Алуминиево леене под високо налягане: Задълбочено ръководство

Концепция за леене под високо налягане

Леенето под високо налягане (HPDC) е процес на леене на метал, използван за масово производство на сложни метални части с висока цялост и почти чиста форма. Процесът включва инжектиране на разтопен метал в предварително проектирана форма при високо налягане, обикновено между 1000 до 25000 PSI (паунда на квадратен инч). Високото налягане се поддържа, докато разтопеният метал се втвърди и се извади от формата.

Този процес се извършва с помощта на машина за леене под налягане с гореща или студена камера. Машината с гореща камера се използва за материали с ниска точка на топене като цинк, докато машината със студена камера се използва за материали с висока точка на топене като алуминий и магнезий. HPDC се използва широко в индустрии като автомобилостроенето, аерокосмическата и медицината поради способността му да произвежда висококачествени части с тесни допуски и сложни форми.

Значение на концепцията за леене под високо налягане в различни индустрии

Леенето под високо налягане (HPDC) е важна концепция в различни индустрии поради многобройните си предимства. Ето някои отрасли, които се възползват от концепцията HPDC:

Потребителска електроника: Потребителската електроника като смартфони, лаптопи и таблети изисква малки, леки части, които могат лесно да бъдат произведени чрез HPDC процеса. Този процес позволява производството на сложни дизайни и прецизни компоненти с висока точност.

Медицинско оборудванеt: Медицинската индустрия също се възползва от концепцията HPDC, която позволява производството на леки, прецизни компоненти за използване в медицински устройства и оборудване. Процесът осигурява висококачествени компоненти с отлично покритие на повърхността, което го прави идеален за строгите изисквания на индустрията.

Отбранителна индустрия: HPDC е предимство в отбранителната индустрия, като позволява производството на сложни, високоякостни компоненти с отлична точност на размерите, които са от решаващо значение за военни превозни средства, самолети и оръжейни системи. Това позволява непрекъснати иновации и развитие, за да се отговори на напредналите технологични изисквания на военното оборудване. Материали, съвместими с леене под високо налягане

Следващият кратък преглед на съвместимите материали ще ви помогне да определите дали HPDC е подходящият производствен процес или трябва да се използва алтернативен метод.

Алуминий: Това е широко използван материал при леене под високо налягане поради присъщите му свойства като леко тегло, стабилност на размерите, електрическа проводимост, устойчивост на корозия и термична устойчивост.

Материалът има добра течливост, когато се разтопи при високо налягане, но изисква система от студена камера за производство на висококачествени отливки. Обичайните алуминиеви сплави, използвани в процеса, включват 380, 390, 412, 443 и 518. Този материал обикновено се използва в индустрии като автомобилната и космическата.

Магнезий: Това е друг лек материал, който обикновено се използва в HPDC процеса. Има висока обработваемост и е подходящ за леене в гореща камера поради по-ниската си точка на топене. Обичайните магнезиеви сплави, използвани в процеса, включват AZ91D, AM60, AS41B и AE42.

Цинк: Това е най-удобният за производителя материал от трите често срещани HPDC материала. Подходящ е както за системи с топла, така и за студена камера. Обичайните цинкови сплави за леене под високо налягане включват Zamak, 2, 3 и 5. Цинковите отлети материали са здрави, издръжливи и могат да се обработват.

Какво е алуминиево леене под високо налягане

Леенето под високо налягане на алуминий (HPDC) е процес на леене на метал, който включва инжектиране на разтопен алуминий под високо налягане в предварително проектирана форма за създаване на висококачествени метални части. Алуминият се подлага на налягане на нива, вариращи от 1000 до 25 000 PSI, за да запълни кухината на матрицата и да възпроизведе формата на желаната част. Извършва се с помощта на машина за леене под налягане с гореща или студена камера, в зависимост от точката на топене на алуминиевата сплав.

Кога трябва да избера HPDC процеса?

Има два вида оборудване, използвано за леене под високо налягане: оборудване за леене под налягане със студена камера и оборудване за леене под налягане с гореща камера. За леене на алуминий под високо налягане е необходимо да се използват машини със студена камера.

Леенето под налягане под високо налягане (HPDC) е бърза и рентабилна производствена техника, подходяща за леене на цветни метали. Той е идеален за високи производствени изисквания и може да произвежда тънкостенни части с по-добро качество на повърхността. Съществува обаче риск от порьозност вътре в отливката, която може да компрометира структурната цялост и да я направи неподходяща за топлинна обработка.

Компоненти на машина за леене под високо налягане

Ако производител възнамерява да придобие HPDC машина, ето някои компоненти на машината и съответните им функции.

