什么是铸造?

1. 介绍

模具铸造将高速生产与特殊的零件准确性结合在一起.

通过将熔融金属迫使压力下 200 MPA,

这个过程通常会产生带有薄壁的复杂组件 (下去 0.5 毫米), 紧张的公差 (± 0.1 毫米), 和光滑的饰面 (RA 0.8 µm).

由于它从19世纪的低压重力方法演变为当今的高压机，能够在下面骑自行车 10 秒,

模具铸造使轻量级, 各个行业的具有成本效益的解决方案.

重要的是, 用钢或镁取代钢或镁可以将零件的重量降低30–50％, 直接促进汽车和航空航天应用中节省的燃料.

本文提供了对铸造的深入研究, 它的基本原则, 过程类型, 材料, 设计注意事项, 和申请, 为工程师提供利用其全部潜力所需的知识.

2. 什么是铸造?

铸造是一种高精度的金属铸造过程，在高压下将熔融金属注入可重复使用的钢模具, 被称为死亡.

这些模具定制为确切的几何形状, 实现复杂的生产, 详细的零件，公差紧张, 出色的维度稳定性, 和光滑的表面饰面.

模具铸造的结合 熔融金属冶金 和 精确工具 在快速周期中形成零件.

基本流程包括:

死亡

液压或机械夹两半 (“ COPE”和“ DRAG”) 与力量从 50 kn用于小型锌机器 5,000 kn用于大型铝制压力机.

适当的夹紧可防止在100–200 MPa的注射压力下闪烁和死亡分离.

金属熔化

合金在炉中融化至受控温度 - 铝A380和A383的680–720°C通常是680-720°C, 或者 380 °C锌Zamak.

温度一致性± 5 °C确保流动性并最小化孔隙率.

注射

柱柱或活塞通过大门和跑步者将熔体驱动到模具腔中. 射速超过 2 M/s在凝固开始之前填充复杂的几何形状.

铝制机器使用冷室系统 (金属落在一个单独的射门套筒中), 而锌和镁经常采用热室机制 (浸入熔体的注射室).

凝固

在几秒钟内, 金属与模具的冷冻表面冷却 (通过水流通道冷却), 实现完全固化.

周期时间因合金和零件尺寸而异 - 小锌零件的10–30秒, 到 60 大型铝制外壳的秒.

射击和修剪

死后打开, 弹射器销将铸件推开.

闪光和多余的材料通过装饰压机或机器人锯除去, 为任何必需的二级操作提供近网状形状组件准备.

死亡 - 由诸如H13之类的硬化工具钢制成 - 定义零件的每个功能, 从薄壁到综合老板.

精密加工和表面处理 (硝化, PVD涂料) 延长生命, 可以从 100,000 铝的镜头 1 锌的百万张.

通过严格控制每个步骤 - 限制力, 熔体温度, 注射概况, 模具温度 - die铸造提供了异常一致的, 高质量零件.

3. 铸造过程的类型

铸造机采用两种主要方法 - 热室 和 冷室 - 针对不同合金和部分几何形状进行优化.

了解他们的区别有助于工程师为成本效益选择正确的过程, 零件质量, 和周期时间.

热室死亡铸造

热室死亡铸造, 也称为鹅颈模具铸造, 是一个独特的铸造过程，主要用于低 - 熔化 - 点金属（例如锌）, 锡, 并铅合金.

在此过程中, 熔炉与压铸机集成, 创建一个持续有效的生产周期.

热培训模具铸造机的关键组成部分是鹅状注射机制, 浸入熔融金属浴中.

当机器激活时, 鹅颈内的活塞将熔融金属吸入注入缸.

然后, 高压施加以迫使熔融金属通过鹅颈并进入模腔.

一旦腔填充, 金属固化, 模具打开以弹出成品零件. 此过程迅速重复, 允许大量生产.

关键特征:

• 合金: 锌和镁是理想的, 多亏了他们低熔点 (≈ 380 锌的°C, ≈ 650 镁的°C).
• 周期: 异常快速（通常为8-15秒），因为金属仍与热源接触.
• 射击重量: 通常仅限于小零件 (< 100 g) 确保快速填补和快速恢复.

