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一、铝及铝合金特性及用途
铝合金压铸目前常用材料主要有以下几种铝及其合金。
表1：
|
序号 |
型号 |
类别 |
特性 |
用途 |
|
1 |
纯铝1070 |
纯铝 |
导热性强 |
散热片(电脑配件) |
|
2 |
ADC-1 |
较硬 |
流动性差 |
普通元件 |
|
3 |
ADC-6 |
较软 |
导热性强 |
散热片(电脑配件) |
|
4 |
ADC-10 |
合金铝 |
较软 |
马达壳、电脑磁盘、支架 |
|
5 |
ADC-12 |
合金铝 |
较硬、声音清脆 |
马达壳、警铃、卫星接收器、电脑支架 |
①纯铝：是一种银白色的金属具有较高的导电性和导热 性。密宽较小的抗大气腐蚀，但强度、硬度较低。纯铝分为高纯度铝及工业纯铝两大类。
②铝合金：由于纯铝的强度低，不要作结构材料。为了 提 高强度，常用方法将铝中加入合金元素（如Si、Cu、Mg、Zn、Mn）等形成铝合金。如下表：
|
|
Si |
Cu |
Mg |
Zn |
Mn |
Al |
|
纯铝 |
0.2 |
0.04 |
0.03 |
0.04 |
0.3 |
99.7 |
|
ADC-10 |
7.5~9.5 |
2.0~4.0 |
＜0.3 |
＜0.1 |
＜0.5 |
其余 |
|
ADC-12 |
9.6~12 |
1.5~3.5 |
＜0.3 |
＜0.1 |
＜0.5 |
其余 |
其性能仍具有密度小耐蚀性好，导热性好之特性，铝金按其成分和工艺特点不同可分为形变铝合金和铸造铝合金两大类：
1、形变铝合金：指压力性能好的铝合金。它经过轧 制、挤压等可制成板材、棒材、管材和各种型材。按照性能和用途。可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻铝合金。
2、铸造铝合金：是拥有高的铸造性能的铝合金，根据化学成分为AL-Si、AL-Mg、AL-Cu及AL-Zn合金四类。其中应用最广泛是AL-Si合金，它具有优良的铸造性能、抗蚀性好、密度小、机械性能好。
3、铸造铝合金的压铸工艺性能：
①流动性 ②充型性 ③出型性 ④耐蚀性
4、铝合金中主要的三大金属元素的物理作用为：
①铜:可以改善机械的性质，增加产品的耐磨性与耐蚀性，具有优良的切削作用，并对后继加工有帮助。
②镁:提升产品抗强度、硬度。其缺点为：冷胀热的物理性过强，压铸度低。
③铁:减少粘模机会，增强硬度，减小拉伸值，缺点为会造成铝合金制品化合物内形成硬点。
5、熔化的技术
A、要求熔化温在670℃~760℃。温度过高会吸收空气中的氢气。致使制品产生气泡、气洞，并要求在制品出现气泡、气洞时要应用该知识，用除气，控温的方法给予解决。铝合金中氢气的含量应低于0.01cc/100mml。
B、熔化的工作温度要求在650℃~670℃之间，温度过高会使铝料产生氧化作用。
二、锌合金压铸特性及应用
传统的压铸锌合金有2,3,5,7号合金，目前应用最广泛的是3号锌合金。20世纪70年代发展了高铝锌基合金ZA-8、ZA-12、ZA-27。
1、优良的压铸特性
锌合金是一种通用的、可靠的、低成本的材料，易于压铸生产。锌合金具有良好的压铸性能（见表1-1），因此更容易压铸形状复杂、薄壁、尺寸精度高的产品。薄壁铸造性能，可实现产品轻量化和降低成本的要求。
表2： 压铸锌合金压铸特性及其它性能
|
性能\合金牌号 |
No.2 |
No.3 |
No.5 |
No.7 |
ZA8 |
ZA12 |
ZA27 |
|
抗热裂性 |
1 |
1 |
2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
气密性 |
3 |
1 |
2 |
1 |
3 |
3 |
4 |
|
铸造性能 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
3 |
|
零件复杂性 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
3 |
|
