Процесс литья под давлением - это стандартная технология производства, распространенная во всех отраслях промышленности. Этот процесс литья под давлением может варьироваться в различных методах и технологиях в зависимости от сложной формы и структуры.
В данном руководстве кратко изложены основные сведения о процессах литья под давлением, их видах, областях применения, а также преимуществах и недостатках.
Что такое литье под давлением?
Литье под давлением — это вид литья металла, при котором расплавленный металл под высоким давлением впрыскивается в полость формы. Специалисты по изготовлению прецизионных инструментов изготавливают две закаленные стальные матрицы — крышную половину (неподвижную) и выталкивающую половину (подвижную), — которые работают аналогично пресс-форме для литья под давлением, формируя полость формы вдоль линии разъема. Большинство литых деталей изготавливается из цветных металлов, таких как цинк, медь, алюминий, магний, свинец, олово и сплавы на основе олова. В зависимости от температуры плавления и химических свойств конкретного сплава производители используют машины с горячей или холодной камерой.
Процесс литья под давлением
Стандартный процесс литья под давлением состоит из четырёх основных этапов, обеспечивающих высокую точность размеров и превосходную качество поверхности:
1. Подготовка штампа и смазка: Перед каждым циклом полость формы очищается и опрыскивается разделительным средством. Нанесение высокоэффективных смазочных материалов, таких как Разделительное средство для литья под давлением AMINO помогает регулировать температуру формы, предотвращает прилипание расплавленного металла к стальной матрице и способствует беспроблемному извлечению изделия из формы без поверхностных дефектов.
2. Впрыск и быстрое наполнение: Сырой металл плавится в печи-удерживателе или тигле. Гидравлический или пневматический плунжер под высоким давлением, как правило, от 10 до 175 МПа (от 1 500 до 25 400 фунтов на квадратный дюйм), впрыскивает отмеренную порцию расплавленного металла через систему литниковых каналов в герметичную полость формы. Такая высокоскоростная литьевая подача быстро заполняет тонкостенные и сложные участки до начала затвердевания, предотвращая появление дефектов поверхности или дефектов литья.
3. Затвердевание и извлечение (разъем формы): В процессе быстрого охлаждения и затвердевания жидкого металла внутри водяного охлаждаемого штампа поддерживается высокое давление. После затвердевания половинки штампа разъединяются. Под действием выталкивающей пластины равномерно расположенные выталкивающие штифты в подвижной выталкивающей половине штампа выталкивают затвердевший отлив из полости, завершая процесс извлечения из формы.
4. Обрезка и отделка: После извлечения из формы на этапе вторичной обработки отбраковываются металлические отходы — такие как литниковые каналы, литниковые стволы, литниковые отверстия и облойки — и отделяются от готового изделия. Обычно этот этап выполняется с помощью специальных обрезных или чистовых штампов. Для достижения окончательных габаритных характеристик могут применяться дополнительные процессы вторичной механической обработки, включая пиление, шлифование, сверление и полировку.
В заключение готовые детали проходят контроль качества, в ходе которого проверяется их конструктивная целостность и выявляются типичные дефекты литья, такие как усадочная пористость, холодные швы или газовые включения.
Виды процесса литья под давлением
Виды технологий литья под давлением зависят от инвестиций и производственных затрат. Каждое предприятие, занимающееся литьем под давлением, использует различные методы литья под давлением. Наиболее популярные виды литья под давлением будут рассмотрены в следующих разделах.
Процесс литья под давлением в горячей камере
В процессе литья под давлением в горячей камере (также известном как «машина с гусиной шеей») механизм впрыска погружается непосредственно в ванну с расплавленным металлом, расположенную в присоединенной печи-держателе. В начале цикла поршень отходит назад, позволяя жидкому металлу поступать в камеру «гусиной шеи».
Пневматический или гидравлический плунжер выдавливает металл из гибкого патрубка и направляет его в полость матрицы. Данная технология обеспечивает высокую скорость производства (до 15 циклов в минуту) и простоту автоматизации. Однако её применение ограничено сплавами с низкой температурой плавления — такими как цинк, олово и свинец — поскольку металлы с более высокой температурой плавления, например алюминий, вызывают коррозию и растворяют погруженные в расплав стальные детали плунжера и «гусиной шеи».
Приложение
Литье под давлением в горячей камере идеально подходит для крупносерийного производства прецизионных деталей малого и среднего размера, в том числе цинковых застежек-молний, шестерен, электронных разъемов, автомобильных дверных ручек, корпусов замков и декоративной фурнитуры.
Процесс литья под давлением в холодной камере
При литье под давлением с использованием холодной камеры металл плавится в отдельной автономной печи. Автоматизированный ковш или оператор переливает точное количество расплавленного металла в необогреваемую впускную гильзу (цилиндр впрыска). Затем гидравлический или механический плунжер под давлением впрыскивает металл в полость формы.
В связи с необходимостью вручную или автоматически заливать расплавленный металл в холодную камеру перед каждым выпуском, время цикла несколько больше, чем у машин с горячей камерой.
Машины для литья под давлением с холодной камерой выпускаются как в вертикальном, так и в горизонтальном исполнении. Вертикальные машины, как правило, отличаются компактностью, тогда как горизонтальные машины являются отраслевым стандартом для различных диапазонов тоннажа.
