高压压铸 (高压DC)

1756 意见 2025-04-30 15:42:34

1. 什么是高压铸造?

高压模具铸造是一个利用压力的铸造过程.

它的核心原理是注入熔融或半摩尔金属 (主要是有色金属及其合金（如铝）, 锌, 镁, 和铜) 进入预先设计的金属模具的空腔 (被称为死亡铸件) 在高压下 (通常数十个巨型) 和高速 (通常每秒几十米) 使用注射系统.

熔融金属迅速填充了腔, 在压力下保持, 冷却, 并巩固, 最终形成所需形状和大小的铸造.

什么是高压铸造

由于其高压, 高速特征, HPDC可以生产薄壁的零件, 复杂的形状, 高度准确, 具有良好的表面质量, 并且可以以极高的效率制造.

2. 工作原理和过程流程

高压模具的基本工作流程通常包括以下步骤:

1. 夹紧: 模具铸造机的夹紧单元关闭并牢固地锁定了模具的两半 (可移动的死亡和固定死亡) 在注射过程中承受高压冲击并防止熔融金属泄漏.
2. 注射: 通过注射系统以高速注入测得的熔融金属，高压向封闭的模腔注入 (柱塞和袖子/腔室). 取决于腔室结构, 这被归类为热室或冷室死亡铸造 (在下一节中详细介绍).
3. 填充 & 保持压力: 熔融金属在极短的时间内填充整个腔腔 (通常是毫秒). 填充后, 注射柱塞继续施加压力 (保持压力) 为了补偿冷却过程中金属收缩引起的体积减小, 确保密集的铸造结构和锋利的轮廓.
4. 冷却: 模具通常结合冷却通道，通过该通道，冷却介质 (水或油) 循环以迅速从熔融金属中去除热量, 使其迅速固化. 冷却时间取决于铸件的大小, 壁厚, 和材料.
5. 开场: 一旦铸造足够固化, 铸造机的夹紧单元打开了模具.
6. 弹射: 死亡中的射血系统 (喷出销) 将固化的铸造从模具腔中推出.
7. 喷涂 & 打扫 (选修的): 为了促进下一个周期的降低并保护死亡, 打开后，通常将释放剂喷涂到空腔表面. 残留物也可能需要从模具分开线中清洗.
8. 零件去除 & 后处理: 机器人或操作员去除铸件. 铸造部分通常包括大门, 溢出井, 和闪光灯, 需要随后的修剪, Deburring, 磨削, ETC. 有时, 热处理, 表面处理 (喜欢沙播, 抛光, 绘画, 电镀), 或加工也是必要的.

高压铸造的过程流程

整个周期非常短; 对于小零件, 每分钟可以完成数十甚至数百个周期.

3. 过程类型: 热室VS. 冷室死亡

根据注射室相对于熔融金属的相对位置和操作, HPDC主要分为两种类型:

热室模具铸造:

• 特征: 注射室 (鹅颈) 不断浸入炉子的熔融金属浴中. 注射期间, 柱塞向下移动, 通过喷嘴将金属液体迫使金属液体进入凹槽.
• 适用材料: 主要用于低熔点的金属，这些金属不容易与注入成分做出化学反应, 例如锌合金, 锡合金, 铅合金, 还有一些镁合金.
• 优点: 更快的注射周期速度, 熔融金属的氧化污染物较小, 高度自动化.
• 缺点: 注射成分不断暴露于高温熔融金属, 使它们容易受到腐蚀和磨损; 不适合高熔点或高腐蚀性的金属 (像铝合金).

冷室死亡:

• 特征: 注射室与炉子分开. 每次射击之前, 需要将预定量的熔融金属列出 (手动或自动) 从保持炉到水平或垂直注入室 (弹套). 然后, 柱塞以高速向模腔推动熔融金属.
• 适用材料: 主要用于具有较高熔点的金属, 例如铝合金, 镁合金, 和铜合金 (黄铜, 青铜). 这是目前使用最广泛的铸造方法, 特别是铝合金铸造生产.
• 优点: 能够施放更高的熔点合金, 允许更高的注射压力, 注射组件相对较长的寿命.
• 缺点: 周期时间相对较长 (由于梯级), 熔融金属更容易转移时气体包裹和氧化.

4. 常用材料

高压模具铸造主要采用非有产金属合金, 为其有利的铸造属性和工程特性而选择适合该过程和最终用途应用.

选择平衡了体重等因素, 力量, 成本, 热需求, 并需要完成.

铝合金

铝合金是迄今为止HPDC的最常见选择, 重量优秀的重量, 良好的强度重量比, 高导热率, 和良好的耐腐蚀性.

它们的可铸性允许复杂的几何形状和薄壁, 使它们在发动机块和变速箱外壳等汽车组件中无处不在, 以及电子外壳和散热器.

受欢迎的成绩包括A380和 ADC12.

