Понимание литья под давлением

От блоков двигателей до дверных ручек литье под давлением — это быстрый, точный и воспроизводимый метод производства металла, подходящий для крупных или мелких деталей. Детали, полученные литьем под давлением, имеют превосходную чистоту поверхности, и этот процесс совместим с целым рядом цветных металлов.

Из-за высоких начальных затрат, связанных с литьем под давлением, этот процесс обычно используется для крупносерийного производства, где масштабы производства компенсируют высокие затраты на оборудование и инструменты. Отлитые под давлением прототипы и мелкосерийное производство труднее получить, поскольку в экономических интересах компаний, занимающихся литьем под давлением, работать с клиентами, размещающими оптовые заказы. Однако в настоящее время 3ERP предлагает уникальное решение для литья под давлением для клиентов, желающих разместить небольшие заказы на литье под давлением.

В этой статье подробно рассматривается литье металлов под давлением, объясняются подходящие материалы, отделка поверхности и области применения этого процесса.

Что такое литье под давлением?

Литье под давлением — это тип литья металла, при котором используется высокое давление для подачи расплавленного металла в полость формы, образованную двумя штампами. Он имеет общие черты с процессом производства пластика литьем под давлением.

В более широком ландшафте литья металлов литье под давлением является одним из самых популярных методов из-за его точности, высокого качества и уровня детализации. Более широкая категория литья металлов, существующая тысячи лет, включает в себя множество различных процессов, в которых используется форма для образования жидкого металла. Исторически такой процесс обычно включал заливку жидкого металла в форму под действием силы тяжести, и многие процессы литья металлов до сих пор работают таким образом. Однако литье под давлением — это относительно новая форма литья металлов, появившаяся в 19 веке. Для заполнения полости формы используется давление, а не гравитация.

Литье под давлением иногда называют литьем под высоким давлением из-за величины давления — обычно 10–140 мегапаскалей — используемого для принудительного помещения металла в полость формы. Родственный процесс литья под низким давлением (LPDC) менее распространен. Литье под давлением обычно относится к одной из двух категорий:литье под давлением с горячей камерой и литье под давлением с холодной камерой, которые подходят для различных типов металла. Однако существуют и другие более нишевые типы литья под давлением, такие как литье полутвердых металлов (SSM).

Как работает литье под давлением

Проще говоря, литье металла под давлением работает с использованием высокого давления для подачи расплавленного металла в полость формы, которая образована двумя штампами из закаленной стали. Как только полость заполнена, расплавленный металл охлаждается и затвердевает, а штампы открываются, и детали можно извлечь. Однако на практике процесс состоит из многих этапов, и для работы с оборудованием для литья под давлением требуются опытные инженеры.

Здесь мы разделим процесс литья под давлением на три этапа:

1. Изготовление форм
2. Трансляция
3. Постобработка

Как сделать форму для литья под давлением

Форма для литья под давлением состоит как минимум из двух половин:крышки (установленной на неподвижной плите) и выталкивающей стороны (на подвижной плите). Некоторые штампы также имеют другие секции, такие как направляющие и стержни, которые используются для производства более сложных деталей, например, с отверстиями и резьбой.

В зависимости от размера изготавливаемых деталей форма для литья под давлением может иметь несколько полостей, что позволяет производить несколько деталей за цикл. Такие пресс-формы либо имеют несколько одинаковых полостей (многогнездная матрица), либо смесь разных полостей для производства разных деталей (единичная матрица).

Оснастка для литья под давлением должна быть невероятно прочной и термостойкой, а также обладать хорошей износостойкостью и пластичностью. Поэтому они изготавливаются из высокопрочных закаленных инструментальных сталей, часто подвергающихся термообработке, что позволяет им выполнять сотни циклов литья в час и до двух миллионов циклов в течение всего срока службы. Инструменты для литья под давлением должны сохранять работоспособность при очень высоких усилиях зажима.

Изготовление формы для литья под давлением начинается с автоматизированного проектирования (САПР), используемого в сочетании с инструментами проектирования и моделирования для конкретного литья. Как и в случае с пресс-формами для литья под давлением, инструменты для литья под давлением должны иметь литниковые отверстия, направляющие и заслонки, чтобы расплавленный материал мог попасть в полость. Стопорные штифты и выталкивающие штифты также должны быть включены для фиксации пресс-формы и облегчения извлечения. Цифровой дизайн пресс-формы позволяет создавать сложные формы и жесткие допуски.

Обработка с ЧПУ широко используется для изготовления оснастки для литья под давлением. Как правило, изготовление форм для литья под давлением начинается с черновой обработки формы формы, за которой следует термообработка металлической формы, а затем, наконец, этап чистовой обработки. Штампы прототипа также могут быть изготовлены с использованием быстродействующих инструментов, станков с ЧПУ или других процессов, таких как селективное лазерное спекание (SLS).