优势:

• 小生产率很高, 错综复杂的零件 (例如。, 电池端子, 小型齿轮).
• 由于最小转移步骤而导致的运营成本低.

限制:

• 不适合铝或高振温合金 (泵组件的腐蚀和腐蚀).
• 射击重量和压力受到机械连锁设计的限制.

冷室死亡铸造

冷室模具铸造是一种更通用的铸造过程，适合多种金属, 包括较高的 - 熔化 - 铝合金（例如铝）, 镁, 还有一些铜合金.

在此过程中, 熔炉与压铸机分开.

熔融金属首先从炉子扎到一个单独的射门套筒, 这是冷室.

然后，活塞在高压下将金属从射袖迫使金属进入模腔.

与热室模具铸造不同, 注射机制浸入熔融金属中,

冷室模具铸件中的弹套仅在注射前立即充满熔融金属, 降低金属氧化和污染的风险.

金属在模具腔中固化后, 死亡打开, 零件被弹出.

关键特征:

• 合金: 适合铝, 铜, 和黄铜合金上方具有熔点 650 °C. 普通等级包括 铝A380, A383, 和 铜合金C86300.
• 周期: 比热室长的时间更长 - 截至20–60秒 - 到梯子步骤，需要在镜头之间冷却.
• 射击重量: 可以容纳大型铸件 10 公斤或更多, 例如汽车传输外壳.

优势:

• 处理更广泛的合金, 特别是铝和铜.
• 使较重的射击重量和更高的注入压力, 较厚的部分.

限制:

• 由于金属转移和温度恢复而增加的周期时间和每次射击的能量利用.
• 由于金属的粘附和氧化，更复杂的射击套筒维护.

4. 铸件中使用的材料

选择正确的合金在模具铸造中至关重要, 因为它直接影响零件性能, 工具寿命, 和生产成本.

最常见的模拟材料包括 铝, 锌, 镁, 和 铜 合金.

5. 铸造设备

成功的模具呈现在强大的机械和精确工具之间的协同作用上.

主要设备包括 模具机器, 这 死 (模具) 集会,

这 喷射袖和注射系统, 和 辅助支持系统 保持最佳过程条件.

模具机器

• 夹紧单元: 提供了保持两个死亡半的力量 (应对和拖动) 闭合注射压力.
  夹紧力范围从 50 kn 对于小锌按下 5,000 kn 对于大型铝制机器.
• 注射单元: 包含射击袖和柱塞 (冷室) 或鹅颈和回报活塞 (热室).
  现代注射单元达到了射速的速度 2–5 m/s, 使完整的空腔填充 20–100毫秒 用于薄壁部分.
• 控制系统: 基于CNC的控制调节注射速度和压力曲线, 死温度, 和循环时机.
  闭环反馈可确保±以内的可重复性 2% 目标参数.

死 (模具) 集会

• 材料: 高级工具钢，例如 H13 (热工作) 或者 P20 (预先粘贴) 承受合金温度 400–700°C 和成千上万的热周期.
• 核心和空腔插入物: 加工为公差± 0.02 毫米, 使用共形或直流冷却通道，以保持死温 200–350°C.
• 涂料 & 表面处理: 硝化, PVD, 或硬镀铬镀层将死亡寿命延长20-50％，并减少铝或锌的焊接.

弹套 & 注射系统

• 冷室袖子: 冷室机器中可移动的弹套必须抵抗热震和金属粘附. 典型的孔直径范围从 30–200毫米 适应射击重量 50 G到 10 公斤.
• 热室鹅颈: 集成到炉中, 鹅颈需要耐腐蚀的合金或陶瓷衬里，以处理熔融锌或镁 380–650°C.
• 柱塞 & 密封: 耐磨石墨或陶瓷密封件保持压力，同时移动到 300 每分钟周期 在高速锌铸件中.