尺寸精确性 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
|
尺寸稳定性 |
4 |
2 |
2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
耐蚀性 |
2 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
1 |
|
抗冷隔缺陷 |
2 |
2 |
2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
加工性能和质量 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
抛光性和质量 |
2 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
电镀性能和质量 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
|
阳极处理 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
|
化学涂层 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
3 |
注：1表示最佳，5表示最差。
2、良好的机械性能和加工性能与铝合金、镁合金相比，锌合金具有较高的抗拉强度、屈服强度、冲击韧性和硬度，较好的伸长率（见表1-2）。锌合金压铸件表面非常光滑，可不作处理直接使用，也较容易作各种表面处理。抛光、电镀、喷涂、喷漆等，以获得更佳的表面质量。
表3：压铸锌合金物理和力学性能
|
性能\合金牌号 |
No.2 |
No.3 |
No.5 |
No.7 |
ZA8 |
ZA12 |
ZA27 |
|
力学性能σb/MPa |
359 |
283 |
328 |
283 |
372 |
400 |
426 |
|
屈服强度σ0.2/MPa |
283 |
221 |
269 |
221 |
283~296 |
310~331 |
359~379 |
|
伸长率δs/% |
7 |
10 |
7 |
13 |
6~10 |
4~7 |
2.0~3.5 |
|
硬度(HB) |
100 |
82 |
91 |
80 |
100~106 |
95~105 |
116~122 |
|
剪切强度τ/MPa |
317 |
214 |
262 |
214 |
275 |
296 |
325 |
|
冲击强度αk/J |
47.5 |
58 |
65 |
58 |
32~48 |
20~37 |
9~16 |
|
疲劳强度σ-1/MPa |
58.6 |
47.6 |
65 |
47.6 |
103 |
|
145 |
|
物理性能 |
|
|
|
|
|
|
|
|
密度ρ(g.cm-3) |
6.6 |
6.6 |
6.7 |
6.6 |
6.3 |
6.03 |
5 |
|
熔化范围T/℃ |
379~390 |
381~387 |
380~386 |
381~387 |
375~404 |
377~432 |
375~484 |
|
比热C/(J.kg-1.℃-1) |
419 |
419 |
419 |
419 |
435 |
450 |
525 |
|
热胀系数α/(μm-1.K-1) |
27.8 |
27.4 |
27.4 |
27.4 |
23.2 |
24.1 |
26 |
|
热导率λ/(W.m-1.K-1) |
104.7 |
113 |
109 |
113 |
115 |
116 |
122.5 |
|
导电率σ/%IACS |
25 |
27 |
26 |
27 |
27.7 |
28.3 |
29.7 |
|
泊松比μ |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
3、高效的生产
采用热室压铸机生产，生产效率高。压铸时金属液温度低于420℃。一副模具可生产几十万个产品。性能先进的压铸机，可实现全自动化生产，产品生产成本低。
三产品分析