Как отливать металлические детали

Подобно литью под давлением, после изготовления форм детали для литья под давлением могут быть изготовлены в машине для литья под давлением. Процесс литья под давлением включает четыре основных этапа:подготовка, заполнение, выталкивание и встряхивание.

Однако процесс литья немного различается в зависимости от того, используется ли горячая камера или холодная камера. Эти два варианта процесса литья под высоким давлением обладают разными преимуществами:один подходит для высокоскоростного литья, а другой подходит для более широкого спектра отливочных материалов.

Литье под давлением с горячей камерой

Во время литье под давлением с горячей камерой , металл машина для литья под давлением содержит необходимое оборудование для нагрева металла до расплавленного состояния. Поскольку это автономная система, она намного быстрее, чем альтернатива, предлагая короткие время цикла , хотя он подходит только для выбора литейные материалы , включая цинк, олово и свинец сплавы <я>.

Литье под давлением с холодной камерой

процесс литья под давлением с холодной камерой требует использования отдельной печи для нагрева металла. Это естественно замедляет производительность , как расплавленный металл необходимо доставить в машина для литья под давлением ковшом. Однако, поскольку отдельная печь более мощная, чем машина для литья под давлением с горячей камерой можно отливать металлы с высокой температурой плавления. Этот метод подходит для литья алюминия.

Независимо от того, используется машина с горячей или холодной камерой, процесс литья металла под давлением обычно протекает следующим образом:

1. Подготовка формы
2. Заполнение
3. Извлечение
4. Встряска

Во время подготовки формы внутренние поверхности двух половин пресс-формы покрываются смазкой для облегчения извлечения после завершения отливки. Затем половинки матрицы можно закрыть и зафиксировать стопорными штифтами.

Заполнение формы достигается с помощью системы давления. Эта система различается между системами с горячей камерой и системой с холодной камерой. В обоих случаях конечным результатом является нагнетание расплавленного металла плунжером в полость формы через литник. Высокие давления — до 35 МПа в горячей камере и 140 МПа в холодной — обеспечивают быстрое и всестороннее заполнение, что, в свою очередь, приводит к равномерному охлаждению, предотвращающему неравномерную усадку и последующую деформацию детали. Давление поддерживается во время охлаждения.

Две половинки пресс-формы открываются, и выталкивающие штифты используются для извлечения отливок. Как правило, штампы сразу же снова закрываются, готовые к следующему выстрелу. Тем временем готовые отливки готовы к вытряхиванию, которое включает в себя удаление бракованных частей дроби, таких как литники, направляющие и заусенцы (просачивание материала на линии разъема). Это удаление материала может быть достигнуто с помощью ручных инструментов, галтовки или с помощью гидравлического триммера.

Постобработка

Многие металлические детали для литья под давлением требуют минимальных вторичных операций. Это связано с высоким давлением, которое обеспечивает высокий уровень детализации и хорошее качество поверхности. Однако многие отливки сетчатой ​​формы и формы, близкой к сетчатой, также требуют прецизионной обработки отверстий, резьбы и других элементов. Некоторые литейные металлы легче поддаются механической обработке, чем другие:например, литье под давлением магния и алюминия идеально подходит для последующей обработки.

Вторым преимуществом литья под давлением после механической обработки является возможность использовать возможности контроля станка с ЧПУ, что позволяет машинисту проверять детали.

Применения для литья под давлением

Литье под давлением — это мощный, универсальный процесс, подходящий для целого ряда деталей, от компонентов двигателя до корпусов электроники. Причинами универсальности литья под давлением являются его большая площадь сборки, широкий выбор материалов и возможность изготовления детализированных, воспроизводимых тонкостенных деталей.

• Автомобилестроение :Литье алюминия под давлением популярно в автомобильной промышленности, так как из него можно производить легкие компоненты, такие как гидравлические цилиндры, кронштейны двигателя и картеры коробок передач. Литье цинка под давлением подходит для компонентов топлива, тормозов и гидроусилителя руля, а литье под давлением магния подходит для изготовления панелей и каркасов сидений.
• Аэрокосмическая промышленность :Как и в автомобильной промышленности, поставщики деталей для аэрокосмической отрасли используют литье алюминия под давлением для изготовления легких деталей, обладающих высоким уровнем термостойкости и коррозионной стойкости. Легкие детали снижают расход топлива.
• Энергия :детали для литья под давлением в нефтегазовом секторе включают клапаны, компоненты фильтрации и рабочие колеса. Детали возобновляемых источников энергии, такие как лопасти ветряных турбин, также могут быть отлиты под давлением.
• Электроника :литье под давлением широко распространено в электронике, поскольку оно используется для изготовления корпусов, корпусов и разъемов. Детали для литья под давлением также могут быть разработаны со встроенными радиаторами, которые необходимы для многих устройств. Литье магния под давлением популярно для тонкостенных компонентов, экранирующих радиопомехи и электромагнитные помехи, в то время как литье под давлением алюминия широко распространено для компонентов светодиодного освещения. (При литье под давлением корпуса светодиодов обычно используется такой сплав, как A383.)
• Строительство :в строительной отрасли алюминиевое литье под давлением используется для изготовления крупных конструкций, таких как каркасы зданий и оконные рамы.
• Инженерное дело :Подъемное оборудование, станки и другое оборудование часто содержат литые компоненты.
• Медицина :в здравоохранении литье под давлением можно использовать для контроля компонентов устройств, ультразвуковых систем и других предметов.

