铝合金铸造

1. 铝合金铸造简介

制造商将熔融铝合金倒入模具中，形成精确的组件，并具有精确的尺寸.

这些材料提供高强度的最佳平衡, 耐腐蚀性, 导热系数, 和轻巧的性能.

铸造在制造复杂的几何形状方面表现出色, 满足这些行业的关键需求:

• 汽车: 发动机缸体, 传输案例, 和车轮
• 航天: 机身组件, 住房, 和括号
• 工业设备: 泵, 阀门, 和变速箱

铝合金铸造工艺的成本各不相同, 效率, 和可实现的精度.

这三个主要方法是 重力铸造, 压铸, 和 投资铸造.

每个都有适合特定应用的独特特征.

2.重力铝合金铸造: 传统过程的稳定性和局限性

2.1 过程重力原理铝合金铸造

重力铝合金铸造, 在某些变化中也称为沙子铸造或永久性模具, 根据使用重力用熔融铝合金填充模具的基本原理.

操作员将熔融金属从坩埚或梯子倒入霉菌腔中 - 以沙子铸造或金属用于永久霉菌方法.

重力的力使金属平稳流入模具的所有部分, 完全填充它，因为它巩固了.

沙子铸造中的模具通常是两部分组件, 随着图案为铸造创造腔.

使用的沙子是二氧化硅砂的混合物, 粘合剂, 以及其他添加剂以提供必要的强度和渗透性.

制造商使用耐用的金属模具（通常是铸铁或钢）进行数百至数千个生产周期.

关键原则保持不变: 依靠重力将金属驱动到模具中, 具有模具设计和材料影响最终铸造的质量和特征.

2.2 过程流

重力铝合金铸造的过程流, 以沙子铸造为典型的例子, 涉及以下步骤:

2.3 优点

重力铝合金铸造提供了几个显着的优势:

性价比高:

重力铸造（尤其是沙子铸造）比高压铸造等高压方法明显降低工具费用.

这使其成为低至中型产量的诱人选择，并创建大型或复杂的铸件，而昂贵的模具成本会令人望而却步.

设计灵活性:

它允许高度的设计灵活性, 能够以复杂的形状生产铸件, 厚的部分, 和复杂的内部结构.

铸造厂采用核心在工程组件中形成关键的空心部分和内部空腔.

材料兼容性:

可以使用重力方法铸造各种铝合金, 包括具有高硅含量可提高耐磨性和含铜或镁的含量高的硅含量，以提高强度.

这种多功能性使其适用于不同行业的各种应用.

稳定:

该过程相对稳定且建立了良好的, 拥有悠久的使用历史和流程控制方面的丰富经验.

这种稳定性可确​​保铸件中的质量一致, 特别是遵循适当的铸造习惯.

2.4 缺点

尽管有优势, 重力铝合金铸造也有一些局限性:

较低的生产速度:

与铸造相比, 使用高压快速填充模具, 重力铸造依赖于重力下熔融金属的自然流动.

这导致生产周期较慢, 使其不太适合高量生产，而速度是必不可少的.

表面饰面和尺寸精度:

重力铸件的表面饰面, 特别是在沙子铸造中, 与模具铸件或投资铸件相比，通常更粗糙.

维度精度也有限, 通常需要额外的加工操作以满足紧张的公差, 可以增加生产成本和交货时间.

孔隙率问题:

由于冷却速率较慢，并且在沙模中存在空气 (在沙子铸造中), 铸件中孔隙率的风险更高.

孔隙率会影响铸造的机械性能和紧密度, 使其不太适合压力紧迫的应用, 例如在液压或气动组件中.

霉菌磨损和可重复性:

在永久性模具铸件中, 虽然模具可以重复使用, 随着时间的流逝，它可能会磨损, 特别是使用高温熔融金属.

这可能会影响铸件的尺寸准确性和表面表面，并且可能需要定期维护或更换模具.

2.5 重力铝合金铸造的应用

重力铝合金铸造在各种行业中发现了广泛的应用，因为其优势和适合不同类型的组件的独特结合:

汽车行业:

它用于生产发动机块, 气缸盖, 传输案例, 以及其他需要适度强度和良好铸造性的大型和复杂的组件.

