寧波鋁壓鑄廠家的真空應用探討

       鋁壓鑄廠家的金包含常用的鋁、鎂、鋅、銅合金，還有早期的錫、鉛，以及較少應用的鋼、鐵等。純銅非常難以鋁壓鑄鑄造成型，其產品容易發生表面開裂，氣孔率問題，以及形成內部空腔。一般通過添加少量元素（包括鈹，硅，鎳，錫，鋅，鉻和銀）可以提高銅的可鑄造性，用于壓鑄制作軸承、襯套、齒輪、配件、閥體、化工用各種部件、裝飾件以及電機轉子。鑒于要求具有較窄的冷凝范圍和高β相含量，銅壓鑄合金大多指的是黃銅（brass）合金壓鑄（通常要含鉛或含硅）和紫銅（copper alloy）合金壓鑄，后者多用于導電制品，如電機的轉子。銅壓鑄通常針對的是幾何形狀非常復雜的和批量較大的銅合金產品。

二、鋁壓鑄的的特點及真空應用

鋁壓鑄合金(jin)具有以下主要特點，卓(zhuo)越的耐腐蝕性(xing)，高效的導電(dian)性(xing)，優秀的低摩擦性(xing)。良好的伸長率和拉(la)伸強(qiang)度，適用的中低硬度。這使得銅成(cheng)為(wei)金(jin)屬壓鑄合金(jin)中的通用合金(jin)。

       這里以鋁壓鑄的(de)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)為例：自從(cong)19世紀(ji)末期美國發明(ming)家特斯拉(la)發明(ming)了(le)交流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)，這種(zhong)結構(gou)簡單(dan)，使用(yong)交流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)，無需(xu)整流(liu)(liu)，無火花的(de)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)廣(guang)泛應用(yong)于工業和(he)家庭電(dian)(dian)(dian)器(qi)中。早在(zai)上(shang)個世紀(ji)初商家就在(zai)設想：銅(tong)(tong)的(de)導電(dian)(dian)(dian)性較高(gao)，銅(tong)(tong)取代鋁(lv)將(jiang)提(ti)(ti)高(gao)感應電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)(dian)能效率(lv)。銅(tong)(tong)的(de)導電(dian)(dian)(dian)性要比鋁(lv)的(de)高(gao)40%左右，鑄銅(tong)(tong)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)可以(yi)使電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)總(zong)損耗(hao)顯著下降(jiang)，從(cong)而(er)提(ti)(ti)高(gao)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)整體效率(lv)，溫(wen)升(sheng)也大大降(jiang)低，用(yong)銅(tong)(tong)制作(zuo)的(de)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)定(ding)會為電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)應用(yong)帶來一個很大的(de)提(ti)(ti)升(sheng)，只(zhi)不過由于銅(tong)(tong)的(de)熔點太(tai)(tai)高(gao)，流(liu)(liu)動(dong)(dong)(dong)(dong)性太(tai)(tai)差等原因(yin)，一直束縛了(le)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)鑄造銅(tong)(tong)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)發展。近年來，伴隨著壓(ya)鑄工藝技術和(he)模具(ju)技術的(de)快速發展，壓(ya)鑄銅(tong)(tong)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)批(pi)量(liang)化生產已經得以(yi)實(shi)現。在(zai)很多類型的(de)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)上(shang)，壓(ya)鑄銅(tong)(tong)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)(zi)(zi)都(dou)已有成熟(shu)穩定(ding)的(de)應用(yong)。

       與其它鋁壓鑄鑄造的工藝最顯著的不同是，銅壓鑄的流動性差，壓射時間要短；澆注溫度高，要900-1200°C；與其鋁壓鑄的(de)(de)工藝(yi)一樣(yang)面(mian)臨的(de)(de)是常見(jian)的(de)(de)氣孔(kong)問題，帶(dai)來的(de)(de)充型不完整、表面(mian)缺(que)(que)損、內部疏松、氣密性差等等缺(que)(que)陷。真空排氣的(de)(de)引入也成為壓鑄企業考慮的(de)(de)主(zhu)要(yao)工藝(yi)解決措施。