Материалы для литья под давлением

Производители должны учитывать определенные факторы и переменные при выборе материалов для литья под давлением. К ним относятся:

• Подходит ли материал для литья под давлением с горячей камерой 
• Материальные затраты 
• Косвенные затраты на материалы (например, любая необходимая дополнительная постобработка) 
• Структурные свойства материала 
• Сила 
• Вес 
• Отделка поверхности 
• Обрабатываемость 

Все эти факторы следует учитывать при выборе материала для литья под давлением для деталей или прототипов.

Алюминиевые сплавы для литья под давлением

Алюминий является одним из основных металлов для литья под давлением, а алюминиевые сплавы используются при литье под давлением в холодной камере. Эти сплавы обычно содержат кремний, медь и магний.

Алюминиевые сплавы для литья под давлением легкие и обладают хорошей стабильностью размеров, что делает их хорошим выбором для сложных деталей с мелкими деталями. Другие преимущества алюминиевого литья включают хорошую коррозионную стойкость, термостойкость, тепло- и электропроводность.

Обычные алюминиевые сплавы для литья под давлением включают:

• 380 :алюминиевый сплав общего назначения, который сочетает в себе литейные свойства и хорошие механические свойства. Он используется в самых разных продуктах, включая кронштейны двигателя, мебель, корпуса электроники, рамы, ручки, корпуса коробок передач и электроинструменты.
• 390 :Сплав с превосходной износостойкостью и виброустойчивостью. Он был разработан специально для литья под давлением блоков автомобильных двигателей, а также подходит для корпусов клапанов, рабочих колес и корпусов насосов.
• 413 :алюминиевый сплав с превосходными литейными свойствами. Он имеет хорошую герметичность и поэтому используется для таких продуктов, как гидравлические цилиндры, архитектурные детали и оборудование для пищевой и молочной промышленности.
• 443 :самый пластичный из алюминиевых сплавов для литья под давлением, этот сплав подходит для товаров народного потребления, особенно тех, которые требуют пластической деформации после литья.
• 518 :пластичный алюминиевый сплав с хорошей коррозионной стойкостью. Он используется в различных продуктах, включая фурнитуру для самолетов, декоративную фурнитуру и компоненты эскалаторов.

Магниевые сплавы для литья под давлением

Магний — еще один очень популярный материал для литья под давлением. Он даже легче, чем алюминий, с дополнительным преимуществом в том, что он хорошо поддается механической обработке, что делает его пригодным для литых деталей, требующих дополнительной механической обработки деталей или механической обработки поверхности.

Основным преимуществом магниевых сплавов для литья под давлением является их пригодность для литья под давлением с горячей камерой, что делает их более простыми в использовании, чем такие металлы для литья под давлением, как алюминий. Другие элементы в сплавах магния включают алюминий, цинк, марганец и кремний.

Обычные магниевые сплавы для литья под давлением включают:

• AZ91D :Сплав общего назначения с хорошими литейными свойствами, коррозионной стойкостью и соотношением прочности к весу. Приложения включают механические компоненты и компоненты силовой передачи.
• AM60 :Сплав с хорошими литейными свойствами, прочностью, гашением вибрации и пластичностью. Он используется в автомобильных компонентах, таких как каркасы сидений и панели.
• Редкоземельные элементы сплавы AS41B и AE42 :Сплавы с превосходной термостойкостью, а также хорошим сопротивлением ползучести, коррозионной стойкостью и пластичностью. Оба сплава встречаются в деталях двигателя.

Цинковые сплавы для литья под давлением

Другой важной категорией металлов для литья под давлением являются цинковые сплавы. Литье цинка в машине для литья под давлением с горячей камерой является наиболее удобным для производителей вариантом литья под давлением и предлагает другие преимущества, такие как ударная вязкость, пластичность и пригодность для нанесения покрытия. Благодаря своим литейным свойствам он также приводит к минимальному износу штампа.

Цинк тяжелее алюминия и магния и обычно входит в сплав с алюминием, медью и магнием.

