Die casting coils, a critical internal defect in the die casting process, severely undermines the mechanical performance and reliability of castings. Unlike surface flaws like scratches or burrs, this defect hides inside castings, often only detectable through non-destructive testing (such as X-rays). Its core is the захват воздуха или газа в расплавленный металл при высокоскоростной заливке, который затвердевает в поры или рыхлые структуры. В отраслях, требующих высокоточных деталей, таких как автомобильные силовые агрегаты или гидравлические компоненты, катушки, отлитые под давлением, могут привести к утечкам., усталостная неудача, или даже несчастные случаи. В этой статье систематически рассматриваются причины возникновения катушек, отлитых под давлением, и предлагаются действенные решения, которые помогут производителям решить эту проблему..
1. Понимание катушек для литья под давлением: Механизм, Характеристики, и риски
To effectively address die casting coils, it is first necessary to clarify how they form and what harm they bring. В этом разделе используется mechanism + characteristics + risks structure for clear comprehension.
1.1 Механизм формирования
Die casting coils originate from the hydrodynamic behavior of molten metal during high-speed injection. When the injection punch pushes the molten metal into the mold cavity at high velocity (часто 3-8 РС), the metal’s inertia causes violent turbulence and splashing. This chaotic flow creates localized low-pressure zones in the cavity, which rapidly suck in surrounding air. As the molten metal cools and solidifies, the trapped gas cannot escape and becomes encapsulated inside the casting—forming either tiny, scattered pores (like pinholes) or larger, concentrated bubbles.
1.2 Ключевые характеристики
You can identify die casting coils through the following three typical signs:
- Surface clues: Dense pinhole-like bulges may appear on the casting surface, especially in areas with thick walls or complex structures.
- Section observation: When cut open, the casting shows a honeycomb-like loose structure instead of a dense metal texture.
- X-ray inspection: Irregular, cloud-like shadows are visible inside the casting, indicating the distribution and size of trapped gas.
1.3 Потенциальные риски
The impact of die casting coils extends far beyond material waste:
- Reduced mechanical properties: Pores weaken the casting’s compactness, lowering tensile strength by 10-30% and fatigue life by up to 50% (depending on the defect severity).
- Functional failure: Для деталей, находящихся под давлением (НАПРИМЕР., Гидравлические клапаны), pores can cause leakage, making the component unable to maintain stable pressure.
- Increased production costs: Defective castings require rework or scrapping. In mass production, even a 5% defect rate can raise overall costs by 15-20%.
2. Core Causes of Die Casting Coils: Four Key Factor Groups
Die casting coils are not caused by a single error but by the combination of hydrodynamic issues, mold design flaws, material quality problems, and improper process parameters. The table below sorts out these causes and their defect-forming mechanisms for easy troubleshooting.
Factor Group | Specific Causes | Mechanism of Defect Formation |
Hydrodynamic Factors | 1. Excessively high injection velocity2. Unreasonable gating system design (НАПРИМЕР., sudden cross-sectional changes in sprue, sharp turns in runner) | 1. High velocity causes molten metal to splash against the cavity wall, forming vortex rings that trap air.2. Abrupt sprue/runner changes disrupt flow, creating turbulence and increasing air entrainment. |
Ограничения по выхлопу пресс-формы | 1. Чрезмерное использование зазоров на разделяющих поверхностях или простых выхлопных канавок2. Забитые выхлопные каналы (преждевременно затвердевшим металлом) в глубокополых тонкостенных деталях | 1. Традиционные методы выхлопа не могут справиться с мгновенным скачком давления воздуха в результате высокоскоростного наполнения., нагнетание воздуха в расплавленный металл.2. В глубоких полостях, расплавленный металл затвердевает рано, засорение выхлопных путей и удержание газа внутри. |
Плохое качество расплава | 1. Чрезмерное содержание газа в расплавленном металле (особенно алюминиево-магниевые сплавы)2. Use of damp raw materials or refining agents with crystalline water | 1. Alloys like aluminum-magnesium easily absorb hydrogen during melting. Undegassed melt releases hydrogen during injection, combining with entrained air to form a “double gas source.”2. Damp materials decompose into gas when heated, increasing the melt’s gas content. |
Improper Process Parameters | 1. Wrong timing for switching from fast to slow injection (too early or too late)2. Insufficient holding time3. Too low mold temperature | 1. Early switching causes incomplete filling; позднее переключение усиливает турбулентность2.. Короткое время выдержки не компенсирует усадку., расширение крошечных пор до видимых дефектов.3. Низкая температура формы ускоряет затвердевание поверхности, блокирование внутреннего газа от плавания и выхода. |
3. Targeted Improvement Measures for Die Casting Coils
Решение проблемы катушек, отлитых под давлением, требует многогранного подхода., охватывающая оптимизацию процессов, редизайн пресс-формы, контроль материалов, и внедрение передовых технологий. Следующие решения доказали свою эффективность в производственной практике.
