铸造与重力铸造: 铝制铸件

铝制铸造技术提供多个制造路线, 用死亡铸造与重力铸造代表了两种最广泛采用的方法.

这两个过程将熔融铝变成精确的, 功能形状, 但是它们在压力施加方面有很大差异, 模具设计, 冶金结果, 生产速度, 和经济适合性.
铸造通常在产生薄壁的情况下表现出色, 高量, 以及精美的详细组件，具有出色的表面饰面和尺寸一致性.

重力铸造（无论是永久性模具还是沙子铸件）总体产生的孔隙率较低, 更好的热处理微观结构, 并改善了结构性或压力性应用的机械性能.

1. 什么是铝制组件的铸造

铸造 是一个高压制造过程，其中熔融铝（通常加热到） 650–700°C - 注入可重复使用的钢模具 (死) 在巨大的压力下, 一般来说 10–175 MPA (1,500–25,000 psi).
施加的压力迫使熔融金属进入复杂的霉菌腔, 确保 快速填充 之内 0.01–0.5秒 并高度准确地复制细节.

一旦金属固化 - 5–60秒, 取决于墙壁的厚度 - 模具打开, 零件被弹出.
快速填充和控制冷却的这种组合使得耐受性的组件产生, 薄壁, 和出色的表面饰面.

过程变体:

• 热室死亡铸造 - 使用浸没喷嘴注入低熔合合金 (例如锌或镁). 由于铝的高熔点会损坏注射系统，因此很少应用于铝.
• 冷室死亡铸造 - 铝的标准. 熔融金属被划入一个单独的, 在高压下被迫进入死亡之前，未加热的注射缸.
  这可以保护机器组件免受热降解，同时允许对射击体积和压力进行精确控制.

常见合金:

铸造通常使用用于高流动性配制的铝合金, 最小收缩, 和良好的机械性能. 流行选择包括:

• A380 - 使用最广泛的铝制模金合金, 提供出色的力量组合, 耐腐蚀性, 和维稳定性.
• A383 - 类似于A380，但具有改善的耐腐蚀性和更高的复杂形状流量.
• ADC12 - 日本相当于A383, 具有良好的机械性能和出色的可加工性.
• alsi9cu3 - 在欧洲应用中常见; 良好的耐磨性和高热电导率.

2. 什么是铝制组件的重力铸造

重力铸造 是将熔融铝倒入永久模具或沙子模具中的金属铸造过程 仅在重力下, 没有外部压力.

模具通常会预热至 150–250°C 确保适当的金属流并减少热冲击.

填充时间比铸造慢得多 2–20秒 - 允许熔融金属自然进食腔体并在大气压下凝固.

冷却速度较慢, 与高压方法相比, 通常产生a 密集的晶粒结构 被困的气孔较少, 改善机械性能和热处理性.

过程变体:

• 永久霉菌重力铸造 - 使用可重复使用的钢或铁模具; 适用于具有一致尺寸和表面饰面的中等至高产量量.
• 沙重铸造 - 使用可消耗性的沙模较大, 复杂的, 或小批量的零件; 提供设计灵活性，但需要辅助加工才能准确.
• 倾斜重力铸造 - 在倒入过程中倾斜模具以控制金属流并降低湍流, 最小化氧化和气体包裹.

常见合金:

重力铸造通常采用优化的铝合金 力量, 延性, 和耐腐蚀性, 其中许多是热处理的:

• Alsi7mg (A356) - 极好的耐腐蚀性, 高延展性, 非常适合T6热处理; 广泛用于航空航天和汽车组件.
• Alsi9mg - 良好的流动性和机械性能; 适用于中等强度的结构应用.
• ALSI12 - 高硅含量，具有出色的耐磨性和流动性; 通常用于复杂几何形状.
• alcu4timg (206) - 高强度, 可热处理的合金，要求航空航天和军事部位.

