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| 我国压铸业和压铸技术的现状和发展 |
| 2007-06-17 16:12:48 |
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| 我国压铸业和压铸技术的现状和发展
一、中国压铸工业概况
随着机械工业的发展，特别是汽车工业，使得根植于机械工业的压铸业迅速发展，并很快形成一个350多亿元产值的行业。
我国压铸产业主要集中于珠江三角洲和长江三角洲等机械工业发达地区，形成了压铸件产量集聚区，就以“珠三角”和“长三角”来说，两个地区的压铸件产量之和已占全国压铸件产量的一半以上。
在压铸产业内，大量的企业从事压铸、低压铸造及挤压铸造的生产，这些生产所采用的工艺都是以加压为主，只是加压的方式和压力的大小有所区别，这些产业群内还有模具、涂料、合金、机械等关联产业给予有力的支持，使压铸件的生产不断增加，竞争力不断加强。
在压铸业集群内，压铸企业之间形成网络，不断创新，采用新型压铸机、真空压铸技术、镁合金压铸等新技术、新设备；而且企业上下游之间的产业互动，原材料、压铸机、模具及溶剂的供应商、代理商和压铸件生产商，甚至竞争对手，在生产、销售、产品开发、售后服务等方面进行合作与交流，虽然出发点是经济的，但通过合作，共同解决难题，研制新产品，创建“区域品牌”，使所有参与者获利。
“长江三角洲”是中国工业发达地区，也是压铸技术发展最早的地域之一。20世纪50年代，在上海、南京等地就有压铸件生产，半个世纪以来，特别是改革开放的20多年来，压铸业在“长江三角洲”的上海、杭州、南京、宁波、苏州、无锡、常州、绍兴等地蓬勃发展；除了拥有大量机械化的压铸生产企业外，还有为压铸件生产配套的企业。具不完全统计，2003年江苏有500多家企业，年生产压铸件10余万吨，与压铸业相关的企业有100多家。上海压铸件产量2003年达5万吨左右。浙江宁波地区的宁海县有200多企业，年生产压铸件约5万多吨。近年来在“长三角”地区又诞生了一批新的压铸件生产企业，目前“长江三角洲”压铸产业集群总的压铸件产量约在30万吨左右，应该是中国最大的压铸产业集群。
上海是目前中国最大的轿车生产基地，上海有全国三大汽车集团之一的上汽集团，有我国最大的中德轿车合资企业上海大众，有投资最大、成长最快的中美轿车合资企业上海通用，有全国种类最齐全、规模最大的轿车零部件工业基地，50多家世界一流的汽车零部件合资企业云集上海，上海的汽车零部件配套能力是国内最强的。上海的轿车工业在全国处于领先地位，未来几年，上海的轿车生产能力将跨越100万辆。
汽车的发展拉动了压铸业的发展。一个国家汽车业发达，必然推动铸造业的发展。如美国和日本的汽车业在全球处于领先地位，汽车压铸件几乎达到该国压铸件总产量的80％～90%。从大型压铸企业上海乾通公司的发展也可以看到这一点。上海汽车业的发展有力地拉动了上海乾通公司压铸件的上升。该公司还生产桑塔纳轿车变速器等镁合金压铸件，是中国最大的镁合金压铸件生产基地，是一个有实力的企业，年销售额达几亿元。
珠江三角洲的压铸产业集群形成了网络化的组织结构，20年来产业集群迅速形成。从低级到高级，从简单到复杂，从一般机械到机械化和自动化。目前已形成一个600～700家压铸厂，年产量超过20万吨的产业集群。年产量5 000 t以上的企业超过10家，2000吨以上的企业超过30家。从大的汽车压铸件到小的只有几克的汽车模型压铸件都能生产。铝、锌、铜、镁合金件，汽车、摩托车、家电、机械零件、车模、玩具、五金、灯饰及建筑装饰等产品皆可生产。
珠三角”压铸业的发展也与广东汽车工业的发展紧密地联系在一起，广州的汽车工业在全国汽车市场的占有率已达8.3%，在全国排名第四，主要由三个集团组成：由广汽与日本本田汽车公司组成的广本集团；由东风汽车公司与日本日产汽车公司合资组成的集团；由广汽与日本丰田汽车公司合资组成的集团。其中，广本集团已形成年产24万辆汽车的生产能力，广汽丰田计划2005年生产5万辆，今后几年将达到20万辆。这些汽车公司和他们的零部件生产厂也有力地带动了压铸业的发展。今后几年，至少每年要供应汽车用压铸件2万吨以上。
广东的车模已占国际市场的大部分份额。港/台资在广东投资的车模厂很多，大的压铸厂有50台压铸机，年产值达7～8亿元；中等规模的有20余台压铸机，年产值1～2亿元，广东每年仅合金车模、合金玩具出口额达100多亿元，有的成为产品全出口企业。
珠三角”区域锌合金压铸件产量可以说是全国第一。锌合金压铸件目前广泛用于各种装饰件，如家具配件、建筑装饰、浴具配件、灯饰零件、玩具、领带夹、皮带扣等。锌合金压铸件年产达12万吨，仅太平洋金属矿业有限公司每年供广东地区锌合金锭就达8万吨以上，可见产量是很大的。华丰五金厂是广东最大的锌合金锭的生产企业，其锌合金液为自动配送，年生产规模达3万吨。深圳嘉丰金属制品厂拥有18台压铸机，生产锌合金的刮胡刀、拉手、五金件等。此外还有镁合金产品，如电脑外壳、手机外壳等3C产品零件。以先进的生产技术、设备、比较完善的自动化生产水平、高级的管理模式使企业上了档次，质量有了保证，产品推向了欧美及日本等国际市场。
