一、前言
壓鑄合金包含常用的鋁、鎂、鋅、銅合金，還有早期的錫、鉛，以及較少應用的鋼、鐵等。純銅非常難以鑄造成型，其產品容易發生表面開裂，氣孔率問題，以及形成內部空腔。一般通過添加少量元素（包括鈹，硅，鎳，錫，鋅，鉻和銀）可以提高銅的可鑄造性，用於壓鑄製作軸承、襯套、齒輪、配件、閥體、化工用各種部件、裝飾件以及電機轉子。鑑於要求具有較窄的冷凝範圍和高β相含量，銅壓鑄合金大多指的是黃銅（brass）合金壓鑄（通常要含鉛或含硅）和紫銅（copper alloy）合金壓鑄，後者多用於導電製品，如電機的轉子。銅壓鑄通常針對的是幾何形狀非常復雜的和批量較大的銅合金產品。
二、銅壓鑄的的特點及真空應用
壓鑄銅合金具有以下主要特點
卓越的耐腐蝕性
高效的導電性
優秀的低摩擦性
良好的伸長率和拉伸強度
適用的中低硬度
這使得銅成爲金屬壓鑄合金中的通用合金。

這裏以壓鑄紫銅電機轉子爲例：自從19世紀末期美國發明家特斯拉發明了交流電動機，這種結構簡單，使用交流電，無需整流，無火花的電動機廣泛應用於工業和家庭電器中。早在上個世紀初商家就在設想：銅的導電性較高，銅取代鋁將提高感應電機的電能效率。銅的導電性要比鋁的高40%左右，鑄銅轉子可以使電動機的總損耗顯著下降，從而提高電動機的整體效率，溫升也大大降低，用銅製作的電動機轉子定會爲電動機應用帶來一個很大的提升，只不過由於銅的熔點太高，流動性太差等原因，一直束縛了電動機鑄造銅轉子的發展。近年來，伴隨着壓鑄工藝技術和模具技術的快速發展，壓鑄銅轉子的批量化生產已經得以實現。在很多類型的電動機上，壓鑄銅轉子都已有成熟穩定的應用。
與其它壓鑄工藝最顯著的不同是，銅壓鑄的流動性差，壓射時間要短；澆注溫度高，要900-1200°C；與其它壓鑄工藝一樣面臨的是常見的氣孔問題，帶來的充型不完整、表面缺損、內部疏鬆、氣密性差等等缺陷。真空排氣的引入也成爲壓鑄企業考慮的主要工藝解決措施。
某壓鑄電機轉子壓鑄模型腔容積爲3.8l，放鑲嵌件（硅鋼片迭片鐵芯）後容積：2.2l；熔杯充填率爲70%；衝頭封住澆料口位置開始慢壓射，慢壓射時間爲0.22s；轉爲快壓射，快壓射充填時間爲0.08s。可以看出，慢速排氣的時間短，需要更大的瞬間排氣能力以及全過程排氣。如採用HV300系統，真空罐爲300升，瞬間接通真空度爲13mbar；採用雙排氣板排氣，排氣總面積爲300mm2，排氣時間需要0.273s

