Đúc khuôn áp suất cao (HPDC)

1723 Lượt xem 2025-04-30 15:42:34

1. Đúc chết áp lực cao là gì?

Đúc chết áp lực cao là một quá trình đúc sử dụng áp lực.

Nguyên tắc cốt lõi của nó là tiêm kim loại nóng chảy hoặc bán nguyên nhân (chủ yếu là kim loại màu và hợp kim của chúng như nhôm, kẽm, magie, và đồng) vào khoang của khuôn kim loại được thiết kế sẵn (được gọi là một cái chết casting chết) dưới áp lực cao (thường là hàng chục đến hàng trăm megapascals) và tốc độ cao (thường là hàng chục mét mỗi giây) Sử dụng một hệ thống tiêm.

Kim loại nóng chảy nhanh chóng lấp đầy khoang, được giữ dưới áp lực, Làm mát, và củng cố, cuối cùng tạo thành một đúc hình dạng và kích thước mong muốn.

Đúc chết áp lực cao là gì

Do áp suất cao của nó, Đặc điểm tốc độ cao, HPDC có thể tạo ra các bộ phận có thành mỏng, có hình dạng phức tạp, chính xác cao, sở hữu chất lượng bề mặt tốt, và có thể được sản xuất với hiệu quả cực kỳ cao.

2. Nguyên tắc làm việc và dòng chảy quy trình

Quy trình công việc cơ bản của đúc chết áp lực cao thường bao gồm các bước sau:

1. Kẹp: Đơn vị kẹp của máy đúc chết đóng và khóa an toàn hai nửa của cái chết (di động chết và chết cố định) chịu được tác động áp suất cao trong quá trình tiêm và ngăn ngừa rò rỉ kim loại nóng chảy.
2. tiêm: Một lượng kim loại nóng chảy được đo được tiêm ở tốc độ cao và áp suất cao vào khoang chết kín thông qua hệ thống phun (Pít -tông và tay áo/buồng bắn súng). Tùy thuộc vào cấu trúc buồng, Điều này được phân loại thành buồng nóng hoặc nồi lạnh (chi tiết trong phần tiếp theo).
3. Lấp đầy & Giữ áp lực: Kim loại nóng chảy lấp đầy toàn bộ khoang chết trong một thời gian cực ngắn (điển hình là mili giây). Sau khi điền, Pít tông tiêm tiếp tục áp dụng áp lực (giữ áp lực) để bù cho việc giảm khối lượng do co rút kim loại trong quá trình làm mát, Đảm bảo cấu trúc đúc dày đặc và đường viền sắc nét.
4. làm mát: Cái chết thường kết hợp các kênh làm mát thông qua đó một phương tiện làm mát (nước hoặc dầu) lưu thông để nhanh chóng loại bỏ nhiệt khỏi kim loại nóng chảy, khiến nó trở nên hóa rắn nhanh chóng. Thời gian làm mát phụ thuộc vào kích thước đúc, Độ dày tường, và vật chất.
5. Mở: Một khi việc đúc đã được củng cố đầy đủ, Máy đúc casting casting đơn vị kẹp mở ra cái chết.
6. Phóng ra: Hệ thống phóng trong cái chết (chân phun) Đẩy quá trình đúc hóa rắn ra khỏi khoang chết.
7. phun & Vệ sinh (Không bắt buộc): Để tạo điều kiện cho việc hủy bỏ chu kỳ tiếp theo và bảo vệ cái chết, Một tác nhân phát hành thường được phun lên bề mặt khoang sau khi mở. Dư lượng cũng có thể cần được làm sạch từ đường chia tay chết.
8. Loại bỏ một phần & Xử lý hậu kỳ: Một robot hoặc toán tử loại bỏ việc đúc. Phần AS-CAST thường bao gồm cổng, tràn Wells, Và flash, Yêu cầu cắt tỉa tiếp theo, Deburring, mài, vân vân. Thỉnh thoảng, xử lý nhiệt, xử lý bề mặt (Giống như đá cát, đánh bóng, bức vẽ, mạ), hoặc gia công cũng là cần thiết.