Отливка под налягане 

Това е основният компонент на машината, обикновено изработен от стомана. Той има дизайн, който представя предвидения продукт, и е отговорен за оформянето на разтопения метал в желаната форма. Отлятата под налягане форма има две половини, подвижна и неподвижна половина, които се затягат със сила, когато операторът инжектира разтопен метал.

Ежекторни щифтове 

Това са компоненти, които помагат при изхвърлянето на отливката след втвърдяване. Те са разположени предимно върху подвижната половина на матрицата и помагат при отстраняването на отливките от матрицата.

бутало

Той създава налягането, което инжектира разтопения метал от камерата за издухване във формата. В зависимост от вида на машината тя може да бъде автоматизирана.

Отоплителни компоненти

Те се състоят от нагревателен елемент, термодвойка и продухваща камера (местоположението на разтопения метал). Те функционират за нагряване на метала, като същевременно съхраняват и поддържат температурата на разтопения метал. Нагревателните компоненти отсъстват в системата на студената камера.

Щрангова тръба: Това служи като проход за разтопения метал в отлятата под налягане форма.

Стъпки на процеса на леене под високо налягане

Следващата информация предоставя цялостно разбиране за това как работят процесите на леене под високо налягане:

Първата стъпка е подготовката на формата: Включва почистване на формата и смазване на вътрешните й стени за по-лесно изхвърляне и регулиране на температурата.

Втората стъпка е инжектиране: Може да се направи чрез инжекционна система с гореща или студена камера, в зависимост от вида на използвания материал. Системата с гореща камера е подходяща за метали с ниска точка на топене като цинк и магнезий, докато студената камера се използва за метали с висока точка на топене като алуминий и месинг.

Третата стъпка е премахването на частта: Включва използването на ежекторен щифт за освобождаване на кухината на формата и изтласкване на втвърдените отливки.

Последната стъпка е подрязването: Включва премахване на допълнителните материали, открити върху отливката и матрицата, като се използват различни методи, като матрица или трион.

Предимства и ограничения на отливките под високо налягане

Предимства

По-високи нива на производство

Етапът на инжектиране в HPDC е жизненоважна стъпка и се завършва бързо, което води до високи нива на производство. Това прави процеса полезен за бързо създаване на прототипи, особено за производство на голям обем, и по-бърз в сравнение с други методи за леене като LPDC.

Качествени отливки под високо налягане

Частите, отлети под налягане, произведени с помощта на HPDC, имат висока точност на размерите, отлична еднородност и добро покритие на повърхността. Те също така запазват механичните свойства на основния материал и обикновено изискват минимална обработка.

Тънкостенни продукти

HPDC може да постигне дебелина на тънката стена по-малка от 0,40 mm, а процесът позволява добавянето на вложки или съвместно отлети части. Тази функция намалява броя на компонентите, необходими по време на сглобяването.

Комплексни дизайнерски постижения

HPDC е подходящ за създаване на продукти със сложни форми на матрици поради гъвкавостта на дизайна на матрицата. Тази гъвкавост улеснява сглобяването на произведените части.

Издръжливи матрици

Отливките под налягане, използвани в HPDC, са много издръжливи, което позволява използването им в множество производствени цикли. Тази издръжливост намалява леенето под налягане на единица цена.

Ограничения

Наличие на въздух 

Това е често срещан проблем в HPDC, което води до въздушни джобове в крайния продукт. Това прави HPDC неподходящ за продукти, които изискват херметичност, тъй като улавянето на въздух може да причини порьозност и повърхностни мехури при термична обработка. В такива случаи леенето под ниско налягане може да бъде по-добра алтернатива.

Първоначалните разходи за стартиране 

Разходите за стартиране на персонална HPDC машина могат да бъдат значителни, поради което много хора и фирми избират да изнесат своите нужди за леене под налягане на доставчик на услуги.

Минимизиране на дефектите на матрицата в HPDC

По-долу са някои от най-често срещаните видове дефекти и как да ги сведете до минимум:

Порьозност

Това е често срещан проблем по време на HPDC процеса. Въпреки че е предизвикателство да се елиминира изцяло порьозността, можете да я сведете до минимум чрез включване на вакуумна технология в оборудването.

Светкавица

Светкавицата е друго често срещано явление при леене на алуминий под високо налягане, което е излишният материал, който изтича по разделителните линии. Това обикновено се причинява, когато налягането на впръскване надвиши силата на затягане. Един от начините за предотвратяване на светкавични дефекти е да се използва оборудване за леене под налягане с достатъчен тонаж.

Горещо разкъсване

Това може да е резултат от неравномерно охлаждане и може да причини разкъсване в горещи точки на вашите части. Неравномерното охлаждане често възниква поради промяна в дебелината на стената на отливката, но това може да се реши чрез подобряване на дизайна.