       某壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)電(dian)機轉子(zi)壓(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)模型腔容積(ji)為3.8l，放鑲嵌件（硅鋼(gang)片迭片鐵芯）后容積(ji)：2.2l；熔杯充(chong)填率為70%；沖頭封(feng)住澆料口位置(zhi)開始慢(man)壓(ya)(ya)射，慢(man)壓(ya)(ya)射時(shi)(shi)間(jian)為0.22s；轉為快壓(ya)(ya)射，快壓(ya)(ya)射充(chong)填時(shi)(shi)間(jian)為0.08s。可以看出，慢(man)速(su)排(pai)氣(qi)(qi)的時(shi)(shi)間(jian)短，需要更大的瞬(shun)間(jian)排(pai)氣(qi)(qi)能力以及(ji)全過程排(pai)氣(qi)(qi)。如(ru)采用(yong)HV300系統，真空罐(guan)為300升，瞬(shun)間(jian)接通真空度為13mbar；采用(yong)雙排(pai)氣(qi)(qi)板排(pai)氣(qi)(qi)，排(pai)氣(qi)(qi)總(zong)面積(ji)為300mm2，排(pai)氣(qi)(qi)時(shi)(shi)間(jian)需要0.273s

真空銅壓鑄模具要點

       眾所周知，與鋁壓鑄模(mo)具壽命的萬次或十幾萬次以上相比(bi)，銅(tong)(tong)壓鑄模(mo)具是(shi)以千計次，所(suo)以銅(tong)(tong)壓鑄工藝更具挑戰性(xing)。銅(tong)(tong)合(he)金(jin)的高溫和(he)流動性(xing)差是(shi)導致銅(tong)(tong)壓鑄復雜性(xing)和(he)成本高居(ju)不(bu)下的根(gen)本原(yuan)因。

       模具材料： 在較高的澆注溫度下，黃銅900-1000°C及紫銅1000-1200°C，鋁壓鑄鑄造模(mo)(mo)具(ju)需要(yao)(yao)更高(gao)的(de)(de)要(yao)(yao)求：具(ju)有耐高(gao)溫性(xing)(xing)和保(bao)溫性(xing)(xing)；考慮到銅的(de)(de)流動(dong)性(xing)(xing)較差，澆(jiao)口的(de)(de)面積相對于鋁合(he)(he)(he)(he)金(jin)模(mo)(mo)具(ju)要(yao)(yao)稍(shao)大(da)些；模(mo)(mo)具(ju)材(cai)料通常(chang)采用INCONEL合(he)(he)(he)(he)金(jin)617和合(he)(he)(he)(he)金(jin)625，以及Haynes合(he)(he)(he)(he)金(jin)230；INCONEL合(he)(he)(he)(he)金(jin)617是(shi)用9％Mo強(qiang)化(hua)的(de)(de)22％Cr，12.5％Co合(he)(he)(he)(he)金(jin)固溶體；合(he)(he)(he)(he)金(jin)625具(ju)有21.5％的(de)(de)Cr，9％的(de)(de)Mo和3.65％的(de)(de)Nb；Haynes合(he)(he)(he)(he)金(jin)230作為(wei)(wei)銅壓鑄模(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)一種可(ke)選材(cai)料，具(ju)有比合(he)(he)(he)(he)金(jin)617稍(shao)高(gao)的(de)(de)屈服強(qiang)度(du)和延展(zhan)性(xing)(xing)，可(ke)焊(han)接(jie)性(xing)(xing)和可(ke)修(xiu)復性(xing)(xing)都(dou)很(hen)(hen)高(gao)。由于高(gao)表面溫度(du)下(xia)的(de)(de)普通模(mo)(mo)具(ju)鋼的(de)(de)脫碳和軟化(hua)現象，H13作為(wei)(wei)模(mo)(mo)具(ju)鋼的(de)(de)壽命受(shou)到很(hen)(hen)大(da)限制。