目前，东北三省的汽车业较为发达，各省都有核心汽车企业，汽车工业对当地经济有强大的拉动作用。在吉林长春，有全国三大汽车集团之一的一汽集团，2003年的汽车销量达90多万辆，其中轿车约57万辆。在辽宁沈阳，有华晨汽车公司，有由德国宝马与华晨合资建立的华晨宝马汽车公司，还有金杯通用汽车公司。在黑龙江哈尔滨，有以在全国自主开发汽车产品而著名的哈飞汽车集团，有已被一汽集团收购的哈尔滨轻型车厂。估计东北三省汽车的总产量在110万辆以上,在全国汽车市场占有率方面排行第二。
一汽集团公司目前生产压铸件的单位有一汽铸造有限公司特铸厂，主要生产中型车变速箱上盖、发动机罩盖、汽车刹车管路接头、轻型车离合器壳体、发动机油封和瓦盖等以及部分轿车零件；联合压铸有限公司，主要生产016变速箱前壳体、后壳、侧盖等轿车零件。此外，长春三佳化油器有限公司主要为一汽生产化油器壳体等部件。目前，我国单台汽车平均用铝压铸件约为29kg，约占汽车用铝量的70%。
东北地区有众多有实力的汽车零部件企业，在吉林，有一汽富奥、一汽光洋、一汽东机工、长春海拉、长春富奥—江森、一汽凯尔•海斯、长春塔奥、西门子（长春）、吉林北方捷凯；在沈阳，有三菱发动机等三大发动机企业及28家汽车零部件配套企业。他们势必拉动压铸业的发展。
自上个世纪中叶以来，压铸件产量由几千吨发展到今天的70万吨以上，形成产值大于350亿元的产业集群，其发展的根本力量是市场在发展，有强大的汽车市场、家电市场等等，才有今天的压铸产业集群。
压铸产业集群的发展，其规模虽已达世界第三，但远远没有达到饱和，随着汽车的轻量化和汽车市场的扩大，随着机械工业、家电市场等的发展，压铸产业必然还有很大的上升空间[1]。
二、压铸技术和压铸机的发展
2.1 国外压铸机的发展
压铸机是压铸生产中重要的基础技术装备，与压铸工艺的互存、互动关系非常突出，压铸工艺的改进或采用新的技术，都要有与之相应的或新型的压铸机作为技术支撑。所以，在压铸技术的发展进程中，压铸机始终担负着重要的角色，起着积极的、直接的推动作用[2]。
压铸技术起源于印刷工业的铅字铸造技术。19世纪初，世界印刷工业蓬勃发展，活字（单字母的铅字）的需求量日益增多，于是铸字机应运而生，1849年，Sturgiss制造了第一台用压铸法把铅铸成活字的压铸机（如图1），图中可见带有将喷口封住、打开和切断等动作的机构，以及用压射活塞压送熔融金属进入活字模型，可以说这就是压铸机的原始结构，而且机器还具有速度快、效率高，既经济，又可重复生产等特点。这台压铸机标志着压铸的“黄金时代”的开始。
1.操作杆 2.冲头 3.上压室 4.喷嘴切断阀 5. 喷口拉杆
6. 金属熔埚 7. 喷嘴 8. 内通道 9. 施压压室
图1 Sturgiss于1849年压铸铅活字的压铸机示意图 图2 1877年，Dusenbury的压铸机示意图
1868年，英国人Charles Babbage 用一台手动压铸机生产了机械式计算机零件，开创了在压铸机上配用带刃边浇口的模具进行压铸生产的压铸技术1877年，Dusenbury发明了一种既有原始的热室压铸机压射机构，又有模具可以水平移动的压铸机，如图2所示，开辟了模具水平开合的新途径。于是，典型的热室压铸机便从此诞生。
自19世纪70年代起，铅、锡合金压铸件开始用于原始的计算机、小型现金收入记数器、留声机、自行车等产品中的小型零件上，这些小零件中有齿轮、齿条、凸轮和杠杆等。其中留声机开始采用压铸零件是在1892年，1904年，美国H.H.Franklin公司便用压铸法生产了汽车上的连杆支承架，开创了压铸件应用于汽车工业的先河，成为压铸发展史上一个重要的转折点。于是，汽车工业开始逐步地代替了印刷工业在压铸工业中的地位，成为压铸工业的最大的用户。与此同时，既然铅、锡的合金存在不足之处，锌合金便一跃而起，随即便有生产锌合金的压铸机登台亮相。1905年，Herman H. Doehler发明了用于生产锌合金的压铸机，至1928年，Madison Kipp公司又生产了“机械化”热室压铸机，开创了水平合模机构有导向系杆的设计，机器的机械动作是通过电动机、链条、蜗轮副、凸轮等组成的传动机构来完成的，包括合模以及鹅颈喷嘴与模具的接合等动作，然后用压缩空气压送熔融金属进入模具型腔。由此，热室压铸机逐渐趋向成熟。
卧式冷室压铸机于20世纪20年代初就已开发制造，因具有较多优点，特别是一次工作循环的程序比立式冷室压铸机更为简便，经过其后的十几年的改进而渐趋定型，自第二次世界大战以来，成为铝合金、镁合金和铜合金的压铸生产的典型机型。由于卧式冷室压铸机在大型化、单元化、集成化、自动化等方面，显示出巨大的优势，还有，卧式冷室压铸机对锌、铝、镁、铜等有色金属的压铸都适用，并且也适用于黑色金属的压铸，因此，在压铸机的发展进程中，始终占据着主导的地位。
由于热室压铸机的生产效率高，便于实现自动化，故在压铸生产中仍然保持其应有的地位，尤其是小型锌合金压铸件的生产更为突出。根据热室压铸机的特点，锁模力小于400 t的小型机占绝大多数，目前锌合金热室压铸机最大的锁模力是Prince公司生产的1450 t。
德国Frech 公司于1969年开发了锁模力100 t的镁合金热室压铸机，取得了较好的效果。及至1987年，美国Chicago White Metal Casting 公司报导了用热室压铸机成功地生产了电子计算机上的各种镁合金零件，论述了镁合金热室压铸的各种优点，认为镁合金热室压铸机会有进一步的发展。此后，十几年来，镁合金热室压铸机在生产率、耐用性、环保等方面都有重大的改进和革新。