Quy trình đúc dòng chết áp suất cao

Toàn bộ chu kỳ rất ngắn; cho các bộ phận nhỏ, Hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm chu kỳ có thể được hoàn thành mỗi phút.

3. Các loại quy trình: Phòng nóng vs. Phòng đúc chết phòng lạnh

Dựa trên vị trí tương đối và hoạt động của buồng phun đối với kim loại nóng chảy, HPDC chủ yếu được chia thành hai loại:

Chamber die nóng đúc:

• Đặc trưng: Buồng tiêm (cổ ngỗng) liên tục chìm trong bể kim loại nóng chảy của lò. Trong quá trình tiêm, pít tông di chuyển xuống, Buộc chất lỏng kim loại trong cổ ngỗng qua vòi vào khoang chết.
• Vật liệu áp dụng: Chủ yếu được sử dụng cho các kim loại có các điểm nóng chảy thấp không dễ dàng phản ứng hóa học với các thành phần phun, chẳng hạn như hợp kim kẽm, Hợp kim thiếc, Hợp kim dẫn đầu, và một số hợp kim magiê.
• Thuận lợi: Tốc độ chu kỳ tiêm nhanh hơn, ít bị ô nhiễm oxy hóa của kim loại nóng chảy, Mức độ tự động hóa cao.
• Nhược điểm: Các thành phần tiêm liên tục tiếp xúc với kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao, làm cho chúng dễ bị ăn mòn và mặc; không phù hợp với kim loại có điểm nóng chảy cao hoặc độ ăn mòn cao (Giống như hợp kim nhôm).

Phòng đúc chết phòng lạnh:

• Đặc trưng: Buồng phun tách biệt với lò. Trước mỗi lần bắn, Một lượng kim loại nóng chảy được xác định trước (theo cách thủ công hoặc tự động) từ lò nung vào buồng phun ngang hoặc dọc (Tay áo bắn). Sau đó, Plunger đẩy kim loại nóng chảy ở tốc độ cao vào khoang chết.
• Vật liệu áp dụng: Chủ yếu được sử dụng cho các kim loại có điểm nóng chảy cao hơn, chẳng hạn như hợp kim nhôm, hợp kim magiê, và hợp kim đồng (thau, đồng). Đây hiện là phương pháp đúc chết được sử dụng rộng rãi nhất, Đặc biệt đối với sản xuất đúc hợp kim nhôm.
• Thuận lợi: Có khả năng đúc hợp kim điểm nóng chảy cao hơn, cho phép áp lực tiêm cao hơn, Tuổi thọ tương đối dài hơn cho các thành phần tiêm.
• Nhược điểm: Thời gian chu kỳ tương đối dài hơn (Do bước máng), kim loại nóng chảy dễ bị kẹt và oxy hóa khí hơn trong quá trình chuyển.

4. Vật liệu thông thường

Đúc chết áp suất cao chủ yếu sử dụng hợp kim kim loại màu, được chọn cho các thuộc tính đúc thuận lợi và đặc tính kỹ thuật phù hợp cho các ứng dụng sử dụng và sử dụng cuối.

Các yếu tố cân bằng lựa chọn như trọng lượng, sức mạnh, trị giá, Nhu cầu nhiệt, và kết thúc cần thiết.

Hợp kim nhôm

Hợp kim nhôm là lựa chọn phổ biến nhất cho HPDC, có giá trị cho sự kết hợp tuyệt vời của họ về trọng lượng nhẹ, tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng tốt, độ dẫn nhiệt cao, và khả năng chống ăn mòn tốt.

Khả năng đúc của chúng cho phép hình học phức tạp và tường mỏng, Làm cho chúng có mặt khắp nơi trong các thành phần ô tô như khối động cơ và vỏ truyền tải, cũng như vỏ điện tử và tản nhiệt.

Các lớp phổ biến bao gồm A380 và ADC12.

Hợp kim nhôm đúc áp suất cao

Hợp kim kẽm

Hợp kim kẽm nổi bật cho các ứng dụng đòi hỏi sự trôi chảy đặc biệt và hoàn thiện bề mặt vượt trội.

