爭的地位。


圖 16.jpg


圖2-16是(shi)壓(ya)鑄工藝過程的示(shi)意圖。



1. 不銹鋼壓鑄的優點


  不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)壓鑄(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)一(yi)個重要(yao)的(de)(de)(de)經(jing)濟優點(dian)是(shi)(shi)(shi),該法能利用(yong)(yong)廉(lian)價的(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)廢(fei)料(liao)作(zuo)為原料(liao)。用(yong)(yong)該方(fang)法鑄(zhu)(zhu)造所產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)廢(fei)料(liao)(如直澆道、橫澆道等)是(shi)(shi)(shi)非(fei)常清潔、純凈的(de)(de)(de),只要(yao)進一(yi)步加工處(chu)理,便可回收再用(yong)(yong)。此(ci)外,金(jin)屬壓鑄(zhu)(zhu)法,還(huan)可用(yong)(yong)來(lai)(lai)生(sheng)產(chan)一(yi)些不(bu)能直接從棒材或(huo)(huo)(huo)鍛坯制取合金(jin)零(ling)件;或(huo)(huo)(huo)者(zhe)是(shi)(shi)(shi)它(ta)們的(de)(de)(de)形狀不(bu)可能或(huo)(huo)(huo)難以用(yong)(yong)切削加工的(de)(de)(de)方(fang)法加工的(de)(de)(de)零(ling)部件。可是(shi)(shi)(shi),在(zai)(zai)生(sheng)產(chan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)壓鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)本中,壓型(xing)的(de)(de)(de)維修費用(yong)(yong)要(yao)比非(fei)鐵合金(jin)壓型(xing)鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)大得多。甚至在(zai)(zai)最佳的(de)(de)(de)情況下(xia),用(yong)(yong)來(lai)(lai)生(sheng)產(chan)鋼(gang)(gang)(gang)鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)耐高溫金(jin)屬壓型(xing)的(de)(de)(de)壽命也(ye)遠不(bu)如生(sheng)產(chan)鋁及鋅(xin)壓鑄(zhu)(zhu)件壓型(xing)的(de)(de)(de)使用(yong)(yong)壽命。經(jing)濟成(cheng)(cheng)本的(de)(de)(de)另一(yi)問題(ti)是(shi)(shi)(shi),在(zai)(zai)生(sheng)產(chan)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)或(huo)(huo)(huo)高合金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)壓鑄(zhu)(zhu)件的(de)(de)(de)費用(yong)(yong)中,相當大的(de)(de)(de)一(yi)部分是(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)在(zai)(zai)壓型(xing)的(de)(de)(de)維修費上。


  金(jin)屬壓鑄(zhu)(zhu)法適用(yong)于(yu)成(cheng)(cheng)分范圍很廣的(de)合金(jin),從(cong)生產(chan)鑄(zhu)(zhu)鐵到工(gong)具(ju)鋼(gang)零件(jian)(jian)。在(zai)黑色金(jin)屬中,不(bu)銹鋼(gang)似(si)乎最能提供發(fa)揮這(zhe)種方法的(de)最佳機會,這(zhe)主(zhu)要是由(you)于(yu)不(bu)銹鋼(gang)用(yong)壓鑄(zhu)(zhu)方法比(bi)低合金(jin)結構(gou)鋼(gang)易于(yu)成(cheng)(cheng)型,容易獲得(de)表(biao)面光潔度(du)高(gao)(gao)及致密的(de)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian),而且壓型的(de)使(shi)用(yong)壽命較長。所(suo)有這(zhe)些(xie),被認為是由(you)于(yu)不(bu)銹鋼(gang)的(de)熱導(dao)率比(bi)低合金(jin)結構(gou)鋼(gang)要低得(de)多的(de)緣故,此外,黑色金(jin)屬在(zai)用(yong)耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)壓型進行壓鑄(zhu)(zhu)時(shi),其凝(ning)固(gu)(gu)速度(du)特別快(kuai),這(zhe)對鋼(gang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)結構(gou)和性(xing)能都(dou)(dou)有一定的(de)好處。對不(bu)銹鋼(gang)來說(shuo),最顯(xian)著的(de)效(xiao)果就是提高(gao)(gao)其耐(nai)腐蝕(shi)性(xing),因(yin)為壓鑄(zhu)(zhu)的(de)凝(ning)固(gu)(gu)速度(du)非常(chang)之快(kuai),這(zhe)就可(ke)防止通常(chang)發(fa)生在(zai)液態金(jin)屬凝(ning)固(gu)(gu)時(shi),由(you)于(yu)間隙夾雜(za)物(wu)所(suo)引起的(de)偏析,這(zhe)對提高(gao)(gao)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)能至關重要。由(you)于(yu)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)凝(ning)固(gu)(gu)速度(du)快(kuai),可(ke)促使(shi)細的(de)晶粒組(zu)織形成(cheng)(cheng)。因(yin)此,許多鐵合金(jin)壓鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)都(dou)(dou)顯(xian)示出對熱處理的(de)敏感(gan)性(xing)。