       溫(wen)度(du)(du)控(kong)制(zhi)：在高熔點銅(tong)(tong)熔液的(de)(de)(de)壓鑄中(zhong)，溫(wen)度(du)(du)高、熔化熱高、潛熱大(da)，以(yi)及高導(dao)熱率都(dou)結合起來最(zui)大(da)化，造成(cheng)較冷(leng)的(de)(de)(de)內部和(he)模(mo)(mo)(mo)具表面之間的(de)(de)(de)產(chan)生很大(da)的(de)(de)(de)溫(wen)差。由此(ci)產(chan)生的(de)(de)(de)熱沖擊和(he)熱疲勞(lao)造成(cheng)模(mo)(mo)(mo)具快速(su)失(shi)效(xiao)。在較高溫(wen)度(du)(du)下(xia)使(shi)(shi)用模(mo)(mo)(mo)具，要(yao)使(shi)(shi)得模(mo)(mo)(mo)具材料在長時間暴露(lu)于(yu)高溫(wen)時依然保持必(bi)要(yao)的(de)(de)(de)強度(du)(du)，那么溫(wen)度(du)(du)控(kong)制(zhi)將是至關(guan)重要(yao)的(de)(de)(de)。模(mo)(mo)(mo)溫(wen)機(ji)是其最(zui)初(chu)始的(de)(de)(de)預熱措施，與鋁合金(jin)的(de)(de)(de)150~180°C的(de)(de)(de)預熱保溫(wen)設定(ding)相比，銅(tong)(tong)合金(jin)的(de)(de)(de)需要(yao)200°C以(yi)上。對于(yu)350-500°C的(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)具預熱溫(wen)度(du)(du)，油溫(wen)機(ji)的(de)(de)(de)能力明顯不足。可以(yi)通過(guo)預熱模(mo)(mo)(mo)具插件（電(dian)阻加熱器）來減少溫(wen)差的(de)(de)(de)程度(du)(du)，控(kong)制(zhi)熱沖擊帶來的(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)具失(shi)效(xiao)。熔杯也(ye)(ye)需要(yao)同樣(yang)的(de)(de)(de)預熱保溫(wen)。冷(leng)卻水(shui)的(de)(de)(de)加入也(ye)(ye)是保持模(mo)(mo)(mo)溫(wen)平衡要(yao)考慮(lv)的(de)(de)(de)手段，比如確保600-650°C的(de)(de)(de)模(mo)(mo)(mo)具工作溫(wen)度(du)(du)，但過(guo)度(du)(du)的(de)(de)(de)冷(leng)卻將適得其反。在每(mei)次壓射前(qian)應(ying)使(shi)(shi)用干(gan)粉狀脫模(mo)(mo)(mo)劑。

       模(mo)具設(she)(she)計：在銅(tong)壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)工(gong)(gong)藝中，模(mo)具設(she)(she)計是整(zheng)個制造過程的(de)(de)(de)基(ji)本方(fang)面(mian)，模(mo)具的(de)(de)(de)所有屬性(xing)都(dou)會影(ying)響最(zui)終(zhong)產(chan)品(pin)(pin)。產(chan)品(pin)(pin)生產(chan)數量(liang)、鑄(zhu)(zhu)(zhu)件(jian)的(de)(de)(de)尺寸和/或重量(liang)、產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)形狀和復雜度、精(jing)加工(gong)(gong)所需的(de)(de)(de)量(liang)和質量(liang)、所需表面(mian)光潔度、規(gui)定的(de)(de)(de)內部(bu)要求（如密封性(xing)）、要進行的(de)(de)(de)處(chu)理和檢驗的(de)(de)(de)類(lei)型(xing)和級(ji)別、單件(jian)零件(jian)的(de)(de)(de)尺寸精(jing)度可(ke)變化量(liang)、所規(gui)定或選(xuan)擇銅(tong)合金的(de)(de)(de)可(ke)鑄(zhu)(zhu)(zhu)造特性(xing)等是模(mo)具設(she)(she)計初始條件(jian)。通常，銅(tong)合金流(liu)動的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)取(qu)決于(yu)設(she)(she)計者對銅(tong)壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)技術和工(gong)(gong)藝的(de)(de)(de)理解和詮(quan)釋，包(bao)括(kuo)分型(xing)面(mian)設(she)(she)置、澆口的(de)(de)(de)設(she)(she)置、料筒和流(liu)道(dao)設(she)(she)置，進料方(fang)向確定、以(yi)及(ji)保溫和冷卻通道(dao)布置，最(zui)后是真(zhen)空排氣設(she)(she)置，包(bao)括(kuo)相(xiang)對應的(de)(de)(de)模(mo)具密封。也(ye)就是說，對于(yu)高壓(ya)(ya)(ya)銅(tong)壓(ya)(ya)(ya)鑄(zhu)(zhu)(zhu)，銅(tong)熔液將在外部(bu)高壓(ya)(ya)(ya)下(xia)流(liu)動，進入到(dao)型(xing)腔(qiang)至充型(xing)完成所涉及(ji)到(dao)所有細(xi)節(jie)都(dou)要認真(zhen)考慮。真(zhen)空排氣總(zong)是在模(mo)具設(she)(she)計的(de)(de)(de)最(zui)后考慮的(de)(de)(de)環節(jie)。

