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壓鑄

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2017/11/03 18:49
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  壓鑄(英文:die casting)是一種金屬鑄造工藝,其特點是利用模具腔對融化的金屬施加高壓。模具通常是用強度更高的合金加工而成的,這個過程有些類似注塑成型。大多數壓鑄鑄件都是不含鐵的,例如鋅、銅、鋁、鎂、鉛、錫以及鉛錫合金以及它們的合金。根據壓鑄類型的不同,需要使用冷室壓鑄機或者熱室壓鑄機。

 

  鑄造設備和模具的造價高昂,因此壓鑄工藝一般只會用于批量制造大量產品。制造壓鑄的零部件相對來說比較容易,這一般只需要四個主要步驟,單項成本增量很低。壓鑄特別適合制造大量的中小型鑄件,因此壓鑄是各種鑄造工藝中使用最廣泛的一種。同其他鑄造技術相比,壓鑄的表面更為平整,擁有更高的尺寸一致性。

 

  在傳統壓鑄工藝的基礎上誕生了幾種改進型的工藝,包括減少鑄造缺陷排除氣孔的無孔壓鑄工藝。主要用于加工鋅,可以減少廢棄物增加成品率的直接注射工藝。還有由通用動力公司發明的精速密壓鑄技術以及半固態壓鑄等等新式壓鑄工藝。

 

歷史

  1838年,為了制造活字印刷的模具,人們發明了壓鑄設備。第一個與壓鑄有關的專利頒布于1849年,它是一種小型的,用來生產印刷機鉛字的手動機器。1885年奧托·默根特勒(Otto Mergenthaler)發明了Linotype排字機,這種機器能夠將一整行文字壓鑄成一個單獨的鉛字,它給印刷界帶來了前所未有的革新。在印刷業進入大規模工業化后,傳統的手壓字模已經被壓鑄取代。1900年左右,鑄字排版進入市場使得印刷業自動化技術進一步提高,因此有的時候在報社內能看見十多臺壓鑄機。隨著消費產品的不斷增長,奧托的發明獲得了越來越多的應用。人們可以利用壓鑄大批量地制造零部件產品。1966年,通用動力發明了精速密壓鑄工藝,這種工藝有時也被稱作雙沖頭壓鑄。

 

過程

  傳統壓鑄工藝主要由四個步驟組成,或者稱做高壓壓鑄。這四個步驟包括模具準備、填充、注射以及落砂,它們也是各種改良版壓鑄工藝的基礎。在準備過程中需要向模腔內噴上潤滑劑,潤滑劑除了可以幫助控制模具的溫度之外還可以有助于鑄件脫模。然后就可以關閉模具,用高壓將熔融金屬注射進模具內,這個壓力范圍大約在10到175兆帕之間。當熔融金屬填充完畢后,壓力就會一直保持直到鑄件凝固。然后推桿就會推出所有的鑄件,由于一個模具內可能會有多個模腔,所以每次鑄造過程中可能會產生多個鑄件。落砂的過程則需要分離殘渣,包括造???、流道、澆口以及飛邊。這個過程通常是通過一個特別的修整模具擠壓鑄件來完成的。其它的落砂方法包括鋸和打磨。如果澆口比較易碎,可以直接摔打鑄件,這樣可以節省人力。多余的造??诳梢栽谌刍笾貜褪褂?。通常的產量大約為67%。

高壓注射導致填充模具的速度非???,這樣在任何部分凝固之前熔融金屬就可填充滿整個模具。通過這種方式,就算是很難填充的薄壁部分也可以避免表面不連續性。不過這也會導致空氣滯留,因為快速填充模具時空氣很難逃逸。通過在分型線上安放排氣口的方式可以減少這種問題,不過就算是非常精密的工藝也會在鑄件中心部位殘留下氣孔。大多數壓鑄可以通過二次加工來完成一些無法通過鑄造完成的結構,例如鉆孔、拋光。

 

設備

  壓鑄機主要可以分為熱室壓鑄機與冷室壓鑄機兩種不同的類型,區別在于它們能承受多大的力量,典型的壓力范圍在400到4000千克之間。

 