3.1 Fine-Tune Injection Process Parameters
Процесс впрыска напрямую контролирует поток расплавленного металла. Оптимизация параметров — это первая линия защиты от рулонов, отлитых под давлением..
- Трехступенчатая кривая впрыска: Принять “медленно-быстро-медленно” профиль скорости.
- Начальный этап: Низкая скорость (1-2 РС) во избежание разбрызгивания при попадании металла в полость.
- Средняя стадия: Высокоскоростной (4-6 РС) для эффективного заполнения основной полости.
- Заключительный этап: Замедлить скорость до 1-3 м/с для плавного перехода к повышению давления, подавление турбулентности.
- Сегментированные пороги скорости: Регулируйте скорость в зависимости от геометрии отливки.. Используйте более низкую скорость (3-4 РС) для тонкостенных помещений (to prevent splashing) and slightly higher speed (5-6 РС) for thick parts—equipped with buffer devices to reduce impact.
- Extend pressurization and holding time: После заполнения, apply high pressure (1.5 times the working pressure) and hold for 2-5 секунды. This compresses existing bubbles and pushes molten metal into shrinkage gaps, reducing pore formation.
3.2 Optimize Mold Structure for Better Exhaust
Хорошо спроектированная система выпуска пресс-форм позволяет удалить до 80% захваченного воздуха. Ключевые улучшения включают в себя:
- Эффективная выхлопная сеть: Добавьте змеевидные выхлопные канавки (глубина ≥ 0,1 мм) в местах последнего заполнения полости. Объедините их со встроенными выхлопными блоками, чтобы сформировать ступенчатый выхлопной канал., шаг за шагом вывод газа.
- Вакуумная вытяжка для глубоких полостей: Для сложных тонкостенных деталей (НАПРИМЕР., средние рамки мобильного телефона), установить принудительную вакуумную систему. Перед инъекцией откачайте воздух из полости до -90 кПа., снижение начального газосодержания более чем на 90%.
- Improve gating system: Use inclined sprues or tangential inlets to leverage centrifugal force, separating gas from molten metal. Add buffer grooves or deflectors to guide smooth flow and avoid turbulence.
- Eliminate dead zones: Polish cavity transitions into rounded corners (radius ≥ 1mm) to prevent vortex formation in dead zones. Add overflow grooves at gas-prone areas to act as “gas collectors.”
3.3 Strictly Control Melt Quality
High-purity melt with low gas content is the foundation for avoiding die casting coils.
- Enhanced degassing: Use online rotary degassing (НАПРИМЕР., argon gas curtain purification) to remove hydrogen. Control the melt’s gas content below 0.15ml/100g Al—test regularly with a gas analyzer.
- Standardize raw material management:
- Dry furnace charge (especially return scrap) at 120-200°C for 4-6 часов для удаления влаги.
- Select low-gas alloy ingots as the base material, avoiding ingots with surface oxidation or oil contamination.
- Clean the furnace regularly: Remove oxide residues and dross from the furnace every 8-12 hours to prevent secondary gas entrainment during melting.