高压模具铸造铝合金

锌合金

锌合金在需要出色的流动性和优质表面饰面的应用中脱颖而出.

它们的低熔点使复杂零件的生产具有非常薄的墙壁和细节的细节, 通常使用更快的热室机器.

这使得锌合金, 例如Zamak 3 和Zamak 5, 装饰硬件的理想选择, 精度组件, 汽车装饰, 以及需要高质量电镀的零件.

镁合金

镁合金 当重量最小化是绝对优先级时，是首选.

作为最轻的结构金属通常是压铸, 他们提供了出色的体力与权重比, 良好的阻尼能力, 和固有的EMI屏蔽.

诸如AZ91D之类的合金越来越多地在旨在减轻体重的汽车零件中发现 (像方向盘框架) 在便携式电子设备套管中, 尽管由于反应性更高而需要仔细处理.

铜合金

铜合金, 主要是黄铜和青铜器, 由于其高熔点，在HPDC中使用的频率较低, 这大大降低了寿命并增加过程成本.

然而, 他们被选择用于要求高强度的特定应用, 出色的耐磨性, 良好的耐腐蚀性, 或优质电导率.

示例包括某些管道组件, 电气硬件, 和耐磨损的部件，例如衬套, 通常使用冷室机处理.

钢和铁等亚铁金属通常与HPDC工艺不相容，因为它们的温度极高.

5. 高压死亡铸造的优点和缺点

高压铸造的优势

• 生产效率高: 高度自动化, 循环时间很短, 适合批量生产.
• 高维精度, 严格的公差: 能够产生近网状零件, 减少或消除随后加工的需求.
• 良好的表面饰面: 铸件具有光滑的表面, 适用于直接绘画或镀镀.
• 薄壁和复杂形状的能力: 高压, 高速填充允许用薄薄的墙壁制造零件，高达0.5mm和复杂的结构.
• 良好的机械性能: 快速冷却导致细粒度的微观结构, 赋予铸造相对较高的力量和硬度 (尽管必须考虑内部孔隙率).
• 高卷成本效益: 虽然初始模具和设备投资很高, 大量摊销时，每零件的成本变得很低.

高压死亡铸造的缺点

• 高初始投资: 铸造机和精确模具的成本很高.
• 容易内部孔隙率: 高速填充很容易捕获空气, 熔融金属中溶解的气体在快速凝固过程中会沉淀, 形成毛孔. 这会影响铸件的压力紧密和机械性能, 通常使其不适合随后的热处理 (会引起起泡) 和焊接.
• 材料选择有限: 主要适用于熔点相对较低的非有产金属. 铸造亚铁金属很难 (像钢) 由于它们的高熔点, 对模具和注射系统构成极大的挑战.
• 零件尺寸限制: 零件的大小受夹具的夹紧力和注射能力的限制.
• 复杂的设计和制造: 需要仔细考虑草稿角度, 分开线, 门控系统, 通风系统, 冷却系统, ETC. 模具制造业时间时间很长，成本很高.
• 不适合低容量生产: 高工具成本使小批量生产在经济上不可行.

6. 高压模具铸造的选择标准

在了解利弊之后, 使用HPDC的决定需要考虑以下关键条件:

产量:

健康）状况:

需要 群众生产 (通常成千上万, 成千上万, 甚至数百万个零件).

原因:

HPDC模具和设备的成本很高.

只有通过大规模生产才能在每个部分上摊销这些高固定成本, 实现低单位成本和整体经济生存能力.

对于小批量或原型生产来说，这通常太贵了.

产量

零件复杂性 & 几何学:

健康）状况:

该零件的设计包括 薄壁 (例如, 小于3mm), 深层口袋, 复杂的形状, 或者 精细的细节.

原因:

HPDC的高压, 高速填充能力可以有效地填充复杂的腔, 通过其他铸造方法难以实现薄壁且复杂的结构.

尺寸精度 & 宽容:

健康）状况:

该部分需要 高维精度 和 严格的公差, 瞄准近网状组件.

原因:

HPDC可产生尺寸稳定的零件，可重复性良好, 大大减少或消除了随后加工的需求, 因此降低了总成本和生产时间.

高压铸造零件的耐受性

表面处理:

健康）状况:

该部分需要一个 高质量的表面饰面 出于美学原因或随后的涂层, 电镀, 或其他表面处理.

原因:

金属模具的光滑内部表面直接复制到铸造表面.

HPDC通常提供的表面表面比砂铸造更好.

材质选择:

健康）状况:

该零件所需的材料是 非有产性合金适合 压铸, 主要是 铝, 锌, 或镁合金.

原因:

HPDC过程本身对材料的熔点提出了特定要求, 流动性, 与死亡的反应性, ETC.

虽然铜合金可以是铸件, 这更具挑战性和昂贵. 亚铁金属 (钢, 铁) 通常不使用HPDC处理.