辅助支持系统

• 融化 & 拿着炉: 用于冷室, 坩埚或旋转炉保持熔融为± 5 目标温度的°C.
  热室机器使用锅炉和内置的撇冰器和温度探针.
• 冷却器 & 温度控制: 水或油冷水机调节死亡温度. 流速的 20–60 l/min 每个冷却电路去除 5–15 kW 每半的热量.
• 射击 & 修剪站: 自动修剪压机 (100–500 kN力) 和shot -blast橱柜干净的闪光灯和跑步者, 准备铸件进行检查和完成.
• 真空 & 压力辅助系统: 模具中的真空通风口去除被困的空气和气体, 最多降低孔隙率 80%.
  天然气师或反向压力系统进一步提高了具有挑战性的几何形状的质量.

6. 铸造的设计注意事项

设计铸造零件需要在制造性之间保持平衡, 表现, 和成本.

壁厚和均匀性

• 最佳范围: 大多数铸件零件都具有壁厚 1.0 MM TO 4.0 毫米, 取决于合金.
• 统一: 避免突然变化壁厚以防止热点, 孔隙率, 和凝固过程中的失真.
• 锥度 (草稿): 添加一个 草稿角度 每侧1°–3°，以促进易于射击.

零件几何和复杂性

• 复杂形状: 铸造支持复杂的几何形状, 但是应避免尖锐的内角以降低应力浓度.
• 鱼片和半径: 包含 鱼片 (最低限度 0.5 mm半径) 在内部连接处，以改善金属流量和死亡.
• 底切: 最小化底切; 如有必要, 使用 幻灯片或举升机, 增加工具的复杂性和成本.

门控和跑步者

• 门设计: 正确的门尺寸和位置有助于直接金属流动以避免湍流和空气夹带.
• 跑步系统: 平衡的跑步者甚至促进整个腔体填充. 风扇大门 或者 标签门 可用于薄部分.
• 溢出井 & 通风口: 用于收集杂质和空气. 真空通风孔可以降低孔隙度并提高密度.

公差和表面表面

• 尺寸公差: 典型的线性公差范围从 ±0.05 mm至±0.25毫米, 取决于尺寸和工具精度.
• 表面质量: 一般表面粗糙度是 RA 1.6-6.3 µm. 更光滑的饰面可能需要抛光或涂层.
• 收缩补偿: 设计必须考虑合金特异性收缩率 (例如。, Al〜1.2％, Zn〜0.7％).

7. 后播操作

铸造后的铸造后操作对于提高维度准确性至关重要, 表面饰面, 机械性能, 和最后一部分的整体功能.

 

修剪和去除闪光

• 闪光形成: 在铸造期间, 多余的材料 (闪光) 可能沿分行线形成, 喷出销孔, 或由于高压金属流动引起的通风口.
• 方法:

• • 机械修剪 使用液压按压或机械拳来精确和速度.
  • 手动毛刺 用于小批量或复杂零件.
  • 机器人或CNC修剪 用于自动化, 一致的边缘完成.

热处理

• 目的: 一些铸染合金受益于热处理以提高强度, 延性, 或维稳定性.
• 普通治疗:

• • 衰老/降水硬化 (特别是对于A356等铝合金).
  • 退火 减轻剩余压力并提高可加工性.
  • 解决方案处理 其次是衰老 (T6脾气) 针对特定的机械性能目标.

笔记: 热处理选项受到许多铸模合金的限制，因为它们的孔隙率或存在低熔点阶段.

表面饰面

• 射击 / 砂砾爆炸:

• • 去除氧化, 闪光残留, 并准备涂料的表面.

• 抛光:

• • 化妆品零件等机械抛光，例如电器或消费电子套管.

• 电镀和涂层:

• • 电镀 (例如。, 铬或镍) 耐腐蚀性和美学.
  • 粉末涂料 / 绘画 颜色, 紫外线阻力, 并佩戴保护.
  • 阳极氧化 (主要用于铝) 改善腐蚀和耐磨性.

• 钝化:

• • 通过从表面上去除游离铁来改善耐腐蚀性.