热室压铸机中，最具革新性的是将垂直放置的压射机构改为水平放置的设计。此举由美国Harvill公司于1981年开发成功并发表了文章认为适用于锌、镁等合金的压铸。
进入21世纪的前夕，美国Federal压铸公司研究试验了一种对铁不（或很少）腐蚀的改进型A 380铝合金，于2000年4月获得专利，试图用普通的热室压铸机就可以进行铝合金压铸，在锁模力600 t的压铸机上进行试验，取得较好的结果，初步认为，技术上是可行的，经济上也是合理的，对今后发展铝合金热室压铸有着重要意义。
冷室压铸机中以卧式冷室压铸机为代表，也是压铸机中技术含量最高的机型，在压铸工业中占有主导的地位。
早期的卧式冷室压铸机的压射过程只有一个速度压送金属液进入模具，压射速度只有1～2 m / s。不久，便改进为2级压射，把压射过程简单地分解为慢速和快速2个阶段,但快速的速度也不到3 m / s。后来，为了增加压铸件的致密度，在慢速和快速之后，增加了一个压力提升的阶段，成为慢压射、快压射和增压3个阶段，这就是经典的3级压射。20世纪60年代中期，这种3级压射已经普遍推开，并且快压射阶段的速度已提高到5 m/s。此后的40余年期间，世界各国领先的压铸机制造商对压射过程都进行了研究试验，从而开发出一些创新点，如70年代的抛物线压射系统、80年代的无飞边压射系统、90年代的实时控制压射系统。其中有的从3阶段压射中对每个阶段加以再分解，这正是这个经典的3阶段压射的继续发展的延伸。目前，以压铸机压射性能的2项关键指标来说，其中之一是最大空压射速度，普遍为6～8 m/s, 高的达到10 m/s以上，另一项是增压阶段的建压时间，一般为20～30 ms，高水平的则为小于10 ms。其他如速度变化的过渡区间和加速距离（指达到设定速度值时）也在缩短。早先的压铸机以手工或气压式为动力的时期，开合模动作（包含锁模）大多数是用简易的机械机构来完成的，另一种是液压、机械式，用液压缸加上机械机构来完成全部功能，这种形式是由液压缸作开合模动作，由机械机构完成锁模功能。其中曲肘机构具有更多的优点，既适合于热室压铸机，也适合于冷室压铸机，并且大、中、小型压铸机都适用。故液压－曲肘式合模系统经过半个多世纪的应用与改进，直到现在，仍然是压铸机合模系统的主要结构形式。而模具厚度调节装置也在机构形式、驱动方式、效率、精度、稳定性等方面进行不断地改进。
自从1904年开始生产了汽车工业用的压铸件以来，汽车工业中采用压铸件的势头与日俱增，及至20世纪40年代末至50年代中，形成了初期的汽车3大序列的压铸件组件，即：变速箱组件、液压联轴器组件和控制阀阀体组件，压铸件品种多达几十种。为此，锁模力为600 t、800 t的压铸机已经不能满足需要，1 000 t级以上的大型压铸机相继问世，以适应这3大序列组件的大批量生产。仅仅十几年间，大型压铸呈现出强劲的发展势头。与此同时，大型的镁合金压铸也取得重大的进展，1953年，Volkswagen Werk公司用1 000 t级卧式冷室压铸机生产了曲轴箱壳体（净重5.5 kg）和两半合成的齿轮箱壳体（每半个的重量为3.5 kg）。其后不久，就在20世纪60年代末（或70年代初），2 000 t级至3 500 t级的大型压铸机已经供应到市场上，为扩展大型压铸件的应用提供了基础装备。
20世纪60年代以后，液压技术、自动化控制技术、电子计算机技术、检测技术、冶金技术、材料工程、化工技术等各种工业技术迅猛发展，而机械制造技术和模具制造技术也在同步地迅速发展。通过对各种技术的应用，自动化压铸机也就得以日益完善。卧式冷室压铸机上通常配置的辅助装置包括：浇料、模具清理和喷涂、润滑剂的压送、取件、预热并放置铸入镶件、冲头及压室润滑、压射参数检测、压射过程监控、锁模力检测，大杠自动抽出和复位、机器运动副润滑、压力液的液面位置及温度显示、故障诊断及报警、快速换模、安全护栏等，有的将喷涂、取件、放入铸入镶件等其中的2项或3项装置合用一台机械手；周边设备则指：保温炉、熔化炉、金属液（或料锭料块）添加和运送、铸入镶件加热、压铸件出模后的冷却、压铸件疵病部位即时简易检测、压铸件切边、压铸件喷丸或光饰、压铸件工序间及成品的传送、抽排烟雾等；当压铸工艺需要时，再配置模具温度控制装置、真空装置、带密封环的冲头及其配用的压室、局部加压装置等。
Toshiba公司1983年实现了计算机控制，可以做到：对压铸机预设程序进行远程设定、检测机器运行状态、参数监测显示并打印、锁模力及模具厚度调节的自动控制、生产管理的记录和存储、故障诊断等多种功能。
2.2 压铸技术的发展
近十几年来，为了能够生产出高强度、高密闭性、可焊接、可热处理、可扭曲等各种高要求的压铸件，除了真空压铸以外，又发展了挤压铸造和半固态压铸等新的技术，并加以概括地称之为“高密实压铸法”，于是，与之配套的新的压铸机机种也随即诞生。
2.2.1 真空压铸技术
20世纪90年代，德国Weingarten 公司推出了带Vacual 真空系统的压铸机，把真空装置与主机融合为一体，熔融金属是从压室的下方吸入的，机器的运作程序包含了真空系统，由于同时配置了其他先进技术，生产出能够符合各种高要求的压铸件。
2.2.2 挤压铸造技术