2. 壓鑄工(gong)藝


  壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)工藝(yi)已用(yong)于生產各種類(lei)型的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)件。在(zai)馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)系列中有(you)12Cr12(403),12Cr13(410),20Cr13(420),17Cr16Ni2(431)和68Cr17(440);在(zai)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)系列中有(you)12Cr18Ni9(302),06Cr19Ni10(304),20Cr25Ni20(310)和06Cr17Ni2Mo2(316);沉淀硬化(hua)鋼(gang)(gang)系列中有(you)05Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH).一般(ban)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的澆注溫(wen)度(du)在(zai)1500~1600℃,這個(ge)溫(wen)度(du)比銅及其合金的澆注溫(wen)度(du)略高。金屬在(zai)容(rong)量為200~300kg的無芯感應(ying)電爐(lu)中熔化(hua)。由于壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)機每射壓(ya)(ya)一次只(zhi)能澆注一小部分金屬液(ye)(ye),為了(le)(le)使(shi)射壓(ya)(ya)持(chi)續進行(xing),金屬液(ye)(ye)必須在(zai)爐(lu)中保溫(wen),這就要求采用(yong)惰(duo)性氣(qi)體進行(xing)保護,使(shi)熔化(hua)得以順利進行(xing)。為了(le)(le)防止不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中容(rong)易(yi)氧化(hua)的化(hua)學成分如(ru)Cr、Mn、Si、C等的損失,不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)熔化(hua)多用(yong)氮氣(qi)作為保護性氣(qi)體。