熱室壓鑄

  熱室壓鑄,有時也被稱作鵝頸壓鑄,它的金屬池內是熔融狀態的液態、半液態金屬,這些金屬在壓力作用下填充模具。在循環開始時,機器的活塞處于收縮狀態,這時熔融態的金屬就可以填充鵝頸部位。氣壓或是液壓活塞擠壓金屬,將它填入模具之內。這個系統的優點包括循環速度快(大約每分鐘可以完成15個循環),容易實現自動化運作,同時將金屬熔化的過程也很方便。缺點則包括無法壓鑄熔點較高的金屬,同樣也不能壓鑄鋁,因為鋁會將熔化池內的鐵帶出。因而,通常來說熱室壓鑄機用于鋅、錫以及鉛的合金。而且,熱室壓鑄很難用于壓鑄大型鑄件,通常這種工藝都是壓鑄小型鑄件。

 

冷室壓鑄

  當壓鑄無法用于熱室壓鑄工藝的金屬時可以采用冷室壓鑄,包括鋁、鎂、銅以及含鋁量較高的鋅合金。在這種工藝中,需要在一個獨立的坩堝中先把金屬熔化掉。 然后一定數量的熔融金屬被轉移到一個未被加熱的注射室或注射嘴中。通過液壓或者機械壓力,這些金屬被注入模具之中。由于需要把熔融金屬轉移進冷室,這種工藝最大的缺點是循環時間很長。冷室壓鑄機還有立式與臥式之分,立式壓鑄機通常為小型機器,而臥式壓鑄機則具有各種型號。

 

模具

  壓鑄模具由兩部分組成,分別是覆蓋部分與活動部分,它們結合的部分則被稱為分型線。在熱室壓鑄中,覆蓋部分擁有澆口,而在冷室壓鑄中則為注射口。熔融金屬可以從這里進入模具,這個部位的形狀同熱室壓鑄中的注射嘴或是冷室壓鑄中的注射室相匹配?;顒硬糠滞ǔ0ㄍ茥U以及流道,所謂流道是澆口和模腔之間的通道,熔化的金屬通過這個通道進入模腔。覆蓋部分通常連接在固定壓板或前壓板上,而活動部分則連接在可動壓板上。模腔被分成了兩個模腔鑲塊,它們是獨立的部件,可以通過螺栓相對容易地從模具上拆下或安裝。

 

  模具是經過特別設計的,當打開模具后鑄件會留在活動部分內。這樣活動部分的推桿就會把鑄件給推出去,推桿通常是通過壓板驅動的,它會準確地用同樣大小的力量同時驅動所有的推桿,這樣才能保證鑄件不被損壞。當鑄件被推出后,壓板收縮把所有的推桿收回,為下一次壓鑄做好準備。由于鑄件脫模時仍然處于高溫狀態,只有推桿的數量足夠多,才能保證平均到每根推桿上的壓力足夠小,不至于損壞鑄件。不過推桿仍然會留下痕跡,因此必須仔細設計,讓推桿的位置不會對鑄件的運作造成過多影響。

 

  模具中的其它部件包括型芯滑板等。型芯是用來在鑄件上開孔或開口的部件,它們也能用來增加鑄件的細節。型芯主要有三種:固定、活動以及松散型。固定型芯的方向同鑄件脫出模具的方向平行,它們要么是固定的,要么永久性地連接在模具上??蓜有托究梢圆贾迷诔嗣摮龇较蛞酝獾娜魏畏较蛏?,鑄件凝固后打開模具之前,必須利用分離裝置把活動型芯從模腔內拿出?;瑝K和活動型芯很接近,最大的區別在于滑塊可以用來制造倒凹表面。在壓鑄中使用型芯和滑塊會大幅增加成本。松散型芯也被稱作取出塊,可以用來制造復雜的表面,例如螺紋孔。在每個循環開始之前,需要先手動安裝滑塊,最后再同鑄件一起被推出。然后再取出松散型芯。松散型芯是價格最昂貴的型芯,因為制造它需要大量勞動,而且它會增加循環時間。

 