挤压铸造在20世纪五六十年代，前苏联发展很快，已有150家以上的工厂生产了200多种不同的非铁金属、铸铁和铸钢的零件。早期曾称为液态模压或液态模锻，甚至直接称为压力铸造。Toyota公司也曾于1979年在一台1500 t级的挤压机上成功地生产出汽车轮毂的情况。目前，挤压机基本上有2种形式，一种是垂直式挤压机（VSC）；另一种是水平合模、垂直压射的挤压机（HVSC）。生产的厂家主要有UBE、Toshiba和IdraPrince等。
2.2.3 半固态压铸技术
半固态金属（SSM）自1971年由M.I.T.的Merton Flemings教授及其属下发明面世以来，受到铸造界的普遍关注，金属种类也由初始的黑色金属，延伸到铝、镁、铜等。又因半固态金属在成形技术方面，压铸是主要的加工方法之一，因而半固态压铸也是压铸技术发展的重要标志。经过近二十几年来的发展，半固态金属（SSM）成形的方法及其设备有如下几种。
(1) 触变成形压铸技术
触变成形也称为SSM坯料法。这种方法首先将金属液经过搅拌，得到具有半固态特性的半固态金属（SSM），再预制成需要的尺寸和形状的坯料，经过加热，放入压铸机的压室，然后进行压铸成形。瑞士Buhler公司于1993年推出的SC系列压铸机，兼有常规压铸、挤压铸造和半固态压铸3种功能。该机器配备了SSM坯料的制备装置，成为较早的配套齐全的用于触变成形的SSM压铸机。该公司还批量地生产了汽车用的主制动器缸筒，同时也成功地进行了用SSM铝压铸件替代原来是金属型铝铸件、铝锻件以及铸铁件等汽车零件的试验，成为开创用压铸机从事SSM压铸的先例。
(2) 流变成形压铸技术
流变成形也称为SSM浆液法。这种方法是用常规铸造金属，制成具有球状组织结构的半固态金属浆液（SSM浆液），直接进行压铸。
(3) 射压成形压铸技术
射铸成形技术及其压铸机是美国Dow Chemical公司于1989年的研究成果。这种方法是将颗粒状的固态金属加入压铸机的压室内，直接经过加热和受螺旋体的搅动而生成具有半固态组织结构的金属，随即注射压铸成形，这种方法于1992年开始应用于镁合金。
2.3 中国压铸机的发展
20世纪50年代，我国自行设计制造出全液压的50型卧式冷室压铸机，锁模力有500 kN和1000 kN两种规格。及至20世纪80年代，有关单位继续完成了锁模力16000 kN以下的卧式冷室压铸机系列产品的开发；立式冷室压铸机也形成了锁模力2500 kN以下的系列产品；1986年试制出国内第一台J 1163 A型自动压铸机组；1990年开发出国内第一台柔性压铸单元，锁模力为4000 kN；其后的几年里，又将辅助装置和参数检测装置加以定型并形成产品。在压铸机的设计工作方面，20世纪80年代，设计的压铸机压射性能已接近当时的国外水平；合模机构全部采用液压驱动、曲肘机械扩力结构取代了全液压。而热室压铸机在当时也形成了锁模力1500 kN以下的系列化产品，全立式压铸机也有了锁模力3150 kN以下的系列化产品。在大型压铸机方面，阜新压铸机厂还曾生产了锁模力为28000 kN的大型压铸机，为当时填补了国内的空白[2]。
国内新的压铸机企业陆续崭露头角，其中，香港力劲公司是典型的代表，该公司开发了多项国内领先的压铸机机型，例如：卧式冷室压铸机最大空压射速度6 m/s（1997年）和8 m/s（2000年初）、镁合金热室压铸机（2000年初）、匀加速压射系统（2002年）、最大空压射速度10 m/s及多段压射系统（2004年6月）、实时控制压射系统（2004年8月）和锁模力30000 kN的大型压铸机（2004年7月）等。近几年来，上海压铸机厂、灌南压铸机厂等骨干企业也都开发了最大空压射速度为8 m/s以上的卧式冷室压铸机和锁模力在10 000 kN以上的大型压铸机。可见，我国正在形成一个有实力的、具有自主知识产权的压铸机制造业。
三、压铸机的分类及其工作方式
压铸机的分类方法很多，按使用范围分为通用压铸机和专用压铸机；按锁模力大小分为小型机（≤4 000 kN）、中型机（4 000 kN～10 000 kN）和大型机（≥10 000 kN）；通常，主要按机器结构和压射室（以下简称压室）的位置及其工作条件加以分类，各种类型的压铸机的名称如图3所示[3]。
图3 压铸机的分类
压铸机由下列各部分组成。
（1）合模机构
驱动压铸模进行合拢和开启的动作。当模具合拢后，具有足够的能力将模具锁紧，确保在压射填充的过程中模具分型面不会胀开。锁紧模具的力即称为锁模力（又称合型力），单位为千牛（kN），是表征压铸机大小的首要参数。
（2）压射机构
按规定的速度推送压室内的金属液，并有足够的能量使之流经模具内的浇道和内浇口，进而填充入模具型腔，随后保持一定的压力传递给正在凝固的金属液，直至形成压铸件为止。在压射动作全部完成后，压射冲头返回复位。
（3）液压系统
为压铸机的运行提供足够的动力和能量。
（4）电气控制系统
控制压铸机各机构的执行动作按预定程序运行。
（5）零部件及机座
所有零部件经过组合和装配，构成压铸机整体，并固定在机座上。
6）其他装置
先进的压铸机还带有参数检测、故障报警、压铸过程监控、计算机辅助的生产信息的存储、调用、打印及其管理系统等。
（7）辅助装置
根据自动化程度配备浇料、喷涂、取件等装置。
3.1 热室压铸机的工作方式
热室压铸机通常的工作方式如图4。热室压铸机的熔炉10放置在机器内，机器工作前，先将金属液浇入熔炉内，带有压室及鹅颈通道的浇壶9和压射冲头8都浸泡在金属液7中。模具的开、合动作呈水平移动，开模后，压铸件留在动模。工作步骤如下：