沙铸造通常用于低体积生产自定义或原型零件, 虽然可以将永久性模具铸造用于具有更一致要求的大量组件.

建筑业:

建筑组件（例如窗框）, 门把手, 和装饰元素通常是使用重力铸造产生的.

创建复杂形状和相对较低的工具成本的能力使其成为这些应用程序的理想选择.

重型机械和设备:

农业机械组件, 建筑设备, 工业泵通常依靠重力铸造.

这些组件通常需要良好的机械性能和承受重载的能力, 可以通过适当的铝合金选择和热处理来实现.

海洋产业:

铝合金的耐腐蚀性使重力铸件非常适合海洋应用, 包括螺旋桨枢纽等零件, 阀体, 和海洋硬件.

该过程处理大型铸件的能力也对海洋组件也有益.

3. 铸造: 有效生产的工具

3.1 过程原理

铸造是一个高效的制造过程，涉及将高压下熔融铝合金迫使可重复使用的金属模具, 称为骰子.

模具通常由高强度钢制成，由两半组成:

固定的死亡 (腔死) 还有一个可移动的死亡 (柱塞死).

该过程原则依赖于高压的应用, 每平方英寸的范围从数百到几千英镑不等 (psi), 用熔融金属快速填充模具腔, 确保精确复制Die的复杂细节.

一旦死亡关闭, 通过喂养系统将熔融铝注入模具, 并且在凝固过程中保持高压以补偿收缩, 导致铸件具有出色的尺寸准确性和光滑的表面饰面.

铸件巩固后, 模具被打开, 铸造被弹出, 如有需要，准备进一步处理.

3.2 过程流

这 压铸 铝合金的过程可以分为以下关键步骤:

• 工具创建: 工程师生成3D CAD型号和CNC机器，使硬化工具钢的模具, 将内部特征的内核或滑块合并.

• 融化 & 转移: 铝条融化在外炉中 (冷室法), 然后柱塞将熔体转移到注射室中.

• 注射 & 抓住: 一半夹一起; 液压活塞将金属迫使金属进入腔内并在凝固开始时保持压力.

• 弹射: 经过短冷却间隔后, 弹射器销分开一半的模具，然后推出铸件, 留下最小的选秀标记.

• 修剪 & 精加工: 闪光, 跑步者, 大门被修剪; 零件可能会接受热处理, 加工, 或根据需要进行表面饰面.

3.3 优点

Die Casting提供了许多优势，使其成为大量生产铝合金组件的首选选择:

高生产速度:

铸造是最快的铸造过程之一, 周期时间从小零件的几秒钟到一分钟或更大的组件不等.

这种高速生产能力使其非常适合大规模生产, 使制造商能够有效地满足大规模需求.

优秀的维度准确性和表面饰面:

使用精确生产的钢模具可以使铸件达到非常紧密的公差, 小零件通常在±0.05mm之内, 和光滑的表面饰面 (RA 1.6 - 3.2μm).

这减少了铸造后大量加工的需求, 节省时间和成本.

复杂的几何形状和薄壁:

铸造可以产生具有极其复杂形状的组件, 包括细节, 薄壁 (在某些情况下，稀薄到0.5mm), 和复杂的内部功能.

高压迫使熔融金属进入模具的每个角落, 实现轻巧且在结构上有效的零件.

一致的质量和机械性能:

模具的快速固化导致细粒度的微观结构, 赋予压铸铝合金良好的机械性能，例如高强度, 硬度, 并戴阻力.

该过程还允许在大量铸件中保持一致的质量, 使其对关键应用程序可靠.

物质效率:

铸造会产生最小的废物，因为跑步者和大门可以回收回到熔化过程中.

生产近网状组件的能力减少了加工过程中除去的材料的量, 进一步提高材料效率.

3.4 缺点

尽管有很多好处, 铸造也有一些需要考虑的限制:

高初始工具成本:

模具的设计和制造很昂贵, 特别是对于复杂的组件.

模具的成本范围从数千到数十万美元不等, 取决于大小, 复杂, 和死亡的质量.

这使铸造在经济上仅适用于大量生产, 由于工具成本需要分布在大量零件上.