  排出口通常又細又長(大約0.13毫米),因此熔融金屬可以很快冷卻減少廢棄物。在壓鑄工藝中不需要使用冒口,因為熔融的金屬壓力很高,可以保證從澆口源源不斷地流入模具內。

 

  由于溫度的關系,對于模具來說最重要的材料特性在于抗熱振性以及柔軟性,其它的特征包括淬透性、切削性、抗熱裂性、焊接性、可用性(特別是對于大型模具)以及成本。模具壽命直接取決于熔融金屬的溫度以及每個循環的時間。用于壓鑄的模具通常是使用堅硬的工具鋼制造而成的,因為鑄鐵無法承受巨大的內部壓力,所以模具價格昂貴,這也導致開模成本很高。在更高溫度下壓鑄的金屬需用使用更加堅硬的合金鋼。

 

  壓鑄過程中會出現的主要缺陷包括磨損和侵蝕。其它缺陷包括熱裂以及熱疲勞。當模具表面由于溫度變化太大出現缺陷時,就會產生熱裂。而使用次數太多后,模具表面出現的缺陷則會產生熱疲勞。

 

壓鑄用的金屬

各種材料對應的最小截面積以及最小拔模角如以下表格所列,最厚截面應該低于13毫米。

 

金屬

最小截面積

最小拔模角

鋁合金

0.89 mm (0.035 in)

1:100 (0.6°)

黃銅以及青銅

1.27 mm (0.050 in)

1:80 (0.7°)

鎂合金

1.27 mm (0.050 in)

1:100 (0.6°)

鋅合金

0.63 mm (0.025 in)

1:200 (0.3°)

用于壓鑄的金屬主要包括鋅、銅、鋁、鎂、鉛、錫以及鉛錫合金,雖然壓鑄鐵很罕見,不過也是可行的。比較特殊的壓鑄金屬包括ZAMAK、鋁鋅合金以及美國鋁業協會的標準:AA380、AA384、AA386、AA390以及AZ91D鎂。各種金屬的壓鑄時的特點如下:

鋅:最容易壓鑄的金屬,制造小型部件時很經濟,容易鍍膜,抗壓強度、塑性高,鑄造壽命長。

鋁:質量輕、制造復雜和薄壁鑄件時尺寸穩定性高,耐腐蝕性強,機械性能好,高導熱以及導電性,高溫下強度依然很高。

鎂:易于進行機械加工,強度重量比高,常用壓鑄金屬中最輕。

銅:硬度高,耐腐蝕性強,常用壓鑄金屬中機械性能最好,抗磨損,強度接近鋼鐵。

鉛和錫:密度高,尺寸精度極高,可用作特殊防腐蝕部件。出于公共衛生方面的考慮,這種合金不能用作食品加工、儲存設備。鉛錫銻的合金(有時也含一點銅)可以用來制造凸版印刷中的手工鉛字以及燙金。

使用鋁、銅、鎂和鋅進行壓鑄的質量上限分別為70磅(32千克)、10磅(4.5千克)、44磅(20千克)以及75磅(34千克)。

 

發展

  壓鑄(全稱:壓力鑄造),是指將熔融合金在高壓、高速條件下填充模具型腔,并在高壓下冷卻成型的鑄造方法,是鑄造工藝中應用最廣、發展速度最快的金屬熱加工成形工藝方法之一。壓鑄作為一種先進的有色合金精密零部件成形技術,適應了現代制造業中產品復雜化、精密化、輕量化、節能化、綠色化的要求,應用領域不斷拓寬。隨著壓鑄設備和工藝技術水平不斷提高,壓鑄產品的應用范圍在現有基礎上仍將不斷擴大。

 

  特別是汽車工業的迅速發展,帶動了我國壓鑄行業以前所未有的速度向前發展。

 

《2013-2017年中國壓鑄行業市場前瞻與投資預測分析報告》數據顯示,我國產壓鑄機質量性能水平與國外工業先進國家相比差距較大,但是由于壓鑄件的分布領域較廣,從交通能源到家用電器,到千家萬戶的日用工業品,無不有壓鑄件的存在,而這些壓鑄件市場要求各不相同,這就給國產壓鑄機市場帶來了空間,特別是中、小型壓鑄機,這個空間有可能還要延續相當長的時間。這就為加速國產壓鑄機質量、性能的提高,提供了一個有利的時機。中國作為世界機械工業的基礎工業的加工基地,特別是壓鑄件加工基地,無疑給行業帶來了良好的機遇,同時也刺激著我國對基礎產品的質量提高,要求機械設備的質量、性能同步跟進。

