铸造、压铸的历史与分类

铸造（Casting）是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。

铸造是现代制造工业的基础工艺之一。

铸造种类很多，按造型方法习惯上分为三类：

1）普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型三类。

2）特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）

3）以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）。

压力铸造简称压铸，是一种将熔融合金液倒入压室内，以高速充填钢制模具的型腔，并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。压铸区别于其他铸造方法的主要特点是高压和高速。

压铸的起源众说不一，但据文献报导，最初用于压铸铅字，由此看来压铸技术与打印机还有比较深的渊源关系。早在1822年，威廉姆·乔奇（William Church）博士曾制造一台日产1.2～2万铅字的铸造机，显示出这种工艺方法的生产潜力。

1849年斯图吉斯（J.J.Sturgiss）设计并制造成第一台手动活塞式热室压铸机，并在美国获得了专利权。1885年默根瑟勒（Mersen-thaler）研究了以前的专利，发明了印字压铸机，开始只用于生产低熔点的铅、锡合金铸字，到19世纪60年代用于锌合金压铸零件生产。压铸广泛用于工业生产还只是20世纪初，应用于现金出纳机、留声机和自行车的产品生产中。1904年英国的法兰克林（H.H.Franklin）公司开始用压铸方法生产汽车的连杆轴承，开创了压铸零件在汽车工业中应用的先例。1905年多勒（H.H.Doehler）研制成功用于工业生产的压铸机压铸锌、锡、铜合金铸件。随后瓦格纳（Wagner）设计了鹅颈式气压压铸机，用于生产铝合金铸件。

1927年捷克工程师约瑟夫·波拉克（Jesef Pfolak）设计了冷压室压铸机，由于贮存熔融合金的坩埚与压射室分离，可显著地提高压射力，使之更适合工业生产的要求，克服了气压热压室压铸机的不足之处，从而使压铸技术向前推进了一大步。铝、镁、铜等合金均可采用压铸生产。

由于整个压铸过程都是在压铸机上完成，因此，随着对压铸件的质量、产量和扩大应用的需求，已对压铸设备不断提出新的更高的要求，而新型压铸机的出现以及新工艺、新技术的采用，又促进压铸生产更加迅速地发展。例如，为了消除压铸件内部的气孔、缩孔、缩松，改善铸件的质量，出现了双冲头（或称精、速、密）压铸；为了压铸带有镶嵌件的铸件及实现真空压铸，出现了水平分型的全立式压铸机；为了提高压射速度和实现瞬时增加压射力以便对熔融合金进行有效地增压，以提高铸件的致密度，而发展了三级压射系统的压铸机。又如，在压铸生产过程中，除装备自动浇注、自动取件及自动润滑机构外，还安装成套测试仪器，对压铸过程中各工艺参数进行检测和控制。它们是压射力、压射速度的显示监控装置和合型力自动控制装置以及电子计算机的应用等。

近40年，随着科学技术和工业生产的进步，尤其是随着汽车、摩托车以及家用电器等工业的发展，又从节能、节省原材料诸方面出发，压铸技术已获得极其迅速的发展。压铸生产不仅在有色合金铸造中占主导地位，而且已成为现代工业的一个重要组成部分。近年来，一些国家由于依靠技术进步促使铸件薄壁化、轻量化，因而导致以往用铸件产量评价一个国家铸造技术发展水平的观念改变为用技术进步的水平作为衡量一个国家铸造水平的重要依据。

由于打印机的零件要求高、产量大，所以大多使用压铸产品，很少使用砂型铸造产品。

1.压铸模具

（1）压铸模具结构

压铸模具的结构组成部分主要有定模和动模两部分。定模固定在压铸机定模安装板上，有直浇道与喷嘴或压室连接。动模固定在压铸机动模安装板上，并随动模安装板作开合模移动合模时，闭合构成型腔与浇铸系统，液体金属在高压下充满型腔；开模时，动模与定模分开，借助于设在动模上的推出机构将铸件推出。