有限的合金选择:

并非所有铝合金都适合死亡.

高熔点或流动性差的合金在模具铸造过程中的表现不佳.

铸件中使用的常见铝合金包括ADC12, 空客380, 和A383, 具有良好的流动性，适用于该过程的高速注射和快速固化特征.

孔隙夹层的孔隙率:

尽管高压铸造的高压有助于迅速填充死腔, 它还可以捕获熔融金属中的空气或气泡, 导致铸造中的孔隙率.

这在较厚的部分中尤其明显，在较厚的部分中，气体的逃脱时间较小.

孔隙率会影响机械性能和执行某些后铸造过程（例如焊接或热处理）的能力.

磨损和维护:

铸造中涉及的高压和温度可能会导致模具磨损, 特别是在与熔融金属接触的表面上.

操作员必须定期维护模具（通过抛光和维修），以保持尺寸的精度和表面表面表面.

随着时间的推移, 模具可能需要更换, 增加整体生产成本.

3.5 应用领域

需要大量生产的行业, 精确, 和复杂的组件设计广泛使用铸造.

汽车行业:

这是生产汽车组件（例如发动机零件）的主要过程 (例如, 气缸盖, 发动机缸体, 传输案例), 底盘部件 (例如, 控制臂, 转向节), 和外部和内部零件 (例如, 轮毂, 门把手).

压铸铝制零件有助于减轻车辆重量, 提高燃油效率, 并提高性能.

电子行业:

压铸铝广泛用于制造散热器, 电子外壳, 和智能手机框架, 笔记本电脑, 和其他消费电子产品, 提供有效的热管理和耐用性.

铝的极佳导热率有助于耗散热量, 而铸造的精度可确保非常适合内部组件和光滑的外观.

航空航天工业:

尽管航空航天应用通常需要非常高强度的材料, 制造商使用模具铸件作为诸如支架之类的非关键组件, 住房, 和配件.

铝合金的轻巧性质以及具有较高尺寸精度的复杂形状的能力，使模具成为这些部分的合适选择.

工业设备和机械:

模具式铝制组件用于各种工业应用, 包括泵, 阀门, 变速箱, 和汽车外壳.

该过程能够生产具有良好机械性能和一致质量的零件的能力对于可靠的工业设备至关重要.

4. 投资铝合金铸造: 高精度和复杂形状的首选

4.1 铝合金铸造的过程原理

熔模铸造, 也称为 失去蜡像铸件, 将详细的蜡图案包装在多层陶瓷壳中.

在高压灭菌和炉中脱脂后, 熔融铝合金充满了腔, 捕获复杂的细节和薄部分.

陶瓷破裂了, 屈服于近乎net形状的零件，并带有光滑的饰面，没有分隔线.

4.2 过程流

铝合金的投资铸造过程可以分解为以下详细步骤:

4.3 优点

投资铝合金铸造提供了几种独特的优势，使其成为高精度和复杂组件的首选选择:

卓越的维度准确性和表面饰面:

熔模铸造 可以达到极度的公差 (小零件最多±0.1mm) 和非常光滑的表面饰面 (RA 0.8 - 1.6μm), 经常消除需要大量加工的需求.

这是由于蜡图案的高精度以及在铸造过程中保持其形状的能力.

复杂的几何形状:

它可以产生具有复杂形状的组件, 包括薄壁, 精细的细节, 内部段落, 以及难以或不可能使用其他铸造方法制造的复杂曲线.

蜡模式的使用几乎可以创建任何形状, 仅受图案制造商的设计功能的限制.

物质均匀性和机械性能:

陶瓷外壳中的受控固化导致铸件中更均匀的微观结构, 与重力铸造相比，孔隙率等缺陷较少.

机械性能的这种一致性使投资铸件非常适合需要高强度的应用, 疲劳性抗性, 和可靠性.

复杂零件的工具成本较低:

尽管投资铸造需要耗时的设置, 制造商受益于蜡模式相对较低的工具成本，尤其是在生产复杂或低量零件时, 与铸造所需的昂贵模具相比.

这使其成为使用复杂设计生产自定义或原型零件的经济选择.

