什么是低压铸造?

1. 介绍

最初是在1960年代开发的, 低压模具铸造对困扰重力喂养的铝制成分的孔隙率和包容性问题做出了反应.

早期采用者 - 例如, 欧洲汽车制造商 - 发现仅将0.1-0.5的惰性气压施加到熔体中

轮毂和发动机壳，最多 30 % 较高的拉伸强度和 50 % 内部缺陷较少.

自那以后, 低压模具铸造已在航空航天中获得了吸引力, HVAC, 和电子机动部门, 材料性能和轻巧设计至关重要的地方.

随着制造商努力减少废料, 提高周期产量, 并满足更严格的公差, LPDC通过将低扰动填充与精确的热控制混合而脱颖而出.

最后, 今天的LPDC系统通常实现 <1 % 孔隙率按音量, 壁厚向下 1.5 毫米, 和尺寸公差 ±0.1 mm - 挑战重力和高压方法的绩效指标.

2. 什么是低压铸造?

以其核心, 低压 压铸 使用密封的炉子和陶瓷或石墨转移管将熔融金属向上移动到模具中.

与高压模具铸造不同（活塞在数百个酒吧的模具中猛烈撞击了模具），低压铸造适度, 精确控制的气压 (通常为0.1–0.8 bar).

这种温和的填充可最大程度地减少湍流, 减少氧化物的夹带, 并从自下而上促进定向固化.

因此, LPDC零件通常表现出比 1% 孔隙率按音量, 相比之下，重力铸件和高压零件的可变孔隙率相比.

3. 低压铸造的基本原理

低压模具铸造背后的核心原理在于其受控的填充机制. 熔融金属被固定在模具下方的密封炉中.

通过引入惰性气 (通常是氩或氮) 进入炉室, 轻微的过压迫使金属通过陶瓷管向上驶入模具腔.

这种方法可确保金属从底部填充模具, 还原氧化物形成并最小化孔隙度.

一旦充满, 保持压力，直到铸件完全巩固, 这可以增强进食并减少收缩缺陷.

与重力铸造相比, 金属仅在重力的影响下自由流动, 低压模具铸造可更好地控制填充过程.

与高压铸造相比 (HPDC), LPDC的压力明显降低, 导致磨损减少和改善的零件完整性.

4. 低压铸造过程工作流程

低压模具铸造 (LPDC) 工作流以紧密控制的序列展开, 确保每个演员都符合孔隙率的严格标准, 维度的准确性, 和表面饰面.

以下是典型的低压铸造周期的逐步崩溃:

融化准备和调理

第一的, 工程师用预先合金的挖掘机（普通的Al-Si或Al-Mg等级）为感应炉充电，并将其加热到目标温度 (通常700–750°C).

精确的温度控制 (±2°C) 防止冷射击和过量的气体夹带.

在此阶段, 自动气体清除或旋转脱气系统将氢水平降低到以下 0.1 ppm, 而通量或机械撇渣器从熔体表面取出滴头.

立管密封

一旦合金达到同质性, 操作员将陶瓷或石墨立管管降低到熔体中，直到其底座靠在炉唇上.

同时地, 陶瓷柱塞下降以压在管子的顶部, 创建密封.

这种布置将熔体与环境空气隔离, 防止重新氧化并实现精确的气体加压.

受控填充阶段

密封到位, PLC(可编程逻辑控制器)-驱动压力调节器坡道惰性气体 (氮或氩气) 进入密封的炉子.

超过1-2秒, 压力爬到填充设定点 (通常为0.3–0.5 bar), 轻轻强迫液体金属将立管上的液体升入模腔.

这种自下而上的填充可最大程度地减少湍流和氧化物的夹带. 填充时间范围从 1 到 5 秒, 取决于零件的音量和门设计.

保持和定向固化

填充后立即, 系统将压力降低到“浸泡”水平 (0.1–0.3 bar) 并保持20-40秒.

在此间隔, 死模中的水冷通道保持200–300°C的霉菌温度, 促进定向固化.

