Visokotlačni lijev aluminija pod tlakom: detaljan vodič

Koncept visokotlačnog tlačnog lijevanja

Lijevanje pod visokim tlakom (HPDC) je postupak lijevanja metala koji se koristi za masovnu proizvodnju složenih metalnih dijelova visokog integriteta gotovo neto oblika. Proces uključuje ubrizgavanje rastaljenog metala u unaprijed dizajnirani kalup pod visokim tlakom, obično između 1000 do 25000 PSI (funti po kvadratnom inču). Visoki tlak se održava sve dok se rastaljeni metal ne skrutne i izvadi iz kalupa.

Ovaj se postupak provodi pomoću stroja za tlačni lijev s vrućom ili hladnom komorom. Stroj s vrućom komorom koristi se za materijale niskog tališta poput cinka, dok se stroj s hladnom komorom koristi za materijale s visokim talištem poput aluminija i magnezija. HPDC se široko koristi u industrijama kao što su automobilska, zrakoplovna i medicinska zbog svoje sposobnosti proizvodnje visokokvalitetnih dijelova s malim tolerancijama i složenim oblicima.

Važnost koncepta visokotlačnog lijevanja pod pritiskom u raznim industrijama

Visokotlačni lijev pod pritiskom (HPDC) važan je koncept u raznim industrijama zbog brojnih prednosti. Evo nekih industrija koje imaju koristi od HPDC koncepta:

Potrošačka elektronika: Potrošačka elektronika kao što su pametni telefoni, prijenosna računala i tableti zahtijevaju male, lagane dijelove koji se mogu lako proizvesti korištenjem HPDC procesa. Ovaj proces omogućuje proizvodnju zamršenih dizajna i preciznih komponenti visoke točnosti.

Medicinska opremat: Medicinska industrija također ima koristi od HPDC koncepta, koji omogućuje proizvodnju laganih, preciznih komponenti za upotrebu u medicinskim uređajima i opremi. Proces osigurava visokokvalitetne komponente s izvrsnom završnom obradom površine, što ga čini idealnim za stroge zahtjeve industrije.

Obrambena industrija: HPDC ima prednost u obrambenoj industriji jer omogućuje proizvodnju složenih komponenti visoke čvrstoće s izvrsnom preciznošću dimenzija, koje su ključne za vojna vozila, zrakoplove i oružane sustave. To omogućuje stalne inovacije i razvoj kako bi se zadovoljili napredni tehnološki zahtjevi vojne opreme. Materijali kompatibilni s visokotlačnim lijevanjem pod pritiskom

Sljedeći kratki pregled kompatibilnih materijala pomoći će vam da odredite je li HPDC odgovarajući proizvodni proces ili treba koristiti alternativnu metodu.

Aluminij: Ovo je široko korišten materijal u visokotlačnom lijevanju zbog svojih inherentnih svojstava kao što su mala težina, stabilnost dimenzija, električna vodljivost, otpornost na koroziju i toplinska otpornost.

Materijal ima dobru tečnost kada se topi pod visokim tlakom, ali zahtijeva sustav hladne komore za proizvodnju visokokvalitetnih odljevaka. Uobičajene legure aluminija koje se koriste u procesu uključuju 380, 390, 412, 443 i 518. Ovaj se materijal obično koristi u industrijama poput automobilske i zrakoplovne.

Magnezij: Ovo je još jedan lagani materijal koji se obično koristi u HPDC procesu. Ima visoku obradivost i pogodan je za tlačni lijev u vrućoj komori zbog nižeg tališta. Uobičajene legure magnezija koje se koriste u procesu uključuju AZ91D, AM60, AS41B i AE42.

Cinkov: Ovo je materijal koji je proizvođaču najprikladniji od tri uobičajena HPDC materijala. Pogodan je za sustave toplih i hladnih komora. Uobičajene legure cinkovog lijevanja pod visokim pritiskom uključuju Zamak, 2, 3 i 5. Materijali lijevani cinkom su jaki, izdržljivi i obradivi.

