Литье алюминия под высоким давлением: подробное руководство

Концепция литья под высоким давлением

Литье под высоким давлением (HPDC) — это процесс литья металла, используемый для массового производства сложных металлических деталей высокой целостности и почти чистой формы. Этот процесс включает в себя впрыск расплавленного металла в предварительно спроектированную форму под высоким давлением, обычно от 1000 до 25000 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм). Высокое давление поддерживается до тех пор, пока расплавленный металл не затвердеет и не выйдет из формы.

Этот процесс осуществляется с использованием машины для литья под давлением с горячей или холодной камерой. Машина с горячей камерой используется для материалов с низкой температурой плавления, таких как цинк, а машина с холодной камерой используется для материалов с высокой температурой плавления, таких как алюминий и магний. HPDC широко используется в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая и медицинская, благодаря своей способности производить высококачественные детали с жесткими допусками и сложной формой.

Важность концепции литья под высоким давлением в различных отраслях промышленности

Литье под высоким давлением (HPDC) является важной концепцией в различных отраслях промышленности из-за его многочисленных преимуществ. Вот некоторые отрасли, которые получают выгоду от концепции HPDC:

Бытовая электроника: Бытовая электроника, такая как смартфоны, ноутбуки и планшеты, требует небольших и легких деталей, которые можно легко изготовить с помощью процесса HPDC. Этот процесс позволяет производить сложные конструкции и точные компоненты с высокой точностью.

Медицинское оборудованиеt: Медицинская промышленность также извлекает выгоду из концепции HPDC, которая позволяет производить легкие и точные компоненты для использования в медицинских приборах и оборудовании. Этот процесс позволяет получить высококачественные компоненты с превосходной отделкой поверхности, что делает его идеальным для удовлетворения строгих требований отрасли.

Оборонная промышленность: HPDC имеет преимущества в оборонной промышленности, поскольку позволяет производить сложные, высокопрочные компоненты с превосходной точностью размеров, которые имеют решающее значение для военной техники, самолетов и систем вооружения. Это позволяет продолжать инновации и разработки для удовлетворения растущих технологических требований военной техники. Материалы, совместимые с литьем под высоким давлением.

Следующий краткий обзор совместимых материалов поможет вам определить, является ли HPDC подходящим производственным процессом или следует использовать альтернативный метод.

Алюминий: Это широко используемый материал при литье под высоким давлением из-за присущих ему свойств, таких как легкий вес, стабильность размеров, электропроводность, коррозионная стойкость и термостойкость.

Материал имеет хорошую текучесть при плавке под высоким давлением, но для производства высококачественных отливок требуется система холодной камеры. Обычные алюминиевые сплавы, используемые в этом процессе, включают 380, 390, 412, 443 и 518. Этот материал обычно используется в таких отраслях, как автомобильная и аэрокосмическая промышленность.

Магний: Это еще один легкий материал, обычно используемый в процессе HPDC. Он обладает высокой обрабатываемостью и подходит для литья под давлением с горячей камерой из-за более низкой температуры плавления. Обычные магниевые сплавы, используемые в этом процессе, включают AZ91D, AM60, AS41B и AE42.

Цинк: Это наиболее удобный для производителя материал из трех распространенных материалов HPDC. Подходит как для систем с горячей, так и с холодной камерой. К распространенным цинковым сплавам для литья под высоким давлением относятся Zamak, 2, 3 и 5. Материалы, отлитые под давлением из цинка, прочны, долговечны и поддаются механической обработке.

Что такое литье алюминия под высоким давлением?

Литье алюминия под высоким давлением (HPDC) — это процесс литья металла, который включает впрыскивание расплавленного алюминия под высоким давлением в заранее разработанную форму для создания высококачественных металлических деталей. Алюминий находится под давлением от 1000 до 25000 фунтов на квадратный дюйм, чтобы заполнить полость формы и повторить форму желаемой детали. Это осуществляется с использованием машины для литья под давлением с горячей или холодной камерой, в зависимости от температуры плавления алюминиевого сплава.

Когда мне следует выбрать процесс HPDC?

Для литья под высоким давлением используется два типа оборудования: оборудование для литья под высоким давлением с холодной камерой и оборудование для литья под высоким давлением. Для литья алюминия под высоким давлением необходимо использовать машины с холодной камерой.

Литье под высоким давлением (HPDC) — это быстрый и экономичный метод производства, подходящий для литья цветных металлов. Он идеально подходит для высоких производственных требований и позволяет производить тонкостенные детали с более высоким качеством поверхности. Однако существует риск образования пористости внутри отливки, что может поставить под угрозу структурную целостность и сделать ее непригодной для термообработки.

