Материалы для литья под давлением: выбор правильного металла для вашего производства

Литье под давлением — высокоточный и эффективный металлический производственный процесс для промышленных, коммерческих и потребительских товаров. С оснасткой, служащей очень долго, литье под давлением подходит для производства сложных металлических деталей, предлагая отличную ценность при массовом производстве.

Несколько металлов могут быть подходящими материалами для литья под давлением. Это в основном неферристые металлы (металлы, не содержащие значительное количество железа), хотя иногда ферристые металлы также могут использоваться. Основные материалы для литья под давлением — алюминий, магний и цинк сплавы, все они имеют свои особенные преимущества и подходящие применения в производственном мире.

Эта статья рассматривает лучшие материалы для литья под давлением, перечисляя их соответствующие выгоды и распространенные применения в производственном мире.

Что такое литье под давлением?

Литье под давлением — это форма металлического литья, семейство процессов, в которых расплавленный металл заливается или вдавливается в полость формы. Существует много форм металлического литья, включая песчаное литье (низкая стоимость), литье в оболочке (малый объем) и литье под давлением (высокий объем). Процессы литья отличаются в терминах своих типов выкройки, типов форм, совместимых материалов и методов подачи материала (например, гравитационное заливание против высокого давления впрыска).

Внутри семейства металлического литья, литье под давлением особенно подходит для высокообъемного производства сложных деталей. Это потому, что оно использует постоянную форму в виде двух кокильи из инструментальной стали. Эти кокильи дороги в изготовлении — обычно через механическую обработку — но служат очень долго и обеспечивают ценность в долгосрочной перспективе.

Литье под давлением применяется во многих отраслях в производстве промышленных, коммерческих и потребительских продуктов. По сравнению с другими техниками металлического литья, оно лучше подходит для мелких или средних деталей, требующих хорошей поверхностной отделки.

Процесс литья под давлением

Литье под давлением имеет несколько вариантов (обсуждаемых в следующем разделе), но процесс в целом следует установленной рутине.

Перед началом литья под давлением производитель должен получить две металлические кокильи: половину прикрывающую кокиль и половину выталкивающую кокиль. Вместе эти две кокильи формируют оснастку для литья под давлением, и зазор между двумя половинами кокильи функционирует как полость формы. Кокильи обычно механически обрабатываются из закаленной инструментальной стали, которая высоко долговечна.

Первая правильная стадия процесса литья под давлением включает подготовку кокильи для литья. Это подразумевает нанесение смазки (обычно водной) на стенки полости, обеспечивая, что литья не прилипнут к внутренней части кокильи. Смазка также помогает с контролем температуры.

Следующая стадия — подача материала. В большинстве установок литья под давлением машина для литья под давлением впрыскивает расплавленный металл в полость формы под высоким давлением — хотя точная степень давления зависит от типа материала и того, является ли это горячекамерной или холоднокамерной машиной для литья под давлением. Давление обеспечивает, что материал вдавливается даже в самые маленькие щели, и это давление поддерживается, пока расплавленный металл остывает и затвердевает, чтобы смягчить усадку.

После того как металл остыл и затвердел внутри полости формы, литая деталь выталкивается путем раскрытия кокильи и мягкого выталкивания литий из кокильи выталкивающими стержнями. Еще один укол может быть подготовлен немедленно после выталкивания, позволяя быстрое массовое производство идентичных деталей.

Финальная стадия процесса литья под давлением — стадия очистки (shakeout), которая включает резку (вручную или через специальную машину) лишних кусков металла, прикрепленных к литой детали, включая надбрявки от линии разделки и любые впуски, распределители и заливные штуцеры (части дизайна кокильи, позволяющие расплавленному металлу входить в полость формы).

Литье под давлением производит отличную поверхностную отделку, которая не требует того же уровня постобработки, что, например, механически обработанные или 3D-напечатанные детали.

Горячекамерное литье под давлением против холоднокамерного литья под давлением

Литье под давлением делится на два основных подтипа: горячекамерное литье под давлением и холоднокамерное литье под давлением. Эти подтипы отличаются в терминах того, где металл плавится и как он впрыскивается. Критически, только определенные материалы подходят для горячекамерного литья под давлением. (Обратите внимание, что холоднокамерное литье под давлением все равно требует полностью расплавленного металла; оно не обрабатывает металл в его твердой форме.)

Главная особенность горячекамерного литья под давлением — способность нагревать металл внутри машины для литья под давлением. Иногда называемые гусиношейными машинами, эти системы содержат внутреннюю зону горения и горшок для расплавленного металла. Поршень (гидравлический или пневматический) вынуждает расплавленный металл из камеры в кокиль, после чего камера может быть немедленно перезаполнена в подготовку к следующему уколу.

Холоднокамерное литье под давлением требует внешнего нагрева материалов для литья под давлением, и расплавленный металл должен быть затем передан в машину для литья под давлением с транспортной трубой или ковшом. Таран принуждает расплавленный металл из камеры в кокиль (под более высоким давлением, чем используется для горячекамерного литья под давлением). Этот процесс медленнее, так как металл должен быть передан из внешнего источника для каждого укола.

Хотя горячекамерное литье под давлением быстрее, оно более ограничено в совместимости материалов. Оно обычно работает только для металлов с низкой температурой плавления, таких как цинк, магний и свинцовые сплавы. Оно не может обрабатывать алюминиевые сплавы, так как они могут захватывать железо из камеры.