Điểm nóng chảy thấp của chúng cho phép sản xuất các bộ phận phức tạp với những bức tường rất mỏng và các chi tiết tốt, Thường sử dụng máy chặn nóng nhanh hơn.

Điều này tạo ra hợp kim kẽm, chẳng hạn như Zamak 3 và Zamak 5, Lý tưởng cho phần cứng trang trí, Các thành phần chính xác, Trang trí ô tô, và các bộ phận yêu cầu mạ chất lượng cao.

Hợp kim magiê

Hợp kim magiê là tùy chọn đi đến khi giảm thiểu trọng lượng là ưu tiên tuyệt đối.

Như các kim loại cấu trúc nhẹ nhất thường đúc, Họ cung cấp một tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng nổi bật, khả năng giảm xóc tốt, và EMI cố hữu che chắn.

Hợp kim như AZ91D ngày càng được tìm thấy trong các bộ phận ô tô nhằm giảm cân (như khung vô lăng) và trong vỏ thiết bị điện tử di động, Mặc dù cần xử lý cẩn thận do khả năng phản ứng cao hơn.

Hợp kim đồng

Hợp kim đồng, chủ yếu là đồng thau và đồng, được sử dụng ít thường xuyên hơn trong HPDC do điểm nóng chảy cao của chúng, làm giảm đáng kể tuổi thọ và tăng chi phí quá trình.

Tuy nhiên, Chúng được chọn cho các ứng dụng cụ thể yêu cầu sức mạnh cao, Kháng mặc tuyệt vời, chống ăn mòn tốt, hoặc độ dẫn điện vượt trội.

Các ví dụ bao gồm một số thành phần hệ thống ống nước, Phần cứng điện, và các bộ phận chống hao mòn như ống lót, Thông thường được xử lý bằng máy làm máy lạnh.

Kim loại màu như thép và sắt thường không tương thích với quá trình HPDC do nhiệt độ nóng chảy cực độ của chúng.

5. Ưu điểm và nhược điểm của việc đúc chết áp lực cao

Ưu điểm của việc đúc chết áp lực cao

• Hiệu quả sản xuất cao: Rất tự động, Thời gian chu kỳ ngắn, thích hợp cho sản xuất hàng loạt.
• Độ chính xác chiều cao, Dung sai chặt chẽ: Có khả năng tạo ra các bộ phận hình dạng gần ròng, giảm hoặc loại bỏ nhu cầu gia công tiếp theo.
• Hoàn thiện bề mặt tốt: Đúc có bề mặt mịn, Thích hợp cho bức tranh trực tiếp hoặc mạ.
• Khả năng cho các bức tường mỏng và hình dạng phức tạp: Áp suất cao, Làm đầy tốc độ cao cho phép các bộ phận sản xuất với các bức tường mỏng như ~ 0,5mm và các cấu trúc phức tạp.
• Tính chất cơ học tốt: Làm mát nhanh dẫn đến một cấu trúc vi mô hạt mịn, cho phép đúc tương đối cao và độ cứng (mặc dù độ xốp bên trong phải được xem xét).
• Hiệu quả về chi phí ở khối lượng cao: Trong khi đầu tư chết và thiết bị ban đầu cao, Chi phí mỗi phần trở nên thấp khi được khấu hao trên số lượng lớn.

