技术资料——模具行业从业者必备知识手册

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铝合金压铸件的设计和质量要求

学 习 内 容
§1、压铸工艺及压铸铝合金材料常识
§2、铝合金压铸件的设计
§3、铝合金压铸件的质量要求

§1、压铸工艺及压铸铝合金
材料常识

一、压铸工艺简介
压力铸造（简称压铸）是近代金属成型加工工艺中发展较快的一种少无切削的特种铸造方法。工艺实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。
工艺过程动画
压铸工艺的特点：高速高压是压力铸造的主要特征。常用的工作压力为数十兆帕，填充速度约为16~80m/s，金属液填充模具型腔时间极短，约为0.01~0.2s。与其它铸造方法相比，压铸有以下三方面优点：

1. 产品质量好
   铸件尺寸精度高，一般相当于6~7级，甚至可达4级；表面光洁度好，一般相当于5~8级；强度和硬度较高，强度一般比砂型铸造提高25~30％，但延伸率降低约70％；尺寸稳定，互换性好；可压铸薄壁复杂的铸件。例如，当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm；铝合金铸件可达0.5mm；最小铸出孔径为0.7mm；最小螺距为0.75mm。

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2.生产效率高
机器生产率高，例如国产J1113型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600～700次，小型热室压铸机平均每八小时可压铸3000~7000次；压铸型寿命长，一付压铸型，压铸钟合金，寿命可达几十万次，甚至上百万次；易实现机械化和自动化。

3.经济效果优良
由于压铸件尺寸精确，表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用，或加工量很小，所以既提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备和工时；铸件价格便易；可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。

压铸是最先进的金属成型方法之一，是实现少切屑，无切屑的有效途径，应用很广，发展很快。目前压铸合金不再局限于有色金属的锌、铝、鎂和铜，而且也逐渐扩大用来压铸铸铁和铸钢件。压铸件的尺寸和重量，取决于压铸机的功率。由于压铸机的功率不断增大，铸件形尺寸可以从几毫米到1～2m；重量可以从几克到数十公斤。国外可压铸直径为2m，重量为50kg的铝铸件。

二、压铸合金
用于生产压铸件的金属材料有多为铝合金、纯铝、锌合金、铜合金、镁合金、铅合金、锡合金等有色金属，黑色金属很少采用。
对压铸合金的基本要求：

三、压铸铝合金材料常识
我公司常用的压铸件材料为压铸铝合金，代号为YL102（国标材料）和ADC12（日本标准材料）二种。
国标GB/T 15115和日本标准JISH 5302中分别规定了压铸铝合金的牌号、代号、化学成份、检验方法和检验规则等；
ADC12相当于YL104，但性能参数、化学成份不恒等，特别在性能上相差较大。

压铸铝合金中各元素的作用和影响

1. 硅（Si）
   硅是大多数压铸铝合金的主要元素。它能改善合金的铸造性能。硅与铝能组成固溶体。在577℃时，硅在铝中的溶解度为1.65％，室温时为0.2％、含硅量至11.7％时，硅与铝形成共晶体。提高合金的高温造型性，减少收缩率，无热裂倾向。当合金中含硅量超过共晶成分，而铜、铁等杂质又多时，即出现游离硅的硬质点，使切削加工困难，高硅铝合金对铸件坩埚的熔蚀作用严重。

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2. 铜（Cu）
   铜和铝组成固溶体，当温度在548℃时，铜在铝中的溶解度应为5.65％，室温时降至0.1％左右，增加含铜量，能提高合金的流动性，抗拉强度和硬度，但降低了耐蚀性和塑性，热裂倾向增大。
3. 镁（Mg）
   在高硅铝合金中加入少量（约0.2～0.3％）的镁，可提高强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性。含镁8％的铝合金具有优良的耐蚀性，但其铸造性能差，在高温下的强度和塑性都低，冷却时收缩大，故易产生热裂和形成疏松。

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4. 锌（Zn）
   锌在铝合金中能提高流动性，增加热脆性，降低耐蚀性，故应控制锌的含量在规定范围中。
5. 铁（Fe）
   在所有铝合金中都含有害杂质。因铝合金中含铁量太高时，铁以FeAl3、Fe2Al7和Al－Si－Fe的片状或针状组织存在于合金中，降低机械性能，这种组织还会使合金的流动性减低，热裂性增大，但由于铝合金对模具的粘附作用十分强烈，当铁含量在0.6％以下时尤为强烈。当超过0.6％后，粘模现象便大为减轻，故含铁量一般应控制在0.6～1％范围内对压铸是有好处的，但最高不能超过 1.5％。

