关于冷室压铸机

关于冷室压铸机

内田正志古屋博幸

关键词：铸造品质、高响应高稳定射出结构、半凝固铸造法、远程保养

1、前言

形状复杂的金属零件的一体化铸造是制造的理想形式，当中轻金属压铸法以高尺寸精度以及出色的生产效率为武器，在近年的轻量化需求背景下汽车与二轮车发展的同时发展各种各样的零件，尤其是反映起源于环境问题的减少尾气排放与安全性指向，要求压铸做到更薄、更轻、更强、质量更优。

另一方面，中国的经济发展与欧洲经济圈的统一，市场的扩大以及生产基地的全球化，与其他制造业一样日本压铸的环境也在剧变。现在的状况是生产技术的海外转移的同时，通过颠覆旧常识的技术开发，迫切谋求降低原价等彻底的降低成本。

在这样的背景下介绍压铸机如何发展，再者压铸的将来怎样做出贡献。

2、压铸方法以往的概念

以铝合金为代表的铸造，有低压铸造法、重力压铸法、压铸铸造法。低压铸造（LPC）是指在模具下面配置的炉内加气压，通过压室使溶液流入模具内部的方法。重力铸造（GDC）是指利用重力使溶液流入模具内部的方法，能够生产出没有卷气、耐压以及耐热的高品质铝制压铸件。但是因为低压力注入溶液较慢，模具温度必须保持400~500℃的高温。缺点是铸造后的凝固耗时长而生产效率低。同时也存在高温下凝固耗时长而共晶合金内的Si结晶体积增大无法伸展的问题。

相对这些，压铸铸造法是指高速把溶液注入到温度较低的模具，通过凝固的瞬间加高压（70~100MPa）成形，生产周期非常快，但无法避免高速压铸导致卷气与凝固收缩的气孔，主要用在有一些气孔也没关系的缸盖类产品。

因此高品质铸造是低压铸造或者重力铸造，以及有气孔也没关系的低品质铸造，这里所说的压铸就是过去的基本概念。

3、压铸铸造的发展

然而生产效率高，也就是说有成本优势的压铸铸造与前面叙述的概念无关，适用于高品质产品（气密、耐压、耐热）进行反复改善，这些说是压铸铸造的发展历史也不为过。这个品质改善的主要目标有以下三项内容。

(a）消除卷气气孔

(b) 消除收缩气孔

(c) 提高溶液流动铸造性

一般，冷室压铸机的铸造条件是为了防止套筒内发生卷气，低速射出溶液填充套筒后，为确保

低温的模具型腔内的流动性高速射出浇铸，射出分为这2个阶段进行。必须快速填充模具（输出功率是最终金属成形压力的30~40%），完成填充时为防止凝固收缩引起气孔必须使用高输出功率。

期望的射出特性因产品的品质要求有所变化，但要求大型薄壁产品应具备相应的溶液流动性，射出高速速度大而对模具压力小。另外，耐压产品讨厌卷气气孔，所以低速的同时为防止产生缩孔必须施加高模具压力。

要求压铸机灵活实现这些射出特性。控制填充中的速度，完成填充后转化为控制输出功率的方法，采用各种各样的射出结构。（如图Fig.1的所示例子）

4、为得到高品质铸造特性的关键点

从压铸铸造法得到高品质的方法大体可以分为以下两种。

(a) 提高溶液流动性与尺寸精度，表面冷却层范围内停止机械加工。

(b) 排出空气防止凹陷，减少内部缺陷。

这些方法利用以下所示的各种途径，推广运用到高品质产品铸造法。

⑴减少卷气气孔

·为防止套筒内产生卷气气孔，提高低速射出性能的射出系统

·提高射出高速转换位置控制与高速到达目标值能力

·提高输送溶液的精度

·减压铸造、真空铸造

⑵减少凝固收缩气孔

·缩短升压时间的射出系统登场

·高模具压力铸造（提高射出最终输出功率）

·控制部分加压

·设计可以指向性凝固的模具冷却

⑶提高薄壁产品铸造的溶液流动性

·比以往的机器射出速度更高，为确保实际压铸时的速度，提高高速射出中的填充力的射出系统。

（最终输出功率的40~50%）

·防止高速填充完成时产生冲击的速度控制功能

·保持模具稳定高温的模具调温机

·为缓和输送溶液套筒内的低温绝热套筒与热套筒

·具有优良保温性的离模剂

·减压铸造、真空铸造

5、介绍提高铸造品质的具体手段

5.1 压力、真空铸造法

通常压铸模具型腔内的空气与喷射产生的气体被填充溶液挤出，一部分则从分型面排出，被卷进高速溶液残留在产品内部的也很多。（10~15 cc/100gAl）

因此模具型腔通过抽真空等减压减少本来存在的空气，关于这个减压、真空铸造法的手段，人们提出了各种各样的方案。以高速注入的溶液惯性关闭排气阀门的GF法（真空法），空气与氧置换后射出溶液的酸化反应，真空型腔的PF法（无孔法）已经得到广泛应用。

(a) 因为填充中阻碍溶液流动的气体非常少，溶液流动性变好。

(b) 因为卷气气孔的基础气体少，大幅度的卷气气孔缺陷得到改善。

具有以上特征。如图Fig.2所示，简单说明我司开发的GF法。

最近更提高了模具的真空度（100Torr以下），视野扩大到薄壁铸造与T6热处理、焊接，开发了超真空技术，克服模具的密封以及排气阀门的闭合时间等课题的同时，一部分在实际应用中做出贡献。

5.2 部分加压法

这个方法是对于容易出现收缩气孔的部位（如图Fig.3所示壁厚的部位），预先在模具内增设加压用的气筒，射出填充后启动这个加压气筒，通过补充收缩部分消除气孔的方法。

(a) 实现了消除收缩气孔。

(b) 通过压散卷气气孔，外观上消除卷气气孔。

加压气筒的控制方式是从射出完成信号到计时器停止后开始，一般是以一定的压力在设定时间内加压。更有依据加压后的冲程判别合格品，也有学习控制调节加压起始时间。壁厚产品也有对比超时挤压冲程与设定样式进行实时反馈控制。

5.3挤压铸造

挤压铸造有如图Fig.4所示的套筒倾斜对接的方式（我司做法）与套筒一分为二的方式。

这些设备的特征是可以在内部基本没有缩孔与卷气气孔存在的状态下生产产品。为实现T6热处理，高强度零件从铁铸件（FCD）置换到铝合金铸件就是有力的手段。

铸造手段是减慢射出速度进行铸造。（相对射出速度是1～3m/sec的一般压铸，速度为0.05～0.3m/sec），溶液挤进模具内实现消除卷气（层流填充）。纵式套筒因为填充率高以及保温性出色比起一般的压铸机，没有失去流动性而填充活动的溶液。更有为降低模具内溶液的温度，使用保温性出色的离模剂。

5.4超低速射出压铸机

一般的横式压铸机套筒内溶液温度急剧降低的原因在于横向套筒细长，溶液保持细长以及传热面积扩大。以图Fig.5所示的方式改良这部分。在模具固定板钻大孔，通过极端缩短套筒并加热套筒减少降温。