（1）机器头板及模具浇口套与喷嘴贴紧（有的机器没有这个程序）；
（2）合拢模具；
（3）在压射冲头处于图中的位置时，金属液从侧面的孔口进入浇壶内的各个空间，流入后，鹅颈通道6内的液面与熔炉内的液面平齐；
（4）压射冲头以较慢的压射速度向下移动，至封住侧孔；
（5）压射冲头高速压射推送金属液，经过鹅颈通道6、喷嘴5、模具的直浇道4、分流器3，从内浇口2填充进入模具型腔，随后便凝固成为压铸件1；
（6）压射冲头提升，喷嘴及鹅颈通道内的金属液回流至浇壶内；
（7）打开模具，压铸件和浇口留在动模上，随即顶出并取出压铸件；
（8）机器头板及模具浇口套离开喷嘴（有的机器没有这个程序）；至此完成一次压铸循环。
1. 压铸件 2. 内浇口 3. 分流器 4. 直浇道 5. 喷嘴
6. 鹅颈通道 7. 金属液 8. 压射冲头 9. 浇壶 10. 熔炉
图4 热室压铸机的工作方式
3.2 立式冷室压铸机的工作方式
立式冷室压铸机的工作方式如图5。压室7呈垂直放置，而上冲头8处于压室上方（图上方的位置），下冲头10则位于堵住喷嘴5孔口处，以免金属液浇入压室内自行流入喷嘴孔。模具的开、合动作呈水平移动，开模后，压铸件留在动模。工作步骤如下：
（1）合拢模具；
（2）以人工或其他方式将金属液浇入压室；
（3）上冲头以较低的压射速度下移，进入压室内及至刚接触金属液液面；
（4）上冲头转为较高的压射速度压下，而下冲头则与上冲头保持着中间一段存有金属液的相对距离同步地快速下移；
（5）当下冲头下移至让出喷嘴孔口时，正好下到最底部而被撑住；于是，上、下冲头一同挤压金属液高速向喷嘴孔（直浇道6的一部分）喷射；
（6）金属液通过由喷嘴、浇口套4、定模的锥孔和分流器2组成的直浇道6，从内浇口3填充进入模具型腔；
（7）填充完毕，但上冲头仍保持一定的压力，直至型腔内的金属液完全凝固成压铸件1为止；浇道和压室内的金属液分别凝固为直浇口和余料饼9；
（8）上冲头提升复位；同时，下冲头向上动作，将尚与直浇口相连的余料饼切离；
（9）下冲头继续上升，把余料饼举出压室顶面，再以人工或其他方式取走；
（10）下冲头下移复位至堵住喷嘴孔口；
（11）打开模具，压铸件和直浇口一同留在动模上，随即顶出并取出压铸件；一旦切离余料饼之后，开模动作可以立即执行，也可以稍缓至适当的时候执行，与下冲头完成上举和复位的动作无关；
至此，完成一次压铸循环。
1. 压铸件 2. 分流器 3. 内浇口 4. 浇口套 5. 喷嘴
6. 直浇道 7. 压室 8. 上冲头 9. 余料饼 10. 下冲头
图5 立式冷室压铸机的工作方式
3.3 卧式冷室压铸机的工作方式
卧式冷室压铸机的工作方式如图6所示。压室7呈水平放置，压射冲头5处于压室最右端虚线位置。模具的开、合动作呈水平移动，开模后，压铸件留在动模。工作步骤如下：
（1）合拢模具；
（2）将金属液以人工或其他方式浇入压室；
（3）压射冲头按预定的速度和一定的压力推送金属液，使之通过模具的浇道3，从内浇口2填充进入模具型腔；
（4）填充完毕，冲头保持一定的压力，直至金属液完全凝固成为压铸件1为止；这时，浇道和浇口套6（没有浇口套的模具在该处即为连体压室）内的金属液也同时凝固，成为浇口和余料饼4；
（5）打开模具，冲头与开模动作同步移动，从而推着余料饼随着压铸件和浇口一同留在动模而脱离定模，到达一定的距离时，冲头便返回复位；
（6）开模后，压铸件、浇口和余料饼留在动模上，随即顶出并取出压铸件；
至此，完成一次压铸循环。
1. 压铸件 2. 内浇口 3. 横浇道 4. 余料饼 5. 压射冲头
6. 浇口套 7. 压室
图6 卧式冷室压铸机的工作方式
3.4 全立式冷室压铸机的工作方式
全立式冷室压铸机的工作方式如图7。压室5垂直放置在机器的下部，模具的开、合动作为上下移动，故称为全立式压铸机。通常模具的动模固定在上方，开模后，压铸件留在动模。工作步骤如下：
（1）将金属液以人工或其他方式浇入压室；
（2）合拢模具；
（3）冲头6上移压送金属液，通过浇道3、分流器4，从内浇口2填充进入模具型腔；
（4）填充完毕，冲头保持一定的压力直至金属液完全凝固成为压铸件1为止；这时，浇道和压室内的金属液也同时凝固，而压室内的便成为余料饼7；
（5）打开模具，冲头与开模动作同步向上移动，从而使余料饼跟随压铸件和浇口一同随着动模上移而脱离定模，到达一定的距离时，冲头便下移复位；
（6）开模后，随即顶出并取出压铸件；
至此，完成一次压铸循环。
1. 压铸件 2. 内浇口 3. 横浇道 4. 分流器 5. 压室
6. 压射冲头 7. 余料饼
图7 全立式冷室压铸机
四、压铸机的选用
压铸机的选用，对压铸生产过程中的产品质量、生产效率、管理成本等诸多方面，有着十分重要的影响。为此，合理地选择适用的压铸机，是一项技术性和经济性都很强的工作[4]。
4.1 各类压铸机的特点
4.1.1 热室压铸机的特点
目前生产中，多数采用常规的热室压铸机。市场供应的以锁模力小于4000 kN的机器为主导，更多的则是锁模力在1600 kN以下，而锁模力大于4000 kN的很少。其特点如下：
（1）通常以低熔点合金的压铸为主，而以锌合金最为典型；
（2）以小型压铸件的生产为宜，中、大型压铸件不宜采用热室压铸；
（3）填充进入模具型腔的金属液始终在密闭的通道内流动，氧化夹杂物不易卷入，对压铸件的质量较为有利；
