1. 介绍
高压铸造 (HPDC) 站在精密金属制造的最前沿.
在HPDC中, 铸造厂强迫熔融金属处于压力至 200 MPA 进入可重复使用的钢模具 (死), 产生复合物, 几秒钟内接近网状的零件.
自20世纪初期的商业化以来（由Alcoa在1930年代的第一个铝制模具零件标记）以及Cold的出现- 和1950年代的热室机器,
HPDC从汽车到消费电子公司彻底改变了行业.
今天, 全球铸造市场顶部 美元 60 十亿 每年, 随着HPDC的核算 70 % 非有产铸件.
本文探讨了HPDC的原则, 工作流程, 材料, 申请, 和未来趋势, 为工程师和决策者提供对过程的深入了解.
2. 什么是高压铸造?
高压模具铸造将熔融合金注入高速和压力.
压力室中的射击活塞迫使金属通过门控系统进入封闭的模具. 液压或机械切换，然后将两半夹一起夹在一起，以防止注射力.
经过短暂的固化期之后 - 通常只是 2–10秒 - 机器打开, 弹出铸件, 修剪多余的金属, 并重复周期 20–60秒.
HPDC实现了紧张的公差 (± 0.05 毫米) 和精细的表面饰面 (RA 0.8-1.6 µm), 使其非常适合大量生产轻量级, 复杂的组件.
3. 高压铸造的基本原理
热力学 & 流体动力学
HPDC结合了高温 (例如。, 700–780°C 用于铝合金) 高注射压力.
产生的金属速度 (到 30 多发性硬化症) 确保在内部快速霉菌填充 20–50毫秒, 减少冷关.
设计师平衡热梯度 - 热金属与冷却器模具之间 (200–350°C) - 控制固化方面并避免缺陷.
模具设计: 门控, 通风口, & 跑步者
工程师优化门控系统, 跑步者, 大门 - 用于层流. 他们将通风口放在战略性的高点上，以排气被困的空气和气体.
适当的跑步者横截面 (例如。, 10–50mm² 用于铝) 确保均匀填充时间并最大程度地减少湍流.
热管理: 加热 & 冷却
有效的热控制使用共形冷却通道或嵌入式挡板来提取热量 5-15 kW / o 霉菌表面.
死温稳定 200–250°C 在稳态操作中, 保持尺寸准确性和塑造寿命 (50,000–200,000个周期).
4. 高压铸造 (HPDC) 过程工作流程
合金熔化和金属处理
第一的, 铸造厂为带有干净的铸铁或再生废料收取感应或燃气炉.
它们升至合金特异性设定点的温度 - 700 °C 对于A380铝, 450 °C 对于福纳 3 锌, 或者 650 °C 对于AZ91D镁 - 持有± 5 °C以确保一致的流动性.
在融化期间, 技术人员介绍脱气片或使用旋转式脱水剂剥离氢, 切割孔隙率 30 %.
他们还添加通量或师父合金来调整构图 (例如。, 在铝中精炼硅 7 % 为了更好地填充) 从炉子上浏览滴头之前.
射击活塞机制: 寒冷的- vs. 热室机
下一个, 该过程基于合金分歧:
- 冷室HPDC
-
- 铸造厂钢金属熔融金属进入水冷式袖子.
- 然后，由液压驱动的活塞通过鹅颈加速金属并进入模具.
- 此设置处理高温合金 (铝, 铜) 并从 50 到 2,000 cm³.
- 热室HPDC
-
- 注射缸直接浸入熔体中.
- 柱柱将金属吸入室内，然后将其迫使它进入模具.
- 锌和镁合金 - 在下面熔化 450 °C - 填充量 200 cm³ 随着周期时间 20 s.
两种系统都会产生注入速度 10–30 m/s 和强化压力 10–100 MPA 收拾精美的功能并补偿收缩.
模具填充动力学: 转移, 集约化, 和固化
一旦射击活塞开始中风, 金属通过门控系统流入模具腔.
工程师设计跑步者和大门 - 通常 10–50mm² 横截面 - 促进 层流, 最小化湍流和氧化.
填充后立即, 该机器对 2–5秒.
此步骤迫使其他金属进入承包区域，并在铸造巩固时阻止空隙.
死亡提取物中的共形冷却通道最多 15 kW / o, 将凝固从薄肋骨向内到较厚的老板，并最终转化为立管.
弹射, 修剪, 和铸造后的操作
后 凝固-通常 2–10秒 对于大多数铝墙 - 柏拉图分开. 弹出销，然后将零件推开, 机器将关闭下一个周期.