机械性能 & 应用环境:

健康）状况:

主要绩效要求 (像力量一样, 硬度) 可以通过 “ as-cast”属性 铸造合金.

应用程序 不涉及临界压力紧迫 (除非使用了诸如真空铸造之类的特殊技术), 不需要极高的延展性或韧性, 并且不需要随后的结构焊接或热处理以显着提高强度/韧性 (喜欢解决方案 + 老化).

原因:

HPDC零件可能包含微观孔隙度, 影响压力紧绷, 延展性, 和疲劳生活.

在高温热处理期间，这种毛孔会引起起泡或失真.

快速冷却的细粒结构可提供良好的表面硬度和中等强度, 但是总体韧性可能低于其他一些铸造/加工方法制作的疑问或零件.

成本效益分析:

健康）状况:

经过全面的评估, 考虑高生产量, HPDC的总成本 (工装 + 单位生产成本 + 后处理费用) 低于其他可行的制造替代方案 (像加工, 低压铸件, 重力铸造, 金属注入造型MIM, ETC。).

原因:

过程选择通常是由经济学驱动的. 必须在大量的初始投资和特定的绩效限制下，称重HPDC的低单位成本优势.

零件大小 & 重量:

健康）状况:

该零件的尺寸和重量落在铸造机的固定力的允许范围内, 射击容量, 和尺寸功能.

原因:

非常大或非常重的零件可能会超过标准HPDC设备的功能, 可能需要考虑其他铸造方法或制造.

高压铸造的零件大小

总之, 当项目需要大量生产铝时, 锌, 或具有复杂形状的镁合金零件, 薄壁, 高精度, 和良好的表面饰面, 前提是对内部健全性的极端要求 (像压力紧密) 随后不存在热处理/焊接.

7. 高压铸造的比较 (高压DC) 与其他铸造类型

更好地了解HPDC的特征和合适的应用程序, 将其与其他常见的铸造过程进行比较是有帮助的.

关键比较包括低压模具铸造 (LPDC), 重力铸造 (包括沙子铸造和永久性霉菌重力铸造), 和投资铸造 (精密铸造).

比较摘要表

结论比较:

铸造过程的选择取决于平衡特定的应用程序要求.

• 高压DC 最适合 铝的高体积生产, 锌, 或需要高精度的镁合金零件, 良好的表面饰面, 和复杂的形状 (特别是薄壁), 如果内部孔隙率不是过于关键，并且通常不应用热处理. 它的核心力量在于 高效率和低数量的单位成本低.
• 什么时候 更好的内部质量, 热处理性, 或压力完整性 需要, LPDC 是铝制零件的强大竞争者, 特别是对于中等到大型组件.
• 重力铸造 (永久模具) 提供优势 中型体积, 中等精度和表面要求, 和热处理性, 通常在HPDC和沙子铸造之间成本.
• 砂型铸造 是首选 低体积, 大零件, 低精度/表面要求, 或铸造亚铁金属, 是最低成本的入口点.
• 熔模铸造 目标 低至中等体积的高度复杂, 非常精确的零件, 或使用特殊合金的人, 代表高端解决方案.

8. 未来发展趋势

高压模具铸造技术继续发展, 以关键趋势在内:

• 自动化 & 智力: 机器人零件提取, 自动拔出掉, 智能监控系统 (实时跟踪压力, 速度, 温度, ETC。), 基于AI的过程优化.
• 新材料 & 合金开发: 以更高的强度创建新的铸造合金, 更好的韧性, 提高了高温电阻, 或特殊功能 (例如, 高导热率, 高阻尼).
• 先进的模具技术: 利用先进的材料和涂料来延长工具寿命, 采用模拟技术 (像霉菌) 优化模具设计, 减少试验和缺陷.
• 衍生物 & 混合过程: 真空铸造等技术的应用 (减少孔隙率), 半固体铸件 (改善微观结构和特性), 并挤压铸造 (增强密度).
• 绿色的 & 环境保护: 开发更节能的设备, 改善材料利用率, 减少废物排放, 使用环保释放代理.
• 较大的尺寸 & 更高的精度: 制造更大，更复杂的铸件 (例如, 集成的汽车底盘组件) 同时提高小复杂部分的精度和一致性.

9. 结论

高压压铸 (高压DC), 高效, 精确的制造技术，能够批量生产复杂的金属零件, 在现代行业中拥有不可替代的地位.

尽管有限制，例如高初始投资和对孔隙率的敏感性, 它在生产效率方面的重要优势, 尺寸精度, 大量的成本效益导致汽车的广泛应用, 电子产品, 消费品, 还有许多其他部门.

随着材料的持续技术进步和创新, 流程, 自动化, 和智力, HPDC有望进一步发展, 为制造业提供更优质和竞争的解决方案.