合金多功能性:

投资铸造可以利用各种铝合金, 包括高力量的人, 耐腐蚀性, 和特定的热性能.

这种多功能性使制造商可以为预期应用选择最佳合金, 确保铸件符合所需的性能标准.

4.4 缺点

尽管有很多优势, 投资铝合金铸造也有一些缺点:

长生产交货时间:

投资铸造过程相对耗时, 涉及创建蜡模式的多个步骤, 建造陶瓷壳, 并完成铸造.

从模式制作到最终铸造, 该过程可能需要几天, 对于需要快速生产的应用来说，这是一个重要的缺点.

较高的生产成本:

该过程的劳动密集型性质, 用于外壳的昂贵陶瓷材料, 与重力铸造或死亡铸造相比, 特别是对于大型或简单的零件.

环境考虑:

陶瓷壳的生产产生废料, 并且在壳制造过程中使用某些化学物质可能具有环境影响.

适当的废物管理和遵守环境法规是必要的，以减轻这些问题.

4.5 铝合金铸造的应用

需要高精度的行业, 复杂形状, 优秀的机械性能通常依赖于投资铝合金铸造.

航空航天工业:

这是制造航空航天组件（例如涡轮刀片）的关键过程, 发动机支架, 和结构部分.

这些组件需要高强度, 维度的准确性, 以及承受高温和压力的能力, 哪种投资可以可靠地提供.

医疗行业:

投资铸造用于生产复杂的医疗工具, 手术植入物, 和假肢.

铝合金的高精度和生物相容性 (正确处理时) 使它们适合这些应用, 即使最小的细节也会影响功能和患者安全性.

珠宝和奢侈品:

该过程通常在珠宝行业中用于为戒指创建详细而精心设计的设计, 项链, 和其他装饰品.

复制细节并实现平滑表面表面表面表面表面的能力使投资铸造非常适合高端珠宝生产.

枪支和军械:

制造商使用投资铸造来生产枪支组件，例如接收器, 触发器, 和桶, 确保精度和可靠性.

该过程创建复杂的内部几何形状和紧密公差的能力确保了这些关键部分的适当拟合和功能.

高端汽车组件:

高性能车辆的制造商依靠投资铸造来生产诸如进气歧管之类的组件, 排气门, 和悬架零件, 满足对轻质建筑的需求, 高力量, 和精确的尺寸以提高性能和效率.

5. 比较和选择三个过程

5.1 过程比较

下表提供了基于关键标准的三个主要铝合金铸造过程的详细比较:

5.2 选择建议

• Low‑ to medium‑volume, highly intricate parts: 选择 投资铸造 for best tolerances and detail.

• Very high‑volume runs (> 50,000 pcs): 选择 压铸 to leverage sub‑60s cycles and lowest per‑part cost at scale.

• Moderate volumes (hundreds–thousands) with robust mechanical requirements and budget constraints: Gravity casting provides low tooling cost and sound metallurgy.

• Stringent lead times: Die casting delivers fastest cycle times; 投资铸造将由于建造和脱水而产生的最长铅.

• 预算驱动的原型制作或设计迭代: 重力或投资铸造 (低工具) 当零件计数较低时，王牌昂贵的模具.

6. 未来的发展趋势和前景

技术创新和可持续性需求正在推动铝合金铸造过程的发展.

关键趋势包括:

• 增材制造集成: 将3D打印与铸件结合起来进行快速原型制作.
• 可持续实践: 增加使用回收铝以减少环境影响.
• 自动化: 机器人技术和AI，以提高一致性和效率.
• 高级合金: 开发具有增强性能的新铝合金.

这些创新旨在使铝合金铸造更高效, 性价比高, 和环保的.

7. 概括

铝合金铸造是现代制造的基石, 为各种行业提供多功能解决方案.

Gravity casting, 压铸, 投资投资都有明显的优势和限制, 使它们适合特定应用.

通过了解这些过程并保持了解新兴趋势, 制造商可以优化生产并保持竞争优势.

您是否需要大量生产, 复杂的设计, 或大型组件, 铝合金铸造为您的制造需求提供了可靠且适应性的解决方案.

我们的伴侣: https://dz-machining.com/