压铸技术凭借机械性能高，制造成本低，使用质感好在玩具，家具，汽车上得到广泛应用。在金属连接器上，也非常普遍起来。压铸原理是利用高压将金属液高速压入精密金属模具型腔内，金属液在压力作用下冷却凝固形成铸件。压铸件具有较高尺寸精度，一般能达到IT11-13级，表面粗糙度可达Ra0.8-3.2μm，较高强度和硬度，生产效率较高，经济效果有较大优势，主要使用在批量较大的产品上。使用较多的是压铸铝，锌，镁，铜等有色金属作为金属件，一个压铸件零件的完成涉及知识面非常广，从材料、产品设计、模具设计、制造工艺、测试、表面处理几大方面，这几个方面通过设计要求与功能匹配、原理、标准、加工过程组成整个系统。我们通过以下几点来认识下常用的压铸材料的设计制造。

1．铝合金，锌合金，镁合金材料及特点

2．压铸件的设计

3．压铸件的质量认识

1．铝合金、锌合金、镁合金材料及特点

1.1 铝压铸材料

现实生活中看的铝都是由铝矿石生成氧化铝，再通过电解得到的。铝合金压铸材料标准大体可以分为国标的15115，日本的JIS H5302 ADC，美国的ASTMB85，欧盟的EN1706。

表一 国标铝材料牌号及含量

表二 美国铝材料牌号及含量

表三 日本铝材料牌号及含量

表4 不同国家材料牌号含量差异

Al-Si合金

Si作为铝合金最主要的成分，主要改善流动性，增加Si的含量可提高耐磨性，硬度和强度，降低收缩率，但导电性也会降低。像ADC14含硅达到16%至18%可以做发动机缸体。

Al-Cu合金

Cu在铝合金中室温固溶度约0.2%，极限固溶度约为5.65%，可以通过固溶强化和时效强化提高合金的强度。有较高的热处理强化效果和较好的热稳定性，适合铸造高温下使用的零件，具有较高的机械性能，较好的切削性。但缺点是铸造性能较差，易产生裂纹，耐腐蚀性也不好。

Al-Mg合金

铝镁合金中镁大于5%，具有较好的抗拉强度和硬度，在海水等介质中抗腐蚀性好。

Al-Si-Mg合金

属于特殊的Al-Si合金，具备高流动性和较高强度，导电及导热性好。常用在铸造薄壁、耐腐蚀的复杂零件，其中重要元素Mg与Si结合成Mg2Si提高合金强度和硬度。

Al-Si-Cu合金

Al-Si和Al-Cu的折中合金，Cu与Al发生反应热处理后具有较高的合金强度，和力学性能耐高温性。

不同元素在铝合金中起到的作用

硅：可以改善流动性，随含量增加合金的抗拉强度和硬度提高，伸长率下降。

铜：增加合金的机械性能，切削性，提高耐温强度，降低合金的耐腐蚀性能。

镁：提高合金的强度和屈服极限，切削加工性，耐腐蚀性能，流动性降低。

锌：提高流动性，增加热脆性，降低耐腐蚀性，1%以下压铸较不易出现龟裂现象。

铁：增加合金强度、硬度。6%以下含量可以改善粘模。

镍：和铜一样，随着含量增加，硬度、抗拉强度也增加，耐腐蚀变差。

锰：减少铁的有害影响，可提高合金的高温强度。

钛：细化晶体组织，提高机械性能，降低合金裂倾向。

铝合金特点：

1.铝合金的密度较小，仅为铁、铜、锌的1/3左右。

2.具有良好的导电、导热性能。

3.抗氧化腐蚀性能好。在空气中，铝的表面容易生成一层致密的三氧化二硫氧化膜，能阻止进一步被氧化。

4.具有良好的压铸性能。铝合金压铸工艺简单，成形及切削加工性能良好，具有较高的力学性能及耐蚀性。

5.铝合金的高温力学性能很好，在低温下工作时同样保持良好的力学性能。

6.缺点是容易在最后凝固处产生大的集中缩孔，与铁有很强的亲和力，易粘模。

1.2 锌压铸材料

锌合金化学成分表

表5

锌合金牌号对照表

表6

我们重点了解下3#，5#锌合金。

3#和5#最大是Cu含量的差别，Cu能够细化晶粒，体现在材料上5#比3#有更高的抗拉强度和硬度，更高的抗蠕变性和耐环境温度。

不同元素在锌合金中起到的作用

铝：降低熔点，增加机械性能，增强流动性，减少锌对模具的侵蚀。

铜：细化晶粒，增加合金的抗拉强度和硬度。

镁：抑制晶间腐蚀，细化金属组织，增加硬度。

铁：在锌合金中与铝形成化合物，一种坚硬颗粒，使铸件表面质量变差，属于有害元素。

铅、锡、镉：导致金属晶间腐蚀的主要元素，发生在合金晶体之间的边际，使合金发生涨、龟裂、松散，在高温，高湿环境特别容易发生。

锌合金特点：

1.锌合金具有优良的电和热传导性能、良好的振动阻尼特性、良好的电磁屏蔽性能。
2.具有良好的压铸性能，因此更容易压铸形状复杂、薄壁、尺寸精度高的产品。

3.耐蚀性差。当锌合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，将会逐渐老化而发生变形，表现为体积胀大、力学性能(特别是塑性)显著下降，时间长了就会破裂。

