Odlievanie hliníka pod vysokým tlakom: hĺbkový sprievodca

Koncepcia vysokotlakového liatia

Vysokotlakové odlievanie (HPDC) je proces odlievania kovov, ktorý sa používa na hromadnú výrobu zložitých, vysoko celistvých kovových dielov s takmer čistým tvarom. Proces zahŕňa vstrekovanie roztaveného kovu do vopred navrhnutej formy pri vysokom tlaku, typicky medzi 1000 až 25000 PSI (libier na štvorcový palec). Vysoký tlak sa udržiava, kým roztavený kov nestuhne a nevyberie sa z formy.

Tento proces sa vykonáva pomocou stroja na tlakové liatie s horúcou komorou alebo so studenou komorou. Stroj s horúcou komorou sa používa pre materiály s nízkou teplotou topenia, ako je zinok, zatiaľ čo stroj so studenou komorou sa používa pre materiály s vysokou teplotou topenia, ako je hliník a horčík. HPDC sa široko používa v odvetviach, ako je automobilový priemysel, letectvo a zdravotníctvo, vďaka svojej schopnosti vyrábať vysokokvalitné diely s úzkymi toleranciami a zložitými tvarmi.

Význam koncepcie vysokotlakového liatia v rôznych odvetviach

Vysokotlakové liatie (HPDC) je dôležitým konceptom v rôznych priemyselných odvetviach vďaka jeho mnohým výhodám. Tu je niekoľko odvetví, ktoré profitujú z konceptu HPDC:

Spotrebná elektronika: Spotrebná elektronika, ako sú smartfóny, notebooky a tablety, vyžaduje malé, ľahké diely, ktoré sa dajú ľahko vyrobiť pomocou procesu HPDC. Tento proces umožňuje výrobu zložitých dizajnov a presných komponentov s vysokou presnosťou.

Lekárske vybaveniet: Lekársky priemysel tiež ťaží z konceptu HPDC, ktorý umožňuje výrobu ľahkých, presných komponentov na použitie v lekárskych prístrojoch a zariadeniach. Tento proces poskytuje vysokokvalitné komponenty s vynikajúcou povrchovou úpravou, vďaka čomu je ideálny pre prísne požiadavky priemyslu.

obranný priemysel: HPDC je výhodné v obrannom priemysle tým, že umožňuje výrobu zložitých, vysokopevnostných komponentov s vynikajúcou rozmerovou presnosťou, ktoré sú kľúčové pre vojenské vozidlá, lietadlá a zbraňové systémy. To umožňuje nepretržitú inováciu a vývoj, aby sa splnili postupujúce technologické požiadavky na vojenské vybavenie. Materiály kompatibilné s vysokotlakovým liatím

Nasledujúci stručný prehľad kompatibilných materiálov vám pomôže určiť, či je HPDC vhodný výrobný proces alebo či je potrebné použiť alternatívnu metódu.

hliník: Toto je široko používaný materiál pri vysokotlakovom liatí vďaka svojim vlastným vlastnostiam, ako je nízka hmotnosť, rozmerová stabilita, elektrická vodivosť, odolnosť proti korózii a tepelná odolnosť.

Materiál má dobrú tekutosť pri tavení pri vysokom tlaku, ale na výrobu vysokokvalitných odliatkov vyžaduje systém studenej komory. Bežné hliníkové zliatiny používané v tomto procese zahŕňajú 380, 390, 412, 443 a 518. Tento materiál sa bežne používa v odvetviach, ako je automobilový a letecký priemysel.

horčík: Toto je ďalší ľahký materiál bežne používaný v procese hpdc. Má vysokú opracovateľnosť a je vhodný na tlakové liatie v horúcej komore vďaka nižšiemu bodu tavenia. Bežné zliatiny horčíka používané v procese zahŕňajú AZ91D, AM60, AS41B a AE42.

zinok: Ide o materiál, ktorý je pre výrobcu najpriateľskejší z troch bežných materiálov HPDC. Je vhodný pre systémy horúcej aj studenej komory. Bežné vysokotlakové zliatiny zinkového odlievania zahŕňajú Zamak, 2, 3 a 5. Materiály odlievané pod tlakom sú pevné, odolné a opracovateľné.

