1.1 壓鑄成形過(guò)程

壓鑄成形的過(guò)程是將熔融的金屬液注入壓鑄機(jī)的壓室，在壓射沖頭的高壓作用下，高速度地推動(dòng)金屬液經(jīng)過(guò)壓鑄模具的澆注系統(tǒng)，注入并充滿型腔，通過(guò)冷卻、結(jié)晶、固化等過(guò)程，成形相應(yīng)的金屬壓鑄件。

壓鑄成形過(guò)程以臥式冷壓室壓鑄機(jī)為例加以說(shuō)明，如圖1-1所示。

壓鑄模閉合后，壓射沖頭1復(fù)位至壓室2的端口處，將足量的液態(tài)金屬3注入壓室2內(nèi)，如圖1-1（a）所示。壓射沖頭1在壓射缸中壓射活塞的高壓作用下，推動(dòng)液態(tài)金屬3通過(guò)壓鑄模4的橫澆道6、內(nèi)澆口5進(jìn)入壓鑄模的型腔。金屬液充滿型腔后，壓射沖頭1仍然作用在澆注系統(tǒng)，使液態(tài)金屬在高壓狀態(tài)下冷卻、結(jié)晶、固化成形，如圖1-1（b）所示。壓鑄成形后，開(kāi)啟模具，壓鑄件脫離型腔，同時(shí)壓射沖頭1將澆注余料頂出壓室，如圖1-1（c）所示。之后在壓鑄機(jī)頂出機(jī)構(gòu)的作用下，將壓鑄件及其澆注余料頂出，并脫離模體。壓射沖頭同時(shí)復(fù)位。

在壓鑄成形過(guò)程中，壓射填充是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)完成的，但卻是一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。在壓鑄壓射和金屬液固化成形的整個(gè)過(guò)程中，始終有壓力的存在，這是壓鑄方法區(qū)別于其他鑄造方法的主要特征，因此壓鑄成形又稱作壓力鑄造。

在壓鑄壓射過(guò)程中，隨著壓射沖頭的移動(dòng)速度和位移的變化，壓力也隨之發(fā)生變化。圖1-2所示為一個(gè)壓射循環(huán)周期內(nèi)，壓射沖頭的位移量S、移動(dòng)速度v與壓射壓力p的變化關(guān)系示意圖。

為研究方便，現(xiàn)將壓鑄壓射過(guò)程分以下幾個(gè)階段加以分析。

（1）準(zhǔn)備階段。將熔融的金屬液注入壓鑄機(jī)的壓室內(nèi)，準(zhǔn)備壓射。這時(shí)，壓射沖頭的位移量S0=0, v0=0，壓射壓力p0=0，即金屬液靜止在壓室內(nèi)，如圖1-2（a）所示。

（2）慢速封口階段。壓射沖頭以低速v1移動(dòng)S1，并封住澆注口，熔融的金屬液受到推動(dòng)，以較慢的速度向前堆集。這時(shí)，推動(dòng)金屬液的壓力為p1，它的作用僅僅是克服壓射缸內(nèi)活塞移動(dòng)時(shí)的總摩擦力以及壓射沖頭與壓室內(nèi)表面之間的摩擦力，如圖1-2（b）所示。

在這個(gè)階段，采用較低的沖頭速度是為了在推動(dòng)狀態(tài)中，使金屬液保持一個(gè)穩(wěn)定的液面，防止金屬液在推進(jìn)時(shí)產(chǎn)生沖擊而出現(xiàn)液面波動(dòng)，使其越過(guò)壓室澆注口而濺出。同時(shí)使壓室中的氣體在平穩(wěn)狀態(tài)下，順利排出，以減少氣體卷入金屬液的概率。

（3）堆聚階段。壓射沖頭以略高于v1的速度v2向前移動(dòng)，與速度相應(yīng)的壓力升到p2。當(dāng)沖頭移動(dòng)距離為S2時(shí)，由于內(nèi)澆口截面積最小，即阻力最大，所以熔融金屬在壓室、橫澆道和內(nèi)澆口前沿堆聚，如圖1-2（c）所示。由于在這個(gè)階段，壓射沖頭的速度不大，故金屬液在向前移動(dòng)時(shí)，所包卷的氣體量不大。

（4）填充階段。壓射沖頭以最大的速度v3向前移動(dòng)，在內(nèi)澆口的阻力作用下，使壓射壓力升到p3，它推動(dòng)金屬液突破內(nèi)澆口而以高速度（即內(nèi)澆口速度）填充到模具型腔。在充滿型腔時(shí)，壓射沖頭移動(dòng)的距離為S3，如圖1-2（d）所示。

（5）增壓保壓階段。在填充階段，雖然金屬液已充滿型腔，液態(tài)金屬已停止流動(dòng)，但還存在疏散和不實(shí)的組織狀態(tài)。特別是液態(tài)金屬在冷卻過(guò)程中，由于收縮會(huì)在局部區(qū)域產(chǎn)生縮孔、氣孔及缺料等現(xiàn)象。為提高壓鑄件的力學(xué)性能，獲得密實(shí)的組織結(jié)構(gòu)，在金屬液填充之后，再增大壓射壓力p4，并在增壓機(jī)構(gòu)的作用下，壓射壓力由p4升至p5, p5即為壓射過(guò)程的最終壓力。增壓保壓過(guò)程是個(gè)補(bǔ)縮的過(guò)程，補(bǔ)充因冷卻出現(xiàn)的空間。在一定的保壓時(shí)間內(nèi)，金屬液在最終壓力下邊補(bǔ)縮，邊固化，把可能產(chǎn)生的壓鑄缺陷減小到最低程度，得到組織致密的壓鑄件。在這個(gè)過(guò)程中，壓射沖頭的位移S4的實(shí)際距離是很小的，如圖1-2（e）所示。

保壓時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響著壓鑄件最后凝固部位的補(bǔ)縮效果。它是由壓鑄件的凝固時(shí)間確定的。如果保壓時(shí)間小于壓鑄件的凝固時(shí)間，則壓鑄件在尚未完全凝固時(shí)，就失去了保壓作用，影響以后收縮所需要的補(bǔ)縮，顯然，這樣整體的補(bǔ)縮效果較差；而保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形，加大壓鑄件對(duì)成形零件的包緊力，同時(shí)還消耗不必要的能源。因此，確定適當(dāng)?shù)谋簳r(shí)間是非常重要的。