Компоненты машины для литья под высоким давлением

Если производитель намеревается приобрести машину HPDC, вот некоторые компоненты машины и их соответствующие функции.

Литая форма 

Это основной компонент машины, обычно сделанный из стали. Его конструкция соответствует предполагаемому продукту и отвечает за придание расплавленному металлу желаемой формы. Литая форма имеет две половины: подвижную и неподвижную, которые зажимаются под действием силы, когда оператор впрыскивает расплавленный металл.

Выталкивающие штифты 

Это компоненты, которые помогают выталкивать отлитую деталь после затвердевания. Чаще всего они расположены на подвижной половине матрицы и помогают извлекать отлитые детали из формы.

Поршень

Он создает давление, которое впрыскивает расплавленный металл из выдувной камеры в форму. В зависимости от типа машины она может быть автоматизирована.

Нагревательные компоненты

Они состоят из нагревательного элемента, термопары и выдувной камеры (места расположения расплавленного металла). Они предназначены для нагрева металла, сохраняя и поддерживая температуру расплавленного металла. В системе холодной камеры отсутствуют нагревательные компоненты.

стояк трубы: служит проходом для расплавленного металла в литейную форму.

Этапы процесса литья под высоким давлением

Следующая информация дает полное представление о том, как работают процессы литья под высоким давлением:

Первый этап – подготовка формы: включает очистку формы и смазку ее внутренних стенок для облегчения извлечения и регулирования температуры.

Второй этап – инъекция.: Это можно сделать с использованием системы впрыскивания либо в горячую камеру, либо в холодную камеру, в зависимости от типа используемого материала. Система с горячей камерой подходит для металлов с низкой температурой плавления, таких как цинк и магний, а холодная камера используется для металлов с высокой температурой плавления, таких как алюминий и латунь.

Третий шаг – удаление детали.: предполагает использование выталкивателя для освобождения полости формы и выталкивания затвердевших отливок.

Последний этап – обрезка: включает в себя удаление лишних материалов, обнаруженных на отливке и форме, с помощью различных методов, таких как обрезной штамп или пила.

Преимущества и ограничения литья под высоким давлением

Преимущества

Более высокие темпы производства

Стадия впрыска в HPDC является жизненно важным этапом и выполняется быстро, что приводит к высокой производительности. Это делает этот процесс выгодным для быстрого прототипирования, особенно для крупносерийного производства, и более быстрым по сравнению с другими методами литья, такими как LPDC.

Качественное литье под высоким давлением

Детали, отлитые под давлением, изготовленные с использованием HPDC, имеют высокую точность размеров, отличную однородность и хорошее качество поверхности. Они также сохраняют механические свойства исходного материала и обычно требуют минимальной механической обработки.

Тонкостенные изделия

HPDC позволяет добиться толщины стенок менее 0,40 мм, а этот процесс позволяет добавлять вставки или совместно отлитые детали. Эта особенность уменьшает количество компонентов, необходимых при сборке.

Комплексные дизайнерские достижения

HPDC подходит для создания изделий со сложной формой штампов благодаря гибкости конструкции пресс-формы. Такая гибкость облегчает сборку изготовленных деталей.

Прочные штампы

Литые формы, используемые в HPDC, очень долговечны, что позволяет использовать их в нескольких производственных циклах. Эта долговечность снижает стоимость литья под давлением на единицу продукции.

Ограничения

Наличие воздуха 

Это распространенная проблема в HPDC, приводящая к образованию воздушных карманов в конечном продукте. Это делает HPDC непригодным для продуктов, требующих воздухонепроницаемости, поскольку захват воздуха может вызвать пористость и образование вздутий на поверхности при термообработке. В таких случаях лучшей альтернативой может быть литье под низким давлением.

Первоначальные затраты на запуск 

Затраты на запуск персональной машины HPDC могут быть значительными, поэтому многие частные лица и предприятия предпочитают передавать свои потребности в литье под давлением поставщику услуг.

Минимизация дефектов кристалла в HPDC

Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных типов дефектов и способы их минимизации:

Пористость

Это распространенная проблема, возникающая в процессе HPDC. Хотя полностью устранить пористость сложно, ее можно минимизировать, внедрив в оборудование вакуумную технологию.

Вспышка

Еще одним частым явлением при литье алюминия под высоким давлением является заусенец, представляющий собой избыток материала, вытекающий по линиям разъема. Обычно это происходит, когда давление впрыска превышает силу зажима. Одним из способов предотвращения дефектов облоя является использование оборудования для литья под давлением достаточной мощности.

Горячий разрыв

Это может быть результатом неравномерного охлаждения и может привести к разрывам в горячих точках деталей. Неравномерное охлаждение часто возникает из-за разной толщины стенок отливки, но эту проблему можно решить, улучшив конструкцию.