1、对产品的认识
（1）产品的用途
首先了解产品的使用条件，目前铝合金压铸件用途主要分为二大类。
1>结构用途(工业品)：如摩配件、汽配件、灯具、散热器、电信类、电脑配件、油泵类等，作为结构零件，要求对机械强度、尺寸精度，铸件内部质量等要求高。
2>装饰用途（工艺品）：如日用品、玩具、装饰品、灯饰、金属扣、浴室配件、餐具类等。有的一个压铸是一个产品，对铸件外表面质量要求更高，要求表面光洁、造型美观。
当产品的用途、功能确定后，可以选择某一牌号的铝合金及制定相应的压铸工艺来满足其对质量的要求。
(2)产品的经剂价值
要了解产品的经剂价值，高档产品与低档产品之区别。高档产品对压铸机性能、压铸模制造要求更高些，才能保证设计出来的产品达到最大的使用效果和经剂效益的一致性。
（3）产品的装配关系
了解产品的装配关系，需要与什么零部件配合，如何配合，紧固与连接的形式，选择符合产品要求的公差。
（4）产品制造过程的特点
1>压铸过程：压铸方法、合金特性、模具制造。
2>后加工过程：打磨、抛光、机械加工、喷涂、电镀等。压铸件根据其不同的使用环境，采取不同的表面处理方式，在设计时要考虑后续工序的要求。
2、产品分析
根据用户对产品的要求，设计和制造模具，以满足压铸生产过程的要求。通过对产品的特点和制作进行分析，指导模具设计、制造及压铸生产。
1>冶金标准：合金牌号、化学成分及力学性能。
2>压铸件设计标准：结构、形状、尺寸、精度、公差等。
3>成本预算：材料成本、压铸成本、模具成本、后加工处理成本、管理成本。
通过以上分析，使设计的产品符合压铸规范，最终得到最佳期的质量与产量要求，并节省制造成本。
四、压铸件结构设计
要求：设计者对压铸机、压铸工艺、模具设计及制造过程有基本的认识和了解。
达到：设计的合理性、工艺性、可制造性、经济性。
压铸件结构设计是压铸工作的第一步。设计的合理性和工艺适应性将会影响到后续工作的顺利进行，如分型面选择、内浇口开发、推出机构布置、模具结构及制造难易、合金凝固收缩规律、铸件精度保证、缺陷的种类等，都会以压铸件本身工艺性的优劣为前提。
压铸件结构的工艺性：
1>尽量消除铸件内部侧凹，使模具结构简单。
2>尽量使铸件壁厚均匀，可利用筋减少壁厚， 减少铸件气孔、缩孔、变形等缺陷。
3>尽量消除铸件上深孔、深腔。因为细小型芯易弯曲、折断，深腔处充填和排气不良。
五、压铸件表面缺陷可接受范围
表4：可接受的表面缺陷范围
|
缺陷类型 |
缺陷范围 |
合格范围 | |||
|
1级面 |
2级面 |
3级面 | |||
|
拉伤 |
深度≤(mm) |
0.05 |
0.10 |
0.25 | |
|
面积不超过总面积比（%） |
3 |
5 |
10 | ||
|
气泡 |
平均直径≤3mm |
每100cm2缺陷数（处） |
不允许 |
1 |
2 |
|
整个铸件不超过（个） |
3 |
7 | |||
|
距铸件边缘≥(mm) |
3 |
3 | |||
|
气泡凸起高度≤(mm) |
0.2 |
0.3 | |||
|
平均直径>3～6 |
每100cm2缺陷不超过（个） |
不允许 |
1 |
1 | |
|
整个铸件不允许超过（个） |
1 |
3 | |||
|
距铸件边缘≥(mm) |
5 |
5 | |||
|
气泡凸起高度≤(mm) |
0.3 |
0.5 | |||
|
流痕及花纹 |
深度≤(mm) |
0.05 |
0.07 |
0.15 | |
|
面积不超过总面积比（%） |
5 |
15 |
30 | ||
|
冷隔 |
深度≤(mm) |
不允许 |
1/5壁厚 |
1/4壁厚 | |
|
长度/最大轮廓尺寸<1 |
1/10 |
1/5 | |||
|
所在面上的缺陷数 |
≤2 |
≤2 | |||
|
距铸件边缘≥(mm) |
4 |
4 | |||
|
两冷隔间距(mm) |
10 |
10 | |||
|
凹陷 |
凹入深度≤(mm) |
0.1 |
0.30 |
0.50 | |
|
粘附物痕迹 |
整个铸件不允许超过 |
不允许 |
1处 |
2处 | |
|
带缺陷面积的百分数 |
5 |
10 | |||
|
边角缺陷深度