Čo je vysokotlakové liatie hliníka

Vysokotlakové liatie hliníka (HPDC) je proces odlievania kovov, ktorý zahŕňa vstrekovanie roztaveného hliníka pri vysokom tlaku do vopred navrhnutej formy, aby sa vytvorili vysokokvalitné kovové diely. Hliník je stlačený na úrovniach od 1 000 do 25 000 PSI, aby sa vyplnila dutina formy a zopakoval sa tvar požadovaného dielu. Vykonáva sa pomocou stroja na tlakové liatie s horúcou alebo studenou komorou v závislosti od bodu topenia hliníkovej zliatiny.

Kedy by som si mal zvoliť proces HPDC?

Na tlakové liatie sa používajú dva typy zariadení: zariadenie na tlakové liatie so studenou komorou a horúcou komorou. Pre vysokotlakové odlievanie hliníka je potrebné použiť stroje so studenou komorou.

Vysokotlakové odlievanie (HPDC) je rýchla a nákladovo efektívna výrobná technika vhodná na odlievanie neželezných kovov. Je ideálny pre vysoké výrobné nároky a dokáže vyrábať tenkostenné diely s lepšou kvalitou povrchovej úpravy. Existuje však riziko pórovitosti vo vnútri odliatku, čo môže ohroziť štrukturálnu integritu a urobiť ho nevhodným na tepelné spracovanie.

Komponenty stroja na vysokotlakové liatie pod tlakom

Ak má výrobca v úmysle získať HPDC stroj, tu sú niektoré komponenty stroja a ich príslušné funkcie.

Odlievaná forma 

Je to hlavná súčasť stroja, zvyčajne vyrobená z ocele. Má dizajn, ktorý predstavuje zamýšľaný produkt, a je zodpovedný za tvarovanie roztaveného kovu do požadovanej podoby. Forma na tlakové liatie má dve polovice, pohyblivú a pevnú polovicu, ktoré sa silou zovrú, keď operátor vstrekuje roztavený kov.

Vyhadzovacie kolíky 

Sú to komponenty, ktoré pomáhajú pri vyhadzovaní výlisku po stuhnutí. Väčšinou sú umiestnené na pohyblivej polovici formy a pomáhajú pri vyberaní odliatkov z formy.

Piest

Vytvára tlak, ktorý vstrekuje roztavený kov z vyfukovacej komory do formy. V závislosti od typu stroja sa dá automatizovať.

Vykurovacie komponenty

Pozostávajú z vykurovacieho telesa, termočlánku a vyfukovacej komory (umiestnenie roztaveného kovu). Fungujú na ohrev kovu pri skladovaní a udržiavaní teploty roztaveného kovu. V systéme studenej komory chýbajú vykurovacie komponenty.

Stúpacia trubica: Slúži ako priechod pre roztavený kov do tlakovej formy.

Kroky procesu vysokotlakového liatia

Nasledujúce informácie poskytujú komplexné pochopenie toho, ako fungujú procesy vysokotlakového liatia:

Prvým krokom je príprava formy: Zahŕňa čistenie formy a mazanie jej vnútorných stien pre jednoduchšie vysúvanie a reguláciu teploty.

Druhým krokom je injekcia: Môže sa to vykonať pomocou vstrekovacieho systému horúcej komory alebo studenej komory v závislosti od typu použitého materiálu. Systém horúcej komory je vhodný pre kovy s nízkou teplotou topenia, ako je zinok a horčík, zatiaľ čo studená komora sa používa pre kovy s vysokou teplotou topenia, ako je hliník a mosadz.

Tretím krokom je odstránenie časti: Zahŕňa použitie vyhadzovacieho kolíka na uvoľnenie dutiny formy a vytlačenie stuhnutých odliatkov.

Posledným krokom je orezávanie: Zahŕňa odstránenie nadbytočných materiálov, ktoré sa nachádzajú na odliatku a forme, pomocou rôznych metód, ako je orezávacia matrica alebo píla.

Výhody a obmedzenia vysokotlakových odliatkov

Výhody

Vyššie výrobné sadzby

Fáza vstrekovania v HPDC je dôležitým krokom a je dokončená rýchlo, čo vedie k vysokej rýchlosti výroby. Vďaka tomu je tento proces výhodný pre rýchle prototypovanie, najmä pre veľkoobjemovú výrobu, a je rýchlejší v porovnaní s inými metódami odlievania, ako je LPDC.