当模具墙首先固化, 其余的液态金属继续从立管进食, 消除收缩腔并确保内部完整性.

开口和弹射

一旦铸造达到足够的刚性, PLC(可编程逻辑控制器) 触发器死亡分离.

液压或机械夹释放, 和喷射器引脚将固体零件从核心推出.

循环时间 - 包括柱塞缩回和死亡的闭合 - 典型跨越30–90秒. 自动零件提取系统或机器人，然后将铸件转移到修剪站.

后期治疗

最后, 铸件经历任何必需的在线修剪, 射击, 或热处理.

在这个阶段, 闸门和立管遗迹被删除, 零件可能会收到表面饰面 - 例如射击, 加工, 或涂层 - 满足最终维度和性能规格.

5. 常见的低压铸造合金

低压模具铸造可容纳各种有色合金, 每种都以其独特的流动性组合而选择, 力量, 耐腐蚀性, 和热性能.

普通低压铸造材料表

6. 低压铸造的优点和局限性

低压铸造 (通常用于 铝 和镁合金) 提供质量平衡, 控制, 和成本效益.

低压铸造的优点

提高冶金质量

• 受控的填充过程可最大程度地减少湍流, 减少空气夹带和氧化物形成.
• 结果 较低的孔隙度 和 增强的机械性能, 例如增加强度和延展性.

维度准确性和可重复性

• 该过程启用 尺寸紧密的公差, 适用于需要精度的组件, 例如发动机块和传输外壳.
• 可重复的循环控制提供跨批量的一致输出.

出色的表面饰面

• 湍流降低和均匀的固化有助于 光滑的表面, 最小化加工或研磨等后处理要求.

薄壁能力

• 慢, 压力下熔融金属的稳定填充支持铸造 复杂的, 薄壁几何形状 与重力铸造相比，缺陷较少.

提高产量

• 与高压铸造不同 (HPDC), 低压系统通常使用 自下而上的填充, 改善金属利用率和 产量效率.

较低的死亡和机器磨损

• 温柔, 低速填充会减少工具上的机械应力, 延长模具的寿命并降低 工具维护成本.

与可热处理合金的兼容性

• LPDC支持使用 可热处理的铝合金 (例如。, A356, 206), 允许 量身定制的机械性能 后期.

环保

• 这个过程通常会生成 浪费少 可以 自动化 提高能源和材料效率.

低压铸造的局限性

生产周期较慢

• 与高压铸造相比, 由于周期时间更长 较慢的填充和凝固, 使其不太适合大规模生产.

较高的初始资本投资

• 要求 压力调节的炉, 密封系统, 自动化控制结果 更高的设置成本 与重力铸造相比.

仅限于有色合金

• 通常仅限于 铝, 镁, 还有一些铜合金, 由于铁质材料需要更高的加工温度，不适合标准LPDC系统.

复杂的过程控制

• 达到高质量的铸件需求 精确控制 超出压力曲线, 熔体温度, 和死亡条件. 这需要熟练的操作员和高级监控系统.

设计约束

• 虽然适合复杂形状, 非常复杂的几何形状或成分 广泛的底切 可能需要核心或其他后处理, 提高生产复杂性.

零件尺寸限制

• 虽然适用于中度至大型组件, 极其 大或重的零件 可能超过标准低压铸造机的容量或需要定制的设置.

工具的较长提前时间

• 需要 自定义模具工具 在开发阶段可能会导致较长的交货时间, 这可能不适合与时间表紧密的项目.

7. 低压模具铸造的应用

低压铸造 (通常与铝和镁合金一起使用) 越来越多地在广泛的行业中采用, 维度的准确性, 和表面质量至关重要.

汽车行业

这 汽车 行业是LPDC的最大用户之一.

提高燃油效率和电气化的轻巧的推动已大大增加了对铝制零件的需求.