3. 冶金特性: 铸造与. 重力铸造

孔隙度和密度

• 压铸 - 高注射压力会捕获气体 (空气, 氢), 通常创建分散的孔隙率水平 3–8％按数量, 通常集中在厚的部分或表面层.
  虽然可以接受许多结构用途, 这种孔隙率会损害液压或气动系统中的泄漏电线.
• 重力铸造 - 慢的, 无压力填充可显着减少气体陷入, 达到孔隙率 <2% 按音量.
  控制的固化促进方向晶粒的生长和更高的总密度, 使这些零件非常适合 压力施加应用 例如气缸盖, 发动机块, 和燃料外壳.

机械强度

• 压铸 - 快速冷却会产生细粒度的微观结构, 提供高施加的拉伸强度 200–300 MPA.
  然而, 固有的孔隙率限制延展性 (延伸2-8％) 和冲击阻力, 使零件更容易在动态载荷中疲劳开裂.
• 重力铸造 - 施加拉伸强度通常较低 (180–250 MPA), 但是热处理，例如 T6 可以提高拉伸强度 〜240 MPA 和延伸到 10–12％, 整体上超过了铸造合金 韧性和抗疲劳性.

可焊性和可加工性

• 压铸 - 像A380这样的常见合金具有较高的硅含量, 哪个, 结合孔隙率, 降低加热过程中气体膨胀引起的焊缝可靠性.
  可加工性非常好, 使用工具磨损率 10降低–15％ 而不是由于重力铸造组件, 均匀的微观结构.
• 重力铸造 - 低孔隙率和合适的合金选择使强大, 可靠的焊缝 - 通常保留 80–90％ base.
  可加工性很好，但需要更清晰的切割工具和优化的提要来管理更粗的谷物结构.

4. 几何能力 & 设计规则

零件复杂性

• 压铸 - 能够生产 高度复杂的几何形状 墙壁厚度低至 0.5–6毫米, 结合精美的功能，例如 0.5 毫米肋骨 或者 1 MM孔, 以及复杂的底切.
  高注入压力确保完全填充薄和详细的部分, 使其成为首选的选择 精度组件 例如内部通道的阀体, 电子外壳, 和复杂的括号.
• 重力铸造 - 受较慢的约束, 无压力金属流, 使填充稀释剂具有挑战性 (<3 毫米) 或高度复杂的部分.
  最适合 中等复杂性 和 厚壁 部分 (3–50毫米), 例如泵外壳, 变速箱外壳, 或发动机支架.

尺寸功能

• 压铸 - 受新闻能力限制; 最佳称量组件 5 G – 10公斤.
  产生非常大的零件 (例如。, 50 KG汽车子框架) 由于工具质量和注射力要求，经济和技术上都具有挑战性.
• 重力铸造 - 非常适合 大的, 重组件 到 100 公斤或更多.
  通常用于工业机械外壳, 海洋螺旋桨枢纽, 和大型铸件，大小超过细节要求.

5. 维度的准确性 & 表面处理

尺寸公差

• 压铸 - 成就 较高的尺寸精度 多亏了僵硬的钢模具, 稳定的热条件, 并控制固化.
  典型的公差是 ±0.02–0.1毫米 / 100 毫米, 即使对于复杂的几何形状.
  这种准确性允许许多功能 (线程, 密封凹槽, 定位老板) 要产生净形, 减少或消除手术后.
• 重力铸造 - 展览 宽松的公差 的 ±0.1-0.5毫米 / 100 毫米, 主要是由于加热和冷却过程中的沙子或永久性霉菌膨胀/收缩.
  尺寸变化随着较大而增加, 较厚的部分. 功能表面通常需要加工才能满足组装和密封要求.

表面处理

• 压铸 - 生产 光滑的, 高质量的表面 具有典型的粗糙度值 RA1.6-3.2μm 直接从模具.
  细纹, 徽标, 装饰细节可以集成到模具中, 使其非常适合可见或化妆品零件，而无需额外完成.
• 重力铸造 - 表面饰面在很大程度上取决于霉菌类型:

• • 砂型: RA6.3-12.5μm (需要加工或射击化妆品表面).
  • 永久模具: RA3.2-6.3μm (更好的, 但仍然不如铸造).
    表面孔隙率通常低于铸造, 可以改善油漆和阳极氧化的涂层粘附.