(mm) |
铸件边长≤100mm |
0.3 |
0.5 |
1.0 | |
|
铸件边长＞100mm |
0.5 |
0.8 |
1.2 | ||
|
各类缺陷总和 |
面积不超过总面积(%) |
5 |
30 |
50 | |
备注：拉伤：除一级表面处，浇口部位允许增加1倍。
气泡：允许两种气泡同时存在，但大气泡不超过3个，总数不超过10个；且距铸件边缘不小于10mm。
冷隔：1、同一部位的对应面不允许同时存在；2、长度指缺陷流向的展开长度。
边角缺陷深度：残陷长度不应超过边长5%。
对于1级及有特殊要求的表面，只允许有经抛光或研磨能去除的缺陷。
六、压铸件内部缺陷可接受范围
表5、可接受的内部缺陷范围
|
缺陷类型 |
缺陷范围 |
合格范围 | ||
|
1级面 |
2级面 |
3级面 | ||
|
气孔/缩孔
|
深度≤(mm) |
0.10 |
0.20 |
0.30 |
|
面积不超过总面积比（%） |
3 |
5 |
10 | |
七、压铸工艺缺陷可接受的标准
说明：可接受的缺陷为制造工艺不可避免的缺陷，非人为操作所致的缺陷。
i. 顶针痕、顶针印披锋
ii. 非功能面：顶针痕凸起不得超过0.1mm，凹下不得超过0.3mm；顶针印周圈不允许存在软披锋，硬披锋在不刮手的情况下，凸起高度不得超过本平面0.4mm。
功能面：
iii. 勾针凸起、崩缺
钩针在去除过程中容易在断裂根部形成凸起或凹入机体的崩缺。凸起不允许刮手，高度不得超过本平面0.4mm；崩缺在不影响强度和其他如气密、防水等性能的前提下，最大允许凹入基体0.5mm。
iv. 分模线处台阶、级位
保证零件外形尺寸的前提下，分模线处台阶不得高于0.4mm。
v. 变形
不允许有任何可见的扭曲变形，可发展的变形需参考零件的性能、功能要求。
vi. 水口、渣包处崩缺
对功能无影响处：水口、渣包处缺料面积小于0.3mm²的不做统计，单个缺料面积不得大于3.0 mm²；整个水口面3.0 mm²以下的缺料数量不得超过5个，每隔50mm距离内缺料数量不得超过3个；缺料的深度不得大于0.4mm。
对功能有影响处（例屏蔽盖筋位处等）：在功能面上的线状缺料宽度不得超过0.3 mm，点状缺料宽度不得超过0.4mm；在功能面侧面上的缺料宽度不得超过0.5mm。
vii. 裂纹
若产品表面的裂纹可以用打砂去除，可以接受。若在产品壁的两都出现裂纹，此产品则为不良品。
viii. 凹陷
铸件平滑表面上出现凹瘪的部分，其表面呈自然冷却状态。其它名称：缩凹、缩陷、憋气、塌边。
产品上不允许出现有裂痕的凹陷，产品内部允许有缩凹，因产品结构（壁厚明显变厚）造成的缩凹允许增加一倍。
ix. 网状毛刺（龟裂纹）
压铸件表面上有网状发丝一样凸起或凹陷的痕迹，随压铸次数增加而不断扩大和延伸。网状毛刺（龟裂纹）一般不影响产品的性能，若出现在重要的外观表面上，允许通过某些修复方法进行修复；出现在一般内部表面可不处理；在有表面粗糙度（光洁度）等特殊性能要求的表面，允许进行打磨或喷砂处理。
A）材料缺陷导致的问题
x. 铝材晶纹
由于原材料制造原因，铝制零件有时会在化学处理后、在表面呈现出粗晶组织现象。这种缺陷不允许出现在面板类零件等1级表面，但可用于其它表面。但批量性的此类缺陷不接受。
b) 缺陷的改善
i. 打磨抛光
对于基材花斑、或镀前划痕等，均可以采取打磨抛光的方式加以去除，但抛光区不能留下有深度感的打磨条纹。
因抛光区的光泽与周围区域不同，对同一表面上抛光区的面积和数量限制如表4；当超出表4限制时，应对整个表面进行抛光处理以使该表面光泽基本均匀一致，不允许在整个表面布满了小面积的抛光区。
ii. 抛丸
去除铸件表面氧化皮及杂质，去除毛刺，去除表面涂层；表面毛化，表面清理，表面精整，表面强化。
iii. 喷砂或拉丝
对于表面没有装饰纹理要求的表面（如2级、3级面），其表面缺陷的消除可采取拉丝或喷砂的方法加以补救，但要求拉丝或喷砂后整个表面纹路均匀，所形成的表面粗糙度 Ra 不大于 1.0μm。
iv. 补焊
对于崩缺、气孔等缺陷允许采用补焊的方式对不良品进行补救，单补焊后必须打磨平整，同时不能对后工序产生不良影响。
该文章由：谢先鹏向中国压铸网投稿。