 

  在中國成為世界制造業基地的大環境帶動下,經過多年的努力,我國已構建起一個完整的壓鑄產業及其配套產業鏈和若干較為發達的壓鑄工業基地,成為世界壓鑄大國。未來隨著汽車、通信設備、機車、航天航空、電氣機械等下游應用行業的持續、穩定發展,中國壓鑄行業未來發展空間較大。

 

  導致競爭加劇。中國長期發展的前景還將繼續吸引國外同行,這種局面給國內壓鑄生產廠商帶來很大的發展機遇。國內壓鑄企業應注重品牌意識、環保意識和標準化的發展,加強自主知識產權產品的研發,推動行業共性技術進步,落實綠色制造的科學發展觀,擴展延伸服務內涵,使制造業邁向高級化,增強國際競爭力。

 

  2009年國內生產總值增長8.7%;擴大內需,國家實施總額4萬億元兩年投資計劃,十大產業調整振興規劃,均為壓鑄業提供了遼闊的發展空間。特別是汽車工業規劃目標:2009年至2011年三年平均增長率要求達到10%,中國汽車產品90%以上在國內銷售,受國際市場的影響較小。

 

工藝

  壓力鑄造(簡稱壓鑄)的實質是在高壓作用下,使液態或半液態金屬以較高的速度充填壓鑄型型腔,并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。

 

特點

  高壓和高速充填壓鑄型是壓鑄的兩大特點。它常用的壓射比壓是從幾千至幾萬kPa,甚至高達2×105kPa。充填速度約在10~50m/s,有些時候甚至可達100m/s以上。充填時間很短,一般在0.01~0.2s范圍內。與其它鑄造方法相比,壓鑄有以下三方面優點:

 

優點:

1. 產品質量好

鑄件尺寸精度高,一般相當于6~7級,甚至可達4級;表面光潔度好,一般相當于5~8級;強度和硬度較高,強度一般比砂型鑄造提高25~30%,但延伸率降低約70%;尺寸穩定,互換性好;可壓鑄薄壁復雜的鑄件。例如,當前鋅合金壓鑄件最小壁厚可達0.3mm;鋁合金鑄件可達0.5mm;最小鑄出孔徑為0.7mm;最小螺距為0.75mm。

2.生產效率高

機器生產率高,例如國產JⅢ3型臥式冷空壓鑄機平均八小時可壓鑄600~700次,小型熱室壓鑄機平均每八小時可壓鑄3000~7000次;壓鑄型壽命長,一付壓鑄型,壓鑄鐘合金,壽命可達幾十萬次,甚至上百萬次;易實現機械化和自動化。

3.經濟效果優良

由于壓鑄件尺寸精確,表泛光潔等優點。一般不再進行機械加工而直接使用,或加工量很小,所以既提高了金屬利用率,又減少了大量的加工設備和工時;鑄件價格便易;可以采用組合壓鑄以其他金屬或非金屬材料。既節省裝配工時又節省金屬。

壓鑄雖然有許多優點,但也有一些缺點,尚待解決。

缺點

如:

1). 壓鑄時由于液態金屬充填型腔速度高,流態不穩定,故采用一般壓鑄法,鑄件易產生氣孔,不能進行熱處理;

2). 對內凹復雜的鑄件,壓鑄較為困難;

3). 高熔點合金(如銅,黑色金屬),壓鑄型壽命較低;

4). 不宜小批量生產,其主要原因是壓鑄型制造成本高,壓鑄機生產效率高,小批量生產不經濟。

壓鑄應用范圍及發展趨勢

壓鑄是最先進的金屬成型方法之一,是實現少切屑,無切屑的有效途徑,應用很廣,發展很快。鑄件的尺寸和重量,取決于壓鑄機的功率。由于壓鑄機的功率不斷增大,鑄件形尺寸可以從幾毫米到1~2m;重量可以從幾克到數十公斤。國外可壓鑄直徑為2m,重量為50kg的鋁鑄件。

