壓鑄

压铸,或者称压力铸造,是一种金属铸造工艺,其特点是利用模具腔对鎔化的金属施加高压。模具通常是用强度更高的合金加工而成的,这个过程有些类似注塑成型。大多数压铸铸件都是不含铁的,例如锌、铜、铝、镁、铅、锡以及铅锡合金以及它们的合金。根据压铸类型的不同,需要使用冷室压铸机或者热室压铸机。

铸造设备和模具的造价高昂,因此压铸工艺一般只会用于批量制造大量产品。制造压铸的零部件相对来说比较容易,这一般只需要四个主要步骤,单项成本增量很低。压铸特别适合制造大量的中小型铸件,因此压铸是各种铸造工艺中使用最广泛的一种。1966年。

过程
传统压铸工艺主要由四个步骤组成,或者称做高压压铸。通常的产量大约为67%。

高压注射导致填充模具的速度非常快,这样在任何部分凝固之前熔融金属就可填充满整个模具。通过这种方式,就算是很难填充的薄壁部分也可以避免表面不连续性。不过这也会导致空气滞留,因为快速填充模具时空气很难逃逸。通过在分型线上安放排气口的方式可以减少这种问题,不过就算是非常精密的工艺也会在铸件中心部位残留下气孔。大多数压铸可以通过二次加工来完成一些无法通过铸造完成的结构,例如钻孔、抛光。

检查
落纱完毕之后就可以检查缺陷了,最常见的缺陷包括滞流(浇不满)以及冷疤。这些缺陷可能是由模具或熔融金属温度不足、金属混有杂质、通气口太少、润滑剂太多等原因造成。其它的缺陷包括气孔、缩孔、热裂以及流痕。流痕是由浇口缺陷、锋利的转角或者过多的润滑剂而遗留在铸件表面的痕跡。

润滑剂
水基润滑剂被称作乳剂,是最常用的润滑剂类型,这是出于健康、环境以及安全性方面的考虑。不像溶剂型润滑剂,如果将水中的矿物质运用合适的工艺去除掉,它是不会在铸件中留下副产物的。如果处理水的过程不得当,水中的矿物质会导致铸件表面缺陷以及不连续性。主要有四种水基润滑剂:水掺油、油掺水、半合成以及合成。水掺油的润滑剂是最好的,因为使用润滑剂时水在沉积油的同时会通过蒸发冷却模具的表面,这可以帮助脱模。通常,这类润滑剂的比例为30份的水混合1份的油。而在极端情况下,这个比例可以达到100:1。

可以用于润滑剂的油包括重油、动物脂肪、植物脂肪以及合成油脂。重质残油在室温下粘性较高,而在压铸工艺中的高温下,它会变成薄膜。润滑剂中加入其它物质可以控制乳液粘度以及热学性能。这些物质包括石墨、铝以及云母。其它化学添加剂可以避免灰尘以及氧化。水基润滑剂中可以加入乳化剂,这样油基润滑剂就可以添加进水中,包括肥皂、酒精以及环氧乙烷。

长久以来,通常使用的溶剂为基础的润滑剂包括柴油以及汽油。它们有利于铸件脱出,然而每次压铸过程中会发生小型爆炸,这导致模腔壁上积累起碳元素。相比水基润滑剂,溶剂为基础的润滑剂更为均匀

冷室压铸
当压铸无法用于热室压铸工艺的金属时可以采用冷室压铸,包括铝、镁、铜以及含铝量较高的锌合金。在这种工艺中,需要在一个独立的坩埚中先把金属熔化掉。然后一定数量的熔融金属被转移到一个未被加热的注射室或注射嘴中。通过液压或者机械压力,这些金属被注入模具之中。由于需要把熔融金属转移进冷室,这种工艺最大的缺点是循环时间很长。。

模具是经过特别设计的,当打开模具后铸件会留在活动部分内。这样活动部分的推杆就会把铸件给推出去,推杆通常是通过压板驱动的,它会准确地用同样大小的力量同时驱动所有的推杆,这样才能保证铸件不被损坏。当铸件被推出后,压板收缩把所有的推杆收回,为下一次压铸做好准备。由于铸件脱模时仍然处于高温状态,只有推杆的数量足够多,才能保证平均到每根推杆上的压力足够小,不至于损坏铸件。不过推杆仍然会留下痕跡,因此必须仔细设计,让推杆的位置不会对铸件的运作造成过多影响。

排出口通常又细又长(大约0.13毫米),因此熔融金属可以很快冷却减少废弃物。在压铸工艺中不需要使用冒口,因为熔融的金属压力很高,可以保证从浇口源源不断地流入模具内。在更高温度下压铸的金属需用使用更加坚硬的合金钢。

使用的金属
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。。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。

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。

改进
精速密
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。
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。

注释
来源

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