Литье под давлением: процессы, материалы, применение и затраты

Что такое литье под давлением?

Процесс литья под давлением заключается в впрыске расплавленного металла с низкими температурами плавления (цинк, алюминий) в форму литья под давлением и охлаждении. В зависимости от температуры плавления происходит по двум механизмам (горячая и холодная камера), подходит для простых и сложных деталей из листового металла.

Процесс уникален и отвечает за производство многих металлических деталей в потребительских и промышленных изделиях. Но перед использованием или аутсорсингом нужно глубоко понимать процесс. Статья введет в литье под давлением: историю, механизмы, преимущества и недостатки.

История литья под давлением в производстве

Литье под давлением датируется 1800 годом — важная техника в полиграфии. 1849 — Стёрджес создал ручную машину для литья под давлением в печати, повысив точность, креативность, постоянство при сложных формах. 1855 — Отто Мергентальер изобрел линотип-машину, известную эффективностью, важную для издательского дела.

Спрос на машины рос в XIX веке из-за преимуществ. Литье под давлением стало популярно во многих отраслях. Технологический прогресс: алюминий заменил оловь и свинец за счет качества. Процесс низкого давления сменился высокодавленными методами.

По Grand View Research, индустрия литья под давлением занимала 49,7% глобальной доли в 2016 г. благодаря низкой себестоимости и стабильности.

Типы процессов литья под давлением

Два промышленных процесса: горячая камера и холодная камера. У каждого особенности и сценарии применения.

Литье в горчей камере (Hot Chamber Die Casting)

Идеальный метод для материалов с низкой температурой плавления: цинк, олово, свинец, магниевые сплавы. Не подходит для высокоплавких сплавов — повреждает насос, контактирующий с металлом напрямую. Металл плавится и впрыскивается в форму давлением гидросистемы.

Литье в холодной камере (Cold Chamber Die Casting)

Идеальный метод для высокоплавких материалов: алюминий. Высокая температура плавления повреждает насосную систему.

Процесс: расплавленная загрузка ложкой в холодную камеру перед впрыском в форму. Гидросистема похожа на горячую камеру, но может требовать большие давления — 2000–20000 psi.

Этапы процесса литья под давлением

Без разницы — горячая или холодная камера, стандартный процесс: впрыск расплава в штамп под высоким давлением. Детальные этапы:

• Зажим (Clamping)

Первый шаг — зажим. Но перед этим: очистка формы от примесей, смазка для лучшего впрыска и извлечения затвердевшего изделия. После очистки и смазки — зажим и закрытие формы под высоким давлением.

• Впрыск (Injection)

Плавление металла, заливка в камеру загрузки. Процесс зависит от типа: в холодной камере камера холодная, в горячей — горячая. Затем впрыск металла в форму под высоким давлением гидросистемы.

• Охлаждение (Cooling)

В зажатом состоянии металл остывает для затвердевания. Затвердевший материал повторяет форму штампа.

• Выброс (Ejection)

После разжатия формы механизм выброса выталкивает застывшую отливку. Важно обеспечить полное затвердевание перед выбросом.

• Обрезка (Trimming)

Финальный шаг: удаление лишнего металла в заторе и подающем канале на готовой детали. Обрезка трим-штампом, пилой или др. методами. Удаленный металл перерабатывается и повторно используется.

Сплавы для литья под давлением

Большинство сплавов — неметаллические с высокими механическими свойствами. Неметаллическая природа обеспечивает низкую температуру плавления при сохранении прочности. Выбор свойств зависит от материала. Ограничений на выбор материала нет. Популярные сплавы:

• Алюминиевые сплавы

Уникальные свойства для широкого спектра изделий. Алюминиевый сплав 380.0 — самый популярный в литье под давлением за уникальные свойства. Другие: 360, 390, 413. Причины выбора алюминия:

• Высокие рабочие температуры
• Выдающаяся коррозионная стойкость
• Легкость
• Очень хорошая прочность и твердость
• Хорошая жесткость и отношение прочности к весу
• Отличная ЭМИ и РФИ экранировка
• Отличная теплопроводность
• Высокая электропроводность
• Хорошие декоративные характеристики
• Полная перерабатываемость
• Выдерживают самые высокие рабочие температуры среди литейных сплавов
• Коррозионная стойкость
• Сохраняют высокую размерную стабильность при тонких стенках

• Цинковые сплавы

Невероятная прочность, вязкость, твердость, производительность, экономичность. Важная часть процесса, свойства соперничают и превосходят алюминий, магний, бронзу.

Много сплавов цинка. Распространенные: Zamak #2, #3, #5, #7, ZA8, ZA27 — известны свойствами:

• Улучшенная литейность
• Сокращенный цикл
• Продленная жизнь формы
• Идеальные механические качества

• Магниевые сплавы

Магний для литья под давлением. Много сплавов, самый частый — AZ91D: вязкость, долговечность, легкость, хорошая литейность. На 75% легче стали и на 33% — алюминия без потери прочности. Энтузиасты выбирают магний для сложных отливок с узкими допусками и лучшей коррозионной стойкостью.

• Другие сплавы

Бронза, латунь, свинец, олово.

