Cold chamber die casting is a cornerstone precision manufacturing process for high-melting-point metals like aluminum, магний, и медь. Unlike hot chamber die casting (where the injection system is immersed in molten metal), его injection chamber and punch remain separate from the melt—making it ideal for large, complex components in automotive, аэрокосмическая, и электроника. Однако, maximizing its benefits requires understanding equipment types, process parameters, and defect prevention. This article systematically breaks down cold chamber die casting to help you solve practical challenges like machine selection, Контроль качества, and cost optimization.
1. Основное определение & Key Distinctions: Cold Chamber vs. Горячая камера
To grasp cold chamber die casting’s unique value, it’s first critical to distinguish it from hot chamber die casting. В этом разделе используется comparative structure with clear technical differences and application boundaries.
1.1 Fundamental Definition of Cold Chamber Die Casting
Cold chamber die casting is a high-pressure metal-forming process where:
- А injection chamber (барокамера) и injection punch are not preheated or immersed in molten metal.
- Расплавленный металл (НАПРИМЕР., aluminum alloy at 670-720°C) is manually or automatically poured into the cold chamber via an external ladle.
- A hydraulic punch pushes the molten metal into the mold cavity at high speed (3-8 РС) и давление (40-150 МПА) to form the part.
- После затвердевания (5-30 секунды, в зависимости от размера части), плесень открывается, и отливка выбрасывается.
Его определяющим преимуществом является совместимость с тугоплавкие металлы— системы с горячей камерой не могут справиться с этим, поскольку расплавленный металл может повредить погруженные компоненты впрыска..
1.2 Cold Chamber vs. Горячая камера: Критические различия
В таблице ниже показаны ключевые различия, которые помогут выбрать процесс.:
| Размер сравнения | Холодная камера умирает | Горячая камерная кастинг |
| Совместимость металлов | Тугоплавкие металлы: алюминий (60-70% приложений), магний, медь | Легкоплавкие металлы: цинк (90% приложений), вести, олово |
| Система впрыска | Камера/пуансон холодные (комнатная температура); металл заливают снаружи | Камера/пуансон погружены в расплавленный металл.; metal is sucked directly |
| Размер частично & Масса | Большой, heavy parts (0.5-100 кг): НАПРИМЕР., Автомобильные блоки двигателя, ЭВ -аккумулятор | Маленький, light parts (<0.5 кг): НАПРИМЕР., zinc alloy toy parts, электронные разъемы |
| Скорость производства | Помедленнее (30-120 части/час) due to external pouring | Быстрее (120-300 части/час) due to automatic metal suction |
| Жизнь инструмента | Дольше (100,000-500,000 выстрелы) – cold chamber reduces metal corrosion | Короче (50,000-200,000 выстрелы) – immersed components wear faster |
| Cost Structure | Более высокая стоимость оборудования (\(500,000-\)2М); lower per-part cost for large batches | Lower equipment cost (\(200,000-\)800,000); higher per-part cost for large batches |
2. Cold Chamber Die Casting Equipment: Типы, Principles, и выбор
Cold chamber machines are classified by chamber orientation—each type has unique strengths for specific applications. В этом разделе используется type-by-type analysis with working principles and selection criteria.
2.1 Vertical Cold Chamber Die Casting Machines
- Конструктивные особенности: Камера давления ориентирована вертикально.; использует верхний и нижний пуансоны для совместной инъекции.
- Принцип работы:
- Зажимы формы закрыты, и расплавленный металл заливают в верхнюю часть вертикальной камеры..
- Нижний пуансон поднимается для герметизации дна камеры.; верхний пуансон опускается, чтобы протолкнуть металл в форму.
- После затвердевания, удары убираются, и отливка выбрасывается.
- Ключевые преимущества:
- Идеально подходит для конструкции центральных ворот (часто встречается в симметричных деталях, таких как роторы двигателей.).
- Минимальное окисление металла — вертикальная ориентация снижает контакт с воздухом во время заливки..
- Область применения: Мелкие и средние отливки (0.5-5 кг): роторы двигателя, small hydraulic valves, aluminum alloy gears.
- Selection Tip: Choose for parts requiring symmetric filling (НАПРИМЕР., cylindrical rotors) or low oxidation (НАПРИМЕР., magnesium alloy components).
2.2 Horizontal Cold Chamber Die Casting Machines
- Конструктивные особенности: The pressure chamber and mold are horizontally aligned; uses a single horizontal punch.
- Принцип работы:
- Зажимы формы закрыты; molten metal is poured into the horizontal chamber via a ladle.
- The horizontal punch advances at high speed to push metal into the mold cavity.
- Pressure is held during solidification; the punch retracts, and the mold opens to eject the casting.
- Ключевые преимущества:
- Easy automation: Compatible with robotic pouring and part pickup (critical for mass production).
- Scalable to large machines (clamping force up to 50,000 кН) для тяжелых частей.
- Низкое обслуживание: Horizontal design simplifies chamber cleaning and punch lubrication.
