Литье алюминия под давлением: точное производство деталей

Последнее обновление: 28 апреля 2022 года

Существует множество методов литья металлов, используемых веками. Некоторые датируются более чем 5000 лет назад. Один из самых современных и эффективных — литье под давлением.

Литье под давлением — метод литья металла, при котором расплав заливается в полость формы, где он затвердевает, принимая форму формовки. Эта технология обеспечивает универсальность размеров и форм деталей, даже для сложных форм с внутренними полостями.

Литье не ограничено металлами: применяется также для стекла, керамики и пластиков. Большинство металлических литьев под давлением изготавливают из цветных металлов: цинка, алюминия, меди, магния, свинца. В этой статье подробно рассматриваются детали и преимущества литья алюминия под давлением, чтобы помочь выбрать лучший материал для производства нужных алюминиевых деталей.

Литье алюминия под давлением — один из самых широко используемых методов во всех основных отраслях: авиация, электроника, автомобилестроение и др. Узнаем подробнее, как это работает.

Что такое литье алюминия под давлением?

Литье алюминия под давлением — метод создания алюминиевых деталей с хорошей текстурой или гладкой поверхностью, высокой размерной стабильностью. Причины выбора алюминия:

• Легкий и очень стабильный для сложных форм и тонких стенок.
• Высокая тепловая и электрическая проводимость.
• Хорошая коррозионная стойкость.
• Сохраняет прочность при очень высоких температурах.

Из двух основных типов оборудования — горячокамерные и холоднокамерные машины — алюминий обрабатывается в холоднокамерных. Из-за сохранения прочности сплавов алюминия при высоких температурах требуется высокое давление.

Поэтому расплав плавится в отдельной печи перед подачей в холоднокамерную машину. Затем машина прессует расплав в форму с помощью давления плунжера.

Как работает литье алюминия под давлением?

Как и любой типичный процесс литья под давлением, литье алюминия включает заливку жидкого алюминия в форму (кокиль) и его затвердевание в нужной форме. Кокилли состоят минимум из двух половин для извлечения отливок. Форма кокилли определяет сложные формы и тонкие детали отливки — суть любого литьевого процесса.

Процесс литья алюминия под давлением можно разделить на 9 этапов:

1. Слитки алюминиевых сплавов нагреваются до плавления;
2. Две половины кокилли очищают, смазывают и зажимают вместе;
3. Форма для отливки готовится из двух сталевых кокилл, обработанных до нужной формы, и зажимается прессом для литья под давлением;
4. Расплавленный алюминий всасывается в полость под высоким давлением и затвердевает;
5. Процесс перемещения расплава в камеру перед всасыванием зависит от типа машины (холодная или горячая камера);
6. Холоднокамерные машины используются для сплавов с высокой температурой плавления (алюминий, магний). Расплав ложкой насыпается в камеру, а не подается гидравлическими цилиндрами;
7. Горячая заготовка остывает и затвердевает. Расплав заполняет полость кокилли, принимая форму;
8. Половинки кокилли разжимают, отливка выталкивается;
9. Излишки материала удаляются вторичными операциями: пилингом, резкой и т.д.

Литье алюминия — один из самых быстрых и точных процессов литья под высоким давлением. Полученные отливки имеют хорошую текстуру, высокую твердость, коррозионную стойкость и требуют минимальной чистовой обработки. Сталевые кокилли многоразовы (в отличие от песчаных форм), поэтому литье алюминия под давлением — наиболее целесообразный метод для серийного производства алюминиевых деталей.

Алюминиевые сплавы для литья под давлением

Наиболее распространенные сплавы: A360, A380, A383, A413. У каждого свои преимущества, выбор зависит от конструкторских требований. Свойства сводятся в таблице ниже.

Материал для литья алюминия под давлением	A360	A380	A383	A413
Твердость	75	80	75	80
Относительное удлинение (% на 2 дюйма)	2.5	3.5	3.5	2.5
Предел сдвига	28	28	—	25
Предел текучести при растяжении (ksi)	25	23	22	21
Временное сопротивление растяжению (ksi)	44	46	45	43
Теплопроводность	65	56	56	70
Электропроводность (% Cu)	30	27	23	31
Плотность (фунт/дюйм³)	0.095	0.099	0.099	0.096

Требуется ли пост-обработка после литья алюминия под давлением?

После извлечения отливки из формы ей все равно требуется отделка для улучшения эстетики и функциональных свойств: блеск, коррозионная стойкость, износостойкость, защита от среды.

Однако алюминиевая отливка требует минимальной или нулевой отделки, так как по стандартам литья у нее уже хорошая поверхность. Незначительные дефекты устраняются шлифовкой (абразивным материалом).

Другие методы: шарнирование (shot peening) и порошковое покрытие для повышения износостойкости и защитного покрытия соответственно.