三、真空銅壓鑄模具要點
衆所周知，與鋁壓鑄模具壽命的萬次或十幾萬次以上相比，銅壓鑄模具是以千計次，所以銅壓鑄工藝更具挑戰性。銅合金的高溫和流動性差是導致銅壓鑄複雜性和成本高居不下的根本原因。
1、模具材料
在較高的澆注溫度下，黃銅900-1000°C及紫銅1000-1200°C，壓鑄模具需要更高的要求：具有耐高溫性和保溫性；考慮到銅的流動性較差，澆口的面積相對於鋁合金模具要稍大些；模具材料通常採用INCONEL合金617和合金625，以及Haynes合金230；INCONEL合金617是用9％Mo強化的22％Cr，12.5％Co合金固溶體；合金625具有21.5％的Cr，9％的Mo和3.65％的Nb；Haynes合金230作爲銅壓鑄模具的一種可選材料，具有比合金617稍高的屈服強度和延展性，可焊接性和可修復性都很高。由於高表面溫度下的普通模具鋼的脫碳和軟化現象，H13作爲模具鋼的壽命受到很大限制。
2、溫度控制
在高熔點銅熔液的壓鑄中，溫度高、熔化熱高、潛熱大，以及高導熱率都結合起來最大化，造成較冷的內部和模具表面之間的產生很大的溫差。由此產生的熱衝擊和熱疲勞造成模具快速失效。在較高溫度下使用模具，要使得模具材料在長時間暴露於高溫時依然保持必要的強度，那麼溫度控制將是至關重要的。模溫機是其最初始的預熱措施，與鋁合金的150~180°C的預熱保溫設定相比，銅合金的需要200°C以上。對於350-500°C的模具預熱溫度，油溫機的能力明顯不足。可以通過預熱模具插件（電阻加熱器）來減少溫差的程度，控制熱衝擊帶來的模具失效。熔杯也需要同樣的預熱保溫。冷卻水的加入也是保持模溫平衡要考慮的手段，比如確保600-650°C的模具工作溫度，但過度的冷卻將適得其反。在每次壓射前應使用幹粉狀脫模劑。
3、模具設計
在銅壓鑄工藝中，模具設計是整個製造過程的基本方面，模具的所有屬性都會影響最終產品。產品生產數量、鑄件的尺寸和/或重量、產品的形狀和複雜度、精加工所需的量和質量、所需表面光潔度、規定的內部要求（如密封性）、要進行的處理和檢驗的類型和級別、單件零件的尺寸精度可變化量、所規定或選擇銅合金的可鑄造特性等是模具設計初始條件。通常，銅合金流動的方式取決於設計者對銅壓鑄技術和工藝的理解和詮釋，包括分型面設置、澆口的設置、料筒和流道設置，進料方向確定、以及保溫和冷卻通道佈置，最後是真空排氣設置，包括相對應的模具密封。也就是說，對於高壓銅壓鑄，銅熔液將在外部高壓下流動，進入到型腔至充型完成所涉及到所有細節都要認真考慮。真空排氣總是在模具設計的最後考慮的環節。
四、銅壓鑄真空系統
銅壓鑄真空原理：銅壓鑄的真空技術已經被多家製造公司所採用，通常的缺陷是容易產生氣孔率的問題，這是由於壓鑄過程中空氣被夾在鑄件中。多年來，真空壓鑄已被證明是消除氣孔率問題的最佳方式。
通常情況下，鋼製模具的型腔必須形成相對的密封環境。真空排氣口靠近模具頂部或側面位置；由於真空的引入，銅熔液在低於大氣壓的背壓下通過壓射動能射入模具型腔；伴隨着壓射時間的推移，銅熔液的持續充型，型腔內的壓力也逐漸降低，直至充型結束，壓射過程完成。此過程周期性地不斷重複。

真空銅壓鑄技術的主要優點包括：
壓鑄件具有良好的焊接性能。
壓鑄件的機械強度高。
適用於大批量生產。
最大程度上降低氣孔率。
產品密實度高，導電率均勻。
產品的氣密性高。
提高產品的充型度。
確保產品的精密度。
真空銅壓鑄的缺點技術具有以下主要缺點：
初始投入成本相對較高，包括模具和設備、以及密封性。
設置真空壓鑄工藝較繁瑣，既要滿足銅合金的可壓鑄性，也要考慮排氣的可行性。
影響真空排氣效率的因素多，除了真空機和排氣元件，壓鑄機、模具、合金質量、合 金溫度，噴塗技術等等都要統一考慮：
壓射組件和模具必須考慮密封，包括分型面、熔杯和衝頭、頂針，甚至滑塊。這將保 證真空排氣的效率和可靠性。
爲了獲得產品的高重複率和精度，重要的是要控制壓鑄機的壓力和速度曲線穩定。
以下因素必須得到優化：模具噴塗，衝頭潤滑，銅熔液合金質量和模溫控制。
實現優化的銅壓鑄真空工藝可能是一個細緻並具有挑戰性的過程。爲獲取較高的工藝真空度，每個過程都應該進行優化。
真空排氣方案：真空排氣需結合壓射工藝設置，包括真空機的選擇、排氣原件的確定。儘管真空閥的排氣效率高，結合銅合金高澆注溫度的特點和排氣元件的成本，排氣塊往往是最爲適合的選擇。銅合金的流動性差，熔杯充填率較高，其低速在0.25-0.5m/s，高速從0.8最終達到3m/s，給真空排氣帶來的機會相對很少，因此排氣元件往往需要更大的排氣面積。
考慮到型腔內氣體的溫度很高，瞬間甚至達到500-600°C以上，這對於真空系統的密封帶來麻煩，通常考慮在模具和真空機間的管路上，設置氣體水冷卻裝置，以降低氣體溫度，提高真空密封的壽命。

五、小結
銅壓鑄爲解決形狀複雜、批量大的銅產品提供了更廣泛更有效的生產手段。其中黃銅壓鑄產品應用於裝飾件和耐磨件已經十分成熟，還有黃銅壓鑄的傳動換檔系統、控制桿和水泵輪機部件等；紫銅壓鑄件應用於電動機轉子更具廣闊前景，轉子銅重從幾克到幾十千克，其永久磁鐵性能、壽命和成本均優於目前使用電動機永磁體。隨着電動汽車和混合動力汽車的市場率日益擴大，銅壓鑄電動機轉子將會有更大的前景。作爲真空銅壓鑄工藝的日趨成熟和廣泛應用，必將爲高品質銅壓鑄產品提供強有力的支持和保障。