（4）压铸过程的自动化容易实现；
（5）由于不需要浇料程序，在正常运行的状态下，生产效率较高；
（6）压射比压稍低，并且压射过程没有增压阶段，但对小型、薄壁件影响较小；
（7）压射冲头、浇壶、喷嘴等热作件的寿命难以掌握和控制，失效后更换较为费时；
（8）更换或修理熔炉时，要拆装热作件，增加了辅助时间；
（9）对于高熔点合金的热室压铸，目前仍以镁合金较为适宜，而用于镁合金的热室压铸机，同样存在上述的特点。
4.1.2 立式冷室压铸机的特点
（1）适合于锌、铝、镁、铜等多种合金的压铸；
（2）生产现场中用量较少，并以小型机占多数；
（3）压室呈垂直放置，金属液浇入压室后，气体在金属液上面，压射过程中包卷气体较少；
（4）压射压力经过的转折较多，使压力传递受到影响，尤其在增压阶段，因喷嘴入口处的孔口较小，压力传递不够充分；
（5）方便于开设中心浇口；
（6）机器的长度方向占地面积较小，但机器的高度相对较高；
（7）下冲头部位窜入金属液时，排除故障的工作不方便；
（8）生产操作中有切断余料饼和举出料饼的程序，降低生产效率；
（9）采用自动化操作时，增加从下冲头的顶面取走余料饼的程序。
4.1.3 卧式冷室压铸机的特点
（1）适合于各种有色合金和黑色金属（目前尚不普遍）的压铸；
（2）机器的大小型号较为齐全；
（3）生产操作少而简便，生产效率高，且易于实现自动化；
（4）机器的压射位置较容易调节，适应偏心浇口的开设，也可以采用中心浇口，此时模具结构需采取相应措施；
（5）压射系统的技术含量较高；
（6）压射过程的分级、分段明显并容易实现，能够较大程度地满足压铸工艺的各种不同的要求，以适应生产各种类型和各种要求的压铸件；
（7）压射过程的压力传递转折少；
（8）压室内金属液的水平液面上方与空气接触面积较大，压射时易卷入空气和氧化夹杂物；对于高要求或特殊要求的压铸件，通过采取相应措施仍能得到较满意的结果。
4.1.4 全立式冷室压铸机的特点
（1）广泛用于电机转子的压铸，多为中小型机器；
（2）此类压铸机比同吨位其他压铸机器的占地面积小，但高度较高；
（3）金属液进入模具型腔时转折少、流程短，压力损耗小；
（4）浇注金属液时，需越过模具分型面，应保证液滴不会滴在模具分型面上；
（5）压射机构在下方，更换压室和维修工作都不方便。
4.2 选用压铸机的基本原则
（1）了解压铸机的类型及其特点；
（2）考虑压铸件的合金种类以及相关的要求；
（3）选择的压铸机应满足压铸件的使用条件和技术要求；
（4）选定的压铸机在性能、参数、效率和安全等方面都应有一定的裕度，以确保满意的成品率、生产率和安全性；
（5）在保证第4点的前提下，还应考虑机器的可靠性与稳定性，据此来选择性价比合理的压铸机；
（6）对于压铸件品种多而生产量小的生产规模，在保证第4点的前提下，应科学地选择能够兼容的规格，使既能含盖应有的品种，又能减少压铸机的数量；
（7）在压铸机的各项技术指标和性能参数中，首要应注意的是压射性能，在同样规格或相近规格的情况下，优先选择压射性能的参数范围较宽的机型；
（8）在可能的条件下，尽量配备机械化或自动化的装置，对产品质量、生产效率、安全生产、企业管理以及成本核算都是有益的；
（9）评定选用的压铸机的效果，包括：成品率、生产率、故障率、维修频率及其工作量、性能的稳定性、运行的可靠性以及安全性等。
4.2.1 选型前的技术测算工作
选型的原始要素包括压铸件的图样、实物、合金种类、最大外廓尺寸（长×宽×高）、净重、平均壁厚、最大壁厚、最小壁厚、需要抽芯的方向及个数、需要抽芯的最大长度以及特殊结构。
压铸件的使用条件和技术要求（包括后续加工工序）。
生产大纲 需求量（月度、季度或年度）、压铸生产的工作制度。
（1）初定压铸机的锁模力
测算模具分型面上的金属投影面积，设为A（mm2），通常包括压铸件（按型腔数）、浇道系统、溢流系统和压室直径等4个部分的面积的总和（当有真空抽气道时应另加）。根据压铸件的技术要求选用增压比压，设为pz（MPa）；模具分型面上金属投影的胀型力，设为F1（kN），则
F1 = A × pz
动、定模合拢楔紧斜面（含抽芯机构）在合模方向的分力的总和，设为F2（kN）；合模方向的胀型力的总和，设为F0（kN），于是
F0 = F1 + F2
选择的压铸机的锁模力，设为F（kN），同时考虑安全系数k（一般取0.85～0.95），测算时，选择压铸机的锁模力F应大于胀型力F0，即
F > F0 / k
（2）查对已选的压铸机与模具体积及安装尺寸的匹配情况
①压铸机4根大杠（又称拉杠）的内间距应大于模具的横向与竖向的模板外廓尺寸；②压铸机可调的模具厚度尺寸应在模具总厚度（含定模、动模和动模座）的范围之内；③压铸机的开合模行程应满足压铸后能够顺利取出压铸件所需要的开模距离；
（3）查核压铸机的压室能够容纳的金属液的重量
①估算浇入压室的金属液的重量G0（g或kg），包括压铸件（按型腔数）、浇道系统、溢流系统和余料饼等4个部分的总和；②根据已初步选定的压室直径，查阅机器样本或机器说明书中关于该直径的压室允许容纳的最大金属液重量G（g或kg）；③查核时，应满足
G > G0 。
经过上述的初步测算，便有了预选压铸机的型号和规格的技术基础。在正式设计模具时，选用的技术参数可能会有些差异，只要稍作调整就能解决。
4.2.2 估算压铸生产的节拍