6. 压力紧张 & 热处理

压力紧张

• 压铸 - 由于高速注射期间的气体夹带, 铸造铝制零件通常包含 微孔隙度 (3–8％按数量), 这会损害压力完整性.
  标准的压铸零件可以承受 最多20–35 bar 没有泄漏, 但是要面对更高的压力 (例如。, 液压歧管 >100 酒吧), 浸渍 用树脂通常需要.
  完全消除孔隙率在不牺牲周期时间或增加废料率的情况下具有挑战性.
• 重力铸造 - 慢, 层流填充过程大大减少了气体夹带, 导致 孔隙率下面 2%.
  这使得重力铸造成分固有的压力更高, 许多设计能够 尽管如此 >150 酒吧 在铸造条件下.
  该特征对于发动机块至关重要, 气缸盖, 和燃油系统组件.

热处理能力

• 压铸 - 高硅死亡合金 (例如。, A380, ADC12) 一般来说 不能完全热处理T6 由于有被困气的风险.
  一些低孔隙式铸件 (使用真空辅助模具或挤压铸造) 可以治疗 T5 用于适度的财产改进, 但是力量的增长有限 (〜增加10–15％).
• 重力铸造 - 兼容 T6热处理, 涉及溶液处理, 淬火, 和人工衰老.
  例如, A356-T6 重力铸件可以实现 240–280 MPa拉伸强度 和 10–12％的伸长率, 使它们适合高应力结构应用.

7. 工具: 成本, 寿命, 和灵活性

工具成本和复杂性

• 铸造死亡: 需要高初始投资, 通常 $50,000 - $ 500,000+ 由, 取决于大小和复杂性.
  模具是精确生产的 硬化工具钢 (例如。, H13) 并合并 冷却通道, 喷出销, 和复杂的空腔特征.
  高成本主要是合理的 高体积生产 由于周期的快速时间和结算后的要求.
• 重力铸造模具: 明显便宜得多, 一般来说 $10,000 - 100,000美元, 因为它们不需要高压阻力或集成冷却系统.
  模具通常是由 铸铁或碳钢, 更容易机加工和修改. 这使得重力铸造在经济上可行 低的- 进行中体积生产.

寿命和维护

• 铸造死亡: 极其耐用, 和 100,000–1,000,000个周期 铝零件可实现.
  然而, 保持维度精度需要 定期抛光, 替换弹出销, 并修复冷却通道. 薄或复杂的部分高磨损可以增加维护频率.
• 重力铸造模具: 寿命较短, 通常 50,000–300,000个周期, 由于 热疲劳 从重复的加热和冷却.
  他们是, 然而, 更容易修复 - 损坏的区域通常可能是 焊接或重新加工 - 为设计更改或迭代提供更大的灵活性.

工具的交货时间

• 铸造死亡: 漫长的交货时间 8–16周 due to the precision machining and complex design requirements, making die casting less suitable for rapid prototyping or small production runs.
• 重力铸造模具: Faster to produce, 通常 4–8周, which allows quicker time-to-market for low- to medium-volume components and facilitates design adjustments before full-scale production.

8. 质量风险 & 控件

孔隙和收缩缺陷

• 压铸: High injection pressure can trap gases and create 孔隙率, particularly near thin walls or corners.
  Porosity levels typically range from 3–8％按数量, affecting 压力紧张 和抗疲劳性. Shrinkage cavities can also occur in thick sections if cooling is uneven.
• 重力铸造: 慢的, pressure-free filling reduces gas entrapment, 导致 较低的孔隙度 (<2%).
  然而, 收缩缺陷 may appear in thick sections due to natural solidification, requiring risers and feeders for compensation.

表面缺陷

• 压铸: Common issues include 冷关, 流线, and die soldering, usually caused by improper die temperature, injection speed, or metal temperature.
  These defects affect surface finish and dimensional precision.
• 重力铸造: 典型的缺陷是 错误, 包含, 和表面粗糙度 由于霉菌填充不完全或金属清洁度不足.
  这些通常可以通过 加工或抛光, 但是关键的表面可能需要次要完成.