壓鑄件也不再局限于汽車工業和儀表工業,逐步擴大到其它各個工業部門,如農業機械、機床工業、電子工業、國防工業、計算機、醫療器械、鐘表、照相機和日用五金等幾十個行業,具體有:汽車零配件,家具配件,浴室配件(衛浴),燈飾零件,玩具,須刨,領帶夾,電氣一電子零件,皮帶扣,表殼,金屬飾扣,鎖具,拉鏈.等。在壓鑄技術方面又出現了真空壓鑄、加氧壓鑄、精速密壓鑄以及可溶型芯的應用等新工藝。

將會對我國壓鑄行業有一個很好的促進作用。

 

發展

  壓鑄鑄件的生產,需要依靠壓鑄機器設備才能完成,壓鑄機器是壓鑄件生產的基礎,壓鑄設備的技術水平決定著壓鑄鑄件的質量和水平,所以要想促進壓鑄件行業發展就必須優先發展壓鑄件設備。我國是壓鑄鑄件大國,但是在生產技術水平以及行業設備方面還有待提高,我國的十二五規劃明確指出鑄造行業發展的主要任務是:優先發展重大技術設備,其中有“大噸位壓鑄機鑄造單元”,目標是為壓鑄企業技術升級提供裝備支持。壓鑄技術設備的發展,將有助于壓鑄機械設備水平的提高,從而提高鑄件的品質和技術水平,促進鑄件業發展。

 

我國發展現狀

  在面臨各種機遇的同時也伴隨著很多挑戰,此時,我國壓鑄企業應該把握時機,隨機應變。

 

  這樣的業績讓我國的壓鑄業更上一層樓。能有如此成就主要源于我國憑借著得天獨厚的廣闊市場以及相對低廉的資源與勞動力優勢,以非常明顯的性價比在國際壓鑄件貿易市場中占據著較大優勢.

 

  據了解,在國際信息化浪潮的沖壓下,壓鑄業的第三次革命已經拉開序幕,在國際經濟快速化發展的大環境下,國際壓鑄、鑄造業基地及中心正逐漸向我國轉移,源源不斷的巨額訂單,讓我國壓鑄業面臨著前所未有的發展機遇,這使得國內壓鑄產品總量增長幅度明顯。同時這也使得我國壓鑄模具業對產品的品質以及質量有了更加嚴格的要求,相信在我國政府的科學引導以及壓鑄企業的積極應對下,我國從壓鑄大國向壓鑄強國的轉變將不再是夢。

 

現狀

目前,我國壓鑄行業的競爭仍不規范,這將對壓鑄行業發展造成影響,主要問題包括:一、部分經營者購買無廠名廠址的壓鑄,打印知名廠家的名牌及合格證,對合格壓鑄企業的聲譽造成嚴重危害。二、翻新壓鑄,部分經營者通過對廢舊壓鑄重新油漆后第二次銷售,給工程質量帶來嚴重的安壓鑄隱患。

 

  歐美等國家的壓鑄產業是以質量、合理利益、為用戶服務、建立企業信譽為宗旨,組織、教育員工,管理企業,以每個壓鑄計劃項目,并以其生產過程為控制與管理單元,以控制、保證每個壓鑄的質量與性能。這些因素造成了國內行業與這些發達國家還存在較大的差距。

 

  隨著壓鑄產業轉移到我國,不僅擴大了我國壓鑄行業的產能,也為提高我國的壓鑄產業的整體水平,提高我國壓鑄產業的知名度,提高我國產品的國際市場占有率。但是,由于我國的壓鑄產品在發展過程中,忽略了產業結構、產能等方面的問題,我國的壓鑄產業陷入了停滯不前的困境。

 

  截至目前,中國的壓鑄企業整體上的營銷水平還處于世界的初級階段,沒有建立品牌,沒有技術創新能力,更談不上對產業鏈的控制。對于我國的壓鑄產業,只有改變思路、創新發展、調整產業結構才能逐漸走出困境,使得我國壓鑄產業更好發展

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