壓鑄製程：高效金屬成形技術的全面解析

壓鑄（Die Casting）是一種利用是以高速、高壓將金屬溶湯射入金屬模具中，在射入金屬模具的過程中金屬溶湯會呈現噴霧狀被打散而重組，並在壓力下凝固成形的鑄造方法。它以其獨特的工藝特點，在現代製造業中扮演著舉足輕重的角色，特別適用於大規模生產具有複雜形狀、高尺寸精度和外觀表面良好的金屬零件。

壓鑄製程的顯著特徵

• 高壓填充： 金屬溶湯在極高壓力（通常為數十到數百兆帕(MPa)）下快速填充模具。

• 高速填充： 金屬溶湯以非常高的速度（通常可達 0.5 ~ 80 m/s）進入模腔。

• 金屬模具： 使用壽命長、精度高的金屬模具（通常是鋼模），可重複使用。

• 快速凝固： 金屬溶湯在具有水路的模具中快速散熱，凝固速度快。

• 批量生產： 適合大規模、自動化生產，生產效率高。

• 近淨成形： 鑄件尺寸精度高，外觀表面良好，減少或甚至無需後續機械加工。

壓鑄製程的種類 (Types of Die Casting Processes)

壓鑄製程主要根據其熔爐和壓射機構的位置分為兩大類：

• 熱室壓鑄 (Hot Chamber Die Casting)：

  • 特點： 壓射機構（鵝頸）浸泡在金屬溶湯的坩堝中。金屬溶湯直接從熔爐中被壓射到模具中。

  • 優點： 壓射速度快，生產效率極高，適合小尺寸鑄件。

  • 適用合金： 主要用於熔點較低且對鐵腐蝕性小的合金，如鋅合金、鎂合金（特殊設計的熱室機）和部分鉛、錫合金。

• 冷室壓鑄 (Cold Chamber Die Casting)：

  • 特點：金屬溶湯以湯勺(Ladle)從單獨的熔爐中取出，然後倒入料管（Shot Sleeve），再由柱塞頭(Plunger Tip)將金屬溶湯壓入模具。料管和柱塞頭等壓射機構本身不浸泡在熔爐中。

  • 優點： 適用於熔點較高或對鐵腐蝕性較大的合金，壓射力也較大，可生產較大型鑄件。

  • 適用合金： 主要用於鋁合金（最常見）、銅合金（黃銅）、以及部分鎂合金。

壓鑄鑄造合金的種類 (Types of Die Casting Alloys)

壓鑄製程主要用於鑄造有色金屬及其合金，每種合金都有其獨特的性能和應用：

• 鋁合金 (Aluminum Alloys)：

  • 特點： 輕量、高強度、導熱性好、導電性佳、耐腐蝕性良好。

  • 應用： 汽車零件（引擎部件、輪圈、車身結構件）、電子產品外殼（手機、筆電）、通訊設備、家用電器、照明設備等。是最廣泛使用的壓鑄合金。

• 鋅合金 (Zinc Alloys)：

  • 特點： 熔點低、流動性極佳（可鑄造非常薄的壁厚和複雜形狀）、尺寸穩定性好、電鍍性能優異。

  • 應用： 拉鍊、玩具、裝飾品、門把手、電子連接器、精密儀器部件等，尤其適合表面處理要求高的產品。

• 鎂合金 (Magnesium Alloys)：

  • 特點： 極致輕量（比鋁輕約33%）、高比強度、優異的電磁屏蔽性能、良好的減震性。

  • 應用： 筆記型電腦外殼、手機中框、汽車方向盤、醫療設備、運動器材等，追求輕量化是其主要應用驅動力。

• 銅合金 (Copper Alloys / Brass)：

  • 特點： 高強度、耐磨性好、優良的導電導熱性、耐腐蝕性強、外觀質感佳。

  • 應用： 水管閥門、管件、泵體、電器接頭、藝術品等，主要用於需要高強度、耐磨損或導電導熱的場合。

壓鑄製程的優點 (Advantages of Die Casting)

• 高生產效率： 可自動化程度高，循環時間短，適合大批量生產，顯著降低單件成本。

• 優異的尺寸精度： 鑄件尺寸公差小，穩定性好，可符合嚴格的產品要求。

• 卓越的表面質量： 鑄件表面外觀佳，通常無需額外加工或僅需些許修整即可使用。

• 複雜零件成形能力： 能夠鑄造壁薄、形狀複雜、帶有內外螺紋或嵌入件的金屬零件。

• 優良的機械性能： 鑄件組織緻密，強度高，鑄造方案與製程設計得當，可具有良好的氣密性和耐壓性。

• 減少後續加工： 「近似淨成形」特性減少了機加工需求，節省材料和加工成本。

• 材料多樣性： 適用於多種有色金屬及其合金，如鋁合金、鋅合金、鎂合金、銅合金等。

壓鑄製程的缺點 (Disadvantages of Die Casting)

• 模具成本高昂： 壓鑄模具設計複雜，製造精度要求高，導致初期投入成本較大。

• 不適用於小批量生產： 高昂的模具成本使得小批量生產的經濟效益不佳。

• 鑄件內部易產生缺陷： 高速填充容易捲入氣體，導致鑄件內部出現氣孔；厚大部位也可能因補縮不足而產生縮孔。

• 鑄件尺寸限制： 須根據壓鑄件投影面積，選擇適當壓鑄機鎖模力，因此特定鎖模力的壓鑄主機也會限制鑄件的最大尺寸(特別是投影面積)和重量。

• 材料限制： 主要適用於熔點較低的有色金屬及其合金，無法使用於對鋼鐵等高熔點金屬。

• 模具維護要求高： 模具在高溫高壓下工作，易磨損、疲勞，需要定期維護和修復。

• 殘餘應力問題： 快速冷卻可能導致鑄件內部產生較大的殘餘應力，影響性能。

總結

壓鑄製程以其高效、精密的特性，成為現代製造業不可或缺的一環。了解其不同的製程種類和適用合金，對於選擇最適合您產品的製造流程、優化產品設計和提升生產效率至關重要。(2025/7/6)