在此刻, 原始铸造保留了大门, 跑步者, 和闪光灯. 自动装饰压机或CNC锯在 5–15秒, 回收 90 % 多余的金属的雷神.
最后, 零件可能会发生射击, 关键表面的CNC加工 (到± 0.02 毫米), 和可选的热处理 - 例如T6老化 155 °C - 发货前优化机械性能.
5. 常见的高压铸造合金
高压铸造 (HPDC) 擅长于混合流动性的非有产合金, 力量, 和耐腐蚀性.
工程师通常指定铝, 锌, 和HPDC的镁合金 - 每个家庭提供不同的财产概况和应用优势.
铝合金
铝 主导HPDC的 轻的, 良好的机械强度, 和 耐腐蚀性. 三个小学等级包括:
A380
- 作品: 9–12 % 和, 3–4 % 铜, 0.5 % 毫克, 余额
- 融化范围: 580–640°C
- 密度: 2.65 g/cm³
- 抗拉强度: 260–300 MPA
- 伸长: 2–5 %
- 应用领域: 汽车发动机支架, 传输外壳, 泵主体
A356
- 作品: 6–7 % 和, 0.3 % 毫克, 跟踪fe/cu, 余额
- 融化范围: 600–650°C
- 密度: 2.68 g/cm³
- 抗拉强度 (T6): 300–350 MPA
- 伸长 (T6): 7–10 %
- 应用领域: 散热壳, 结构航空航天组件, LED散热器
ADC12 (他的标准)
- 作品: 10–13 % 和, 2–3 % 铜, 0.5 % 毫克, 余额
- 融化范围: 575–635°C
- 密度: 2.68 g/cm³
- 抗拉强度: 230–270 MPA
- 伸长: 2–4 %
- 应用领域: 电子外壳, 设备零件, 压铸轮
锌合金
锌合金提供 流动性极高 和 细节繁殖 在低熔体温度下. 流行成绩包括:
负载 3
- 作品: 4 % al, 0.04 % 毫克, 0.03 % 铜, 余额Zn
- 熔点: 〜 385 °C
- 密度: 6.6 g/cm³
- 抗拉强度: 280 MPA
- 伸长: 2 %
- 应用领域: 精密齿轮, 小型装饰硬件, 连接器外壳
负载 5
- 作品: 1 % al, 0.1 % 毫克, 0.7 % 铜, 余额Zn
- 熔点: 〜 390 °C
- 密度: 6.7 g/cm³
- 抗拉强度: 310 MPA
- 伸长: 1.5 %
- 应用领域: 耐磨组件, 安全硬件, 锁
镁合金
镁合金提供 最轻的结构密度 和良好的阻尼特性. 关键等级包括:
AZ91D
- 作品: 9 % al, 1 % Zn, 0.2 % Mn, 平衡毫克
- 融化范围: 630–650°C
- 密度: 1.81 g/cm³
- 抗拉强度: 200 MPA
- 伸长: 2 %
- 应用领域: 电子外壳, 相机的身体, 汽车转向轮
AM60B
- 作品: 6 % al, 0.13 % Mn, 平衡毫克
- 融化范围: 615–635°C
- 密度: 1.78 g/cm³
- 抗拉强度: 240 MPA
- 伸长: 7 %
- 应用领域: 航空托架, 运动器材, 轻巧的结构部分
新兴 & 专业合金
最近的进步将HPDC推向了更高的性能领域:
富含硅的铝 (例如。, Silafont-36)
- 如果内容: 〜 36 % 对于低热膨胀
- 应用: 发动机块, 圆柱体的热失真最小
半固体金属合金
- 在液态和固态之间导航以降低孔隙率并改善机械性能, 特别是在复杂的薄壁设计中.
6. 优点 & 高压铸造的局限性
优点
无与伦比的周期速度
通过在压力下注入熔融金属 200 MPA, HPDC填充并固定零件 20–60秒 每个周期.
最后, 一台机器可以生产 1,000+ 每班小铝制支架, 与沙子或投资铸造相比，大大减少了交货时间.
特殊的尺寸精度
精确生产的钢模具和高速填充的结合，公差与 ±0.02–0.05毫米.
因此, 零件通常只需要 0.2–0.5毫米 加工库存 - 40 % 小于重力粉的组件 - 最小化材料废物和后制处人工.