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6. 锰（Mn）
   锰在铝合金中能减少铁的有害影响，能使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织，故一般铝合金允许有0.5％以下的锰存在。含锰量过高时，会引起偏析。
7. 镍（Ni）
   镍在铝合金中能提高合金的强度和硬度，降低耐蚀性。镍与铁的作用一样，能减少合金对模具的熔蚀，同时又能中和铁的有害影响，提高合金的焊接性能。

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当镍含量在1～1.5％时，铸件经抛光能获得光洁的表面。由于镍的来源缺乏，应尽量少采用含镍的铝合金。

8. 钛（Ti）
   铝合金中加入微量的钛，能显著细化铝合金的晶粒组织，提高合金的机械性能，降低合金的热裂倾向。

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§2、铝合金压铸件的设计

压铸件对压铸工艺的符合性，是防止不良品的发生并以低成本大批量生产的保证。良好的压铸件设计可以保证模具的寿命和生产的可靠性以及高的良品率。
压铸件的设计原则是：正确选择压铸件的材料；合理确定压铸件的尺寸精度；尽量使壁厚分布均匀；避免尖角。
压铸件按使用要求可分为两大类，一类承受较大载荷的零件或有较高相对运动速度的零件，检查的项目有尺寸、表面质量、化学成分、力学性能（抗拉强度、伸长率、硬度）。另一类为其它零件，检查的项目有尺寸、表面质量及化学成分。

一、压铸件的结构要素
合理的压铸件结构不仅能简化压铸型的结构，降低制造成本，同时也改善铸件质量。
1、铸件设计的结构要求
（1）消除内部侧凹，如：

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（2）、避免或减少抽芯部位
压铸抽芯过程示意

避免和减少抽芯的方法：①非重要部位，由压铸完成后的后续工序完成；②改进结构设计，以满足功能而牺牲外观。如：

（3）避免型芯交叉，如：

2、铸件设计的壁厚要求
压铸件设计的特点之一是壁厚设计。合理的壁厚取决于铸件的具体结构、合金性能和压铸工艺等因素。为了满足各方面的要求，以正常、均匀壁厚为佳。薄壁铸件致密性好，相对提高了铸件强度及耐压性。但壁不能太薄，太薄使合金熔接不好，易产生缺陷，并给工艺带来困难，特别是大面积的薄壁成型更困难。厚壁或壁厚的严重不均匀则易产生缩孔、气孔等缺陷，使压铸件的力学性能明显下降，图3-2表示出锌合金、铝合金，镁合金的强度增减百分比与铸件壁厚的关系。

图3-2

故在保证铸件有足够强度和刚度的前提下，应尽量减小厚度并保持截面的厚薄均匀一致。为了避免缩松等缺陷，对铸件的厚壁处应减厚，增加加强筋。压铸件的壁厚一般以2～4mm 为宜，同一压铸件内最大壁厚与最小壁厚之比不要大于3∶1。壁厚超过6mm 的铝合金零件不宜采用压铸。推荐采用的最小壁厚和适宜壁厚见表1。压铸件总体尺寸越大，壁厚也应越厚。而壁厚一定时，该壁厚的面积也应受到一定的限制。

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壁厚处的面积a×b（cm2） | 锌合金 | | 铝合金 | | 镁合金 | | 铜合金 |
| 壁 厚 h （mm） | | | | | | |
| 最小 | 正常 | 最小 | 正常 | 最小 | 正常 | 最小 | 正常
≤25 | 0.5 | 1.5 | 0.8 | 2.0 | 0.8 | 2.0 | 0.8 | 1.5
＞25～100 | 1.0 | 1.8 | 1.2 | 2.5 | 1.2 | 2.5 | 1.5 | 2.0
＞100～500 | 1.5 | 2.2 | 1.8 | 3.0 | 1.8 | 3.0 | 2.0 | 2.5
＞500 | 2.0 | 2.5 | 2.5 | 4.0 | 2.5 | 4.0 | 2.5 | 3.0
表1 压铸件的最小壁厚和正常壁厚

对于大面积的平板类厚壁铸件，设置筋以减少壁厚。如：

如下图为各种改进铸件壁过厚的部位的示例

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压铸件各种典型的截面形状，如下图：

3、铸件设计筋的要求
筋的作用是壁厚改薄后，用以提高零件的强度和刚性，防止

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