非破坏性测试 (NDT) 和控件

• 压铸: 高级NDT方法, 例如 X射线检查, 超声测试, 和染料渗透测试, 用于检测内部孔隙和表面裂纹.
  过程控件包括 死温度监测, 金属脱气, 和射击压力优化.
• 重力铸造: NDT方法喜欢 射线照相, 超声测试, 和压力测试 确保结构完整性.
  使用 发冷, 立管, 并控制固化 有助于最大程度地减少收缩和内部缺陷.

过程控件

• 压铸: 关键参数包括 金属温度 (650–700°C), injection speed, 保持压力, 并死于预热.
  自动传感器和反馈系统有助于保持大型生产的一致性.
• 重力铸造: 控制重点是 浇注温度, 霉菌预热, 和门控设计 确保完整填充和均匀的固化.
  较慢的冷却率允许 定向晶粒的生长, 提高机械完整性.

9. 铝制组件的应用: 铸造与. 重力铸造

铸造申请

铸造是需要组件的理想选择 高精度, 复杂的几何形状, 和光滑的表面饰面.

它的高压注入允许 薄壁, 严格的公差, 和复杂的功能, 使其适合:

汽车行业

• 发动机组件: 阀盖, 进气歧管, 括号
• 传输外壳: 轻的, 高强度, 和尺寸精确
• 电动汽车零件: 电池外壳和电机外壳

电子产品和消费品

• 智能手机和笔记本电脑外壳
• 相机的身体
• 电子设备的散热器

工业和液压组件

• 阀体, 泵外壳, 液压歧管
• 气动和流体控制系统

重力铸造应用

重力铸造更适合 大的, 厚壁, 和结构要求的组件.

很慢, 无压力填充会产生 低孔隙度, 密集的微观结构, 和可靠的机械性能, 理想的:

汽车和重型机械

• 发动机块和气缸盖
• 卡车和施工车辆的传输外壳
• 泵外壳和变速箱盒

航空航天和海洋应用

• 飞机结构组件
• 海洋螺旋桨枢纽和套管

能源和工业设备

• 液压和气缸壳
• 工业机械框架和结构支撑

10. 选择矩阵: 铸造与. 重力铸造

11. 结论

铸造与重力铸造是互补过程, 每个在特定方案中都表现出色.

铸造占主导地位的大量, 复杂的应用程序，严格的公差和低分成本至关重要, 尽管孔隙率更高.

重力铸件对于低到中等体积优越, 厚壁的组件, 以及要求压力紧张的应用, 可焊性, 或热处理性.

通过使过程功能与部分要求保持一致 - 数量, 复杂, 机械需求, 和预算 - 制造商可以优化性能和成本.

常见问题解答

铸造与重力铸造之间的主要区别是什么?

模具铸造使用高压注入来填充钢模具, 生产精确, 薄壁, 复杂零件.

重力铸造依赖于熔融铝的自然流入模具, 产生更厚的, 更大, 和结构可靠的组件，工具成本较低.

可以热处理压铸铝成分?

是的, 压铸铝可以接受T5或T6热处理以提高强度.

由于孔隙率较低和微观结构，重力铸造成分通常对热处理的反应更好.

哪个过程允许更复杂的几何形状?

在复杂的几何形状上脱颖而出, 包括薄壁, 细肋骨, 和复杂的底切. 重力铸件更适合适度复杂, 厚壁结构部件.

哪个过程更适合焊接?

重力铸铝由于其较低的孔隙率和较高的延展性而更适合焊接.

压铸零件, 特别是硅含量高的人, 更容易开裂，需要仔细的焊接程序.

可以将两个过程用于大铝组件?

重力铸件处理大型组件 (到 100 公斤或更多) 有效地.

铸造通常仅限于较小的组件 (通常在下面 10 公斤) 由于机器和死亡的约束.