超薄的壁截面
HPDC的高注射压力使壁厚可下降到 0.5 毫米 在锌合金和 1 毫米 在铝合金中.
此功能支持轻巧的设计 - 通常会减少零件的重量 10–20 % - 并促进联合插入物的整合 (例如。, 螺纹紧固件) 在一个手术中.
上表面饰面
抛光的表面 RA 0.8-1.6 µm 将该质量直接转移到铸件, 经常消除次要毛刺或抛光.
这种平滑的饰面还可以改善镀层粘附并降低腐蚀风险.
高机械完整性
迅速的, 加压填充和控制固化产生的细粒微观结构具有最小的孔隙度.
例如, A380铝铸件可以达到拉伸强度 260–300 MPA 和伸长 3–5 %, 与许多锻造零件竞争.
泄漏紧密的性能
因为HPDC在高压下将金属迫使金属进入每个腔, 铸件表现出接近零的渗透性.
该属性使该过程非常适合液压外壳, 阀体, 和其他流体处理组件.
自动化 & 劳动效率
现代HPDC线集成了机器人部件的拆卸, 修剪压机, 和在线检查, 实现 80 % 减少体力劳动.
自动化可确保一致的周期时间和可重复的质量, 降低人工成本.
限制
高工具投资
HPDC的精确度通常是费用 20,000–150,000美元, 交货时间 6–12周.
生产运行 5,000 部分, 这些前期费用可能超过该过程的每个单元效率.
合金和几何约束
HPDC擅长铝, 锌, 和镁合金，但通过高熔点金属证明了具有挑战性的挑战 (钢, 铜) 由于霉菌侵蚀和热疲劳.
而且, 复杂的底切, 深度内部空腔, 并且可变的壁厚通常需要可折叠的核心或多部分组件, 增加设计复杂性和成本.
孔隙率和夹住气体
尽管HPDC与重力方法相比最小, 如果没有优化，高速填充会捕获空气和氧化物.
密集的过程监控 (例如。, 热电偶, 压力传感器) 检测和纠正孔隙率问题仍然至关重要.
机器的复杂性 & 维护
HPDC机器结合了液压, 气动, 和高精度机械系统.
因此, 他们要求严格的预防性维护 - 10,000–20,000 循环 - 重新校准注射曲线, 更换密封, 和翻新死亡, 增加运营开销.
有限的零件尺寸
虽然是中小型零件的理想选择 (几克至〜10公斤), HPDC对于非常大的铸件的经济性较低 (> 20 公斤) 由于凝固时间较长和金属注入量较高,
砂铸或低压方法可能会更有效的地方.
7. 高压铸造的应用
汽车行业
- 传输外壳
- 发动机支架 & 泵外壳
- 结构转向 & 悬架零件
消费电子产品 & 电器
- 笔记本电脑底盘 & 智能手机框架
- LED散热器 & 电源外壳
- 家用电器控件
航天
- 结构支架 & 安装块
- 执行器外壳 & 空气阀
- 无人机 (无人机) 帧
医疗设备 & 高精度仪器
- 手术仪器手柄
- 诊断设备外壳
- 流体输送歧管
8. 设备和高压模具铸造的工具
高压铸造 (HPDC) 需要强大的机械和精确工具来利用其速度和准确性.
从机器平台的选择到钢制模具的设计和维护, 每个元素在零件质量中起关键作用, 周期, 和总拥有成本.
以下, 我们详细介绍了HPDC操作的关键设备和工具注意事项.
铸造机类型
HPDC机器分为两个主要类别, 以其注射机制和射击能力为特色:
| 机器类型 | 射击音量 (cm³) | 夹紧力 (kn) | 最好的 |
|---|---|---|---|
| 冷室 | 100 - 2,000 | 500 - 5,000 | 铝, 铜合金 |
| 热室 | 20 - 200 | 200 - 1,000 | 锌, 镁合金 |
- 冷室机器 需要将熔融金属的外部固定成弹丸.
他们的高温公差 (到 800 °C) 使它们非常适合铝和铜合金. - 热室机 将注射机构直接浸入熔体中, 使周期时间很短 15–30秒 对于锌零件，但限制用于低熔合合金 (< 450 °C).
设计模具
成功的模具设计平衡了强大的结构，并进行热控制和精确的几何形状:
- 材料选择: 工程师指定钢（例如 H13 或者 2344 因为它们的硬度结合 (48–52 HRC) 和对热疲劳的抵抗力.
- 冷却电路: 共形冷却 - 通常通过 增材制造 - 提取 10-20 kW / o 热量, 最多减少周期时间 20 % 并最小化热点.
