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新闻动态

压铸

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2017/11/03 18:49
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  压铸(英文:die casting)是一种金属铸造工艺,其特点是利用模具腔对融化的金属施加高压。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。同其他铸造技术相比,压铸的表面更为平整,拥有更高的尺寸一致性。

 

  在传统压铸工艺的基础上诞生了几种改进型的工艺,包括减少铸造缺陷排除气孔的无孔压铸工艺。主要用于加工锌,可以减少废弃物增加成品率的直接注射工艺。还有由通用动力公司发明的精速密压铸技术以及半固态压铸等等新式压铸工艺。

 

历史

  1838年,为了制造活字印刷的模具,人们发明了压铸设备。第一个与压铸有关的专利颁布于1849年,它是一种小型的,用来生产印刷机铅字的手动机器。1885年奥托·默根特勒(Otto Mergenthaler)发明了Linotype排字机,这种机器能够将一整行文字压铸成一个单独的铅字,它给印刷界带来了前所未有的革新。在印刷业进入大规模工业化后,传统的手压字模已经被压铸取代。1900年左右,铸字排版进入市场使得印刷业自动化技术进一步提高,因此有的时候在报社内能看见十多台压铸机。随着消费产品的不断增长,奥托的发明获得了越来越多的应用。人们可以利用压铸大批量地制造零部件产品。1966年,通用动力发明了精速密压铸工艺,这种工艺有时也被称作双冲头压铸。

 

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。这四个步骤包括模具准备、填充、注射以及落砂,它们也是各种改良版压铸工艺的基础。在准备过程中需要向模腔内喷上润滑剂,润滑剂除了可以帮助控制模具的温度之外还可以有助于铸件脱模。然后就可以关闭模具,用高压将熔融金属注射进模具内,这个压力范围大约在10到175兆帕之间。当熔融金属填充完毕后,压力就会一直保持直到铸件凝固。然后推杆就会推出所有的铸件,由于一个模具内可能会有多个模腔,所以每次铸造过程中可能会产生多个铸件。落砂的过程则需要分离残渣,包括造模口、流道、浇口以及飞边。这个过程通常是通过一个特别的修整模具挤压铸件来完成的。其它的落砂方法包括锯和打磨。如果浇口比较易碎,可以直接摔打铸件,这样可以节省人力。多余的造模口可以在熔化后重复使用。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。

 

设备

  压铸机主要可以分为热室压铸机与冷室压铸机两种不同的类型,区别在于它们能承受多大的力量,典型的压力范围在400到4000千克之间。

 

热室压铸

  热室压铸,有时也被称作鹅颈压铸,它的金属池内是熔融状态的液态、半液态金属,这些金属在压力作用下填充模具。在循环开始时,机器的活塞处于收缩状态,这时熔融态的金属就可以填充鹅颈部位。气压或是液压活塞挤压金属,将它填入模具之内。这个系统的优点包括循环速度快(大约每分钟可以完成15个循环),容易实现自动化运作,同时将金属熔化的过程也很方便。缺点则包括无法压铸熔点较高的金属,同样也不能压铸铝,因为铝会将熔化池内的铁带出。因而,通常来说热室压铸机用于锌、锡以及铅的合金。而且,热室压铸很难用于压铸大型铸件,通常这种工艺都是压铸小型铸件。

 

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。冷室压铸机还有立式与卧式之分,立式压铸机通常为小型机器,而卧式压铸机则具有各种型号。

 

模具

  压铸模具由两部分组成,分别是覆盖部分与活动部分,它们结合的部分则被称为分型线。在热室压铸中,覆盖部分拥有浇口,而在冷室压铸中则为注射口。熔融金属可以从这里进入模具,这个部位的形状同热室压铸中的注射嘴或是冷室压铸中的注射室相匹配。活动部分通常包括推杆以及流道,所谓流道是浇口和模腔之间的通道,熔化的金属通过这个通道进入模腔。覆盖部分通常连接在固定压板或前压板上,而活动部分则连接在可动压板上。模腔被分成了两个模腔镶块,它们是独立的部件,可以通过螺栓相对容易地从模具上拆下或安装。

 

  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迹,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。

 

  模具中的其它部件包括型芯滑板等。型芯是用来在铸件上开孔或开口的部件,它们也能用来增加铸件的细节。型芯主要有三种:固定、活动以及松散型。固定型芯的方向同铸件脱出模具的方向平行,它们要么是固定的,要么永久性地连接在模具上。可动型芯可以布置在除了脱出方向以外的任何方向上,铸件凝固后打开模具之前,必须利用分离装置把活动型芯从模腔内拿出。滑块和活动型芯很接近,最大的区别在于滑块可以用来制造倒凹表面。在压铸中使用型芯和滑块会大幅增加成本。松散型芯也被称作取出块,可以用来制造复杂的表面,例如螺纹孔。在每个循环开始之前,需要先手动安装滑块,最后再同铸件一起被推出。然后再取出松散型芯。松散型芯是价格最昂贵的型芯,因为制造它需要大量劳动,而且它会增加循环时间。