       鋁壓鑄的(de)(de)真(zhen)空系統：銅(tong)壓(ya)(ya)鑄真(zhen)空原理：銅(tong)壓(ya)(ya)鑄的(de)(de)真(zhen)空技術已經被(bei)多家制造公司所采用，通常的(de)(de)缺(que)陷是(shi)(shi)容(rong)易產生氣孔率的(de)(de)問題，這是(shi)(shi)由于壓(ya)(ya)鑄過程中空氣被(bei)夾在(zai)鑄件(jian)中。多年(nian)來，真(zhen)空壓(ya)(ya)鑄已被(bei)證明是(shi)(shi)消除氣孔率問題的(de)(de)最佳方式。

通常情況(kuang)下，鋼制模具(ju)的(de)型(xing)(xing)腔(qiang)必須(xu)形成(cheng)相對(dui)的(de)密封環境。真空(kong)排氣口靠近模具(ju)頂部(bu)或(huo)側面位置(zhi)；由于(yu)真空(kong)的(de)引入，銅熔液在(zai)低于(yu)大氣壓(ya)的(de)背壓(ya)下通過(guo)壓(ya)射(she)動能射(she)入模具(ju)型(xing)(xing)腔(qiang)；伴隨著壓(ya)射(she)時間的(de)推移，銅熔液的(de)持續充型(xing)(xing)，型(xing)(xing)腔(qiang)內的(de)壓(ya)力也逐漸降(jiang)低，直至(zhi)充型(xing)(xing)結束(shu)，壓(ya)射(she)過(guo)程完成(cheng)。此過(guo)程周期性地不斷(duan)重復。

       真空鋁壓鑄鑄造的技術的主要優點包括：鋁壓鑄具有良好的焊接性能。壓鑄件的機械強度高。適用于大批量生產。最大程度上降低氣孔率。產品密實度高，導電率均勻。產品的氣密性高。提高產品的充型度。確保產品的精密度。