Применение:
При литье под давлением в холодной камере механизм впрыска изолирован от расплава, что делает этот метод предпочтительным для сплавов с более высокой температурой плавления, таких как алюминий, магний и медь/латунь. Типичные области применения включают блоки цилиндров автомобильных двигателей, корпуса коробки передач, корпуса электронных устройств, корпуса электроинструментов и конструктивные элементы портативных устройств.
Процесс литья под низким давлением
Как и в случае с литьем под высоким давлением, операторы устанавливают половинки формы на неподвижную и подвижную плиты, однако станок расположен вертикально. Герметично закрытая печь для выдержки, содержащая расплавленный металл, расположена непосредственно под неподвижной плитой.
Под действием низкого давления воздуха (как правило, до 1 бара или 20–100 кПа), подаваемого в корпус печи, расплавленный металл (обычно алюминий или магний) поднимается вверх по вертикальной подъемной трубе в расположенную выше формующую камеру. Наиболее распространены постоянные стальные формы, хотя в специализированных установках низкого давления также возможно использование песчаных форм.
Восходящее ламинарное течение заполняет полость снизу вверх, преодолевая силу тяжести, что сводит к минимуму турбулентность. Давление поддерживается до тех пор, пока деталь не затвердеет, что позволяет осуществлять непрерывную подачу материала из литниковой трубки для компенсации объемной усадки и предотвращения образования внутренних пустот.
Применение:
Автомобильная промышленность в значительной степени полагается на литье под низким давлением для производства высокопрочных алюминиевых конструкционных деталей, таких как колеса автомобилей, рычаги подвески и важнейшие детали двигателя, требующие максимальной плотности материала и возможности термообработки.
Процесс вакуумного литья под давлением
Вакуумное литье под давлением представляет собой усовершенствованный вариант традиционного литья под высоким давлением. Перед впрыском и во время него вакуумный насос удаляет воздух и газы из герметичной полости формы. Эта технология, также называемая вакуумно-подпоровым литьем под высоким давлением (VHPDC), разработана специально для устранения газовой пористости, вызванной захватом воздуха.
Благодаря значительному снижению внутренней пористости детали, изготовленные методом вакуумного литья под давлением, могут подвергаться последующей термообработке и сварке без образования пузырей на поверхности.
Применение:
Вакуумное литье под давлением широко применяется в отраслях, где требуются высокая прочность конструкции и герметичность, в том числе при изготовлении каркасов автомобилей, компонентов для аэрокосмической промышленности, оборонного оборудования, судового оборудования и промышленных узлов, подвергающихся высоким нагрузкам.
Процесс литья под давлением
Литье под давлением сочетает в себе преимущества традиционных процессов литья и ковки. Расплавленный металл впрыскивается с низкой скоростью в открытую форму, а при закрытии формы и затвердевании металла создается сверхвысокое гидравлическое давление. Это позволяет полностью устранить газовую и усадочную пористость, что обеспечивает исключительные механические свойства и мелкозернистую структуру.
Приложение
Литье под давлением широко применяется в промышленности для изготовления подвергающихся высоким нагрузкам толстостенных деталей из алюминия и магния, в том числе автомобильных рычагов подвески, поршней, легкосплавных дисков, военных минометных снарядов и высокопрочных кронштейнов.
Процесс полутвердого литья под давлением
Литье полутвердого металла (SSM), или тиксоформование, представляет собой разновидность литья под давлением с получением детали, близкой к конечной форме, при которой металл обрабатывается в полутвердом состоянии в диапазоне температур между температурой ликвидуса и температурой солидуса. Этот процесс основан на тиксотропных свойствах жидкости: полутвердая суспензия течет как жидкость при сдвиге во время впрыска, но загустевает и стабилизируется в состоянии покоя.
Такое ламинарное, нетурбулентное заполнение предотвращает захват воздуха, снижает термический удар на форму и позволяет получать плотные, высокопрочные отливки с минимальной усадкой.
Приложение
Полутвердое литье применяется в критически важных высокотехнологичных областях при производстве изделий из алюминиевых, магниевых и медных сплавов. К типичным деталям относятся конструкционные элементы для аэрокосмической отрасли, корпуса медицинского оборудования, компоненты для оборонной промышленности, опоры двигателей, воздухораспределительные коллекторы и клапаны, удерживающие давление.
Гравитационное литье под давлением по сравнению с литьем под давлением
Как при литье под действием силы тяжести (GDC), так и при литье под давлением (PDC) для формовки цветных сплавов, таких как алюминий, цинк, магний и медь, используются многоразовые металлические формы (штампы). Основное различие заключается в способе поступления расплавленного металла в полость формы и её заполнения.
При литье под действием силы тяжести расплавленный металл заливается сверху (с помощью ковшей) и заполняет форму исключительно под действием силы тяжести снизу вверх. При литье под давлением поршень вдавливает расплавленный металл в полость под чрезвычайно высоким гидравлическим давлением (от 1 500 до 25 400 фунтов на квадратный дюйм) и поддерживает это давление до полного затвердевания, что позволяет сократить время цикла и изготавливать изделия с более тонкими стенками.