- 门控 & 排气: 正确的门横截面 (10–50mm²用于铝) 和微孔 (0.2–0.5毫米) 确保层流填充和快速气体逃生, 缓解孔隙率.
- 草稿 & 分开线: 设计师合并 1–3° 草稿角和战略性地放置分开线以减轻弹射并防止闪光灯.
通过迭代模拟和热分析, 团队可以优化填充动力和固化, 驾驶首次成功率上面的成功率 90 %.
模制造, 涂料, 和维护
精确的死本费用 20,000–150,000美元 但可以产生 50,000–200,000 适当护理的铸件. 关键实践包括:
- 表面涂料: 难治涂料 (石墨或基于锆石) 通过减少磨损和热冲击来延长寿命.
申请率 10–30 µm 在释放性能与维度忠诚之间取得平衡. - 抛光 & 翻新: 预定的抛光 - 每个 10,000–20,000 镜头 - 固定钢制硬度和光滑度 (RA < 0.8 µm), 维持一致的零件外观.
- 热循环管理: 自动温度监测 (插入式插件中的热电偶) 和控制的预热周期 (200–350°C) 防止工具钢的破裂和未对准.
遵守严格的预防性维护计划可将计划外的停机时间切割 30–50 % 并保留长期生产的公差.
自动化和机器人集成
现代HPDC线利用自动化来提高生产率和一致性:
- 机器人倾倒 & 镜头处理: 自动化的载体或脱色同步倾盆温度和计时, 减少熔体输送中的人为错误.
- 零件提取 & 转移: 铰接式机器人删除热铸件, 将它们转移到修剪压机, 并将它们加载到检查站中 - 将周期时间在 30 秒.
- 在线质量检查: 综合视觉系统和X射线单元实时检测表面瑕疵或内部孔隙率, 立即采取纠正措施.
通过关闭机器传感器之间的反馈回路, 死亡状况数据, 和生产分析,
制造商实现了 整体设备有效性 (哦) 多于 85 % - 行业中的关键指标 4.0 环境.
9. 质量 & 缺陷控制
在严格的缺陷预防方面保持高压模具铸造的卓越质量, 实时过程监视, 和彻底的检查协议.
典型的缺陷及其缓解措施
| 缺点 | 原因 | 控制策略 |
|---|---|---|
| 气孔隙度 | 填充期间溶解氢或空气夹带 | 使用旋转脱气; 优化层流的门设计 |
| 收缩空隙 | 收缩金属的喂养不足 | 添加局部强化; 位于厚部分的位置 |
| 冷关 | 过早的金属冷冻或低填充速度 | 提高投篮速度 (> 20 多发性硬化症); 预热死亡 > 200 °C |
| 闪光 | 固定力不足 | 校准夹具缸 (通常为1.0–1.5 kN/cm²) |
| 热撕裂 | 过厚或约束区的热应力 | 精炼壁厚过渡; 添加冷却通道 |
| 毛刺 & 鳍 | 磨损或错位 | 实施预防性模具维护和对齐检查 |
实时过程监视
集成传感器和分析可以主动缺陷控制:
- shot袖热电偶: 跟踪袖子中的金属温度 (± 2 °C) 确保一致的流动性.
- 压力传感器: 测量强度压力 (10–100 MPA) 在模具中验证包装性能.
- 高速相机: 最多捕获填充事件 1,000 FPS, 揭示湍流或冷裂形成.
- 周期时间伐木者: 监视模具打开/关闭和射击间隔，以检测与缺陷相关的偏差.
将这些数据流链接在行业中 4.0 仪表板提醒操作员患有规格外条件 - 可以立即进行调整并避免废料.
非破坏性测试 (NDT)
NDT方法验证内部完整性而不会损害零件:
- X射线射线照相: 识别地下孔隙度 (> 0.5 毫米) 和结构铸件中的夹杂物.
- 超声测试: 发现平面缺陷和热眼泪; 灵敏度达到 0.2 铝的MM分辨率.
- 染料 - 渗透剂检查: 突出显示在关键密封区域的表面裂缝或冷关.
- 涡流测试: 评估薄壁的表面硬度变化和微裂纹.
铸造厂经常保留5-10 % 零件的 100 % NDT提供安全至关重要的航空航天或医疗组件时.
10. 与其他铸造方法的比较
高压铸造 (HPDC) 在金属形成技术中占有独特的利基.