 

  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。

 

  由于温度的关系,对于模具来说最重要的材料特性在于抗热振性以及柔软性,其它的特征包括淬透性、切削性、抗热裂性、焊接性、可用性(特别是对于大型模具)以及成本。模具寿命直接取决于熔融金属的温度以及每个循环的时间。用于压铸的模具通常是使用坚硬的工具钢制造而成的,因为铸铁无法承受巨大的内部压力,所以模具价格昂贵,这也导致开模成本很高。在更高温度下压铸的金属需用使用更加坚硬的合金钢。

 

  压铸过程中会出现的主要缺陷包括磨损和侵蚀。其它缺陷包括热裂以及热疲劳。当模具表面由于温度变化太大出现缺陷时,就会产生热裂。而使用次数太多后,模具表面出现的缺陷则会产生热疲劳。

 

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 in)

1:100 (0.6°)

黄铜以及青铜

1.27 mm (0.050 in)

1:80 (0.7°)

镁合金

1.27 mm (0.050 in)

1:100 (0.6°)

锌合金

0.63 mm (0.025 in)

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。

镁:易于进行机械加工,强度重量比高,常用压铸金属中最轻。

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。

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磅(32千克)、10磅(4.5千克)、44磅(20千克)以及75磅(34千克)。

 

发展

  压铸(全称:压力铸造),是指将熔融合金在高压、高速条件下填充模具型腔,并在高压下冷却成型的铸造方法,是铸造工艺中应用最广、发展速度最快的金属热加工成形工艺方法之一。压铸作为一种先进的有色合金精密零部件成形技术,适应了现代制造业中产品复杂化、精密化、轻量化、节能化、绿色化的要求,应用领域不断拓宽。随着压铸设备和工艺技术水平不断提高,压铸产品的应用范围在现有基础上仍将不断扩大。

 

  特别是汽车工业的迅速发展,带动了我国压铸行业以前所未有的速度向前发展。

 

《2013-2017年中国压铸行业市场前瞻与投资预测分析报告》数据显示,我国产压铸机质量性能水平与国外工业先进国家相比差距较大,但是由于压铸件的分布领域较广,从交通能源到家用电器,到千家万户的日用工业品,无不有压铸件的存在,而这些压铸件市场要求各不相同,这就给国产压铸机市场带来了空间,特别是中、小型压铸机,这个空间有可能还要延续相当长的时间。这就为加速国产压铸机质量、性能的提高,提供了一个有利的时机。中国作为世界机械工业的基础工业的加工基地,特别是压铸件加工基地,无疑给行业带来了良好的机遇,同时也刺激着我国对基础产品的质量提高,要求机械设备的质量、性能同步跟进。

 

  在中国成为世界制造业基地的大环境带动下,经过多年的努力,我国已构建起一个完整的压铸产业及其配套产业链和若干较为发达的压铸工业基地,成为世界压铸大国。未来随着汽车、通信设备、机车、航天航空、电气机械等下游应用行业的持续、稳定发展,中国压铸行业未来发展空间较大。

 

  导致竞争加剧。中国长期发展的前景还将继续吸引国外同行,这种局面给国内压铸生产厂商带来很大的发展机遇。国内压铸企业应注重品牌意识、环保意识和标准化的发展,加强自主知识产权产品的研发,推动行业共性技术进步,落实绿色制造的科学发展观,扩展延伸服务内涵,使制造业迈向高级化,增强国际竞争力。

 

  2009年国内生产总值增长8.7%;扩大内需,国家实施总额4万亿元两年投资计划,十大产业调整振兴规划,均为压铸业提供了辽阔的发展空间。特别是汽车工业规划目标:2009年至2011年三年平均增长率要求达到10%,中国汽车产品90%以上在国内销售,受国际市场的影响较小。

 

工艺

  压力铸造(简称压铸)的实质是在高压作用下,使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔,并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。

 

特点

  高压和高速充填压铸型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几千至几万kPa,甚至高达2×105kPa。充填速度约在10~50m/s,有些时候甚至可达100m/s以上。充填时间很短,一般在0.01~0.2s范围内。与其它铸造方法相比,压铸有以下三方面优点:

 

优点:

1. 产品质量好

铸件尺寸精度高,一般相当于6~7级,甚至可达4级;表面光洁度好,一般相当于5~8级;强度和硬度较高,强度一般比砂型铸造提高25~30%,但延伸率降低约70%;尺寸稳定,互换性好;可压铸薄壁复杂的铸件。例如,当前锌合金压铸件最小壁厚可达0.3mm;铝合金铸件可达0.5mm;最小铸出孔径为0.7mm;最小螺距为0.75mm。

