Горячая и холодная камера при литье под давлением: отличия, сплавы, вариации процесса

Литье под давлением (давливание) делится на два основных типа по конструкции камеры нагнетания: горячая камера (гусиная шея) и холодная камера. Выбор определяется температурой плавления и химической активностью сплава к стали камеры.

Горячая камера (Hot Chamber / Gooseneck)

• Камера нагнетания (вертикальная труба — «гусиная шея») постоянно погружена в ванну с расплавом в печи стана.
• Поршень (плунжер) при отходе всасывает расплав через боковое окно, при рабочем ходе прессует его через сопло (дюзу) в матрицу.
• Сплавы: Zn (цамки), Mg (магний), Sn, Pb, низкотемпературные Mg-сплавы. Tпл < ~450–500 °C.
• Преимущества: короткий цикл (нет переливания), минимальные теплопотери, высокая производительность, простота автоматизации.
• Ограничения: сталь камеры растворяется/корродирует в Al, Cu расплавах.

Холодная камера (Cold Chamber)

• Расплав зачерпывают ложкой (ручной/автомат) в горизонтальную/вертикальную камеру нагнетания перед каждым циклом.
• Поршень прессует расплав через входную систему в матрицу.
• Сплавы: Алюминий (Al-Si, Al-Mg, Al-Cu), Медь (Cu), высокотемпературные Mg-сплавы. Tпл > 550 °C.
• Недостатки: более длинный цикл, оксидные пленки при переливке, теплопотери, выше износ камеры/поршня.

Вариации процесса давливания

Низкое давление (LPDC — Low Pressure Die Casting)

• Расплав под низким давлением (0.02–0.07 МПа) из герметичной печи поднимается по трубе (ризеру) в кокиль (металлическую форму).
• Направленная кристаллизация снизу вверх, питание усадки через ризер.
• Плюсы: высокая плотность, нет пористости, хорошие механические свойства, сложная геометрия, выход металла 85–95%.
• Минусы: мин. толщина стенки ~3 мм, цикл длиннее HPDC, высокая стоимость кокели.
• Применение: автомобильные колеса (Al), головки блоков цилиндров, корпуса насосов.

Высокое давление (HPDC — High Pressure Die Casting)

• Классическое литье под давлением 10–150 МПа, скорость заполнения 10–50 м/с.
• Тонкие стенки (0.5–1 мм), высокая точность, массовое производство.
• Проблема: пористость от закупоренного воздуха/газов.

Вакуумное (Vacuum Die Casting)

• Создают вакуум в полости матрицы перед заливкой. Удаляет газ, минимизирует пористость.
• Для деталей, требующих термообработки (T6) и герметичности.

Сквизитное (Squeeze Casting / Liquid Metal Forging)

• Расплав в открытую матрицу, верхний пуансон прессует закрывая матрицу. Высокое давление на солидифицирующемся металле.
• Отсутствие пористости, высокая плотность, изотропные свойства, возможность Т6 обработки.
• Для Al-сплавов с низкой текучестью, композитов с волокнами.

Полутвердое (Semi-solid / Thixoforming / Rheocasting)

• Расплав охлаждают до тукситропного состояния (фракция твердой фазы 30–50%, глобуляризованная структура).
• Заполнение ламинарное, без брызг и закупорки газа. Мин. пористость, макс. плотность, точность.
• Для Al (SIMA, Rheocast) и Mg сплавов высоких требований.

Применение в промышленности

• Автопром: колеса, блоки цилиндров, головки, картеры, насосы, клапаны, узлы подвески.
• Аэрокосмика: корпуса приборов, оправы, элементы двигателей.
• Электроника: радиаторы, корпуса, разъемы.
• Бытовая техника, мебель, освещение, электроинструменты.

Современное давливание эволюционирует в сторону вакуумных, сквизитных и полутвердых технологий для получения деталей с механическими свойствами, сопоставимыми с коваными.