Nhược điểm của việc đúc chết áp lực cao

• Đầu tư ban đầu cao: Chi phí của máy đúc chết và chết chính xác là rất cao.
• Dễ có độ xốp bên trong: Làm đầy tốc độ cao có thể dễ dàng bẫy không khí, và khí hòa tan trong kim loại nóng chảy có thể kết tủa trong quá trình hóa rắn nhanh chóng, hình thành lỗ chân lông. Điều này ảnh hưởng đến độ kín áp lực và tính chất cơ học, làm cho nó thường không phù hợp để điều trị nhiệt tiếp theo (có thể gây ra phồng rộp) và hàn.
• Lựa chọn vật liệu hạn chế: Chủ yếu phù hợp với kim loại màu với các điểm nóng chảy tương đối thấp. Nó rất khó để chết đúc kim loại màu (Giống như thép) Do điểm nóng chảy cao của họ, Điều nào đặt ra những thách thức cực đoan cho cái chết và hệ thống tiêm.
• Giới hạn kích thước một phần: Kích thước của bộ phận bị hạn chế bởi lực kẹp và khả năng phun của máy đúc chết.
• Thiết kế và sản xuất khuôn phức tạp: Yêu cầu xem xét cẩn thận các góc dự thảo, Các dòng chia tay, Hệ thống giao phối, Hệ thống thông hơi, hệ thống làm mát, vân vân. Thời gian sản xuất chết rất dài và chi phí cao.
• Không phù hợp cho sản xuất khối lượng thấp: Chi phí công cụ cao làm cho sản xuất hàng loạt nhỏ không khả thi về mặt kinh tế.

6. Tiêu chí lựa chọn cho việc đúc chết áp lực cao

Sau khi hiểu những ưu và nhược điểm, Quyết định sử dụng HPDC yêu cầu xem xét các điều kiện chính sau đây:

Khối lượng sản xuất:

Tình trạng:

Yêu cầu Sản xuất hàng loạt (thường là hàng chục ngàn, Hàng trăm ngàn, hoặc thậm chí hàng triệu bộ phận).

Lý do:

Chi phí cho chết và thiết bị HPDC rất cao.

Chỉ thông qua sản xuất quy mô lớn, những chi phí cố định cao này mới có thể được khấu hao trên mỗi phần, đạt được chi phí đơn vị thấp và khả năng kinh tế chung.

Nó nói chung quá đắt cho sản xuất nguyên mẫu hoặc khối lượng lớn.

Khối lượng sản xuất

Một phần phức tạp & Hình học:

Tình trạng:

Thiết kế phần bao gồm tường mỏng (ví dụ., Ít hơn 3 mm), Túi sâu, hình dạng phức tạp, hoặc Chi tiết tốt.

Lý do:

HPDC, áp lực cao, Khả năng lấp đầy tốc độ cao cho phép nó lấp đầy các lỗ sâu răng phức tạp, Sản xuất các cấu trúc vách mỏng và phức tạp khó đạt được với các phương pháp đúc khác.

Độ chính xác kích thước & Sức chịu đựng:

Tình trạng:

Phần yêu cầu Độ chính xác chiều cao Và dung sai chặt chẽ, Nhắm mục tiêu cho các thành phần hình dạng gần ròng.

Lý do:

HPDC tạo ra các bộ phận ổn định kích thước với độ lặp lại tốt, giảm đáng kể hoặc loại bỏ nhu cầu gia công tiếp theo, do đó giảm tổng chi phí và thời gian sản xuất.

Dung sai các bộ phận đúc áp lực cao

Bề mặt hoàn thiện:

Tình trạng:

Phần yêu cầu một Kết thúc bề mặt chất lượng cao vì lý do thẩm mỹ hoặc lớp phủ tiếp theo, mạ, hoặc các phương pháp điều trị bề mặt khác.

Lý do:

Bề mặt bên trong mịn của khuôn kim loại được sao chép trực tiếp lên bề mặt đúc.

HPDC thường cung cấp một bề mặt hoàn thiện tốt hơn các quy trình như đúc cát.

Lựa chọn vật liệu:

Tình trạng:

Vật liệu cần thiết cho bộ phận là một Hợp kim màu không phù hợp cho đúc chết, chủ yếu nhôm, kẽm, hoặc hợp kim magiê.

Lý do:

Bản thân quá trình HPDC áp đặt các yêu cầu cụ thể về điểm nóng chảy của vật liệu, lưu động, Khả năng phản ứng với cái chết, vân vân.

Trong khi hợp kim đồng có thể là đúc, Nó thách thức và tốn kém hơn. Kim loại màu (thép, sắt) thường không được xử lý bằng HPDC.

Tính chất cơ học & Môi trường ứng dụng:

Tình trạng:

Các yêu cầu hiệu suất chính (Giống như sức mạnh, độ cứng) có thể được đáp ứng bởi Các thuộc tính của Cast As-Cast hợp kim đúc chết.