1）成型部件：用于形成制品的外形，由型腔和型芯组成。其中，型腔形成制品的外表面；型芯则形成内表面。

2）浇注系统：用于作为熔融金属进入型腔的通道，由直浇道（浇口套）、模浇道（镶块）、内浇口三部分组成。

3）导准机构：用于引导动模可靠地按照一定方向进行运动并与定模进行合模或开模，由导柱导套组成。

4）推出机构：用于将制品从模具中推出，由推杆（顶针）、复位杆、推杆固定板、推板、推板导柱、推板导套等组成。

5）侧向抽芯机构：用于形成侧面的凸台和孔穴，一般由锲紧块、限位弹簧、螺杆等组成。

6）排溢系统：用于排除压室、浇道和型腔中的气体，由溢浇槽、排气槽等组成。

7）冷却系统：用于将型腔内的金属液体快速冷却为固体而形成制品。

8）支承零件：也称模架，用于将模具各部分按一定的规律和位置加以组合和固定，并使模具能够安装到压铸机上，由模板、座架等组成。

（2）压铸模具分类

按型腔数可分为单腔、同形多腔和异形多腔压铸模。

按构造可分为整体式、镶拼式和共用模套式压铸模。

按安装的机器可分为热压室压铸机用和冷压室压铸机用压铸模。

（3）压铸模具设计

设计模具时，要考虑如下的因素：

1）其所生产的压铸件，应能保证铸件图样所规定的尺寸和各项技术要求；后续加工中能减少机械加工部位和加工余量。

2）模具应适应压铸生产的工艺要求。

3）在保证铸件质量和安全生产的前提下，应采用先进、合理、简单的结构，减少操作程序，动作准确可靠，构件刚性良好，具有足够的硬度，便于拆模和维修。

4）模具的各种零件应具有良好的机械加工工艺性和热处理工艺性，选材适当，公差配合等级合理，达到各项技术要求。

5）符合压铸机要求的技术规范，准确选定安装尺寸，能充分发挥压铸机的生产能力。

6）尽可能地实现标准化、通用化，以缩短设计和制造周期，便于管理。

7）具备加热和冷却的条件，有利于使模具各部位达到理想的热平衡状态，提高模具的使用寿命。

2.压铸机

压铸机是在压力作用下把熔融金属液压射到模具中冷却成型，开模后得到固体金属铸件的一种工业机械。压铸机一般分为热室压铸机和冷室压铸机，冷室压铸机按其压室所处的位置又可分为卧式压铸机和立式压铸机。

热室压铸机的压室与坩埚连成一体，生产工序简单，效率高，容易自动化；金属消耗少，工艺稳定，压入型腔的液体金属干净、无氧化夹杂，铸件质量好。但由于压室和冲头长时间浸在液体金属中，影响使用寿命。

冷室压铸机的压室与坩埚则分处两个地方，其多用液压驱动，压力较高，适用于熔点较高的合金。

3.材料种类

铸造也是一项应用非常广泛的机械制造工艺，几乎所有的金属材料都能利用铸造工艺来制造零件。

压铸件所采用的合金主要有色合金例如锌合金、铝合金、镁合金和铜合金等系列，至于黑色金属（钢、铁等）由于模具材料等问题，目前较少使用。而有色合金压铸件中又以铝合金使用较广泛，锌合金次之。

4.工艺(www.xing528.com)

（1）浇注位置

铸件的浇注位置正确与否，对铸件的质量影响很大。

选择浇注位置时，应考虑如下原则：

1）铸件的重要加工面应朝下。因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密。如果这些加工面难以做到朝下，则应尽力使其位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时，则应将较大的平面朝下。

2）铸件的大平面应朝下。型腔的上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷外，大平面还常产生夹砂缺陷。这是由于在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧热膨胀和强度下降而拱起或开裂，于是金属液进入表层裂缝之中，形成了夹砂缺陷。因此，对平板、圆盘类铸件大平面应朝下。