  目前,不銹(xiu)鋼(gang)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)法(fa)仍(reng)采用(yong)(yong),手(shou)端澆包從(cong)附近(jin)的(de)(de)(de)(de)熔爐中(zhong)(zhong)取出金(jin)(jin)屬(shu)(shu)液,對(dui)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)機進行(xing)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)液的(de)(de)(de)(de)澆注(zhu),這與一(yi)般鋁(lv)合金(jin)(jin)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)(de)生產相類似(si)。操(cao)作(zuo)者用(yong)(yong)澆包從(cong)熔爐中(zhong)(zhong)取出金(jin)(jin)屬(shu)(shu)液,澆入(ru)(ru)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)機的(de)(de)(de)(de)壓(ya)射(she)(she)(she)(she)系統,然后按動電鈕,將金(jin)(jin)屬(shu)(shu)液壓(ya)射(she)(she)(she)(she)入(ru)(ru)壓(ya)型(xing)(xing)中(zhong)(zhong)。般射(she)(she)(she)(she)壓(ya)力的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)為5000~15000psi(1psi=6894.76Pa)。金(jin)(jin)屬(shu)(shu)射(she)(she)(she)(she)入(ru)(ru)壓(ya)型(xing)(xing),在(zai)(zai)壓(ya)射(she)(she)(she)(she)系統的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)下(xia),不到1秒(miao)(miao)即(ji)可完成(cheng)。對(dui)一(yi)些相當薄(從(cong)1~20mm)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian),實(shi)際在(zai)(zai)1秒(miao)(miao)內(nei)(nei)便開始凝固了。鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)在(zai)(zai)壓(ya)型(xing)(xing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)停留時(shi)間,即(ji)從(cong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)液射(she)(she)(she)(she)入(ru)(ru)到壓(ya)型(xing)(xing)開啟取出壓(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)之間的(de)(de)(de)(de)時(shi)間間隔一(yi)般約2~4秒(miao)(miao)。為了防止“冷隔”和(he)其他鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)造缺(que)陷,以(yi)獲(huo)得(de)表(biao)面(mian)(mian)光(guang)潔的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian),壓(ya)型(xing)(xing)必須預熱,平均(jun)操(cao)作(zuo)溫(wen)度(du)(du)(du)要保持在(zai)(zai)幾百攝氏(shi)度(du)(du)(du),適宜的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)取決于鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)造金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)特(te)性。在(zai)(zai)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)射(she)(she)(she)(she)入(ru)(ru)壓(ya)型(xing)(xing)之前,在(zai)(zai)壓(ya)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)(mian)需(xu)要涂刷一(yi)層分型(xing)(xing)劑,石墨是良好(hao)的(de)(de)(de)(de)分型(xing)(xing)劑,其作(zuo)用(yong)(yong)是改善表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)光(guang)潔度(du)(du)(du),使射(she)(she)(she)(she)壓(ya)的(de)(de)(de)(de)速度(du)(du)(du)更(geng)快(kuai),鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)光(guang)潔度(du)(du)(du)就越高。但(dan)是這種情況(kuang)通常是在(zai)(zai)犧牲鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)內(nei)(nei)部(bu)的(de)(de)(de)(de)致密性和(he)無疏松的(de)(de)(de)(de)條件(jian)(jian)(jian)下(xia)獲(huo)得(de)的(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)條件(jian)(jian)(jian)下(xia),奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)壓(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)鑄(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)態表(biao)面(mian)(mian)光(guang)潔度(du)(du)(du)可達到0.008~0.0013mm。


  一(yi)個(ge)在(zai)現代壓(ya)鑄機上(shang)工(gong)作(zuo)的(de)(de)(de)熟練操(cao)(cao)作(zuo)者(zhe),每(mei)小(xiao)時(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)生產(chan)率可(ke)達100件或(huo)更多(duo)。與其他鑄造工(gong)藝(yi)方(fang)法相(xiang)比,壓(ya)鑄工(gong)藝(yi)每(mei)一(yi)個(ge)操(cao)(cao)作(zuo)者(zhe)的(de)(de)(de)生產(chan)量要高(gao)得多(duo),特(te)別是當采用多(duo)型(xing)腔(qiang)的(de)(de)(de)壓(ya)型(xing)時(shi)(shi)(shi),更是如此。對于(yu)小(xiao)件,壓(ya)鑄工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)每(mei)一(yi)次操(cao)(cao)作(zuo),這種壓(ya)型(xing)可(ke)以(yi)(yi)同時(shi)(shi)(shi)包含10個(ge)以(yi)(yi)上(shang)不同的(de)(de)(de)型(xing)腔(qiang),或(huo)是所有(you)的(de)(de)(de)型(xing)腔(qiang)都是同一(yi)種零件或(huo)有(you)關的(de)(de)(de)同一(yi)類不同的(de)(de)(de)零件。


  一(yi)般壓(ya)鑄件(jian)的質量從(cong)幾克(ke)(ke)到(dao)幾千(qian)克(ke)(ke),鑄件(jian)的尺寸(cun)(cun)從(cong)小于1cm到(dao)最長尺寸(cun)(cun)為20~30cm.鑄件(jian)的尺寸(cun)(cun)公差可達到(dao)每厘(li)米(mi)百(bai)分之幾毫米(mi)。