3.4 Adopt Advanced Die Casting Technologies
For high-reliability parts, advanced technologies can fundamentally eliminate die casting coils:
- Вакуумный кастинг: After mold clamping, extract cavity air to a high vacuum (-90 to -95kPa) перед инъекцией. This is ideal for automotive powertrain parts—reducing internal porosity by over 90%.
- Полутвердое литье под давлением: Inject partially solidified slurry (с 30-50% твердая фаза) instead of fully liquid metal. The slurry’s spherical primary phase reduces turbulence, blocking gas entrainment. This technology combines the density of forging with the near-net shaping of die casting.
4. Practical Case Studies: Verifying Improvement Effects
Real-world applications prove that the above measures effectively eliminate die casting coils. Here are two typical cases:
Случай 1: Automotive Gearbox Housing
A major auto parts manufacturer faced severe die casting coils in its aluminum alloy gearbox housings, ведущий к 12% defect rate and frequent pressure leakage failures. The solution included:
- Changing the single straight sprue to a spiral buffer sprue to reduce turbulence.
- Adding three-stage serpentine exhaust grooves and a vacuum assistance system.
- Lowering the injection speed from 6 м/с до 4.5 м/с и увеличивая время выдержки на 3 секунды.
Результаты: Внутренняя пористость уменьшилась на 82%, предел прочности увеличился на 15%, и корпуса прошли ISO 16012 испытание герметичности под давлением (отсутствие утечек при 1,2 МПа для 5 минуты). Процент дефектов упал до 0.8%.
Случай 2: Mobile Phone Middle Frame
Завод бытовой электроники столкнулся с точечными отверстиями на поверхности (вызвано катушками, отлитыми под давлением) в средних рамах телефона из магниевого сплава, с доходностью всего 85%. Исправление, связанное с:
- Использование технологии локальных штифтов под давлением для сжатия пор в тонкостенных областях..
- Adopting argon-protected die casting to reduce air contact with the melt.
- Optimizing the mold’s cooling system to slow surface solidification (allowing gas to escape).
Результаты: Surface pinholes were completely eliminated, and the yield rate rose to 98%.
5. Yigu Technology’s Perspective on Die Casting Coils
В Yigu Technology, we believe solving die casting coils requires a “профилактика прежде всего, data-driven” strategy—not just post-repair. Many manufacturers focus on reworking defective parts but ignore root causes like mold exhaust dead zones or unstable melt degassing. In reality, die casting coils are a “symptom” of systemic issues: they may signal outdated mold design, uncalibrated injection parameters, or inadequate raw material inspection.
We recommend manufacturers combine CAE simulation с мониторинг в реальном времени: Use CAE to predict gas entrainment risk areas before mold production, and install sensors to track injection speed, температура формы, and cavity pressure during production. By dynamically adjusting parameters based on data, defects can be prevented early. For high-end parts, integrating vacuum die casting with semi-solid technology is the future—this combination balances efficiency and quality, helping achieve near-zero internal defects.
6. Часто задаваемые вопросы: Common Questions About Die Casting Coils
1 квартал: Can die casting coils be detected without destructive testing?
Да. Non-destructive testing methods like X-ray inspection and ultrasonic testing are effective. X-rays reveal the location and size of internal pores, while ultrasonic testing detects loose structures by analyzing sound wave reflections. Для массового производства, automated X-ray scanning lines can quickly screen for die casting coils with a detection accuracy of over 95%.
2 квартал: Will reducing injection speed definitely eliminate die casting coils?
Not entirely. While excessively high speed is a main cause, too low a speed (ниже 2 РС) can lead to incomplete filling or premature solidification of the molten metal. The key is to match the speed to the casting’s geometry: use lower speed for thin walls and moderate speed for thick parts, combined with a three-stage curve to avoid turbulence.
Q3: Is vacuum die casting suitable for all die casting parts?
Нет. Vacuum die casting is most suitable for high-reliability parts (НАПРИМЕР., Автомобильные блоки двигателя) that require minimal internal defects. It is less cost-effective for low-value, Простые части (НАПРИМЕР., декоративные кронштейны) due to higher equipment investment and production costs. For such parts, optimizing exhaust grooves and degassing processes is a more practical choice.