2.生产效率高

机器生产率高,例如国产JⅢ3型卧式冷空压铸机平均八小时可压铸600~700次,小型热室压铸机平均每八小时可压铸3000~7000次;压铸型寿命长,一付压铸型,压铸钟合金,寿命可达几十万次,甚至上百万次;易实现机械化和自动化。

3.经济效果优良

由于压铸件尺寸精确,表泛光洁等优点。一般不再进行机械加工而直接使用,或加工量很小,所以既提高了金属利用率,又减少了大量的加工设备和工时;铸件价格便易;可以采用组合压铸以其他金属或非金属材料。既节省装配工时又节省金属。

压铸虽然有许多优点,但也有一些缺点,尚待解决。

缺点

如:

1). 压铸时由于液态金属充填型腔速度高,流态不稳定,故采用一般压铸法,铸件易产生气孔,不能进行热处理;

2). 对内凹复杂的铸件,压铸较为困难;

3). 高熔点合金(如铜,黑色金属),压铸型寿命较低;

4). 不宜小批量生产,其主要原因是压铸型制造成本高,压铸机生产效率高,小批量生产不经济。

压铸应用范围及发展趋势

压铸是最先进的金属成型方法之一,是实现少切屑,无切屑的有效途径,应用很广,发展很快。铸件的尺寸和重量,取决于压铸机的功率。由于压铸机的功率不断增大,铸件形尺寸可以从几毫米到1~2m;重量可以从几克到数十公斤。国外可压铸直径为2m,重量为50kg的铝铸件。

压铸件也不再局限于汽车工业和仪表工业,逐步扩大到其它各个工业部门,如农业机械、机床工业、电子工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等几十个行业,具体有:汽车零配件,家具配件,浴室配件(卫浴),灯饰零件,玩具,须刨,领带夹,电气一电子零件,皮带扣,表壳,金属饰扣,锁具,拉链.等。在压铸技术方面又出现了真空压铸、加氧压铸、精速密压铸以及可溶型芯的应用等新工艺。

将会对我国压铸行业有一个很好的促进作用。

 

发展

  压铸铸件的生产,需要依靠压铸机器设备才能完成,压铸机器是压铸件生产的基础,压铸设备的技术水平决定着压铸铸件的质量和水平,所以要想促进压铸件行业发展就必须优先发展压铸件设备。我国是压铸铸件大国,但是在生产技术水平以及行业设备方面还有待提高,我国的十二五规划明确指出铸造行业发展的主要任务是:优先发展重大技术设备,其中有“大吨位压铸机铸造单元”,目标是为压铸企业技术升级提供装备支持。压铸技术设备的发展,将有助于压铸机械设备水平的提高,从而提高铸件的品质和技术水平,促进铸件业发展。

 

我国发展现状

  在面临各种机遇的同时也伴随着很多挑战,此时,我国压铸企业应该把握时机,随机应变。

 

  这样的业绩让我国的压铸业更上一层楼。能有如此成就主要源于我国凭借着得天独厚的广阔市场以及相对低廉的资源与劳动力优势,以非常明显的性价比在国际压铸件贸易市场中占据着较大优势.

 

  据了解,在国际信息化浪潮的冲压下,压铸业的第三次革命已经拉开序幕,在国际经济快速化发展的大环境下,国际压铸、铸造业基地及中心正逐渐向我国转移,源源不断的巨额订单,让我国压铸业面临着前所未有的发展机遇,这使得国内压铸产品总量增长幅度明显。同时这也使得我国压铸模具业对产品的品质以及质量有了更加严格的要求,相信在我国政府的科学引导以及压铸企业的积极应对下,我国从压铸大国向压铸强国的转变将不再是梦。

 

现状

目前,我国压铸行业的竞争仍不规范,这将对压铸行业发展造成影响,主要问题包括:一、部分经营者购买无厂名厂址的压铸,打印知名厂家的名牌及合格证,对合格压铸企业的声誉造成严重危害。二、翻新压铸,部分经营者通过对废旧压铸重新油漆后第二次销售,给工程质量带来严重的安压铸隐患。

 

  欧美等国家的压铸产业是以质量、合理利益、为用户服务、建立企业信誉为宗旨,组织、教育员工,管理企业,以每个压铸计划项目,并以其生产过程为控制与管理单元,以控制、保证每个压铸的质量与性能。这些因素造成了国内行业与这些发达国家还存在较大的差距。

 

  随着压铸产业转移到我国,不仅扩大了我国压铸行业的产能,也为提高我国的压铸产业的整体水平,提高我国压铸产业的知名度,提高我国产品的国际市场占有率。但是,由于我国的压铸产品在发展过程中,忽略了产业结构、产能等方面的问题,我国的压铸产业陷入了停滞不前的困境。

 

  截至目前,中国的压铸企业整体上的营销水平还处于世界的初级阶段,没有建立品牌,没有技术创新能力,更谈不上对产业链的控制。对于我国的压铸产业,只有改变思路、创新发展、调整产业结构才能逐渐走出困境,使得我国压铸产业更好发展