- Область применения: Большой, complex castings (5-100 кг): Автомобильные часси, ЭВ -аккумулятор, aerospace structural components.
- Selection Tip: The mainstream choice for high-volume, large-part production (НАПРИМЕР., 100,000+ aluminum engine blocks/year).
2.3 Full Vertical Cold Chamber Die Casting Machines
- Конструктивные особенности: Compact vertical design with integrated mold and chamber; small footprint but tall profile.
- Принцип работы: Similar to vertical machines but with a fully enclosed system—metal flows directly from the chamber to the mold with minimal turns.
- Ключевые преимущества:
- Short flow path: Reduces metal cooling and turbulence (critical for thin-walled parts).
- Space-efficient: 30-50% smaller footprint than horizontal machines (ideal for small factories).
- Область применения: Маленький, точные детали (0.1-2 кг): electronic heat sinks, magnesium alloy phone frames, Компоненты медицинского устройства.
- Selection Tip: Choose for space-constrained facilities or parts requiring minimal flow resistance (НАПРИМЕР., 1mm-thick heat sinks).
2.4 Equipment Selection Checklist
Use this list to match machines to your project needs:
- Part Weight: <5 kg → vertical/full vertical; >5 kg → horizontal.
- Объем производства: <10,000 parts/year → vertical; >50,000 parts/year → horizontal (automation-friendly).
- Тип металла: Магний (oxidation-sensitive) → vertical (minimal air contact); Алюминий (Большое объем) → horizontal.
- Часть сложности: Simple symmetric parts → vertical; complex shapes with multiple gates → horizontal.
3. Параметры процесса & Quality Control for Cold Chamber Die Casting
Optimizing process parameters is critical to avoid defects like cold shuts, пористость, or flash. В этом разделе используется parameter-by-parameter guide with specific ranges and quality control methods.
3.1 Critical Process Parameters
| Категория параметра | Ключевые параметры | Recommended Ranges (Алюминиевый сплав) | Влияние на качество |
| Metal Temperature | Molten aluminum temperature | 670-720° C. (ADC12); 680-730° C. (А356) | Too low → cold shuts; too high → oxidation/inclusions |
| Injection Speed | Fast-stage speed | 3-8 РС (тонкие стены: 6-8 РС; thick walls: 3-5 РС) | Too slow → undercasting; too fast → turbulence/porosity |
| Давление впрыска | Specific pressure | 40-150 МПА (сложные части: 100-150 МПА; Простые части: 40-80 МПА) | Too low → shrinkage; too high → flash/mold wear |
| Время выдержки | Pressure holding duration | 5-20 секунды (thickness-dependent: +2s per 1mm wall) | Too short → shrinkage; too long → low efficiency |
| Температура формы | Cavity surface temperature | 180-250° C. (тонкие стены: 220-250° C.; thick walls: 180-220° C.) | Too low → cold shuts; too high → sticking/slow cooling |
3.2 Меры контроля качества
- Текущий мониторинг:
- Use cavity pressure sensors to track real-time pressure curves (ensure effective specific pressure matches set values).
- Install infrared thermometers to monitor mold temperature (deviation ≤±10°C).
- Post-Production Inspection:
- Точность размеров: Use CMM (Координировать измерительную машину) for key dimensions (tolerance ±0.1mm for critical features).
- Internal Defects: X-ray inspection (ASTM E446 Level B) to detect porosity/shrinkage (≤1% porosity for pressure-bearing parts).
- Механические характеристики: Тестирование на растяжение (σb ≥300MPa for aluminum structural parts) and hardness testing (HB ≥80 for ADC12).
4. Ключевые приложения & Industry Case Studies
Cold chamber die casting dominates high-value manufacturing sectors. Ниже industry-specific applications with real-world case studies to illustrate its impact.
4.1 Автомобильное производство (Largest Application)
- Key Parts: Блоки двигателя, Королевки передачи, ЭВ -аккумулятор, aluminum wheels.
- Тематическое исследование: A major automaker switched from sand casting to horizontal cold chamber die casting for aluminum engine blocks:
- До: 20% скорость дефекта (усадка, пористость); 4-hour production cycle.
- После: 2% скорость дефекта; 30-minute production cycle; 15% снижение веса (from 35kg to 30kg).
- Ключевые параметры: 700°C aluminum temperature, 5 m/s injection speed, 120MPa specific pressure, 15-second holding time.
- Преимущества: Improved fuel efficiency (5-8% за транспортное средство), mass production capability (10,000+ blocks/week).
4.2 Аэрокосмическая промышленность
- Key Parts: Magnesium alloy structural brackets, copper alloy heat exchangers, titanium alloy fasteners (маленькая партия).
- Тематическое исследование: An aerospace supplier used vertical cold chamber die casting for magnesium alloy brackets:
- Испытание: Need low weight (magnesium density 1.74g/cm³) и высокая сила (σb ≥280MPa).
- Решение: 680°C magnesium temperature, 4 m/s injection speed, 90MPa specific pressure, nitrogen-protected pouring (reduce oxidation).