  由于不銹鋼與(yu)壓(ya)型(xing)(xing)所用(yong)耐高(gao)溫合金(jin)的(de)(de)(de)熱(re)膨脹(zhang)系(xi)數有(you)(you)(you)著(zhu)很(hen)大(da)的(de)(de)(de)差(cha)別,因此壓(ya)鑄件(jian)的(de)(de)(de)外表面(mian)在大(da)多(duo)數情況下不需要(yao)拔模(mo)斜(xie)度,但(dan)鑄件(jian)的(de)(de)(de)內表面(mian)則需要(yao)拔模(mo)斜(xie)度,即零件(jian)與(yu)芯(xin)子的(de)(de)(de)表面(mian)最少必(bi)須有(you)(you)(you)5°~10°的(de)(de)(de)斜(xie)度。選擇相當簡單的(de)(de)(de)零件(jian)可直(zhi)接(jie)由帶(dai)有(you)(you)(you)確定內腔的(de)(de)(de)兩半壓(ya)型(xing)(xing)組成(cheng)。比較(jiao)復雜的(de)(de)(de)零件(jian)可由帶(dai)有(you)(you)(you)活動芯(xin)子的(de)(de)(de)壓(ya)型(xing)(xing)制得,或由帶(dai)有(you)(you)(you)空腔的(de)(de)(de)具體(ti)部(bu)件(jian)組成(cheng)。這些部(bu)件(jian)通(tong)過壓(ya)鑄機在兩半主(zhu)要(yao)壓(ya)型(xing)(xing)開型(xing)(xing)之前由鑄件(jian)中取出(chu)或同時取出(chu)。一般壓(ya)型(xing)(xing)都設計有(you)(you)(you)輔(fu)助桿(gan)(頂出(chu)桿(gan)),當一個壓(ya)鑄循環結束時,壓(ya)鑄機開啟壓(ya)型(xing)(xing),通(tong)過頂桿(gan)便(bian)很(hen)容(rong)易將壓(ya)鑄件(jian)從(cong)壓(ya)型(xing)(xing)型(xing)(xing)腔中頂出(chu)。



3. 壓鑄(zhu)后處理


  不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)的(de)(de)直澆道使(shi)用(yong)圓盤鋸(ju)或(huo)整形(xing)壓(ya)(ya)力機加以(yi)切除。奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)件(jian)(jian)一(yi)般在壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)后不(bu)需(xu)(xu)要(yao)(yao)進行(xing)熱處理(li)(li),因為(wei)壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)后的(de)(de)零件(jian)(jian)具有足夠的(de)(de)強度(du)和韌(ren)性(xing)。馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian),如(ru)12Cr12(403)、12Cr13(410)、17Cr16Ni2(431)等(deng),往(wang)往(wang)在壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)后可(ke)能超過需(xu)(xu)要(yao)(yao)的(de)(de)硬度(du),特別是當碳的(de)(de)含量接近或(huo)超過一(yi)定限度(du)時,更是如(ru)此。所以(yi),這類零件(jian)(jian)需(xu)(xu)要(yao)(yao)進行(xing)回火或(huo)退火處理(li)(li)以(yi)降低硬度(du),提高(gao)韌(ren)性(xing)。最后鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)根據不(bu)同(tong)使(shi)用(yong)場合,應用(yong)清理(li)(li)滾筒、振動(dong)拋光機、砂(sha)輪磨光機等(deng)常用(yong)方法(fa)進行(xing)清理(li)(li)。一(yi)般零件(jian)(jian)的(de)(de)內部詳(xiang)細形(xing)狀不(bu)容易壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)出來,例如(ru)螺(luo)紋(wen)孔等(deng),就(jiu)需(xu)(xu)要(yao)(yao)對壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)件(jian)(jian)進行(xing)切削加工獲得的(de)(de)。一(yi)般用(yong)壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)法(fa)生產的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)零件(jian)(jian)的(de)(de)清理(li)(li)工作量要(yao)(yao)比鍛造和砂(sha)型鑄(zhu)(zhu)造所花的(de)(de)清理(li)(li)工作量小得多。