Što je visokotlačni lijev aluminija

Lijevanje aluminija pod visokim tlakom (HPDC) je postupak lijevanja metala koji uključuje ubrizgavanje rastaljenog aluminija pod visokim tlakom u unaprijed dizajnirani kalup za izradu visokokvalitetnih metalnih dijelova. Aluminij je pod tlakom u rasponu od 1.000 do 25.000 PSI kako bi se ispunila šupljina kalupa i replicirao oblik željenog dijela. Izvodi se pomoću stroja za tlačni lijev s toplom ili hladnom komorom, ovisno o talištu aluminijske legure.

Kada bih trebao odabrati HPDC proces?

Postoje dvije vrste opreme koje se koriste za lijevanje pod visokim pritiskom: oprema za lijevanje u hladnim komorama i oprema za lijevanje u vrućim komorama. Za lijevanje aluminija pod visokim pritiskom potrebno je koristiti strojeve s hladnom komorom.

Visokotlačni lijev pod pritiskom (HPDC) je brza i isplativa tehnika proizvodnje pogodna za lijevanje obojenih metala. Idealan je za visoke proizvodne zahtjeve i može proizvesti dijelove tankih stijenki s boljom kvalitetom obrade površine. Međutim, postoji rizik od poroznosti unutar odljevka, što može ugroziti strukturni integritet i učiniti ga neprikladnim za toplinsku obradu.

Komponente stroja za tlačni lijev pod visokim pritiskom

Ako proizvođač namjerava nabaviti HPDC stroj, ovdje su neke komponente stroja i njihove funkcije.

Lijevani kalup 

To je glavna komponenta stroja, obično izrađena od čelika. Ima dizajn koji predstavlja željeni proizvod i odgovoran je za oblikovanje rastaljenog metala u željeni oblik. Kalup za tlačno lijevani kalup ima dvije polovice, pokretnu i fiksnu polovicu, koje se stežu pod silom kada operater ubrizga rastaljeni metal.

Igle za izbacivanje 

To su komponente koje pomažu u izbacivanju tlačnog lijeva nakon skrućivanja. Uglavnom se nalaze na pomičnoj polovici matrice i pomažu pri uklanjanju lijevanih dijelova iz kalupa.

Klip

On proizvodi pritisak koji ubrizgava rastaljeni metal iz komore za puhanje u kalup. Ovisno o vrsti stroja, može biti automatiziran.

Komponente grijanja

Sastoje se od grijaćeg elementa, termoelementa i komore za puhanje (mjesto rastaljenog metala). Oni služe za zagrijavanje metala dok pohranjuju i održavaju temperaturu rastaljenog metala. Komponente grijanja su odsutne u sustavu hladne komore.

Usponska cijev: Ovo služi kao prolaz za rastaljeni metal u kalup za tlačno lijevani kalup.

Koraci procesa visokotlačnog tlačnog lijevanja

Sljedeće informacije pružaju sveobuhvatno razumijevanje načina na koji funkcionira proces lijevanja pod visokim tlakom:

Prvi korak je priprema kalupa: Uključuje čišćenje kalupa i podmazivanje njegovih unutarnjih stijenki radi lakšeg izbacivanja i regulacije temperature.

Drugi korak je ubrizgavanje: Može se izvesti pomoću sustava ubrizgavanja vruće ili hladne komore, ovisno o vrsti materijala koji se koristi. Sustav vruće komore prikladan je za metale niskog tališta poput cinka i magnezija, dok se hladna komora koristi za metale visokog tališta poput aluminija i mesinga.

Treći korak je uklanjanje dijela: Uključuje korištenje igle za izbacivanje za oslobađanje šupljine kalupa i izbacivanje skrutnutih odljevaka.

Posljednji korak je podrezivanje: Uključuje uklanjanje dodatnih materijala koji se nalaze na odljevku i kalupu različitim metodama, kao što je rezna matrica ili pila.

Prednosti i ograničenja visokotlačnih tlačnih odljevaka

Prednosti

Veće stope proizvodnje

Faza ubrizgavanja u HPDC je vitalni korak i brzo se dovršava, što rezultira visokim stopama proizvodnje. To čini proces korisnim za brzu izradu prototipa, posebno za proizvodnju velikih količina, i bržim u usporedbi s drugim metodama lijevanja kao što je LPDC.

