压铸：设计、材料与工艺全解
本文系统讲压铸技术及其应用，内容包括：
- 什么是压铸
- 压铸怎么做（工序）
- 五种压铸工艺的区别
- 压铸用金属的对比
- 常见问题
什么是压铸
压铸是一种金属铸造工艺：把金属熔化，在高压高速下压入模具型腔，金属冷却凝固后开模，把零件顶出。用这种方法做出的零件，表面粗糙度可达 Ra 3.2–6.3µm，尺寸精度可达 T11–T13 级。
常用金属包括铝、锌、镁、铅、锡。按金属不同，工艺分别叫：
- 铝合金压铸
- 锌合金压铸
- 镁合金压铸……以此类推
效率高、一致性好，因此特别适合大批量生产。
压铸怎么做
1. 模具准备
每个产品都有自己的形状和结构。设计模具时，主要考虑型腔数量与所需压铸机吨位。按产品排布，模具可分为：
- 单腔模：最简单，一个循环出一件。
- 多腔模：比单腔模复杂，有双腔、三腔等。一个循环出多件相同产品，适合大批量。
- 单元模：至少包含两种不同产品，每循环各出一件，常用于配套产品组。
- 组合模：家族模与多腔模的混合，一个循环可出多种产品（相同或不同），适合混合批量或大规模生产。
在相同压铸机吨位下：
- 多腔模成本 > 单腔模成本
- 多腔件的单件成本 < 单腔件的单件成本
- 多腔模成本 < 单腔模成本 × 2
模具加工完成后要清洗、上油、做防锈处理，避免锈蚀，保证产品精度与模具寿命。每次生产前都要检查并预热。生产到一定模次后做定期热处理，可以延长模具寿命、降低开裂风险。
2. 金属熔炼
压铸常用铝、锌、镁、铜合金。这些金属在室温下是固体，必须在熔炉中加热熔化后才能压入模具。
3. 压射
压射方式取决于压铸机类型：
- 冷室压铸机：压射室与熔炉分开，金属液先舀入压射室再压射。
- 热室压铸机：压射室浸在保温坩埚的金属液中，压射机构装在坩埚上，不直接装在机身上。
4. 冷却与凝固
金属液在型腔内冷却凝固。冷却时间随零件尺寸与壁厚从几秒到几分钟不等。冷却过程中要保持压力，以提高致密度、防止缩孔、减少气孔。
5. 顶出
凝固后开模，用顶针或顶板把零件顶出。零件必须完全硬化后才能顶出，否则会变形或损伤。
6. 后处理
铸后要去除飞边、划伤等缺陷。按设计要求可能还需要切割、钻孔或表面加工。最后通过表面处理提升强度与外观。
五种压铸工艺
下面五种基本覆盖了几乎所有生产路线。
重力铸造
靠金属自重充型，省能耗、废料少。适合发动机缸体、缸盖这类厚实零件。充型慢，卷入的气体少，成品强度与精度都不错。
压力铸造
在压力下把金属压入型腔，分两类：
- 低压铸造：压力平缓，充型平稳，表面干净、缺陷少。适合汽车燃油系统或需要密封的零件。
- 高压铸造：几秒内完成充型，适合薄壁、细节多的零件，如手机中框、汽车饰件。大批量生产效率高。
真空压铸
用真空抽走气体，减少气孔，表面更平整。用于医用器械（如骨植入物）和必须在压力下可靠工作的航空零件。
挤压压铸
把压力与特殊冷却结合，让金属更坚韧。用于悬架臂、制动件这类需要长期承受高应力的汽车零件。
半固态压铸
用半固半液的金属成型，可做薄壁复杂结构。用于笔记本外壳等轻量电子产品，以及既要细节又要强度的汽车零件。
压铸的优缺点
| 序号 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 1 | 生产速度快，适合大批量制造 | 模具与工装成本高，前期投入大 |
| 2 | 能精确生产薄壁复杂件，尺寸稳定性好 | 大件、厚件受尺寸与压力限制，不易压铸 |
| 3 | 零件强度高，晶粒组织细密 | 不适合黑色金属及熔点极高的合金 |
| 4 | 大批量下单件成本显著下降 | 充型时可能卷气，导致内部气孔 |
| 5 | 表面平整，减少后续加工量 | 复杂结构或特殊工艺下生产节拍会变长 |
压铸金属对比
| 主要压铸合金 | 浇注温度 | 主要特点 |
|---|---|---|
| 铝合金 | 650–680°C | 1. 重量轻，适合对质量敏感的零件 2. 强度高又有一定韧性 3. 不易生锈，耐腐蚀 |
| 锌合金 | 420–440°C | 1. 铸造性好，复杂形状精度高 2. 强度与硬度高，韧性也不错 3. 表面容易处理 4. 生产效率高 |
| 铅锡合金 | 约 200°C | 1. 易熔、流动性好、收缩小 2. 容易成型 3. 表面光滑，易涂层 |
| 铜合金 | 900–980°C | 熔点高，模具磨损快，使用较少 |
压铸技术的五大优势
1. 能做复杂薄壁件
压铸擅长做几何复杂、薄壁、内角紧凑的零件，这些用砂型铸造或机加工很难甚至做不出来。高压压射能把型腔的细部填满，加强筋、凸台、螺纹等内部特征可以一次成型。
2. 力学性能好
金属液快速充型并在受控模具中冷却，得到的组织细密均匀，抗拉强度、硬度与抗疲劳性能都更好。这对变速箱壳体、悬架臂、工业箱体这类承力件很关键。
3. 尺寸精度高
压铸尺寸精度通常在 ±0.1mm 以内，具体取决于零件尺寸与合金。这样可以减少二次机加工，零件可直接使用或只需少量后处理，对汽车、航空与精密仪器行业尤其有利。
4. 表面平整
压铸表面粗糙度一般在 Ra 1.6–6.3µm，取决于模具状态与工艺参数。这个水平足以满足外观件以及需要涂装件的需求。表面平整还能改善泵壳、液压件等零件的密封性能。
5. 大批量成本低
模具与设备前期投入高，但在中等以上批量时压铸就变得划算。节拍短（常在 60 秒以内），容易实现自动化，适合需要数万件甚至上百万件稳定供货的行业。
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常见问题
1. 压铸用哪些金属？
常用铝、锌、镁、铜合金。
2. 压铸贵吗？
模具前期投入高，但大批量生产时单件成本会显著下降。
3. 热室与冷室压铸有什么区别？
热室用于低熔点金属（锌、镁），冷室用于高熔点金属（铝、铜）。
4. 压铸能做小零件吗？
可以，压铸非常适合电子连接器这类小而精密的零件。
5. 一套压铸模具能用多久？
维护得当的模具可达到 10 万至 100 万模次以上，取决于材料与使用情况。