Ứng dụng không liên quan đến độ căng áp lực tới hạn (Trừ khi các kỹ thuật đặc biệt như đúc chết chân không được sử dụng), không đòi hỏi độ dẻo hoặc độ bền cực cao, và không yêu cầu hàn cấu trúc hoặc xử lý nhiệt tiếp theo nhằm mục đích tăng cường đáng kể sức mạnh/độ dẻo dai (Giống như giải pháp + Lão hóa).

Lý do:

Các bộ phận HPDC có thể chứa độ xốp vi mô, ảnh hưởng đến độ căng áp lực, độ dẻo, và cuộc sống mệt mỏi.

Các lỗ chân lông như vậy có thể gây ra phồng rộp hoặc biến dạng trong quá trình điều trị nhiệt ở nhiệt độ cao.

Cấu trúc hạt mịn từ làm mát nhanh cung cấp độ cứng bề mặt tốt và độ bền vừa phải, Nhưng độ bền tổng thể có thể thấp hơn so với các bộ phận hoặc các bộ phận được thực hiện bởi một số phương pháp đúc/gia công khác.

Phân tích lợi ích chi phí:

Tình trạng:

Sau khi đánh giá toàn diện, Xem xét khối lượng sản xuất cao, Tổng chi phí của HPDC (dụng cụ + Chi phí sản xuất đơn vị + Chi phí xử lý hậu kỳ) thấp hơn các lựa chọn sản xuất khả thi khác (Giống như gia công, Đúc áp suất thấp, Trọng lực đúc, Nhúng kim loại bắt chước, vân vân.).

Lý do:

Lựa chọn quá trình thường được thúc đẩy bởi kinh tế. Người ta phải cân.

Kích thước một phần & Cân nặng:

Tình trạng:

Kích thước và trọng lượng của bộ phận nằm trong phạm vi cho phép của máy đúc, Khả năng bắn, và khả năng kích thước chết.

Lý do:

Các bộ phận rất lớn hoặc rất nặng có thể vượt quá khả năng của thiết bị HPDC tiêu chuẩn, có khả năng cần xem xét các phương pháp đúc khác hoặc sản xuất trong các mảnh riêng biệt.

Kích thước một phần của đúc chết áp suất cao

Tóm lại, Đúc chết áp lực cao thường là một lựa chọn cạnh tranh cao và hiệu quả về chi phí khi một dự án đòi hỏi sản xuất khối lượng lớn, kẽm, hoặc các bộ phận hợp kim magiê có hình dạng phức tạp, tường mỏng, Độ chính xác cao, và hoàn thiện bề mặt tốt, với điều kiện là những yêu cầu cực đoan cho sự lành mạnh bên trong (Giống như độ căng áp lực) và điều trị/hàn nhiệt tiếp theo không có mặt.

7. So sánh đúc áp lực cao (HPDC) với các loại đúc khác

Để hiểu rõ hơn về các đặc điểm của HPDC và các ứng dụng phù hợp, So sánh nó với các quy trình đúc phổ biến khác là hữu ích.

Các so sánh chính bao gồm đúc chết áp suất thấp (LPDC), Trọng lực đúc (bao gồm đúc cát và đúc trọng lực khuôn vĩnh viễn), và đúc đầu tư (Đúc chính xác).

Bảng tóm tắt so sánh

Kết luận về so sánh:

Việc lựa chọn quy trình đúc phụ thuộc vào việc cân bằng các yêu cầu ứng dụng cụ thể.