4.时效性。使用时间过长，锌合金压铸件的形状和尺寸会稍有变化。

5.不宜在高温和低温的工作环境下使用。锌合金在常温下具有良好的力学性能，但在高温下抗拉强度和低温下冲击性能都显著下降。

1.3 镁压铸材料

镁合金化学成分表

表7

镁合金牌号对照表

表8

常用的镁合金材料有AZ91D、AM60B、AM50A。AZ91D具有良好的铸造性能和机械强度,合金主要用于要求有一定的强度，合金流动性能要求高的产品，应用较为广泛的是电脑面板及内构件。AM60B、AM50A具有较高的韧性和抗震性能，有良好的强度和机械性能,合金一般用于要求有一定抗冲击性、抗震动性的壳体上，主要是汽车的方向盘，轮毂、电动工具的壳体。这3种合金缺点是不能在高温下使用，高温下产品的力学性能下降很多。AS系列合金和含稀土，含锆的镁合金多用于高温环境。

不同元素在镁合金中起到的作用

铝：提高合金的室温强度，降低熔化温度，提高压铸流动性。

锌：锌和铝同样效果，适量的锌可以提高镁合金的力学性能和铸造性能及耐腐蚀性能，缺点是会使铸件产生疏松和热裂。

锰：增加镁合金的耐腐蚀性，降低合金中铁的影响。过多的含量会增多压铸熔炉内沉积物，引起熔汤质量恶化。

铍：提高抗氧化性能。

硅、稀土：形成晶间化合物，使晶界稳定，改善镁合金的高温蠕变性能。

铁、镍、铜：有害元素，对镁合金腐蚀性能影响较大。

镁合金特点：

1.其密度为铝合金的2/3、钢铁的1/4，但比强度和比刚度均优于铝合金和钢铁，远远高于工程塑料，是一种优良、轻质的结构材料。

2.具有良好的能量吸收及振动吸收特性，用于产品外壳可以减少噪声传递，用于运动零部件。

3.可吸收振动，延长零件使用寿命。

4.具有良好的电磁屏蔽性，可以提供电子产品的防电磁辐射性。

5.刚性好，耐冲击。

6.尺寸稳定性好，环境温度和时间变化对尺寸的影响小。

2．压铸件的设计

使用压铸材料设计零件时注意零件的尺寸精度要求，表面粗糙度，壁厚的均匀，孔，拔模斜度，模具脱模结构，减少抽芯，避免尖角和孤岛。

2.1压铸尺寸精度，表面粗糙度，加工余量

压铸尺寸精度：

线性尺寸公差等级选择：锌合金DCTG4-6，铝（镁）合金DCTG4-7 如表

表9

表面粗糙度：

铸件表面粗糙度一般选择范围：锌（镁）合金Ra0.8-3.2，铝合金Ra1.6-6.3

表10

加工余量：

加工余量选择：锌（铝，镁）合金B～D等级。

表11

2.2压铸件的壁厚设计、孔、拔模斜度、倒R角设计、螺纹底孔直径。

压铸产品的壁厚设计对压铸质量产生关键影响，产品壁厚均匀，壁厚有利于提高液态金属在模具中流动。 太薄的壁厚压铸致密性好，但液态金属会溶接不良，易产生裂纹，溶接痕缺陷。产品太厚压铸填充、冷凝时也会产生质量缺陷，如气孔、缩孔、缩松。因此壁厚设计要做相应的控制。如下表

加强筋的厚度一般不超过相邻的壁厚，取相邻壁厚的2/3～3/4。最大壁厚与最小壁厚之比3:1。

表12

筋的壁厚设计

表13

孔

孔的成型在金属冷凝时对型芯产生包紧力，容易折断，所以孔不宜过小过深。如表XX，左边为压铸材料能达到的最小孔和最经济孔的直径，右边是直径与深度的关系。锌合金做小且深的孔最优优势。

表14

一般压铸孔直径对应的最大深度mm

表15

拔模斜度

和塑料注塑一样，带有拔模斜度有利于铸件和模具分离，避免表面拉伤，延长模具使用寿命。

表16

倒R角设计

压铸件的面与面的连接处，都应做R角，有助于金属液体的流动，气体容易排出，提高成型质量和模具使用寿命。尖角形成应力集中，易产生裂纹。表面处理尖角的镀层沉积加厚，镀层不均匀。

表17 直角连接

螺纹底孔直径

压铸件上做螺纹结构，直接模具上成型出螺纹底孔可以节省很多机加时间。模具上底孔选择推荐表X

表18

还可以做很多结构可以省去另外机加工做例如内外螺纹，凹槽等既节省成本也保证产品一致性。如果需要作出字体，一般设计凸出字体。

2.3表面处理

金属表面处理重要目的之一是防止金属腐蚀，可分为主要两种，化学腐蚀和电化学腐蚀。

铝合金易产生晶间腐蚀，表面硬度低，不耐磨损等弱点。表面处理一般可以选择氧化、染色、钝化、镀镍、镀锌镍、封闭这些表面处理。镀前需要做些预处理表面氧化膜，油污。

锌合金电位较负，容易被腐蚀，一般做电泳、电镀层为保护。做电镀表面处理时锌合金表面是一层无孔层，内部疏松多孔结构，所以表面不宜过度切削打磨，影响电镀。

镁合金表面处理与铝合金类似，也可以做氧化、电镀、钝化、喷涂、着色表面保护处理。

3． 压铸件的质量认识

压铸件检测有尺寸检测、化学成分检测、力学性能检测、表面质量检测、内部质量检测。

压铸件表面质量问题有拉伤、冷隔、裂纹、变形、花纹、斑点、网状毛刺、凹陷、欠铸、夹皮。内部质量问题有气孔、缩孔、气泡、夹杂。

图1

针对表面质量可以通过目视，着色检测。内部质量检验除了破坏性试验和金相试验外，还可以做超声波检测、X/Y光无损探伤。

图2 铝合金内部气孔要求

总结：对于压铸金属材料的使用，我们在进行产品设计时可以根据性能要求进行选择，另外考虑成本、外观、制造工艺复杂性、质量过程稳定、环保等诸多要素。