Преимущества деталей из алюминия под давлением

Литье алюминия — один из самых предпочтительных процессов литья во мире. Лучшая экономическая альтернатива другим процессам. Основные причины:

• Алюминий — легкий сплав, позволяющий делать легкие детали без потери прочности.
• Универсальность для производства тонкостенных простых или сложных деталей с высокой точностью.
• Отливки имеют хорошую текстуру или гладкость по требованию.
• Высокая скорость процесса позволяет производить десятки тысяч деталей за меньшее время и стоимость.
• Массовое производство очень рентабельно по сравнению с другими методами литья под давлением.
• Детали высококоррозионностойкие и отличные тепло- и электро-проводники.

Литье алюминия под давлением vs Песчаное литье vs Вакуумное литье под давлением

Выбор метода зависит от требуемых конструкторских характеристик. У каждого метода уникальные преимущества.

Литье алюминия под давлением

Высокоскоростное всасывание алюминия в полость под высоким давлением. Процесс эффективен и быстр, идеален для крупных серий. Отливка имеет хорошую поверхность и требует минимальной отделки. Благодаря легкости алюминий широко используется для тонкостенных деталей без потери прочности.

Алюминий имеет высокую температуру плавления, обрабатывается в холоднокамерной машине. Однако из-за высокого давления может возникать залов газа, вызывая пористость.

Песчаное литье

Расплав лится в песчаные формы без давления. Старейший и самый распространенный дешевый метод для заготовок или сложных деталей (блоки цилиндров, коленвалы, головки блоков). Поскольку песчаная форма разрушается при извлечении, процесс медленный и не подходит для массового производства.

Вакуумное литье под давлением

Продвинутый метод, использующий вакуум для втягивания расплава в форму. Позволяет избежать залова воздуха и удалить растворенные газы, вызывающие пористость на поверхности.

Обеспечивает литье тонких сечений с хорошей отделкой, улучшает механические свойства и снижает потребность в дополнительной механической обработке. Однако структура уплотнения формы сложна, а стоимость процесса высока.

Конструкторские советы для литья алюминиевых деталей под давлением

Для лучших результатов учитывайте важные факторы.

Выбор материала

Существует несколько коммерчески доступных сплавов алюминия. Выбирайте, основываясь на требованиях дизайна: твердость, прочность, проводимость, температуру плавления, текучесть, герметичность и т.д. Будьте внимательны к выбору материала для достижения нужных характеристик.

Сток для механической обработки

Чтобы отливка сохраняла свойства и имела равномерную плотность, необходим адекватный сток для механической обработки. Это снимаемый слой с готовой детали. Слишком малый сток вызывает дефекты поверхности, слишком большой — увеличивает сроки. Нужен баланс для оптимального результата.

Усадка при проектировании

Усадка — важный фактор в любом производстве. Любой материал, включая металл, усаживается при охлаждении/затвердевании. Поскольку более толстые участки усаживаются сильнее, можно предусмотреть более тонкие сечения в дизайне, чтобы избежать пористых и неровных поверхностей.

Толщина стенок

Достижение равномерной толщины алюминиевых отливок сложно. Тонкостенные отливки востребованы из-за меньшей стоимости материала и веса. Однако незначительное нарушение равномерности может снизить прочность детали.

Прочность детали

Разные сплавы алюминия имеют разную прочность. Выбирайте сплав тщательно для требуемой прочности. Другой фактор — технология литья. Вакуумное литье отлично подходит для повышения прочности и минимизации поверхностной пористости.

Процесс сборки

Важно правильно спланировать сборку деталей, чтобы избежать недостатков дизайна. Сборка простых конструкций отличается от сложных, поэтому процесс сборки должен быть четко определен и спланирован.

Внешний вид дизайна

Если эстетика важна, можно применять отделку: гальванику, шарнирование, пескоструйку. Эти методы улучшают вид без ущерба долговечности и характеристикам.

Заключение

Литье алюминия под давлением — очень целесообразный, рентабельный и высокоточный метод литья для серийного производства сложных деталей. Выбор материала и метода зависит от желаемых конструкторских характеристик. Необходимо учитывать все аспекты и планировать эффективно для оптимальных результатов.

WayKen предоставляет услуги литья под давлением для решения задач по литью алюминия. Если у вас есть металлические детали (например, алюминиевые компоненты) или проект продукта, свяжитесь с нашей опытной командой.

FAQ

Ответы на частые вопросы о литье алюминия под давлением.

1. Хорош ли алюминий для литья под давлением? Да, алюминий обладает высокой электро- и теплопроводностью, стойким к коррозии. Низкая плотность и хорошие механические и тепловые свойства делают его хорошим сплавом для литья под давлением.
2. Насколько прочно литое под давлением алюминий? Литое под давлением алюминий, хотя и не такое прочное как стальное, очень прочно и долговечно по сравнению с песчаным литьем и литьем магния или цинка.
3. Можно ли лить сталь под давлением? Да. Но это черный металл, содержащий железо, поэтому он не стойок к коррозии и не предпочтителен.