Kvalitetni odljevci pod visokim pritiskom

Dijelovi lijevani pod pritiskom proizvedeni pomoću HPDC-a imaju visoku točnost dimenzija, izvrsnu ujednačenost i dobru završnu obradu površine. Oni također zadržavaju mehanička svojstva osnovnog materijala i obično zahtijevaju minimalnu strojnu obradu.

Proizvodi s tankom stijenkom

HPDC može postići tanku debljinu stijenke manju od 0,40 mm, a proces omogućuje dodavanje umetaka ili ko-lijevanih dijelova. Ova značajka smanjuje broj komponenti potrebnih tijekom sastavljanja.

Kompleksna dizajnerska postignuća

HPDC je prikladan za izradu proizvoda zamršenih oblika kalupa zbog fleksibilnosti u dizajnu kalupa. Ova fleksibilnost olakšava sastavljanje proizvedenih dijelova.

Izdržljive matrice

Kalupi lijevani pod pritiskom koji se koriste u HPDC-u vrlo su izdržljivi, što omogućuje njihovu upotrebu u više proizvodnih ciklusa. Ova izdržljivost smanjuje lijevanje pod pritiskom po jediničnom trošku.

Ograničenja

Prisutnost zraka 

Ovo je čest problem u HPDC-u, što rezultira zračnim džepovima u konačnom proizvodu. To čini HPDC neprikladnim za proizvode koji zahtijevaju hermetičnost, jer zarobljavanje zraka može uzrokovati poroznost i površinske mjehuriće kada se toplinski tretira. U takvim slučajevima lijevanje pod niskim pritiskom može biti bolja alternativa.

Početni troškovi pokretanja 

Troškovi pokretanja osobnog HPDC stroja mogu biti značajni, zbog čega se mnogi pojedinci i tvrtke odlučuju povjeriti svoje potrebe za lijevanjem pod pritiskom pružatelju usluga.

Minimiziranje nedostataka matrice u HPDC

Ispod su neke od najčešćih vrsta nedostataka i kako ih minimizirati:

Poroznost

Ovo je čest problem s kojim se susreće tijekom HPDC procesa. Iako je izazovno u potpunosti eliminirati poroznost, možete je svesti na minimum ugradnjom vakuumske tehnologije u opremu.

Bljesak

Bljesak je još jedna uobičajena pojava kod lijevanja aluminija pod visokim pritiskom, a to je višak materijala koji curi duž rastavnih linija. To se obično događa kada tlak ubrizgavanja premašuje silu stezanja. Jedan od načina da se spriječe brzi nedostaci je korištenje opreme za tlačno lijevanje s dovoljnom nosivošću.

Vruće suzenje

To može biti posljedica neravnomjernog hlađenja i može uzrokovati pucanje na vrućim mjestima vaših dijelova. Nejednoliko hlađenje često nastaje zbog varijacije debljine stijenke odljevka, ali to se može riješiti poboljšanjem dizajna.

Neispunjeni odjeljci

Neispunjeni dijelovi u šupljini matrice mogu se pojaviti zbog raznih čimbenika. Ovaj se problem može spriječiti praćenjem volumena mlaznice, brzine i temperature izlijevanja.

Primjena procesa visokotlačnog tlačnog lijevanja

Medicinska industrija: U medicinskoj industriji HPDC se obično koristi za proizvodnju visokoproizvodne opreme za snimanje, infuzijskih pumpi i drugih medicinskih dijelova. Visoka produktivnost procesa, kompatibilnost s različitim materijalima i sposobnost proizvodnje zamršenih dizajna čine ga popularnim izborom u ovoj industriji.

Automobilska industrija: Automobilska industrija oslanja se na HPDC za proizvodnju ključnih komponenti vozila kao što su blokovi motora, nosači motora, kućišta mjenjača i drugi strukturni dijelovi. Kompatibilnost metode s materijalima kao što su aluminij i magnezij, njezina sposobnost postizanja visoke točnosti i njezina sposobnost izrade složenih dizajna čine je preferiranim izborom u ovom sektoru.

Zrakoplovna industrija: Zrakoplovni sektor također koristi HPDC za proizvodnju dijelova motora od materijala poput cinka, magnezija i aluminija. Ovi metali posjeduju jedinstvena svojstva koja ih čine prikladnima za lijevanje pod visokim tlakom, a sposobnost ove metode za proizvodnju složenih dizajna čini je idealnom opcijom za zrakoplovnu industriju.

