Секреты мастерства в литье под давлением: процессы, материалы и советы

Литье под давлением — это процесс литья металлов, суть которого — подача расплавленного металла под высоким давлением в форму. Формы обычно изготавливают из более прочных сплавов. Процесс похож на литье под давлением (инъекционное формование). Чтобы дать полное представление о литье под давлением, компания JTR систематизировала: что это, какова технология, какие материалы используются и ответы на другие вопросы. Надеемся, вы получите исчерпывающее понимание литья под давлением.

Определение «Литье под давлением»

Литье под давлением — точное литейное производство, использующее высокое давление для наполнения металлической формы сложной формы расплавленным металлом. Изделия, полученные этим методом, называют отливками под давлением.

Большинство отливок под давлением — без железа: цинк, медь, алюминий, магний, олово, свинец и их сплавы. В зависимости от типа литья требуются холоднокамерные или горячнокамерные машины.

Предел прочности на разрыв этих материалов почти в два раза выше обычных литейных сплавов, что имеет большое значение для алюминиевых автомобильных колес, рам и других деталей, требующих высокой прочности и ударной вязкости.

Процесс литья под давлением

Типичный процесс состоит из 4 этапов (или литье под высоким давлением): подготовка формы, наполнение материалом, впрыск и выбивание. Эти этапы составляют основу различных модифицированных процессов.

1. В полость формы распыляется смазка. Помимо контроля температуры формы, смазка облегчает извлечение отливки.
2. Форма закрывается, расплав вливается под высоким давлением (10–175 МПа).
3. Давление удерживается до затвердевания отливки. Далее извековый стержень выталкивает все отливки; так как в форме может быть несколько полостей, за цикл получается несколько отливок.
4. Процесс очистки (выбивание) требует отделения отходов: входов, заслонок, засовов, заусенцов. Обычно делается прессованием через специальную обрезочную матрицу. Другие способы — пилинг и шлифование. Если засов хрупкий, можно ударить по отливке напрямую, экономя труд. Излишки отливки после плавки можно повторно использовать.

Высокое давление обеспечивает очень быстрое наполнение формы, так что весь объем заполняется расплавом до начала затвердевания какой-либо части. Это позволяет заполнить даже тонкостенные детали, трудные для наполнения, и избежать поверхностных разрывов.

Однако это также вызывает захват воздуха, так как воздух не успевает выйти при быстром наполнении. Вентиляционные каналы на разъездной плоскости снижают проблему, но даже точные процессы могут оставлять пористость в центре отливки. После литья большинство деталей обрабатываются услугами отделки поверхности для операций, невозможных при литье: сверления, полировки.

Дефекты выявляются после очистки. Чаще всего — недолив (неполное наполнение раствором). Причины: недостаточная температура формы или расплава, загрязнение металла, мало вентилей, излишек смазки. Другие дефекты: пористость, усадка, термические трещины, следы течения (от дефектов засовов, острых углов, излишка смазки).

Металлы для литья под давлением

В основном используются цинк, медь, алюминий, магний, свинец, олово, свинцово-оловянные сплавы. Редко, но возможно — более экзотические сплавы: ZAMAK, алюминиево-цинковые, стандарты Американского алюминиевого ассоциации: AA380, AA384, AA386, AA390, AZ91D магний. Характеристики литья различных металлов:

• Цинк: Самый легкий для литья под давлением, экономичен для мелких деталей, легко покрывается покрытиями, высокая сжимаемая прочность, пластичность, долгая жизнь.
• Алюминий: Легкий, высокая размерная стабильность при сложных и тонкостенных отливках, сильная коррозийная стойкость, хорошие механические свойства, высокая тепло- и электропроводность, высокая прочность при высоких температурах.
• Магний: Легко обрабатывается, высокое отношение прочности к весу, самый легкий из распространенных металлов для литья под давлением.
• Медь: Высокая твердость, сильная коррозийная стойкость, лучшие механические свойства среди распространенных металлов для литья под давлением, износостойкость, прочность близкая к стали.
• Свинец и олово: Высокая плотность и экстремально высокая размерная точность для специальных коррозионно-защитных компонентов. По причинам общественного здоровья не применяются в пищевой технике. Сплавы свинца, олова, сурьмы (иногда с медью) используются для ручной печатной типографики и тиснения.

