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低熔點合金

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低熔點合金是指熔點在300℃以下的金屬及其合金,通常由Bi、Sn、Pb、In等低熔點金屬元素組成。這些合金常用來製造塑料模、拉深模和成形模。 [1] 
中文名
低熔點合金
外文名
low-melting alloy
含    義
熔點在300℃以下的金屬及其合金
常見元素
Bi、Sn、Pb、In
應    用
鑄模、保護電熱設備

目錄

低熔點合金基本信息

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低熔點合金熔體材料的熔點温度一般為60~200℃。熔體是採用一定比例的鉍、鎘、錫、鉛、鏑、銦等元素作為主要成分,組成不同的共晶型低熔點合金。它們的成分及熔點見下表。 [2] 
低熔點合金熔體材料的成分及熔點 低熔點合金熔體材料的成分及熔點
低熔點合金的種類較多,使用的較簡單的一種是鉍佔58%、錫佔42%的鉍錫合金。其熔化與澆鑄工序過程如下:將摻和好的鉍錫合金料置於熔鍋內,然後加熱至140℃左右(温度測量可採用半導體點温計或普通温度計),熔化均勻後即可鑄型。鑄型後再冷卻約半小時即可。最後修正鑄件澆鑄時留下的殘痕,即達到要求。
採用低熔點合金的模具,模温不宜過高,模温過高塑件易黏附於型腔上。
當成型注塑件內部的型芯彎度較大,而不能採用鋼芯來製造時(彎度較大的塑件,用普通鋼材製造型芯則無法拔出),可採用低熔點合金來製造。其製造程序為:將合金元素按比例配合好,倒入熔融容器內加熱熔化,然後試温(利用普通温度訓即可)澆鑄合金型芯(澆鑄合金型芯用的模具要加熱至60℃左右),定型後取出合金型芯。
上述低壓澆鑄的型芯置於注塑模內,即可注塑。當注塑成型後,塑件隨同型芯一起取出,再用蒸氣加熱法(或其他加熱法)使塑件中的合金型芯熔化流出,即可獲得塑件。 [3] 
低熔點合金熔體材料對温度的變化反應非常敏感,因而適應於作為保護電熱設備過熱用的温度型熔斷器的熔體。用它們製作的熔斷器,其動作的靈敏度應注意藉助附加彈簧等所產生的機械力來進行提高;同時熔體本身還應考慮具有相應的機械強度。

低熔點合金特點

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1.工藝簡單,製造週期短
鑄造工藝簡單,週期短,適用於新產品的試製和多品種、小批量生產,可解決鋼製模具週期長的問題,有利於新產品的開發。特別適用於薄板衝壓件和不規則曲面的衝壓件。
2.凸模和凹模可以採用同一個樣模
鑄模時凸模和凹模可以採用同一個樣模,一次性鑄成,不需要研配,模具調試方便,可以在機牀上直接對模具進行修整。
3.製造成本低,合金材料可反覆重熔使用
低熔點合金模具的製造成本低,合金材料可以反覆重熔使用,製造工藝簡化。 [1] 

低熔點合金鉍錫

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以鉍、錫低熔點合金元素為主要成分、熔點約在70~150℃的低熔點合金模具適用於成形大、中形尺寸的各種覆蓋件,其制模工時約為6~8h,制模成本比鋼模低60%~90%。工廠只需備一個適當的合金容框,就可以滿足各種覆蓋件的成形加工需要。
圖1所示為一個典型的內熱氣壓水冷拉深覆蓋件的成形模結構示意圖。圖1中雙點畫線部分為樣件17,也稱為樣模,這是制模的依據,它的形狀和欲成形的工件大致相同,只是其厚度應等於成形模的模具間隙,在其四周附加有用於分離已成形的凸模、凹模和壓邊網用的內擋牆和外擋牆。樣件上有小孔,以便鑄模時熔化的合金由樣模外側流入樣模內腔形成凸模。樣件可以用鋼板敲制、用玻璃布糊制,甚至用紙漿糊制好後塗上耐高温膠即可。
圖1低熔點合金覆蓋件成形模 圖1低熔點合金覆蓋件成形模
該模具常在專用壓力機上使用,因合金的熔點很低,通過模具上熔池內的加熱管即可將合金熔化。主熔池的作用是熔化、凝固合金並形成凹模,副熔池的作用是當主熔池內合金表面凝固後,由氣壓裝置加壓,向主熔池補充合金,從而提高鑄模的精度,提高模具內部組織的緻密性。另外在熔化的合金由樣件外側向內腔流動時,通過加壓還可以提高流入的速度,以減少鑄模時間。主熔池的周圍設有冷卻水室,其作用是加快合金的凝固時間,減少制模工時,同時也可使合金急冷,提高合金硬度。在凸模板和壓邊圈板上裝有螺釘,其作用是緊固合金。排氣管要在鑄模時一同鑄入,而頂出器則是在鑄模後放置上去的。
模具的凹模口加添了鋼板,因為在成形覆蓋件時,此凹模口處的板材劇烈變形,對凹模口產生嚴重的磨損,加上鋼板後可以提高模具的使用壽命。在模具磨損比較嚴重的部位,也可以加添鋼製鑲塊,以提高使用壽命。
對於帶有曲面凸緣的覆蓋件,此凹模口不必加添鋼板,直接由低熔點合金鑄出,目的是減少制模成本,但使用壽命較低。
使用熔池製造覆蓋件成形模,只要工件的尺寸在熔池尺寸範圍內,有樣件即可鑄出,所以熔池是通用的,凸模和壓邊圈的固定板也可以通用,只有必要的鋼鑲塊是專用的,所以制模的週期很短,成本很低,一副模具使用完畢後,即可再鑄新模,只需保存樣件,故存放空間小。
由於合金的熔點很低,可以在壓力機上鑄模,省去重新安裝和調整模具的工作。國內外均已研製並使用了自鑄模壓牀,這種壓力機本身就配有低熔點合金的熔池。對於個別磨損的模具部位或鑄模不太理想的部位,普通的電熔鐵即可進行修補,且合金很軟,所以成形覆蓋件時,不會劃傷工件的表面。 [4] 
參考資料
  • 1.    王邦傑編.實用模具材料與熱處理速查手冊:機械工業出版社,2014.01
  • 2.    陳寶璠主編.實用建築安裝電工手冊:中國電力出版社,2013.01
  • 3.    朱光力,萬金保,李柏青等編著.塑料模具設計 3版:清華大學出版社,2014.01
  • 4.    高錦張主編;陳文琳,賈俐俐副主編;袁國定,柯旭貴參編;吳公明,洪深澤主審.塑性成形工藝與模具設計 第3版:機械工業出版社,2015.06