Kvalitné vysokotlakové odliatky

Diely vyrobené pod tlakom pomocou HPDC majú vysokú rozmerovú presnosť, vynikajúcu rovnomernosť a dobrú povrchovú úpravu. Zachovávajú si tiež mechanické vlastnosti základného materiálu a zvyčajne vyžadujú minimálne opracovanie.

Tenkostenné produkty

HPDC môže dosiahnuť hrúbku tenkej steny menšiu ako 0,40 mm a proces umožňuje pridávanie vložiek alebo ko-castových dielov. Táto funkcia znižuje počet komponentov potrebných počas montáže.

Komplexné dizajnérske úspechy

HPDC je vhodný na vytváranie produktov so zložitými tvarmi lisovníc vďaka flexibilite dizajnu lisovacích foriem. Táto flexibilita uľahčuje montáž vyrobených dielov.

Odolné matrice

Odlievacie formy používané v HPDC sú vysoko odolné, čo umožňuje ich použitie vo viacerých výrobných cykloch. Táto trvanlivosť znižuje náklady na tlakové liatie na jednotku.

Obmedzenia

Prítomnosť vzduchu 

Toto je bežný problém v HPDC, čo vedie k vzduchovým bublinám v konečnom produkte. To robí HPDC nevhodným pre produkty, ktoré vyžadujú vzduchotesnosť, pretože zachytenie vzduchu môže spôsobiť pórovitosť a povrchové pľuzgiere pri tepelnom spracovaní. V takýchto prípadoch môže byť lepšou alternatívou nízkotlakové liatie.

Počiatočné náklady na spustenie 

Náklady na spustenie osobného stroja HPDC môžu byť značné, a preto sa mnohí jednotlivci a podniky rozhodnú zadať svoje potreby v oblasti tlakového odlievania poskytovateľovi služieb.

Minimalizácia defektov matrice v HPDC

Nižšie sú uvedené niektoré z najbežnejších typov porúch a ako ich minimalizovať:

Pórovitosť

Toto je bežný problém, ktorý sa vyskytuje počas procesu HPDC. Hoci je náročné úplne eliminovať pórovitosť, môžete ju minimalizovať začlenením vákuovej technológie do zariadenia.

Flash

Flash je ďalším bežným javom pri vysokotlakovom odlievaní hliníka, čo je prebytočný materiál, ktorý uniká pozdĺž deliacich čiar. To je zvyčajne spôsobené, keď vstrekovací tlak prekročí zvieraciu silu. Jedným zo spôsobov, ako predísť chybám spôsobeným bleskom, je použitie zariadenia na tlakové liatie s dostatočnou tonážou.

Horúce trhanie

Môže to byť spôsobené nerovnomerným chladením a môže to spôsobiť roztrhnutie na horúcich miestach vašich dielov. Nerovnomerné chladenie často vzniká v dôsledku zmeny hrúbky steny odliatku, ale dá sa vyriešiť zlepšením konštrukcie.

Nevyplnené sekcie

Nevyplnené úseky v dutine matrice sa môžu vyskytnúť v dôsledku rôznych faktorov. Tomuto problému sa dá predísť monitorovaním objemu, rýchlosti a teploty nalievania.

Aplikácia procesu vysokotlakového liatia

Lekársky priemysel: V medicínskom priemysle sa HPDC bežne používa na výrobu vysoko produkčných zobrazovacích zariadení, infúznych púmp a iných medicínskych častí. Vysoká produktivita procesu, kompatibilita s rôznymi materiálmi a schopnosť vytvárať zložité vzory z neho robia populárnu voľbu v tomto odvetví.

Automobilový priemysel: Automobilový priemysel sa spolieha na HPDC pri výrobe kľúčových komponentov vozidiel, ako sú bloky motorov, držiaky motora, skrine prevodoviek a iné konštrukčné diely. Kompatibilita metódy s materiálmi ako hliník a horčík, jej schopnosť dosahovať vysokú presnosť a jej schopnosť vytvárať zložité návrhy z nej robia preferovanú voľbu v tomto sektore.

Letecký priemysel: V leteckom a kozmickom sektore sa tiež využíva HPDC na výrobu častí motora s použitím materiálov ako zinok, horčík a hliník. Tieto kovy majú jedinečné vlastnosti, vďaka ktorým sú vhodné na tlakové liatie pod vysokým tlakom, a vďaka schopnosti tejto metódy vytvárať zložité návrhy je ideálnou voľbou pre letecký priemysel.