通过将HPDC与 重力铸造, 低压铸造, 和 投资铸造, 我们可以查明每个过程的优势和权衡，并帮助工程师为其零件选择最佳方法.
高压模具铸造与. 重力铸造
| 特征 | HPDC | 重力铸造 |
|---|---|---|
| 填充机制 | 注射以下10–200 MPa | 仅由重力倒 (1 g) |
| 周期 | 20–60 s | 60–180 s |
| 壁厚 | 0.5–3毫米 | ≥ 3 毫米 |
| 公差 | ±0.02–0.05毫米 | ±0.1-0.5毫米 |
| 表面处理 | RA 0.8-1.6 µm | RA 1.6-3.2 µm |
| 工具成本 & 生活 | $20 K -150 k; 50 K – 200 K循环 | $5 K -50 k; 500–2 000 周期 |
| 最好的 | 高量, 薄壁, 错综复杂的零件 | 中等体积, 较厚的部分, 更简单的几何形状 |
洞察力: HPDC在高压下注入金属以达到较薄的壁和更紧密的公差, 而重力铸造的速度和细节以降低工具成本和更简单的机器.
高压铸造 (HPDC) vs. 低压铸造 (LPDC)
| 特征 | HPDC | LPDC |
|---|---|---|
| 压力水平 | 10–200 MPA | 0.3–1.5 bar |
| 流控制 | 快速充满潜在的湍流 | 慢的, 控制填充最小化湍流 |
| 孔隙率 | 低媒体 (需要优化的门控) | 非常低 (稳定填充减少气体陷入) |
| 薄壁能力 | 出色的 (下去 0.5 毫米) | 好的 (≥ 2 毫米) |
| 周期 | 20–60 s | 60–120 s |
| 工具复杂性 | 高的 (精确, 共形冷却) | 缓和 (更简单的模具设计) |
| 最好的 | 复杂的, 薄壁的高量零件 | 大的, 孔隙率低的结构关键部分 |
洞察力: LPDC可提供优质的孔隙率控制和温和的填充, 使其非常适合结构组件, 而HPDC在超薄的墙壁和高吞吐量处出色.
高压模具铸造与. 熔模铸造
| 特征 | HPDC | 熔模铸造 |
|---|---|---|
| 霉菌类型 | 可重复使用的钢模 | 一次性陶瓷外壳 |
| 细节 & 复杂 | 高的, 但是有限的脱衣机 | 很高 - 媒介, 薄壁几何形状 |
| 表面处理 | RA 0.8-1.6 µm | RA 0.8-3.2 µm |
| 公差 | ±0.02–0.05毫米 | ±0.05–0.1 mm |
| 工具成本 & 交货时间 | 高的 ($20 K -150 k; 6–12周) | 中高 ($5 K -50 k; 2–4周) |
| 周期 | 20–60 s | 24–48 h每批 |
| 最好的 | 非常大量的, 薄壁金属零件 | 低的- 到中卷, 高度详细的零件 |
洞察力: 投资投资在几何复杂性和小批次灵活性方面优于HPDC. 然而, HPDC提供的周期时间大幅度较短，大规模较低的成本较低.
11. 结论
高压模具铸造可提供无与伦比的速度, 精确, 在当今竞争激烈的制造环境中，非有产零件的成本效益和成本效益.
通过掌握其热力学, 模具设计, 物质行为, 和自动化机会, 工程师可以利用HPDC生产轻巧, 高性能零件.
作为数字模拟和添加剂工具成熟, HPDC将继续发展 - 赋予其在汽车中的战略作用, 航天, 电子产品, 及以后.
在 Langhe行业, 我们准备与您合作，利用这些高级技术来优化您的组件设计, 材料选择, 和生产工作流程.
确保您的下一个项目超过每个绩效和可持续性基准.
常见问题解答
HPDC实现了什么典型公差和表面表面?
- 尺寸公差: ±0.02–0.05毫米
- 表面饰面: RA 0.8-1.6 µm
为什么保形冷却通道很重要?
共形冷却 - 通常3D打印到模具中 - 均匀地提取热量, 最多减少周期时间 20 %, 最小化热应力, 并确保整个长期稳定的零件质量 (50,000+ 周期).
HPDC的主要局限性是什么?
- 高工具成本 ($20 000–150 000 由)
- 合金限制 (仅限于铝, 锌, 镁)
- 设计约束 用于深层底切或极端的壁厚变化
文章参考: www.rapiddirect.com/blog/what-is-high-pressure-die-casting/
