中国压铸杂志

铜压铸的真空应用探讨

作者:admin 来源:原创 发表时间:2017-07-26
 
文:海望真空高级顾问秦耘
 
一、前言
压铸合金包含常用的铝、镁、锌、铜合金,还有早期的锡、铅,以及较少应用的钢、铁等。纯铜非常难以铸造成型,其产品容易发生表面开裂,气孔率问题,以及形成内部空腔。一般通过添加少量元素(包括铍,硅,镍,锡,锌,铬和银)可以提高铜的可铸造性,用于压铸制作轴承、衬套、齿轮、配件、阀体、化工用各种部件、装饰件以及电机转子。鉴于要求具有较窄的冷凝范围和高β相含量,铜压铸合金大多指的是黄铜(brass)合金压铸(通常要含铅或含硅)和紫铜(copper alloy)合金压铸,后者多用于导电制品,如电机的转子。铜压铸通常针对的是几何形状非常复杂的和批量较大的铜合金产品。
 
二、铜压铸的的特点及真空应用
压铸铜合金具有以下主要特点
卓越的耐腐蚀性
高效的导电性
优秀的低摩擦性
良好的伸长率和拉伸强度
适用的中低硬度
这使得铜成为金属压铸合金中的通用合金。
 
这里以压铸紫铜电机转子为例:自从19世纪末期美国发明家特斯拉发明了交流电动机,这种结构简单,使用交流电,无需整流,无火花的电动机广泛应用于工业和家庭电器中。早在上个世纪初商家就在设想:铜的导电性较高,铜取代铝将提高感应电机的电能效率。铜的导电性要比铝的高40%左右,铸铜转子可以使电动机的总损耗显著下降,从而提高电动机的整体效率,温升也大大降低,用铜制作的电动机转子定会为电动机应用带来一个很大的提升,只不过由于铜的熔点太高,流动性太差等原因,一直束缚了电动机铸造铜转子的发展。近年来,伴随着压铸工艺技术和模具技术的快速发展,压铸铜转子的批量化生产已经得以实现。在很多类型的电动机上,压铸铜转子都已有成熟稳定的应用。
与其它压铸工艺最显著的不同是,铜压铸的流动性差,压射时间要短;浇注温度高,要900-1200°C;与其它压铸工艺一样面临的是常见的气孔问题,带来的充型不完整、表面缺损、内部疏松、气密性差等等缺陷。真空排气的引入也成为压铸企业考虑的主要工艺解决措施。
某压铸电机转子压铸模型腔容积为3.8l,放镶嵌件(硅钢片迭片铁芯)后容积:2.2l;熔杯充填率为70%;冲头封住浇料口位置开始慢压射,慢压射时间为0.22s;转为快压射,快压射充填时间为0.08s。可以看出,慢速排气的时间短,需要更大的瞬间排气能力以及全过程排气。如采用HV300系统,真空罐为300升,瞬间接通真空度为13mbar;采用双排气板排气,排气总面积为300mm2,排气时间需要0.273s
 

 
三、真空铜压铸模具要点
众所周知,与铝压铸模具寿命的万次或十几万次以上相比,铜压铸模具是以千计次,所以铜压铸工艺更具挑战性。铜合金的高温和流动性差是导致铜压铸复杂性和成本高居不下的根本原因。
1、 模具材料
在较高的浇注温度下,黄铜900-1000°C及紫铜1000-1200°C,压铸模具需要更高的要求:具有耐高温性和保温性;考虑到铜的流动性较差,浇口的面积相对于铝合金模具要稍大些;模具材料通常采用INCONEL合金617和合金625,以及Haynes合金230;INCONEL合金617是用9%Mo强化的22%Cr,12.5%Co合金固溶体;合金625具有21.5%的Cr,9%的Mo和3.65%的Nb;Haynes合金230作为铜压铸模具的一种可选材料,具有比合金617稍高的屈服强度和延展性,可焊接性和可修复性都很高。由于高表面温度下的普通模具钢的脱碳和软化现象,H13作为模具钢的寿命受到很大限制。
 
2、
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