• 车轮 (合金轮辋)
  高强度铝合金轮毂通常是由于该方法对孔隙率和结构完整性的出色控制而通常通过低压铸造产生的.
• 悬架组件
  控制臂, 转向指关节, 子帧受益于演员符合紧密机械属性规格的能力.
• 电动汽车 (ev) 住房
  电池外壳, 汽车外壳, 电动汽车中的逆变器壳体需要强度和耐腐蚀性, 理想地由压层铝合金提供.
• 传输案例 & 气缸盖
  这些组件需要精确的维度和内部声音, 通常通过低压法铸造的可热处理合金满足.

航空航天和防御

• 航空电子设备和仪器封面
  需要耐腐蚀性, 严格的公差, 和电磁屏蔽 - 可以通过LPDC实现.
• 散热器结构
  由于其薄壁和增强的表面积，用于热管理系统中.
• 结构支架和面板
  需要刚性和轻质特性的组件.

工业设备

• 泵主体和叶轮
  用于石油 & 气体, 化学, 和水处理厂. 低压模具铸造提供了流体动力学设备所需的耐腐蚀性和尺寸精度.
• 压缩机组件
  高质量铝合金铸造的外壳和转子减轻了总体重量并改善散热.
• HVAC组件
  风扇叶片, 管道, 阀体受益于LPDC出色的表面表面和可靠性.

消费电子产品

• 散热壳体
  镁和铝合金用于在电子外壳中使用热性能和EMI屏蔽.
• 笔记本电脑/平板电脑的结构框架
  需要轻巧, 强的, 以及经常被铸造和加工的精密尸体.

可再生能源和电力系统

• 风力涡轮控制单元 & 逆变器外壳
  这些需要耐腐蚀, 结构刚性的防风雨围墙.
• 太阳能安装系统和接线箱
  轻巧的铸件组件减少安装负载并提高组装的易度.

医疗设备

• 成像设备框架和套管
  需要精确的内部功能和屏蔽, LPDC可以提供高可重复性.
• 与高压灭菌的零件
  在重复的灭菌周期下需要耐腐蚀性和尺寸稳定性.

HVAC和流体处理设备

LPDC非常适合生产住房, 叶轮, 歧管, 和阀体需要最小的孔隙度和紧密的公差.

电动汽车 (电动汽车)

在电动汽车行业, LPDC用于制造电池外壳, 运动壳体, 和结构框架.

该过程允许大型, 具有集成冷却通道和高热电导率的复杂铸件.

电子冷却系统

LPDC可以生产散热器, LED住房, 和具有精确几何形状和出色的热耗散特性的服务器架.

8. 与其他铸造方法的比较

低压铸造 (也称为低压永久性模具铸造) 在金属铸造技术中占据战略地位.

了解其独特价值, 将其与其他广泛使用的铸造方法进行系统比较很重要, 包括 重力铸造, 高压铸造, 沙子铸造, 和 投资铸造.

低压模具铸造与. 重力铸造

标准	低压铸造	重力铸造
金属注入方法	从底部加压填充 (通常为0.7–1.5 bar)	重力从顶部喂养
填充特征	受控, 光滑的, 降低湍流	会产生湍流和空气夹带
机械性能	更好的完整性, 孔隙率较小	中等完整性, 潜在的收缩空隙
维度的准确性	更高	缓和
应用	结构部件 (车轮, 暂停)	中复杂部分 (歧管, 住房)
生产率	更高 (半自动)	降低 (手动或半手册)

低压模具铸造与. 高压铸造

标准	低压铸造	高压铸造
注射速度	低和控制 (缓慢填充)	很高 (到 100 多发性硬化症)
气孔隙度	最小 (由于湍流低)	由于被困的空气而引起的较高风险
合适的壁厚	薄到中 (〜2.5–10毫米)	非常薄的墙 (〜0.5–5毫米)
合金	主要是铝和镁	主要是铝, 锌, 和镁
锻炼磨损	较少的 (降低压力)	高的 (由于快速金属注入)
投资成本	缓和	高的 (设备和死亡成本)
应用	车轮, 制动卡钳, 住房	发动机块, 手机框架, 配件