3）为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置。

4）对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在分型面附近的上部或侧面，以便在铸件厚处直接安置冒口，使之实现自下而上的顺序凝固。

（2）分型面

铸型分型面的选择正确与否是铸造工艺合理性的关键之一。如果选择不当，不仅影响铸件质量，而且还会使制模、造型、制芯、合箱或清理等工序复杂化，甚至还可增大切削加工的工作量。因此，分型面的选择应能在保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺，节省人力物力。

分型面的选择应考虑如下原则：

1）应便于起模，使造型工艺简化。如尽量使分型面平直、数量少，避免不必要的活块和型芯等。

应尽量使铸型只有一个分型面，以便采用工艺简单的两箱造型。同时，多一个分型面，铸型就增加一些误差，使铸件的精度降低。

铸件的内腔一般是由型芯来形成，有时还可用它来简化铸件的外形，以制出妨碍起模的凸台、凹槽等。但制造型芯需要专门的型芯盒和型芯骰，还需烘干、下芯等工序，增加了铸件成本。因此，选择分型面时尽量避免不必要的型芯。

必须指出，并非型芯愈少、铸件的成本愈低，例如一些轮形铸件，由于轮的圆周面存有内凹，在批量不大的生产条件下，多采用三箱来造型。但在大批量生产条件下，由于采用机器造型，故应改用环状型芯使铸型简化成只有一个分型面，这个方法尽管增加了型芯的费用，但机器造型所取得的经济效益可以补偿而有余。

2）应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件精度。

3）为便于造型、下芯、合箱和检验铸件壁厚，应尽量使型腔及主要型心位于下箱。但下箱型腔也不宜过深，并尽量避免使用吊芯和大的吊砂。

上述诸原则，对于某个具体铸件来说都难以全面满足，有时甚至互相矛盾。因此，必须抓住主要矛盾、全面考虑，至于次要矛盾，则应从工艺措施上设法解决。例如，质量要求很高的铸件（如机床床身、立柱、刀架，钳工平板，造纸机烘缸等），应在满足浇注位置要求的前提下再考虑造型工艺的简化。对于没有特殊质量要求的一般铸件，则以简化铸造工艺、提高经济效益为主要依据，不必过多地考虑铸件的浇注位置，仅对朝上的加工表面采用稍大的加工余量即可。

（3）工艺参数

在铸造工艺方案初步确定之后，还必须选定铸件的机械加工余量、拔模斜度、收缩率、型芯头尺寸等具体参数。

在铸件上为切削加工而加大的尺寸称为机械加工余量。加工余量必须认真选取，余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料；余量过小，制品会因残留黑皮而报废，或者因铸件表层过硬而加速刀具磨损。

机械加工余量的具体数值取决于铸件生产批量、合金的种类、铸件的大小、加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置等。大量生产时，因采用机器造型，铸件精度高，故余量可减小；反之，手工造型误差大，余量应加大。铸钢件因表面粗糙，余量应加大；有色合金铸件价格昂贵，且表面光洁，所以余量应比铸铁小。铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铸件的尺寸误差也愈大，故余量也应随之加大。此外，浇注时朝上的表面因产生缺陷的概率较大，其加工余量应比底面和侧面大。

铸件的孔、槽是否铸出，不仅取决于工艺上的可能性，还必须考虑其必要性。一般说来，较大的孔、槽应当铸出，以减少切削加工工时、节约金属材料，同时也可减小铸件上的热节；较小的则不必铸出，留待加工反而更经济。

为了使模型（或型芯）易于从砂型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁，制造模型时必须留出一定的倾斜度，此倾斜度称为拔模斜度或铸造斜度。