压铸的生产节拍按一个压铸工作循环作为计算单位，通常从合模开始，经过各种动作和各个环节，直至下一次合模为止，即作为一个工作循环。这个工作循环所需的时间，称为每模需要的时间，以“s/模”表示。压铸生产时，每模需要的时间由下列几个部分组成。
(1) 机器一次空循环时间
压铸机按机动顺序所作的每一个空循环所需的时间称为一次空循环时间。
对于热室压铸机，包括：合模、压射、压射回程、开模、顶出和顶出返回诸动作所用的时间的总和，是为一次空循环时间。
对于立式冷室压铸机，包括：合模、压射、压射回程、下冲头切料并举料、下冲头返回、开模、顶出和顶出返回诸动作所用的时间的总和，是为一次空循环时间。
对于卧式冷室压铸机，包括：合模、压射、开模、冲头跟出、压射回程、顶出和顶出返回诸动作所用的时间的总和，是为一次空循环时间。
对于全立式冷室压铸机，包括：合模、压射、开模、冲头上举、压射回程、顶出和顶出回程诸动作所用的时间的总和，是为一次空循环时间。
(2) 压铸操作需用的时间
浇料的运行时间（指冷室压铸机，有手工的、机械的和气压式的）；
润滑压射冲头的时间；
对模具喷涂润滑剂、等候润滑剂挥发、清理模具等操作所用的时间；
取件时间；
对于立式冷室压铸机，下冲头举起余料饼至高于压室顶面后，取走余料饼的时间；
检查压铸件的时间（人工目测时加入）；
放置铸入镶件至模具内的时间（有这一操作时加入）。
(3) 工艺需要的时间
金属液浇入压室后等待静置的时间（指冷室压铸机）；
压射终了需持续施压的持压时间；
压射填充完毕，压铸件凝固过程所需的延续留在模具内的留模时间；
抽芯动作占用的时间（有手工的活镶块或液压抽芯时加入）。
(4) 其他原因造成的追加时间
因模具结构复杂，需要增加操作程序或工艺程序造成的追加时间；
因模具的原因（如模具结构不合理、旧模具）而不能顺利操作造成的延迟时间；
因压铸件产生变形，需要采取补救措施（如加长留模时间）造成的追加时间；
因其他原因造成的追加时间。
测算生产节拍时，根据实际需要选择应加入测算的项目。每模型腔数多于1时，在按上述项目测算的结果的基础上，再酌情追加时间，但不需按型腔数的倍数增加。
4.2.3 压铸机生产能力的测算
(1) 测算用的基本要素
每模型腔数设为N，用“型腔数/模”表示。
单位时间的压铸模数 根据估算的生产节拍（s/模），测算时，换算为每小时压铸的模数 （模/h），设为M。
根据各个企业自行安排的工作制度，确定班、日、周、月、季和年的工作时间，可以分别计算，也可以按年度计算，设单台压铸机的工作台时数为T，计算单位以“h”表示。
影响压铸的成品率的因素很多，成品率的高低，直接关系到压铸机生产能力的测算，设为C（小于1）。
其它不固定的因素，设为K（小于1），如：新模具或修复的模具的试模、新产品模具的工艺参数调整与试验、因周边设备（熔炉或保温炉等）出现故障、机器检修后的试机以及动力系统的检修或临时性失效等。
（2）测算单一品种压铸件的压铸机生产能力
压铸件的需求量设为Q，计算单位用“件”表示。
机器的生产能力 测算时的计算单位与生产大纲对应，如：月度、年度等，设为Q0。
测算机器的生产能力，按下式计算： Q0 =N•M •T •C •K 。
将需求量Q与机器生产能力Q0进行比较：当Q0≥Q时，只用1台机器可以满足需求；当Q0＜Q时，则按Q / Q0的倍数增加压铸机的台数。
（3）测算多品种压铸件的压铸机生产能力
按各个品种个别测算所选的压铸机的型号和规格以及该压铸机的Q0，然后与各自品种的生产大纲的需求量Q加以比较：
① 当不同品种可以用相同类型和规格的压铸机时，将这些品种的Q加以合并计算，再确定压铸机的台数；
② 当不同品种必须分别选用不同类型和规格的压铸机时，则各自确定所选的压铸机的台数。
综上所述，压铸机的选型工作十分繁琐，初选时只能用估计与预测的方法，其准确性则与掌握压铸知识的程度以及实践经验有关。由于压铸件的品种多、门类广、要求高，产量大，这里介绍的选用原则和测算方法可能还不够全面，仅作基本参考之用。
五、压铸机的使用与维护
为了保证压铸机的正常运行，应在正确的使用的同时，还应进行科学的维护工作[5]。因此，必须根据说明书的要求和相关的规定，制订出机器的使用操作规程和维护管理制度，特别是安全规程，专人负责，认真贯彻落实，严禁违章作业。
5. 1 每日操作维护
（1）清理机器上杂物和所有滑动表面上的灰尘、污物，对非自动润滑的滑动摩擦面进行润滑，检查保持润滑油箱内油量正常；
（2）检查液压油（液）容箱中的液位和管路有无渗漏现象，各连接紧固件有无松动；
（3）查看压力表指示是否正常，安全装置及行程开关是否正常；
（4）检查液压系统的压力、液压油（液）温度和颜色是否正常；
（5）查看自动润滑系统工作是否正常，特别是曲肘销套润滑情况；
（6）检查压室和冲头损伤情况，并及时清理和润滑；
（7）检查冷却系统是否正常；
（8）检查机器在运行中有无异常振动与噪声，及时进行处理。
5. 2 每周（约40小时）操作维护
（1）清理机器上的脏物，特别注意合模机构的曲肘部分；
（2）润滑油箱保持有充足的润滑油，检查润滑系统的润滑功能；
（3）检查安全防护装置及行程开关是否正常，及时修理和紧固；
（4）检查并紧固各连接紧固件；
（5）检查液压系统有无渗漏，蓄能器充氮气的压力变化（有无漏气）；
（6）检查压射位置和大杠螺母位置是否与调定位置有变化并及时调好；