• Олово — первый материал в литье под давлением за высокую текучесть. Низкая т. плавления, минимальный износ форм.
• Бронза (белая бронза) — для ювелирки. Цвет как белого золота и нержавейки, но низкая т. плавления для литья.

Варианты покрытия поверхности для деталей литья под давлением

Отливка должна иметь хорошее покрытие для долговечности, защиты, эстетики. Разные варианты в зависимости от размера и сплава.

Покраска (Painting)

Самый распространенный метод для многих материалов. Для защиты или эстетики. Процесс: нанесение лакок, красок, эмалей с учетом металла. Предварительно: очистка поверхности от примесей (масла — улучшает адгезию), грунтовка, основная краска.

Порошковое покрытие (Powder Coating)

Распространенное декоративное покрытие. Нанесение заряженных частиц на поверхность. Скрывает мелкие дефекты, лучший контроль толщины, равномерность. Результат: долговечный, твердый, высоко антикоррозийный и антицарапинный. Экологично — нет опасных токсичных материалов.

Антиквирование (Antiquing)

Дает антикварный вид, в основном для цинковых отливок. Гальваническое напыление меди или др. сплавов, затем покрытие цветным компонентом (сульфид меди). Рельефование (удаление части цветного слоя для открытия меди) и обработка против окисления.

Керамическое покрытие (Ceramic Coating)

Декоративный процесс: керамика в растворе на внешнюю поверхность. Тонкий слой, похожий на анодирование. Важна подготовка поверхности перед применением.

Гальваническое покрытие (Plating)

Бестоковое или электрохимическое — подходящий и дешевый метод. Тонкий слой — нужна подготовка поверхности.

Бестоковое: химия вместо электричества. Деталь в химическом растворе с восстановительными свойствами. При катализе минералами — осаждение на отливке. Электролиз: катализ прохождением тока через электролит. Оба для эстетики. Некоторые используют для улучшения проводимости.

Применение деталей литья под давлением

Процесс создает уникальные высокофункциональные детали и компоненты. Некоторые применения:

Потребительские и промышленные изделия: смесители, поршни компрессоров, соединительные штанги, радиаторы и др.

Автомобильные изделия: шестерни, цилиндры, малые двигатели, гладхенды, трансфер-кейсы и др. специфические детали для авто.

Аэрокосмические детали: литье под давлением — экономичное решение для легких, но превосходных металлических компонентов, соответствующих высоким стандартам аэрокосмики.

Создайте свои отливки с RapidDirect!

Преимущества процесса литья под давлением

Важный метод металлообработки за низкую стоимость и простоту. Другие плюсы:

• Создание сложных деталей
• Производство множества деталей без сборки
• Снижение затрат на труд
• Переменная толщина стенок
• Узкие допуски
• Быстрые циклы производства
• Перерабатываемые материалы

Недостатки процесса литья под давлением

• Не подходит для металлов с высокой т. плавления
• Не подходит для крупных деталей из листового металла
• Высокая стоимость штампа
• Длинный лид-тайм

Факторы, влияющие на стоимость литья под давлением

Обычно низкая себестоимость. Но зависит от факторов. Для оптимизации затрат проекта:

• Выбор материала

Тип материала огромно влияет на стоимость. Материалы разные по цене, цены растут, хоть и неравномерно.

• Производственная стоимость

Зависит от трех факторов: стоимость оснастки и стоимость литья. От технологических процессов, подхода, процесса изготовления формы, обслуживания — стоимость оснастки может быть высокой.

• Стоимость формы

Зависит от процесса изготовления. При ЧПУ-обработке возможности и преимущества процесса дают высокую стоимость формы.

• Стоимость вторичных операций

Обрезка и др. вторичные операции влияют на стоимость. Их объем, эффективность, результативность важны для затрат.

• Стоимость покрытия

Зависит от метода. Электролиз — выше стоимость покрытия, чем покраска.

RapidDirect: услуги литья под давлением

Литье под давлением — важный процесс листового металла за низкую стоимость и эффективность. Простой, но требует знаний и опыта — аутсорсинг правильному сервису (как наш) лучший подход.

В RapidDirect — команда опытных инженеров по литью под давлением. Опыт позволяет советовать правильный процесс для вашего проекта.

ISO 9001:2015, множество заводов, передовые мощности для качественных деталей. Быстрый лид-тайм: загрузка дизайна → котировка и DFM-анализ за 12 часов.

FAQ

Почему это называется литье под давлением?

Из-за использования штампов (dies). Штампы — стальные формы, в основном ЧПУ, в которые впрыскивают жидкий металл. Две половины: неподвижная (стационарная, на машине) и подвижная (выброса).

В чем разница между литьем в песок и литьем под давлением?

Оба — важные металлообработки. Разница — материал формы. Литье под давлением — металлическая форма. Литье в песок — песок. Литье под давлением — только неметаллические низкоплавкие металлы, литье в песок — шире спектр.

В чем разница между литьем под давлением и впрыском под давлением?

Литье под давлением и впрыск под давлением — один механизм: впрыск расплава в форму и охлаждение. Но впрыск использует пластики (ABS, полипропилен, TPU, полиэтилен), а литье под давлением — низкоплавкие металлы.