Незаполненные разделы

Незаполненные участки в полости матрицы могут возникнуть из-за различных факторов. Эту проблему можно предотвратить, контролируя объем, скорость и температуру заливки.

Применение процесса литья под высоким давлением

Медицинская промышленность: В медицинской промышленности HPDC обычно используется для производства высокопроизводительного оборудования для визуализации, инфузионных насосов и других медицинских деталей. Высокая производительность этого процесса, совместимость с различными материалами и возможность создавать сложные конструкции делают его популярным выбором в этой отрасли.

Автоматизированная индустрия: Автомобильная промышленность использует HPDC для производства важнейших компонентов транспортных средств, таких как блоки двигателей, опоры двигателя, кожухи коробок передач и другие детали конструкции. Совместимость метода с такими материалами, как алюминий и магний, его способность достигать высокой точности и возможность создавать сложные конструкции делают его предпочтительным выбором в этом секторе.

Аэрокосмическая промышленность: Аэрокосмический сектор также использует HPDC для производства деталей двигателей с использованием таких материалов, как цинк, магний и алюминий. Эти металлы обладают уникальными свойствами, которые делают их пригодными для литья под высоким давлением, а способность этого метода создавать сложные конструкции делает его идеальным вариантом для аэрокосмической промышленности.

Сравнение HPDC и LPDC

    А. Литье алюминия под высоким давлением

Литье алюминия под высоким давлением (HPDC) — это широко используемый производственный процесс во всем мире, около 70% производителей литья под давлением используют этот процесс. Этапы процесса литья алюминия под давлением следующие:

Сначала алюминиевые сплавы плавят в отдельной печи. Затем расплавленный алюминий переносится в дробеметку оборудования для литья под давлением вручную или с помощью роботизированной руки. Затем расплавленный металл выталкивается в форму поршнем под высоким давлением. Отливку оставляют охлаждаться и затвердевать внутри штампов в течение определенного периода, прежде чем половинки штампа разделяются и готовая отливка извлекается.

    B. Литье под низким давлением

Машины для литья алюминия под низким давлением имеют другую конструкцию по сравнению с оборудованием для литья алюминия под высоким давлением, а процесс литья под низким давлением описан ниже:

Сначала алюминиевый сплав плавится в герметичной печи. Половины матрицы располагаются сверху печи и соединяются стояком. Затем изнутри печи подается низкое давление воздуха, в результате чего расплавленный алюминий поднимается по трубке и заполняет полость матрицы. Давление воздуха поддерживают до тех пор, пока отливка не затвердеет. Наконец, штампы открываются и отливка извлекается.

    C. Когда выбирать процесс HPDC или LPDC

Выбор между литьем под высоким давлением (HPDC) и литьем под низким давлением (LPDC) зависит от различных факторов, таких как сложность конструкции детали, желаемый объем производства, требуемые свойства материала и соображения стоимости.

HPDC предпочтителен для сложных деталей с тонкими стенками и сложными деталями, поскольку он обеспечивает гибкость конструкции сложных штампов. Он также идеально подходит для крупносерийного производства, поскольку это быстрый процесс с высокой производительностью. HPDC производит детали с высокой размерной точностью, хорошей чистотой поверхности и превосходной однородностью. Однако HPDC может не подойти для деталей, в которых не может быть воздушных карманов или дефектов.

С другой стороны, LPDC подходит для производства деталей с более толстыми стенками и меньшей сложности. Идеально подходит для деталей с высокими механическими свойствами и тех, которые требуют термической обработки, например, компонентов двигателя. LPDC также может производить детали с меньшим количеством дефектов и меньшей пористостью. Однако LPDC может быть не таким быстрым, как HPDC, и не подходить для крупносерийного производства.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Зачем использовать обработку с ЧПУ для пресс-форм для литья под давлением?

Механическая обработка с ЧПУ является широко предпочтительным процессом производства форм для литья под давлением из-за его точности, аккуратности и способности достигать высоких допусков. Поскольку формы для литья под давлением требуют высокого уровня детализации, предпочтительным процессом их изготовления является обработка на станках с ЧПУ.

Литье под высоким давлением: подходит ли пластик?

Важно отметить, что литье под высоким давлением не применяется для пластмасс. Литье под давлением является предпочтительным процессом для пластиковых полимеров, тогда как литье под давлением используется для металлов.

Как отличить литье под высоким давлением от литья под давлением?

Основное различие между литьем под высоким давлением и гравитационным литьем заключается в методе заполнения формы расплавленным металлом. Литье под высоким давлением предполагает впрыск металла под высоким давлением, тогда как гравитационное литье основано на силе гравитации, заполняющей форму расплавленным металлом.