Обычные цинковые сплавы для литья под давлением включают:

• Замак 3 :Цинковый сплав общего назначения, легко поддающийся литью и обладающий превосходной размерной стабильностью. В Северной Америке более двух третей литья цинка под давлением используют Zamak 3. Примеры использования включают потолочные вентиляторы и компоненты сантехники.
• Замак 2 :Чуть более прочный и более дорогой сплав с добавлением меди. Этот цинковый литейный сплав часто используется для производства оснастки для литья пластмасс под давлением.
• Замак 5 :Цинковый сплав, близкий по составу к Zamak 3, но с большей прочностью на растяжение и меньшей пластичностью. Популярны для таких товаров, как автомобильные детали и балансировочные грузы.

Другие сплавы для литья под давлением

Другие материалы для литья под давлением включают сплавы меди, кремния, свинца и олова, а также сплавы цинка и алюминия.

Медные сплавы обладают высокой прочностью, твердостью и коррозионной стойкостью, а также превосходной размерной стабильностью. Между тем сплавы свинца и олова очень плотные и могут быть устойчивы к коррозии. Цинк-алюминиевые сплавы распознаются по префиксу ZA; изделия с более низким содержанием алюминия могут быть отлиты под давлением в горячей камере, а изделия с содержанием алюминия 11 % и более, как правило, не могут.

Варианты отделки литьем под давлением

Литье под высоким давлением позволяет производить детали в соответствии с высокими стандартами, а варианты отделки часто можно свести к минимуму. Однако существует множество вариантов функциональной и косметической отделки деталей, изготовленных методом литья под давлением.

Удаление заусенцев

Стандартной чистовой процедурой является снятие заусенцев, которую можно рассматривать как продолжение этапа выбивки. Удаление заусенцев включает в себя удаление дефектов, вызванных производственным процессом, и применяется для нормализации внешнего вида и функции детали без добавления какой-либо определенной текстуры или цвета.

Методы удаления заусенцев включают:

• Ручное удаление заусенцев абразивными материалами (также может быть автоматизировано)
• Виброудаление заусенцев с помощью таких инструментов, как ролики и пескоструйная обработка
• Обрезка пуансоном

Дополнительные варианты отделки

После того, как дефекты были удалены с металлических деталей, отлитых под давлением, с помощью процесса удаления заусенцев, такого как пескоструйная обработка или ручная шлифовка, можно выполнить вторичную отделку, чтобы изменить качество поверхности отливок. Эти методы отделки корректируют текстуру или цвет деталей, отлитых под давлением.

Вторичное литье под давлением включает:

• Полировка с помощью ручного оборудования для придания блеска
• Покраска для изменения цвета отливок
• Порошковое покрытие для изменения цвета и текстуры отливок
• Металлическое покрытие для добавления покрытия поверхности из другого материала либо в косметических, либо в функциональных целях (например, покрытие электронного компонента металлом с большей электропроводностью).

Стратегия выбора производителя литья под давлением

Литье под давлением — распространенный производственный процесс, используемый широким кругом компаний. Однако найти производителя литья под давлением гораздо сложнее, чем найти, например, машиниста или поставщика услуг 3D-печати. Это связано с тем, что литье под давлением обычно используется крупными поставщиками деталей для крупносерийного производства.

Для малых и средних компаний, которым требуются металлические детали для литья под давлением, выбор производителя литья под давлением создает проблемы. Как правило, производители в этой области относятся к одной из следующих четырех категорий:

1. Компании, занимающиеся литьем под давлением, которые изготавливают формы для литья под давлением и детали для литья под давлением, но не предлагают последующую механическую обработку.
2. Компании, занимающиеся литьем под давлением, располагающие несколькими станками с ЧПУ, но требующие более длительного времени изготовления деталей после механической обработки из-за ограниченных мощностей по обработке.
3. Компании по литью под давлением с большим количеством станков с ЧПУ для последующей обработки, но работающие почти исключительно с крупными компаниями, размещающими крупные заказы
4. Компании, занимающиеся обработкой с ЧПУ, которые могут выполнять постобработку деталей для литья под давлением, но не могут сами изготавливать формы для литья под давлением или детали для литья под давлением

Очевидно, что это затрудняет поиск партнера по литью под давлением небольшим компаниям. Если требуется последующая обработка, такие компании часто соглашаются на более длительные сроки, предлагаемые второй категорией партнеров по литью под давлением.

Но есть и другой вариант:работая с небольшим или средним партнером по литью металлов под давлением и специализированным партнером по механической обработке, таким как 3ERP, фактически комбинируя варианты 1 и 4, компании могут заказывать меньшие объемы деталей для литья под давлением с постобработка с удивительно коротким временем выполнения заказа.