- Результат: Brackets met aerospace standards (Iso 9001:2015), с 30% weight savings vs. алюминий.
4.3 Электроника & Потребительские товары
- Key Parts: Aluminum heat sinks (LED, CPUs), magnesium alloy phone/laptop frames, copper alloy connectors.
- Тематическое исследование: A tech company used full vertical cold chamber die casting for 1mm-thick aluminum heat sinks:
- Испытание: Тонкие стены (1мм) require fast filling to avoid cold shuts.
- Решение: 720°C aluminum temperature, 7 m/s injection speed, 130MPa specific pressure, 8-second holding time.
- Результат: 98% урожайность; heat dissipation efficiency improved by 25% против. stamped heat sinks.
5. Распространенные дефекты & Поиск неисправностей
Even with optimized parameters, defects may occur. The table below uses a defect-cause-solution structure to resolve issues quickly.
| Тип дефекта | Основные причины | Step-by-Step Solutions |
| Cold Shuts | 1. Low metal temperature (<670°C for ADC12)2. Slow injection speed (<3 РС)3. Cold mold (<180° C.) | 1. Increase metal temperature by 10-20°C.2. Boost injection speed by 1-2 РС (тонкие стены: до 8 РС).3. Preheat mold to 200-220°C; use mold heaters for cold spots. |
| Пористость | 1. Turbulent flow (высокоскоростной >8 РС)2. Inadequate degassing (водород >0.15мл/100г Ал)3. Late pressure application (>0.5s after filling) | 1. Reduce speed by 1-2 РС; использовать “медленно-быстро-медленно” speed profile.2. Degas with argon for 15 минуты; use 50μm ceramic filters.3. Advance pressure application to 0.2-0.3s after filling. |
| Вспышка | 1. Excessive specific pressure (>150МПА)2. Mold wear (parting surface gap >0.1мм)3. Insufficient clamping force (<1.2x injection force) | 1. Reduce specific pressure by 10-20MPa.2. Grind and repair mold parting surfaces (gap ≤0.05mm).3. Increase clamping force to 1.2-1.5x injection force. |
| Mold Sticking | 1. Высокая температура пресс-формы (>250° C.)2. Inadequate release agent (too thin/too thick)3. Rough cavity surface (Раствор >1.6мкм) | 1. Lower mold temperature by 20-30°C.2. Apply uniform release agent (thickness 5-10μm); используйте высокотемпературный тип. |
6. Yigu Technology’s Perspective on Cold Chamber Die Casting
В Yigu Technology, мы рассматриваем литье под давлением в холодной камере как основу высокотехнологичного производства, особенно для электромобилей и аэрокосмической промышленности.. Многие производители недоиспользуют свой потенциал, придерживаясь устаревших параметров или выбирая неправильный тип машины. (НАПРИМЕР., вертикальные машины для больших аккумуляторных рам электромобилей).
Мы рекомендуем подход, основанный на моделировании: Используйте программное обеспечение CAE (НАПРИМЕР., МАГМА) моделировать заполнение и затвердевание перед изготовлением формы — это сокращает время проб и ошибок на 40%. Для автомобильных клиентов, мы отдаем предпочтение горизонтальным машинам с холодной камерой и роботизированной автоматизацией (reducing labor costs by 50% and ensuring parameter consistency).
We also advocate sustainable practices: Recycle runner scrap (чистота >99%) and use energy-efficient horizontal machines (25-30% energy savings vs. old models). By combining technology optimization and sustainability, cold chamber die casting can meet both quality and environmental goals.
7. Часто задаваемые вопросы: Common Questions About Cold Chamber Die Casting
1 квартал: Can cold chamber die casting be used for iron-based metals (НАПРИМЕР., чугун)?
Нет. Iron-based metals have extremely high melting points (1,200-1,500° C.), which exceed the heat resistance of cold chamber components (H13 steel maxes out at 600-700°C). For iron-based parts, use sand casting or forging instead. Cold chamber die casting is limited to non-ferrous metals (алюминий, магний, медь).
2 квартал: What is the minimum production volume to justify cold chamber die casting?
Cold chamber die casting becomes cost-effective at 10,000+ части/год (Для алюминиевых частей). Below this volume, высокие затраты на пресс-форму (\(50,000-\)200,000) make it uneconomical. Для небольших партий (100-5,000 части), consider sand casting or 3D printing (для прототипов). Например, 5,000 aluminum brackets cost \(15/unit with cold chamber vs. \)8/unit with sand casting.
Q3: How to reduce oxidation in cold chamber die casting of magnesium alloys?
Magnesium is highly reactive—use three key measures: 1. Nitrogen Protection: Purge the injection chamber and mold with nitrogen before pouring (содержание кислорода <1%). 2. Low-Temperature Pouring: Keep magnesium temperature at 650-680°C (ниже, чем алюминий) to reduce oxidation. 3. Special Release Agents: Используйте разделительные средства на основе нитрида бора. (образуют защитную пленку на поверхности металла). Эти шаги уменьшают оксидные включения за счет 70-80%.