真(zhen)空(kong)(kong)銅(tong)壓(ya)(ya)鑄(zhu)的(de)缺點(dian)技(ji)術具(ju)有以下主要(yao)缺點(dian)：初始投(tou)入成本(ben)相對較(jiao)高，包(bao)括(kuo)模(mo)具(ju)和(he)(he)設備(bei)、以及密封性(xing)(xing)。設置(zhi)真(zhen)空(kong)(kong)壓(ya)(ya)鑄(zhu)工(gong)藝較(jiao)繁(fan)瑣(suo)，既要(yao)滿足銅(tong)合金(jin)的(de)可(ke)(ke)壓(ya)(ya)鑄(zhu)性(xing)(xing)，也(ye)要(yao)考(kao)(kao)慮(lv)(lv)(lv)排(pai)(pai)氣(qi)的(de)可(ke)(ke)行性(xing)(xing)。影響真(zhen)空(kong)(kong)排(pai)(pai)氣(qi)效率(lv)的(de)因素多，除(chu)了(le)真(zhen)空(kong)(kong)機和(he)(he)排(pai)(pai)氣(qi)元件(jian)，壓(ya)(ya)鑄(zhu)機、模(mo)具(ju)、合金(jin)質(zhi)量、合 。金(jin)溫度(du)(du)，噴(pen)涂(tu)技(ji)術等等都要(yao)統一考(kao)(kao)慮(lv)(lv)(lv)： 壓(ya)(ya)射組件(jian)和(he)(he)模(mo)具(ju)必須考(kao)(kao)慮(lv)(lv)(lv)密封，包(bao)括(kuo)分型面、熔杯和(he)(he)沖(chong)(chong)頭、頂針(zhen)，甚(shen)至滑塊。這將保      證(zheng)真(zhen)空(kong)(kong)排(pai)(pai)氣(qi)的(de)效率(lv)和(he)(he)可(ke)(ke)靠性(xing)(xing)。為了(le)獲得產品的(de)高重復率(lv)和(he)(he)精度(du)(du)，重要(yao)的(de)是要(yao)控制(zhi)壓(ya)(ya)鑄(zhu)機的(de)壓(ya)(ya)力和(he)(he)速度(du)(du)曲線穩(wen)定。以下因素必須得到優(you)化(hua)(hua)：模(mo)具(ju)噴(pen)涂(tu)，沖(chong)(chong)頭潤滑，銅(tong)熔液合金(jin)質(zhi)量和(he)(he)模(mo)溫控制(zhi)。實現優(you)化(hua)(hua)的(de)銅(tong)壓(ya)(ya)鑄(zhu)真(zhen)空(kong)(kong)工(gong)藝可(ke)(ke)能是一個細致(zhi)并具(ju)有挑戰(zhan)性(xing)(xing)的(de)過程(cheng)。為獲取較(jiao)高的(de)工(gong)藝真(zhen)空(kong)(kong)度(du)(du)，每個過程(cheng)都應該進(jin)行優(you)化(hua)(hua)。

       真空鋁壓鑄的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)方案：真空(kong)(kong)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)需結合(he)壓射(she)工藝設置(zhi)，包括真空(kong)(kong)機(ji)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇、排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)原件(jian)的(de)(de)(de)(de)確定。盡管真空(kong)(kong)閥(fa)的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)效率(lv)高(gao)，結合(he)銅合(he)金高(gao)澆注(zhu)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)特點和排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)元件(jian)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)本，排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)塊(kuai)往(wang)往(wang)是最為適(shi)合(he)的(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇。銅合(he)金的(de)(de)(de)(de)流動性(xing)差，熔(rong)杯充(chong)填率(lv)較高(gao)，其(qi)低速在0.25-0.5m/s，高(gao)速從0.8最終(zhong)達(da)到(dao)3m/s，給真空(kong)(kong)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)帶(dai)來的(de)(de)(de)(de)機(ji)會相對很(hen)(hen)少(shao)，因(yin)此(ci)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)元件(jian)往(wang)往(wang)需要更大的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)(pai)(pai)氣(qi)(qi)面積。 考(kao)慮到(dao)型腔(qiang)內氣(qi)(qi)體的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)很(hen)(hen)高(gao)，瞬間(jian)甚(shen)至達(da)到(dao)500-600°C以(yi)上，這(zhe)對于(yu)真空(kong)(kong)系統的(de)(de)(de)(de)密(mi)封帶(dai)來麻煩(fan)，通常考(kao)慮在模具(ju)和真空(kong)(kong)機(ji)間(jian)的(de)(de)(de)(de)管路(lu)上，設置(zhi)氣(qi)(qi)體水冷卻裝置(zhi)，以(yi)降低氣(qi)(qi)體溫(wen)度(du)，提高(gao)真空(kong)(kong)密(mi)封的(de)(de)(de)(de)壽命。

       鋁鑄件為解決形狀復雜、批量大的銅產品提供了更廣泛更有效的生產手段。其中黃銅壓鑄產品應用于裝飾件和耐磨件已經十分成熟，還有黃銅壓鑄的傳動換檔系統、控制桿和水泵輪機部件等；紫銅壓鑄件應用于電動機轉子更具廣闊前景，轉子銅重從幾克到幾十千克，其永久磁鐵性能、壽命和成本均優于目前使用電動機永磁體。隨著電動汽車和混合動力汽車的市場率日益擴大，銅壓鑄電動機轉子將會有更大的前景。作為真空銅壓鑄工藝的日趨成熟和廣泛應用，必將為高品質銅壓鑄產品提供強有力的支持和保障。