低压模具铸造与. 沙子铸造

标准	低压铸造	沙子铸造
表面处理	出色的 (〜RA3-6μm)	公平 (〜RA12-25μm)
维度的准确性	高的 (净形或近网状形状)	低至中等
霉菌可重复性	永久死亡 (可重复使用的)	一次性砂霉
设计复杂性	中度至高	很高 (复杂的内核)
周期	短到中等	长的 (由于制造和冷却)
成本	更高的初始成本	短期成本低成本
应用	汽车结构部件	大工业部件, 原型

低压模具铸造与. 熔模铸造

标准	低压铸造	熔模铸造
表面处理	好到好	出色的
尺寸公差	±0.3–0.5 mm	±0.1-0.2 mm
霉菌成本	更高 (金属工具)	降低 (蜡图案和陶瓷壳)
合金灵活性	主要限于非有产子	很高 (钢, 超级合金, ETC。)
批量大小	中	中小型
应用	汽车, 航空航天铸件	涡轮刀片, 医疗植入物, 精密零件

9. 低压模具铸造的新兴趋势和创新

随着制造业追求更高的性能, 效率, 和可持续性, 低压模具铸造继续通过材料的创新发展, 自动化, 和数字整合.

与添加剂制造集成

• 混合工具和保形冷却
  3D打印 正在使用内部冷却通道来创建复杂的模具插入物.
  这改善了热管理, 缩短周期时间, 并延长了死亡的生命.
• 核心和霉菌的快速原型制作
  与传统工具相比, 减少开发的交货时间并允许在早期生产阶段进行设计灵活性.

数字双胞胎和行业 4.0

• 实时监控和预测控制
  通过使用传感器和数据分析, 铸造厂可以监视压力曲线, 温度曲线, 并实时死亡表现.
  机器学习模型预测缺陷, 实现先发制人的行动来减少废料.
• 数字双胞胎
  铸造系统的虚拟模型模拟了不同情况下的行为, 启用过程优化, 预测性维护, 并在体育试验开始之前提高质量保证.

多功能和智能涂料

• 自润滑涂料
  用高级涂料处理可减少摩擦和磨损的高级涂料处理, 降低对润滑剂的需求并延长工具寿命.
• 传感器包裹的涂料
  研究正在探索微传感器中的嵌入到涂料或铸件中以监测实时压力, 温度, 或腐蚀水平在服务中, 实现预测性维护.

铸造单元中的机器人技术和自动化

• 全自动LPDC单元
  现代系统集成了润滑的机器人, 零件提取, 修剪, 和质量检查.
  这增加了吞吐量, 减少劳动依赖性, 并确保一致的零件质量.
• 闭环控制系统
  自动化系统调整压力, 温度, 以及对传感器反馈的动态定时参数, 确保最佳过程控制和部分可重复性.

10. 结论

低压模具铸造提供了令人信服的组合 质量, 精确, 和效率.

通过利用控制气压, 精致的热管理, 和高级工具, 低压模具铸造产生的金属零件符合当今苛刻的性能标准.

随着行业的更轻, LPDC的机械完整性和成本效益的平衡将其定位为现代金属铸造的基石.

随着数字化的持续创新, 加法工具, 和新颖的合金, LPDC将继续发展, 授权制造商充满信心地交付下一代产品.

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常见问题解答

低压铸造与高压模具铸造有何不同?

而两者都涉及金属模具, 低压铸件在低压下缓慢地充满了死亡, 降低湍流和孔隙率.

高压模具铸造使用柱塞以高速和压力注入金属, 实现更快的周期，但陷入气体的风险更大.

低压铸造可以实现什么样的公差?

典型的尺寸公差在±0.3至±0.5 mm之内，具体取决于部分复杂性和尺寸. 通过后处理可以实现较高的公差.

低压铸造可以产生薄壁的零件?

是的, 虽然不如用高压铸造的那些薄. 它适用于2.5–10毫米约2.5-10毫米的墙壁, 取决于合金和零件设计.