Porovnanie medzi HPDC a LPDC

    A. Vysokotlakové odlievanie hliníka

Vysokotlakové odlievanie hliníka (HPDC) je celosvetovo široko používaný výrobný proces, pričom tento proces využíva približne 701 TP3T výrobcov tlakového liatia. Kroky zahrnuté v procese odlievania hliníka sú nasledovné:

Po prvé, hliníkové zliatiny sa tavia v samostatnej peci. Ďalej je roztavený hliník prenesený do brokovej objímky zariadenia na tlakové liatie, a to buď ručne alebo pomocou ramena robota. Potom je roztavený kov tlačený do formy piestom pod vysokým tlakom. Pred oddelením polovíc formy sa odliatok nechá vychladnúť a stuhne vo vnútri foriem a potom sa odoberie hotový odliatok.

    B. Nízkotlakové liatie

Nízkotlakové odlievacie stroje na hliník majú inú štruktúru v porovnaní s vysokotlakovým zariadením na odlievanie hliníka a proces nízkotlakového odlievania je opísaný nižšie:

Najprv sa hliníková zliatina roztaví v peci, ktorá je utesnená. Polovice matrice sú umiestnené na vrchu pece a spojené pomocou stúpacej rúrky. Potom sa zvnútra pece aplikuje nízky tlak vzduchu, čo spôsobí, že roztavený hliník stúpa cez rúrku a vyplní dutinu formy. Tlak vzduchu sa udržiava až do stuhnutia odliatku. Nakoniec sa matrice otvoria a odliatok sa vyberie.

    C. Kedy zvoliť proces HPDC alebo LPDC

Výber medzi vysokotlakovým liatím (HPDC) a nízkotlakovým liatím (LPDC) závisí od rôznych faktorov, ako je zložitosť konštrukcie dielu, požadovaný objem výroby, požadované vlastnosti materiálu a úvahy o nákladoch.

HPDC sa uprednostňuje pre zložité diely s tenkými stenami a zložitými detailmi, pretože umožňuje flexibilitu dizajnu zložitých foriem. Je tiež ideálny pre veľkoobjemovú výrobu, pretože ide o rýchly proces s vysokou rýchlosťou výroby. HPDC vyrába diely s vysokou rozmerovou presnosťou, dobrou povrchovou úpravou a vynikajúcou rovnomernosťou. HPDC však nemusí byť vhodné pre diely, ktoré nemôžu mať vzduchové bubliny alebo chyby.

LPDC je na druhej strane vhodný na výrobu dielov s hrubšími stenami a menšou zložitosťou. Je ideálny pre diely s vysokými mechanickými vlastnosťami a tie, ktoré vyžadujú tepelné spracovanie, ako sú komponenty motora. LPDC môže tiež vyrábať diely s menším počtom defektov a menšou pórovitosťou. LPDC však nemusí byť také rýchle ako HPDC a nemusí byť vhodné pre veľké objemy výroby.

Často kladené otázky (FAQ)

Prečo používať CNC obrábanie pre formu na tlakové liatie?

CNC obrábanie je široko preferovaný výrobný proces pre formy na tlakové liatie vďaka svojej presnosti, presnosti a schopnosti dosahovať vysoké tolerancie. Keďže formy na tlakové liatie vyžadujú vysokú úroveň detailov, preferovaným procesom ich výroby je CNC obrábanie.

Vysokotlakové liatie: Je to pre plasty?

Je dôležité poznamenať, že tlakové liatie pod vysokým tlakom sa nepoužíva na plasty. Vstrekovanie je preferovaný proces pre plastové polyméry, zatiaľ čo tlakové liatie sa používa pre kovy.

Ako rozlišujete medzi vysokotlakovým liatím a gravitačným liatím?

Hlavný rozdiel medzi vysokotlakovým liatím a gravitačným liatím spočíva v spôsobe plnenia formy roztaveným kovom. Vysokotlakové liatie zahŕňa vstrekovanie kovu pod vysokým tlakom, zatiaľ čo gravitačné liatie sa spolieha na silu gravitácie na naplnenie formy roztaveným kovom.