加工和精确完成

• 为什么需要: 铸造可能无法满足某些关键维度的严格容忍度或平滑性要求.
• 运营:

• • 铣削, 钻孔, 窃听: 对于线程等精确功能, 交配面孔, 或密封表面.
  • CNC加工: 确保重复性和复杂轮廓.

• 津贴: 设计应包含其他材料 (通常为0.2–0.5毫米) 用于加工.

8. 质量, 缺陷, 和检查

常见缺陷

• 孔隙率: 注射或凝固期间被困的气体会产生空隙, 削弱零件.
• 冷关: 当熔融金属无法完全合并时，发生不完整的接头.
• 喷射: 高速金属流导致湍流和表面缺陷.
• 死亡焊接: 熔融金属粘附在模具上, 使弹射困难.
• 收缩: 冷却过程中的金属收缩导致水槽标记或内部空隙.

缓解策略

• 孔隙率: 改善排气设计或使用真空辅助模具铸造以去除空腔中的空气.
• 冷关: 调整金属温度, 注射速度, 或门控系统.
• 死亡焊接: 使用适当的润滑剂并保持模具表面.

检查方法

• X射线检查: 通过成像零件的内部来检测内部缺陷，例如孔隙率.
• 染料渗透性检查: 识别诸如裂纹之类的露天缺陷.
• 维度检查: 协调测量机 (CMM) 确保零件满足尺寸要求.

质量控制方法

• 统计过程控制 (SPC): 监视过程参数以检测可能导致缺陷的趋势和变化.
• 六西格玛: 旨在减少过程变异性, 定位缺陷率 3.4 每百万机会缺陷.

9. 铸造的应用

铸造在现代制造中起着至关重要的作用, 提供复杂, 高容忍度的大容量金属组件, 出色的表面饰面, 和出色的力量与权重比.

汽车行业

铸造是汽车制造的基石, 轻巧和耐用性是必不可少的. 常见应用包括:

• 传输外壳
• 发动机块和气缸盖
• 转向和悬架组件
• 电子外壳和连接器
• 电动电动电池电池壳和电机组件 (用于电动汽车)

消费电子产品

小型化, 美学, 和热管理使铸造成为电子组件的理想过程. 典型的应用:

• 智能手机和笔记本电脑套管 (镁或锌合金)
• 散热器和EMI屏蔽外壳
• 相机外壳, 内部框架, 和端口

航空航天和防御

模具铸件用于航空航天中的非关键结构和高性能次要部分, 帮助减轻体重而不牺牲耐用性.

• 航空电子设备
• 仪器括号
• 燃油系统组件
• 雷达外壳和坐骑

工业设备

在重型机械和工业系统中, 压铸组件支持结构, 液压, 和热应用:

• 泵外壳和阀体
• 轴承外壳
• 电动机端盖和变速箱
• 仪器外壳

电信和电气

铸造支持可靠的生产, 大量电气基础设施和通信组件:

• 电缆连接器和接线盒
• RF和天线外壳
• 电源的排放围栏

医疗设备

铸造有助于轻巧, 紧凑的医疗组件具有高清洁和精度:

• 仪器手柄和手术工具零件
• 成像设备套管
• 便携式设备外壳

由于其生物相容性和低密度，镁模具铸造正在医疗应用中扩大.

可再生能源和电动汽车系统

新兴的绿色技术越来越依赖大量金属零件, 铸造可扩展性和材料效率:

• 逆变器外壳
• 电池组和结构框架
• 风力涡轮控制外壳

家用电器和硬件

耐用的, 审美的, 大量生产的零件使铸造非常适合消费者硬件:

• 门把手和锁
• 微波支架, 冰箱组件
• 照明灯具和风扇外壳

10. 铸造的优势和局限性

Die Casting为生产复合物提供了强大的制造解决方案, 高精度金属组件的规模.

铸造的优势

高维的精度和精度

铸造可以达到紧张的公差 (低至±0.05毫米), 减少对广泛加工的需求. 这使其非常适合具有复杂几何形状和交配表面的零件.