• HPDC phù hợp nhất cho Sản xuất nhôm khối lượng lớn, kẽm, hoặc các bộ phận hợp kim magiê đòi hỏi độ chính xác cao, hoàn thiện bề mặt tốt, và hình dạng phức tạp (Đặc biệt là những bức tường mỏng), trong đó độ xốp bên trong không quá quan trọng và tăng cường các phương pháp điều trị nhiệt thường không được áp dụng. Sức mạnh cốt lõi của nó nằm ở Hiệu quả cao và chi phí đơn vị thấp với khối lượng cao.
• Khi Chất lượng nội bộ tốt hơn, Khả năng xử lý nhiệt, hoặc tính toàn vẹn áp lực là cần thiết, LPDC là một ứng cử viên mạnh mẽ cho các bộ phận nhôm, đặc biệt đối với các thành phần trung bình đến lớn.
• Đúc khuôn trọng lực (Khuôn vĩnh viễn) Cung cấp lợi thế cho khối lượng trung bình, Yêu cầu về độ chính xác và bề mặt vừa phải, và khả năng xử lý nhiệt, với chi phí thường giữa HPDC và Sand Casting.
• Đúc cát là hướng đi cho khối lượng thấp, các bộ phận lớn, Yêu cầu độ chính xác/bề mặt thấp, hoặc đúc kim loại màu, Là điểm vào chi phí thấp nhất.
• Đúc đầu tư mục tiêu khối lượng thấp đến trung bình rất phức tạp, Các bộ phận cực kỳ chính xác, hoặc những người sử dụng hợp kim đặc biệt, đại diện cho một giải pháp cao cấp.

8. Xu hướng phát triển trong tương lai

Công nghệ đúc áp lực cao tiếp tục phát triển, với các xu hướng chính bao gồm:

• Tự động hóa & Trí thông minh: Khai thác phần robot, Tự động loại bỏ Dross, Hệ thống giám sát thông minh (Theo dõi áp lực thời gian thực, tốc độ, nhiệt độ, vân vân.), Tối ưu hóa quá trình dựa trên AI.
• Vật liệu mới & Phát triển hợp kim: Tạo hợp kim đúc chết mới với sức mạnh cao hơn, độ bền tốt hơn, cải thiện điện trở nhiệt độ cao, hoặc các chức năng đặc biệt (ví dụ., độ dẫn nhiệt cao, giảm xóc cao).
• Công nghệ chết nâng cao: Sử dụng các vật liệu chết và lớp phủ nâng cao để kéo dài tuổi thọ công cụ, Sử dụng công nghệ mô phỏng (Giống như moldflow) Để tối ưu hóa thiết kế khuôn, Giảm các lần chạy thử và khiếm khuyết.
• Phái sinh & Quá trình lai: Áp dụng các kỹ thuật như đúc chết chân không (giảm độ xốp), Đúc bán rắn (Cải thiện cấu trúc và tài sản vi mô), và vắt đúc (Tăng cường mật độ).
• Màu xanh lá & Bảo vệ môi trường: Phát triển nhiều thiết bị tiết kiệm năng lượng hơn, Cải thiện việc sử dụng vật liệu, giảm lượng khí thải chất thải, Sử dụng các đại lý phát hành thân thiện với môi trường.
• Kích thước lớn hơn & Độ chính xác cao hơn: Sản xuất các vật đúc chết lớn hơn và phức tạp hơn (ví dụ., Các thành phần khung xe ô tô tích hợp) đồng thời cải thiện độ chính xác và tính nhất quán của các bộ phận phức tạp nhỏ.

9. Phần kết luận

Đúc khuôn áp suất cao (HPDC), Là một hiệu quả cao, Công nghệ sản xuất chính xác có khả năng sản xuất hàng loạt các bộ phận kim loại phức tạp, giữ một vị trí không thể thay thế trong ngành công nghiệp hiện đại.

Mặc dù có những hạn chế như đầu tư ban đầu cao và tính nhạy cảm với độ xốp, lợi thế đáng kể của nó trong hiệu quả sản xuất, Độ chính xác kích thước, và hiệu quả chi phí ở khối lượng cao đã dẫn đến ứng dụng rộng rãi trên toàn bộ ô tô, thiết bị điện tử, hàng tiêu dùng, và nhiều lĩnh vực khác.

Với những tiến bộ công nghệ liên tục và đổi mới trong vật liệu, quá trình, tự động hóa, và trí thông minh, HPDC đã sẵn sàng để phát triển hơn nữa, Cung cấp các giải pháp cạnh tranh và vượt trội hơn bao giờ hết cho thế giới sản xuất.