Металл	Минимальная площадь поперечного сечения	Минимальный угол наклона
Алюминиевый сплав	0,89 мм (0,035 дюйма)	1:100 (0,6°)
Латунь и бронза	1,27 мм (0,050 дюйма)	1:80 (0,7°)
Магниевый сплав	1,27 мм (0,050 дюйма)	1:100 (0,6°)
Цинковый сплав	0,63 мм (0,025 дюйма)	1:200 (0,3°)

Верхние пределы массы отливок для алюминия, меди, магния и цинка: 32 кг, 4,5 кг, 20 кг и 34 кг соответственно.

Преимущества и недостатки литья под давлением

Преимущества

• Отличная размерная точность (зависит от материала).
• Гладкие поверхности и радиус скругления ~1–2,5 мкм (лучше других методов литья).
• Тонкостенные детали ~0,75 мм (против кокильного литья).
• Прямое литье внутренних структур: оболочки проводов, нагревательные элементы, высокопрочные подшипниковые поверхности.
• Сокращение или исключение послеобработки.
• Высокая скорость производства.
• Высокая прочность на разрыв (до 415 МПа).
• Возможность литья высокотекучих металлов.

Недостатки

• Высокая стоимость: оборудование, формы и комплектующие дорогие по сравнению с другими методами. Экономически целесообразно только при серийном производстве.
• Подходит только для относительно текучих металлов.
• Масса отливки должна быть 30 г – 10 кг.
• В обычном литье под давлением в последней партии всегда остаются пустоты. Поэтому нельзя проводить термическую обработку или сварку — газ в пустотах расширится при нагреве, вызывая внутренние микродефекты и отслоение поверхности.

Горячее и холодное камерное литье под давлением

Два способа изготовления деталей: горячее камерное и холодное камерное литье под давлением. В обоих процессах формы опрыскиваются отделяющим смазочным материалом перед литьем для легкого извлечения отливок. Расплав не вливается напрямую в полость формы, а сначала в камеру заливки литейной машины. Оттуда поршнем (литейная группа) через один или несколько каналов сплав прессуется в форму. Разница — в структуре камеры заливки.

Горячее камерное литье под давлением

Металлическая ванна находится в расплавленном, полужидком состоянии, наполняет форму под давлением. Преимущества: высокая цикличность (~15 циклов/мин), легкость автоматизации, легкость плавки металла. Недостатки: невозможно лить металлы с более высокой температурой плавления и алюминий (выносит железо из расплава). Поэтому горячекамерные машины используют для сплавов цинка, олова, свинца. Кроме того, трудно лить крупные отливки — обычно мелкие.

Холодное камерное литье под давлением

Применяется для металлов, неподходящих для горячего камерного процесса: алюминий, магний, медь, цинковые сплавы с высоким содержанием алюминия. Металл сначала плавится в отдельной тигле. Объем расплава переносятся в ненагретую камеру впрыска или форсунку. Металл вводится в форму гидравлическим или механическим давлением.

Главный недостаток — большой время цикла из-за необходимости переноса расплава в холодную камеру. Холоднокамерные машины делятся на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные — обычно малые, горизонтальные — различные модели.

Области применения литья под давлением

Основное применение — серийное производство, т.е. литье множества деталей одного типа. Несмотря на высокое давление, достигается высокое качество отливок. Процесс особенно подходит для очень тонких (до 1 мм) легких деталей.

Чаще всего для автопрома литуют: колеса, блоки цилиндров, головки блоков, корпуса клапанов, коллекторы. Другие отрасли:

• Аэрокосмика
• Бытовые приборы
• Мебель
• Электроинструменты
• Электронная продукция
• Машиностроение
• Светильниковая техника

В будущем литейные заводы заинтересуются электротранспортом — большой потенциал для легкоковших отливок.

Выбор надежной компании по литью под давлением

Литье под давлением широко используется в производстве с 19 века. Как ведущий поставщик услуг литья под давлением в Китае, JTR много лет предоставляет клиентам полные решения. Качественное литье под давлением — ключ к нашей прибыльности. Если нужно реализовать ваш дизайн — свяжитесь с нами. Вам достаточно предоставить дизайн или идею, остальное сделаем мы.