前2篇,我们已经从几方面介绍了压铸工艺,这一篇我们将继续介绍和分析压力铸造 ,这个金属常用的量产工艺。
压铸用的金属
各种材料对应的最小截面积以及最小拔模角如以下表格所列,最厚截面应该低于13 毫米。
金属 |
最小截面积 |
最小拔模角 |
铝合金 |
0.89 mm( 0.035
英寸) |
1:100 (0.6°)
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黄铜以及青铜 |
1.27 mm( 0.050
英寸) |
1:80 (0.7°)
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镁合金 |
1.27 mm( 0.050
英寸) |
1:100 (0.6°)
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锌合金 |
0.63 mm( 0.025
英寸) |
1:200 (0.3°)
|
用于压铸的金属主要包括锌、铜、铝、镁、铅、锡以及铅锡合金,虽然压铸铁很罕见,不过也是可行的。比较特殊的压铸金属包括ZAMAK、铝锌合金以及美国铝业协会的标准: AA380、 AA384 、AA386 、 AA390
以及 AZ91D 镁。各种金属的压铸时的特点如下:
·
锌:最容易压铸的金属,制造小型部件时很经济,容易镀膜,抗压强度、塑性高,铸造寿命长。
·
铝:质量轻、制造复杂和薄壁铸件时尺寸稳定性高,耐腐蚀性强,机械性能好,高导热以及导电性,高温下强度依然很高。
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镁:易于进行机械加工,强度重量比高,常用压铸金属中最轻。
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铜:硬度高,耐腐蚀性强,常用压铸金属中机械性能最好,抗磨损,强度接近钢铁。
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铅和锡:密度高,尺寸精度极高,可用作特殊防腐蚀部件。出于公共卫生方面的考虑,这种合金不能用作食品加工、储存设备。铅锡锑的合金(有时也含一点铜)可以用来制造凸版印刷中的手工铅字以及烫金。
使用铝、铜、镁和锌进行压铸的质量上限分别为70 英磅(
32 千克)、 10英磅( 4.5 千克)、44 英磅( 20千克)以及 75 英磅(34 千克)。
优点以及缺点
压铸的优点包括,铸件拥有优秀的尺寸精度。通常这取决于铸造材料,典型的数值为最初2.5 厘米尺寸时误差
0.1 毫米,每增加 1厘米误差增加
0.002 毫米。相比其它铸造工艺,它的铸件表面光滑,圆角半径大约为1-2.5 微米。相对于沙箱或者永久模铸造法来说可以制造壁厚大约 0.75毫米的铸件。它可以直接铸造内部结构,比如丝套、加热元件、高强度承载面。其它一些优点包括它能够减少或避免二次机械加工,生产速度快、铸件抗拉强度可达 415兆帕、可以铸造高流动性的金属。
压铸最大的缺点为成本很高。铸造设备以及模具、模具相关组件相对其它铸造方法来说都很贵。因此制造压铸件时生产大量产品才比较经济。其它缺点包括:这个工艺只适用于流动性较高的金属,而且铸造质量必须介于 30
克与 10 千克之间。在通常的压铸中,最后铸造的一批铸件总会有孔隙。因而不能进行任何热处理或者焊接,因为缝隙内的气体会在热量作用下膨胀,从而导致内部的微型缺陷和表面的剥离。
改进
精速密压铸
精速密压铸(Acurad )是一种由通用动力在20 世纪 50
、 60 年代中开发出来的压铸技术。这个工艺的英文Acurad 是一个合成词,它是由精确( accurate)、可靠( reliable )与密度(dense )三个英文单词合成而来。相比于传统的压铸工艺,这种工艺在提高加工速度的同时还结合了稳定填充以及定向凝固技术。它开创四项压铸技术方面的前沿领域:热力学分析、流量与填充建模、可热加工性以及高完整度压铸、间接挤压铸造。
对于任何压铸工艺来说,热力学分析都是首要的步骤。这是通过对热力学系统建立电气模拟来完成,先在电记录纸上绘制模具的截面图,然后再将热负载和冷却系统分布绘制在纸上。不同磁场的大小表示液相线,电阻率的倒数代表导热系数。
精速密压铸使用底部填充系统,这需要一个稳定的流动前沿。因为还难以对精速密压铸进行计算机仿真,所以目前通常用逻辑思维以及试错法,不过这些方法将会成为计算机模拟流量与填充建模的基础。
精速密压铸是第一种能够成功铸造含有少量铁的铝合金的压铸工艺,这些铝合金包括A356 、
A357 等。在传统压铸工艺中,这些合金会焊接在模具上。类似的,精速密压铸可以加工美国军用特种合金 MIL-A-21180。
精速密压铸使用两个冲头,因此它有时也被称作套筒双冲头压铸。第二个冲头位于第一重头内部,当模腔或套筒内第一冲头附近的铸件发生局部凝固时,利用第二冲头可以继续施加压力。虽然这个系统效率并不高,可是根据精速密压铸机制造商的研究,它的效率相当于第一冲头在某个合适的时间施加足够的压力,这是一种间接挤压铸造。第二个冲头的再次施压可以减少铸件内的气孔和缩孔。精速密压铸填充熔融金属的速度只有传统压铸的十分之一,这可以减轻涡流现象减少缩孔的出现。同时,为了发挥第二个冲头的作用它的浇口比较大,还可人为控制冷却的顺序。
无孔压铸
如果铸件中不允许出现缩孔,则需要使用无孔压铸技术或者说充氧压铸技术。总体来说它很接近标注的压铸工艺,只是在每次压铸前需要往模腔内注射氧气,这是为了排出模腔内的空气。当熔融金属填充模腔后,这些氧气会产生微量的氧化物从而避免了气孔。另外,这种工艺的另一个好处是带来更高的强度。不同于标准的压铸工艺,这些铸件可以进行热处理和焊接。可以在铝、锌以及铅合金中使用这种工艺。
热歧管直接注射
热歧管直接注射压铸或称无流道压铸,是一种用于压铸锌的工艺。在这种工艺中,熔融的金属锌在压力作用下通过加热的歧管,然后经过加热的喷嘴进入模腔。这种工艺的优点是成本较低并且节约能源,这是因为加工过程取消了造模口、浇口和流道,因而废弃物较少。由于冷却过程比较慢,铸件的表面质量也会有所提升。
半流动压铸
半流动压铸工艺中使用的金属介于液态和固态之间,这种工艺可以制造更复杂的零件和更薄的壁板(以镁为例,最小壁厚可达0.5毫米)。它生产出来的铸件缩松少、寿命长,同时尺寸精度和表面性能都较好。