（7）检查电磁阀和操作按钮等元件的紧固情况。
5. 3 每月操作维护
（1）对机器进行一次较彻底的清理；
（2）清洗过滤器滤芯；
（3）检查大杠与导套间隙是否正常，大杠及导轨有无拉伤，遇有拉伤时应及时用油石修平；
（4）全面检查和上紧液压缸和液压管路连接紧固件（包括蓄能器的固定）；
（5）检查电气箱、操纵箱等密封情况，清理其内附着尘物，上紧各元件及电线连接件；
（6）检查或更换有损伤的电线和元件；
（7）检查润滑系统的润滑功能；
（8）检查紧固机器定板大杠螺母的紧固螺钉；
（9）在首次启动机器或大修后首次启动满300 h，应清洗更换滤芯，将液压油（液）重新过滤（过滤程度按机器说明书规定），并且对机器的油箱也应重新清理，然后加注经过过滤的液压油（液）;以后每运转3 000～4 000 h，检查液压油（液）质量合格后才能重新过滤加入，否则应更换新的液压油（液）；液压油（液）污染度等级极限VASⅡ，对比例系统为NAS8级。
压铸机常见故障及排除方法见表1。
表1 压铸机常见故障及排除
故障现象 产生原因 排除方法
1. 系统无压力或压力不足 ①液压泵转向不对
②溢流阀调整不当或损坏
③液压泵故障
④管路内外泄漏量大
⑤吸油（液）不足（油/液面低，吸油/液管堵塞或漏气） ①调整电机转向
②重新调整或更换新阀
③修理或更换
④检修管路和元件
⑤补充油（液），检修吸油（液）管路
2. 系统供油（液）量不足 ①油（液）箱油（液）位过低，吸油（液）不足
②液压泵故障或泵转速低
③泵、阀、液压缸及管路泄漏量大
④液压控制阀动作失灵
⑤液压油（液）粘度过大或过小
⑥回油管口在液面以上吸进空气 ①补充油（液），检修吸油（液）管路
②检修更换液压泵，提高泵转速
③检修相应元件及管路
④检修或更换
⑤更换液压油（液）
⑥改进回油到液面下
3. 液压油（液）温度过高 ①冷却水未打开
②冷却器积垢或故障
③循环过程无用高压溢流过多
④液压系统内泄过大
⑤液压泵故障
⑥液压油（液）粘度过大、过小
⑦油箱散热不足 ①接通冷却水
②清洗或检修、更换
③调整工作程序，检修调节溢流阀
④检修或更换元件
⑤检修更换液压泵
⑥换液压油（液）
⑦改善散热部件
4. 振动噪声异常 ①液压泵故障
②溢流阀故障
③液压泵电机不同轴
④油（液）位低，吸油（液）管堵塞或漏气
⑤液压油（液）污染
⑥系统管路配置不当，造成振动或共振 ①检修或更换
②检修或更换
③调节同轴度
④补充油（液），检修吸油（液）管路
⑤换液压油（液）
⑥合理布置元件和管路，改进固定方式
5. 合模及压射缸爬行 ①空气进入液压系统
②液压缸和运动件导向、润滑不良
③液压泵压力和流量不匀
④液压缸密封阻力、弯曲、表面拉伤等
⑤控制阀开口过小或故障
⑥液压油（液）粘度过大 ①检修改进系统，排出液压缸内空气
②检修、改善导向，适当给以润滑
③见1、2条的的排除方法
④检修油缸
⑤适当调节或检修
⑥换液压油（液）或提高液压油（液）温
6. 机器不合模 ①护门未关到位，联锁行程开关未动作
②合模阀未动
③合模机构动作受阻
④模具型芯未插到位，行程开关未动
⑤液压系统压力不足 ①检查排除护门故障和行程开关
②检查电磁阀是否通电或卡死，修复
③检查清除障碍
④检修
⑤见1条的排除方法
7. 合模不到位（曲肘伸不直） ①合模开档调节不当，锁模力过大
②模具分型面上有粘着物，低压保护开关起作用
③液压系统压力不足
④合模机构故障 ①适当调小开档
②清除障碍物，检查保护行程开关
③见1条的排除方法
④检修
8. 慢夺射不动作 ①合模不到位，行程开关未动作
②慢压射阀故障
③压射头卡住 ①见7条的排除方法
②检修阀和控制电路
③检修或更换压射室和压射头
9. 无快压射或快压射速度不足或下降过大，一次压射后压降超过10% ①快压射阀故障，转换开关未动作
②蓄能器压力不足，氮气泄漏或活塞卡死
③快压射阀开口不足 ①检修快压阀射阀和控制电路
②检修蓄能器或充氮
③调大开口
10. 快压射后无增压 ①增压阀故障
②液压系统压力低于蓄能器充气压力 ①检修增压控制阀及控制线路
②见1条的排除方法
11. 增压压力下降过快直到无增压 ①压射油缸内漏大
②增压活塞杆与浮动活塞密封处泄漏或增压行程不足 ①检修或更换密封件
②检修
12. 增压冲击峰值过大或增压迟后过多 ①增压阀开口过大
②增压控制阀节流过小 ①适当关小阀口
②适当开大节流口
13. 压射不回程 ①压射阀故障
②跟出未到位，返回行程开关未动作 ①检修压射阀和控制线路
②检修（见8条之③的排除方法）
14. 压射头拉伤快或易卡死 ①压射室与压射缸活塞杆不同轴
②压射室与浇口套不同轴或端面结合有缝隙
③压射头冷却不足
④压射室或压射头损伤 ①检修调整同轴度
②检修两者同轴度和端面
③改善冷却系统
④更换新件或修复
参考文献
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[3] 彭余恭, 陈金城. 压铸机的分类及其工作方式 [J]. 铸造，2005，54（2），179-181
[4] 陈金城，彭余恭. 压铸机的选用 [J]. 铸造，2005，54（3），253-256
[5] 彭余恭, 陈金城. 压铸机的使用与维护 [J]. 铸造，2005，54（4），377-381 |
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