Непопълнени раздели

Незапълнени секции в кухината на матрицата могат да възникнат поради различни фактори. Този проблем може да бъде предотвратен чрез наблюдение на обема на изстрела, скоростта и температурата на изливане.

Приложение на процеса на леене под високо налягане

Медицинска индустрия: В медицинската индустрия HPDC обикновено се използва за производство на високопроизводително оборудване за изображения, инфузионни помпи и други медицински части. Високата производителност на процеса, съвместимостта с различни материали и възможността за производство на сложни дизайни го правят популярен избор в тази индустрия.

Автомобилна индустрия: Автомобилната индустрия разчита на HPDC за производството на важни автомобилни компоненти като двигателни блокове, опори на двигателя, корпуси на скоростни кутии и други структурни части. Съвместимостта на метода с материали като алуминий и магнезий, способността му да постига висока точност и способността му да произвежда сложни дизайни го правят предпочитан избор в този сектор.

Аерокосмическа индустрия: Аерокосмическият сектор също използва HPDC за производство на части за двигатели, използвайки материали като цинк, магнезий и алуминий. Тези метали притежават уникални свойства, които ги правят подходящи за леене под високо налягане, а способността на метода да произвежда сложни дизайни го прави идеален вариант за космическата индустрия.

Сравнение между HPDC и LPDC

    A. Алуминиево леене под високо налягане

Леенето на алуминий под високо налягане (HPDC) е широко използван производствен процес в световен мащаб, като приблизително 70% производители на леене под налягане използват този процес. Стъпките, включени в процеса на леене на алуминий под налягане, са както следва:

Първо, алуминиевите сплави се топят в отделна пещ. След това разтопеният алуминий се прехвърля в изстреляната втулка на оборудването за леене под налягане или ръчно, или чрез ръка на робот. След това разтопеният метал се избутва във формата от бутало под високо налягане. Отливката се оставя да се охлади и втвърди в матриците за определен период от време, преди половинките на матрицата да бъдат разделени и готовата отливка да бъде извлечена.

    B. Леене под ниско налягане

Машините за леене на алуминий под ниско налягане имат различна структура в сравнение с оборудването за леене на алуминий под високо налягане и процесът на леене под ниско налягане е описан по-долу:

Първо, алуминиевата сплав се топи в пещ, която е затворена. Половинките на матрицата се поставят отгоре на пещта и се свързват с помощта на щранг. След това се прилага ниско въздушно налягане от вътрешността на пещта, което кара разтопения алуминий да се издигне през тръбата и да запълни кухината на матрицата. Въздушното налягане се поддържа, докато отливката се втвърди. Накрая матриците се отварят и отливката се извлича.

    C. Кога да изберете HPDC или LPDC процес

Изборът между леене под налягане под високо налягане (HPDC) и леене под налягане при ниско налягане (LPDC) зависи от различни фактори като сложността на дизайна на частта, желания производствен обем, необходимите свойства на материала и съображенията за разходите.

HPDC е предпочитан за сложни части с тънки стени и сложни детайли, тъй като позволява гъвкав дизайн на сложна матрица. Също така е идеален за големи производствени серии, тъй като е бърз процес с високи производствени нива. HPDC произвежда части с висока точност на размерите, добро покритие на повърхността и отлична еднородност. HPDC обаче може да не е подходящ за части, които не могат да имат въздушни джобове или дефекти.

LPDC, от друга страна, е подходящ за производство на части с по-дебели стени и по-малко сложност. Идеален е за части с високи механични свойства и такива, които изискват термична обработка, като например компоненти на двигателя. LPDC може също така да произвежда части с по-малко дефекти и по-малко порьозност. Въпреки това, LPDC може да не е толкова бърз, колкото HPDC и може да не е подходящ за големи производствени серии.

Често задавани въпроси (FAQ)

Защо да използвате CNC обработка за матрици за леене под налягане?

CNC обработката е широко предпочитан производствен процес за матрици за леене под налягане поради своята прецизност, точност и способност за постигане на високи толеранси. Тъй като формите за леене под налягане изискват високи нива на детайлност, обработката с ЦПУ е предпочитаният процес за тяхното производство.

Леене под високо налягане: За пластмаси ли е?

Важно е да се отбележи, че леенето под високо налягане не се използва за пластмаси. Инжекционното формоване е предпочитаният процес за пластмасови полимери, докато леенето под налягане се използва за метали.

Как правите разлика между леене под високо налягане и гравитационно леене?

Основната разлика между леене под високо налягане и гравитационно леене е в метода, използван за запълване на формата с разтопен метал. Леенето под високо налягане включва инжектиране на метала под високо налягане, докато гравитационното леене разчита на силата на гравитацията, за да запълни формата с разтопен метал.