Usporedba između HPDC i LPDC

    A. Lijevanje aluminija pod visokim tlakom

Visokotlačni aluminijski lijev pod pritiskom (HPDC) široko je korišten proizvodni proces u cijelom svijetu, s otprilike 70% proizvođača tlačnog lijevanja koji koriste ovaj proces. Koraci uključeni u proces lijevanja aluminija pod pritiskom su sljedeći:

Najprije se legure aluminija tope u zasebnoj peći. Zatim se rastaljeni aluminij prenosi u čahuru opreme za tlačno lijevanje, ručno ili pomoću robotske ruke. Zatim se rastaljeni metal klipom pod visokim pritiskom gura u kalup. Odljevak se ostavi da se ohladi i skrutne unutar kalupa određeno vrijeme prije nego što se polovice kalupa odvoje, a gotov odljevak se preuzme.

    B. Lijevanje pod niskim pritiskom

Strojevi za niskotlačno lijevanje aluminija imaju drugačiju strukturu u usporedbi s opremom za visokotlačno lijevanje aluminija, a proces niskotlačnog lijevanja pod pritiskom opisan je u nastavku:

Najprije se aluminijska legura topi u peći koja je zatvorena. Polovice matrice postavljaju se na vrh peći i spajaju uz pomoć usponske cijevi. Zatim se iz peći primjenjuje nizak tlak zraka, uzrokujući da se rastaljeni aluminij digne kroz cijev i ispuni šupljinu matrice. Tlak zraka se održava dok se odljevak ne skrutne. Na kraju se kalupi otvaraju i izvlači se odljevak.

    C. Kada odabrati HPDC ili LPDC proces

Odabir između visokotlačnog tlačnog lijevanja (HPDC) i niskotlačnog tlačnog lijevanja (LPDC) ovisi o različitim čimbenicima kao što su složenost dizajna dijela, željeni obujam proizvodnje, potrebna svojstva materijala i razmatranja troškova.

HPDC je poželjan za složene dijelove s tankim stijenkama i zamršenim detaljima, budući da omogućuje zamršenu fleksibilnost dizajna kalupa. Također je idealan za velike količine proizvodnje jer je to brz proces s visokim stopama proizvodnje. HPDC proizvodi dijelove s visokom preciznošću dimenzija, dobrom završnom obradom površine i izvrsnom ujednačenošću. Međutim, HPDC možda neće biti prikladan za dijelove koji ne mogu imati zračne džepove ili nedostatke.

LPDC je, s druge strane, prikladan za proizvodnju dijelova s debljim stijenkama i manje složenosti. Idealan je za dijelove s visokim mehaničkim svojstvima i one koji zahtijevaju toplinsku obradu, kao što su komponente motora. LPDC također može proizvesti dijelove s manje nedostataka i manje poroznosti. Međutim, LPDC možda neće biti tako brz kao HPDC i možda neće biti prikladan za masovnu proizvodnju.

Često postavljana pitanja (FAQ)

Zašto koristiti CNC strojnu obradu za kalupe za tlačno lijevanje?

CNC obrada je naširoko poželjan proizvodni proces za kalupe za tlačni lijev zbog svoje preciznosti, točnosti i sposobnosti postizanja visokih tolerancija. Budući da kalupi za tlačno lijevanje zahtijevaju visoku razinu detalja, CNC strojna obrada je preferirani proces za njihovu proizvodnju.

Lijevanje pod visokim pritiskom: Je li za plastiku?

Važno je napomenuti da se lijevanje pod visokim pritiskom ne koristi za plastiku. Injekcijsko prešanje je preferirani postupak za plastične polimere, dok se lijevanje pod pritiskom koristi za metale.

Kako razlikujete lijevanje pod visokim pritiskom od lijevanja gravitacijom?

Glavna razlika između lijevanja pod visokim pritiskom i gravitacijskog lijevanja leži u metodi koja se koristi za punjenje kalupa rastaljenim metalom. Lijevanje pod visokim pritiskom uključuje ubrizgavanje metala pod visokim pritiskom, dok se gravitacijsko lijevanje oslanja na silu gravitacije koja puni kalup rastaljenim metalom.