拔模斜度的大小取决于立壁的高度、造型方法、模型材料等因素，通常为15′～3°，立壁愈高，斜度愈小；机器造型应比手工造型斜度小，而木模应比金属型斜度大。

为使型砂便于从模型内腔中脱出，以形成自带型芯，铸孔内壁的拔模斜度应比外壁大，通常为0.5°～10°。

由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比型腔尺寸略为缩小，为保证铸件的应有尺寸，模型尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。

在铸件冷却过程中，其线收缩不仅受到铸型和型芯的机械阻碍，同时，还存有铸件各部分之间的相互制约。因此，铸件的线收缩率除因合金种类而异外，还随铸件的形状、尺寸而定。通常，灰口铸铁为0.7%～1.0%，铸造碳钢为1.3%～2.0%，铝硅合金为0.8%～1.2%，锡青铜为1.2%～1.4%。

型芯头的形状和尺寸对于型芯的装配工艺性和稳定性有很大的影响。型芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。

垂直型芯一般都有上、下芯头，但短而粗的型芯也可省去上芯头。垂直芯头的高度主要取决于型芯头直径。芯头必须留有一定的斜度。下芯头的斜度应小些（5°～10°），高度应大些，以便增强型芯在铸型中的稳定性；上芯头的斜度应大些（6°～15°），高度应小些，以便于合箱。

水平芯头的长度取决于型芯头直径及型芯的长度。为便于下芯及合箱，铸型上型芯座的端部也应留出一定斜度。悬臂型芯头必须长而大，以平衡支持型芯，防止合箱时型芯下垂或被金属液抬起。

型芯头与铸型型芯座之间应留有1～4mm的间隙，以便于铸型的装配。

（4）压铸工艺

压铸是生产效率和产品精度都比较高的生产方式，与其他铸造工艺相比，有它自己独特的工艺。设定压铸工艺应考虑如下的因素：

1）确定最合理的生产率，规定每一次压射周期的循环时间。过低的生产率固然不利于提高经济效益，过高的生产率往往以牺牲模具寿命和铸件合格率为代价，算总账细账经济效益可能会更差。

2）确定正确的压铸参数。在确保铸件符合客户质量标准的前提下，应使压射速度、压射压力、合金温度最低。这样，有利于降低机器、模具负荷，降低故障，提高寿命。根据压铸机特性、模具特性、铸件特性、压铸铝合金特性等腰三角形，确定快压射速度、压射压力、增压压力、慢压射行程、快压射行程、冲头跟出距离、推出行程、保压时间、推了复位时间、合金温度、模具温度等。

3）使用水基涂料，必须制订严格、详细的喷涂工艺，涂料品牌，涂料与水的比例，模具每一个部位的喷涂量（或喷涂时间）和喷涂顺序，压缩空气压力，喷枪与成型表面的距离，喷涂方向与成型表面的角度等。

4）根据压铸模实际确定正确的模具冷却方案。正确的模具冷却方案对生产效率、铸件质量、模具寿命有极大的影响。方案应规定冷却水开户方法，压铸几个模次开始冷却，相隔几个模次分几次把冷却水阀门开到规定开度。点冷却系统的冷却强度应由压铸工艺工程师现场调定，配合喷涂达到模具热平衡。

5）规定对不同滑动部位，如冲头、导柱、导套、抽芯机构、推杆、复位杆等的不同润滑频率。

6）制订每一个压铸件的压铸操作规程，并培训和监督压铸工按规程操作。

7）根据模具复杂程度和新旧程度，确定适当的模具预防性维修周期。适当的模具预防性维修周期应当是模具使用中将要出现故障而还没有出现故障的压铸模次。模具使用中已经出现故障，不能继续生产，被迫进行修理，不是被提倡的方法。

8）根据模具复杂程度、新旧程度和粘模危险程度，确定模块消除应力周期（一般每5000～15000模次进行一次）和是否需要进行表面出理。

5.部品

打印机里面有非常多的利用压铸加工的部品，其中很多还是起关键作用的部品（见图3-6）。