出色的表面饰面

零件通常以1–2.5μmRA的光滑表面饰面出现, 通常适合直接使用或最少的后处理.

装饰性饰面等镀铬, 绘画, 或粉末涂料也可以轻松施用.

高生产率

周期时间很快 - 通常 30 秒和 2 每次射击分钟 - 铸造铸造非常适合大规模生产.

一组可以在需要更换之前产生数千万到数百万的零件.

物质效率

由于近网状生产而引起的最小材料废物. 可回收合金可以通过适当的控制重复使用, 增强可持续性.

薄壁, 轻量级组件

铸造允许更薄的墙壁部分 (低如 1 锌的毫米和 2 MM用于铝),

使其成为体重敏感行业的首选方法，例如汽车, 航天, 和消费电子产品.

集成多个功能

多个设计功能 - 线程, 肋骨, 老板, 或铰链 - 可以施放成一个组件, 减少组装要求和成本.

铸造的局限性

高初始工具和设备成本

工具 (死亡) 和铸造机很昂贵, 使该过程仅适用于高产量的量. 典型的死成本范围从 $10,000 结束 $100,000.

限于非有产金属

模具铸件主要用于铝, 镁, 锌, 和铜合金. 钢和铁等亚铁金属的熔点太高，无法传统的铸造模具.

孔隙率和气体夹带

由于注射高压, 内部孔隙率很常见. 这可能会限制零件的结构完整性，并使热处理或焊接有问题.

大小和厚度约束

虽然中小型零件是理想的, 由于机器夹具的限制和热管理，很难大型铸件.

还, 非常厚的部分可能导致缺陷，例如收缩或热点.

有限的合金选择

并非所有合金都适合死亡铸造. 合金必须具有良好的铸造性和低熔点, 限制材料灵活性.

可能需要进行后处理

尽管表面质量很高, 加工, 修剪, 通常需要完成或精加工，尤其是对于关键功能或紧张的公差.

11. 将模具铸造与其他铸造过程的比较

模具铸造是现代制造中使用的几个金属铸造过程之一.

虽然它在特定领域（例如尺寸精度）, 表面饰面, 和大量生产,

取决于应用程序，它可能并不总是最好的选择, 预算, 和材料要求.

本节将铸造与三个主要替代方案进行比较: 沙子铸造, 投资铸造, 和永久性模具铸造.

概括:

• 铸造 是理想的 高量, 高精度, 和 出色的表面饰面 有色金合金的要求.
• 沙子铸造 具有成本效益 大的, 低量, 或者 亚铁 组件与 更严格的公差.
• 投资铸造 提供 最高细节和材料多功能性, 特别是对于航空航天或医疗领域的复杂零件.
• 永久模具铸件 罢工 平衡 在铸造和沙子铸造之间, 适合 中型运行 和 良好的饰面.

12. 结论

死亡铸造作为一个 现代制造的基石, 实现轻量级的批量生产, 汽车跨汽车的高精度组件, 电子产品, 航天, 及以后.

通过了解过程基础知识, 材料特性, 模具设计, 和质量控制,

工程师可以利用铸造以实现最佳性能, 成本效益, 和他们的产品的可持续性.

作为行业 4.0, 加法工具, 和新合金提前, Die Casting的角色只会增长, 为电动机的下一代应用提供动力, 可再生能源, 和医疗技术.

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常见问题解答

死亡铸造可以实现的典型公差是什么?

铸造可提供紧张的公差, 通常:

• ±0.10 mm 对于下面的尺寸 25 毫米
• ±0.20 mm 用于更大的功能
  公差取决于部分几何形状, 合金, 和工具精度.

模具铸造适合原型或小体积生产?

由于工具成本. 然而, 这 优惠 小体积铸造 和 快速工具解决方案 用于原型和飞行员运行.

最后铸造模具的时间多长时间?

死亡的生活取决于物质和部分复杂性:

• 铝模具: 50,000–100,000个周期
• 锌模具: 到 1,000,000 由于熔点较低而引起的循环
  定期维护大大延长霉菌寿命.

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