Соображения по материалам для литья под давлением

Производители должны учитывать определенные факторы и переменные при выборе материалов для литья под давлением. Эти включают:

• Подходит ли материал для горячекамерного литья под давлением
• Стоимость материалов
• Косвенные затраты на материалы (например, любые дополнительные постобработки, требуемые)
• Структурные свойства материала
• Прочность
• Вес
• Поверхностная отделка
• Обрабатываемость

Все эти факторы должны учитываться при выборе материала для литья под давлением для деталей или прототипов.

Алюминиевые сплавы для литья под давлением

Алюминий — один из основных металлов для литья под давлением, и алюминиевые сплавы используются в холоднокамерном литье под давлением. Эти сплавы обычно содержат кремний, медь и магний.

Алюминиевые сплавы для литья под давлением легкие и предлагают хорошую размерную стабильность, что делает их хорошим выбором для сложных, мелкодетализированных деталей. Другие преимущества включают хорошую коррозионную стойкость, температурную стойкость и тепловую и электрическую проводимость.

Распространенные алюминиевые сплавы для литья под давлением включают:

• 380: Универсальный алюминиевый сплав, балансирующий литейность с хорошими механическими свойствами. Используется в очень широком спектре продуктов, включая кронштейны двигателей, мебель, электронные корпуса, рамы, ручки, корпуса коробок передач и электроинструменты.
• 390: Сплав с отличной истираемостью и вибростойкостью. Разработан специально для литья под давлением блоков цилиндров автомобильных двигателей, также подходит для корпусов клапанов, рабочих колес и насосных корпусов.
• 413: Алюминиевый сплав с отличными литейными свойствами. Имеет хорошую герметичность под давлением и поэтому используется для продуктов вроде гидравлических цилиндров, а также архитектурных деталей и оборудования пищевой и молочной промышленности.
• 443: Самый dúктильный из алюминиевых сплавов для литья под давлением, этот сплав подходит для потребительских товаров, особенно тех, что требуют пластическую деформацию после литья.
• 518: Дúктильный алюминиевый сплав с хорошей коррозионной стойкостью. Используется в различных продуктах, включая авиационные крепежные детали, декоративную фурнитуру и компоненты эскалаторов.

Магниевые сплавы для литья под давлением

Магний — еще один очень популярный материал для литья под давлением. Он даже легче алюминия, с дополнительным преимуществом высокой обрабатываемости — делая его подходящим для литых деталей, требующих дополнительных механически обработанных деталей или механической обработки поверхности.

Главное преимущество магниевых сплавов для литья под давлением — их пригодность для горячекамерного литья под давлением, делая их легче в использовании, чем металлы для литья под давлением вроде алюминия. Другие элементы в магниевых сплавах включают алюминий, цинк, марганец и кремний.

Распространенные магниевые сплавы для литья под давлением включают:

• AZ91D: Универсальный сплав с хорошей литейностью, коррозионной стойкостью и соотношением прочности к весу. Применения включают механические и силовой агрегат компоненты.
• AM60: Сплав с хорошей литейностью, прочностью, виброамортизацией и dúктильностью. Используется в автомобильных компонентах, таких как рамы сидений и панели.
• Редкоземельные сплавы AS41B и AE42: Сплавы с превосходной температурной стойкостью, а также хорошей криповой стойкостью, коррозионной стойкостью и dúктильностью. Оба сплава находятся в деталях двигателя.

Цинковые сплавы для литья под давлением

Еще одна главная категория металлов для литья под давлением — цинковые сплавы. Литые в горячекамерной машине для литья под давлением, цинк — самый дружелюбный к производителю из материалов для литья под давлением и предлагает другие выгоды вроде ударной прочности, dúктильности и пригодности для наплавивания. Благодаря своей литейности, он также приводит к минимальному износу кокильи.

Цинк тяжелее алюминия и магния и обычно легируется алюминием, медью и магнием.

Распространенные цинковые сплавы для литья под давлением включают:

• Zamak 3: Универсальный цинковый сплав, легкий в литье и предлагающий отличную размерную стабильность. В Северной Америке более двух третей цинковых литий под давлением используют Zamak 3. Примеры использования включают потолочные вентиляторы и сантехнические компоненты.
• Zamak 2: Слегка более прочный и дорогой сплав с добавленным содержанием меди. Часто используется для производства оснастки для пластикового литья под давлением.
• Zamak 5: Цинковый сплав, близкий по составу к Zamak 3, но с большей временной прочностью и меньшей dúктильностью. Популярен для продуктов вроде автозапчастей и грузовых колес балансировки.

Другие сплавы для литья под давлением

Другие материалы для литья под давлением включают медь, кремнистый томбак, свинец и оловянные сплавы, в дополнение к цинк-алюминиевым сплавам.

Медные сплавы демонстрируют высокую прочность, твердость и коррозионную стойкость, в дополнение к отличной размерной стабильности. Тем временем свинцовые и оловянные сплавы очень плотные и могут быть стойкими к коррозии. Цинк-алюминиевые сплавы узнаваемы по префиксу ZA; те с более низким содержанием алюминия могут быть горячекамерно отлиты под давлением, но те с 11% или более обычно не могут.