Процесс литья под давлением, материалы, формы, плюсы и минусы | Neway
Литейное формование под давлением — это высокоточный и эффективный процесс производства металлических деталей, являющийся основой изготовления изделий в промышленных, коммерческих и потребительских секторах. Детали, полученные методом литья под давлением, известны своей точностью, что делает этот метод оптимальным для изготовления сложных металлических компонентов, особенно при массовом производстве. Для литья под давлением часто используют такие материалы, как алюминиевые, магниевые и цинковые сплавы, каждый из которых обладает уникальными преимуществами и подходит для определённых задач. Это подробное исследование процесса литья под давлением предоставит ценную информацию конструкторам и закупщикам в производственной отрасли, особенно тем, кто ищет индивидуальные детали литья под давлением.
Обзор различных типов литья под давлением
Литьё под давлением не ограничивается одним методом. Существует несколько его разновидностей, каждая из которых имеет свои особенности и области применения, удовлетворяя потребности разных литейных производств и проектов.
Литьё под давлением в горячей камере
При этом методе металл плавится в камере, непосредственно соединённой с литейной машиной. Обычно его применяют для металлов с низкой температурой плавления, таких как цинковые, магниевые и свинцовые сплавы. Этот метод особенно подходит для изготовления мелких деталей: корпусов часов, пряжек ремней и корпусов электронных сигарет. Для подробного сравнения см. горячая камера vs холодная камера.
Литьё под давлением в холодной камере
В отличие от горячей камеры, металл сначала плавится в отдельной печи, а затем переливается в литейную машину. Этот метод медленнее, но используется для металлов с более высокой температурой плавления, таких как алюминиевые сплавы A380.
Этапы процесса литья под давлением
Независимо от типа литья, процесс проходит по стандартной схеме. Вот основные этапы:
Закрытие формы
На первом этапе две половины формы — матрица и пуансон — замыкаются и фиксируются. Между ними образуется полость для заливки металла.
Впрыск
Далее расплавленный металл впрыскивается под высоким давлением в полость формы. Уровень давления зависит от материала и типа машины (горячая или холодная камера). Это обеспечивает заполнение всех мельчайших углублений формы.
Охлаждение
После впрыска металл начинает остывать и затвердевать. Давление сохраняется для минимизации усадки и полного заполнения полости.
Извлечение
Когда металл затвердевает, форму открывают, и деталь выталкивают специальными штырями. После этого можно сразу же повторить цикл для быстрой массовой производства одинаковых деталей.
Обрубка
На заключительном этапе удаляют излишки металла: облой на линии раздела, литниковые системы и корневые каналы.
Понимание этих этапов важно конструкторам и закупщикам для эффективного планирования процесса проектирования и производства.
Выбор материалов для литья под давлением
В основном применяются цветные металлы, хотя иногда используют и чёрные. Ключевые материалы — алюминиевые, магниевые и цинковые сплавы, каждый со своими свойствами и областями применения. Подробнее о вариантах материалов см. в базе данных материалов.
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы лёгкие и обладают хорошей размерной стабильностью, что делает их отличным выбором для сложных, мелкозернистых деталей. Например: Aluminium 360, A380 и B390 — распространённые варианты для различных механических и температурных требований.
Выбор материала |
|---|
Коммерческий: | 360 | A360 | 380 b | A380 b | 383 | 384 b | B390* | 13 | A13 | 43 | 218 |
ANSI/AA | 360.0 | A360.0 | 380.0 | A380.0 | 383.0 | 384.0 | B390.0 | 413.0 | A413.0 | C443.0 | 518.0 |
Номинальный: | Mg 0.5 | Mg 0.5 | Cu 3.5 | Cu 3.5 | Cu 2.5 | Cu 3.8 | Cu 4.5 | Si 12.0 | Si 12.0 | Si 5.0 | Mg 8.0 |
Состав: | Si 9.0 | Si 9.5 | Si 8.5 | Si 8.5 | Si 10.5 | Si 11.0 | Si 17.0 | — | — | — | — |
Химический состав
Детальный состав | |||||||||||
Кремний Si | 9.0–10.0 | 9.0–10.0 | 7.5–9.5 | 7.5–9.5 | 9.5–11.5 | 10.5–12.0 | 16.0–18.0 | 11.0–13.0 | 11.0–13.0 | 4.5–6.0 | 0.35 |
Железо Fe | 2.0 | 1.3 | 2.0 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 1.3 | 2.0 | 1.3 | 2.0 | 1.8 |
Медь Cu | 0.6 | 0.6 | 3.0–4.0 | 3.0–4.0 | 2.0–3.0 | 3.0–4.5 | 4.0–5.0 | 1.0 | 1.0 | 0.6 | 0.25 |
Магний Mg | 0.4–0.6 | 0.4–0.6 | 0.30 f | 0.30 f | 0.10 | 0.10 | 0.45–0.65 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 7.5–8.5 |
Марганец Mn | 0.35 | 0.35 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.35 | 0.35 | 0.35 | 0.35 |
Никель Ni | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.30 | 0.50 | 0.10 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.15 |
Цинк Zn | 0.50 | 0.50 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 1.5 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.15 |
Олово Sn | 0.15 | 0.15 | 0.35 | 0.35 | 0.15 | 0.35 | — | 0.15 | 0.15 | 0.15 | 0.15 |
Титан Ti | — | — | — | — | — | — | 0.10 | — | — | — | — |
Прочие | — | ||||||||||
Всего прочих c | 0.25 | 0.25 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.20 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
Алюминий Al | Остаток Al | ||||||||||
Алюминиевые сплавы для литья под давлением | |||||||||||
Коммерческий | 360 | A360 | 380 | A380 EF | 383 | 384 | B390* | 13 | A13 | 43 | 218 |
ANSI/AA | 360 | A360.0 | 380.0 | A380.0 | 383 E | 384.0 | B390.0 | 413 | A413.0 | C443.0 | 518.0 |
Механические свойства | |||||||||||
Предел прочности при растяжении | |||||||||||
ksi | 44 | 46 | 46 | 47 | 45 | 48 | 46 | 43 | 42 | 33 | 45 |
(MPa) | 303 | 317 | 317 | 324 | 310 | 331 | 317 | 296 | 290 | 228 | 310 |
Предел текучести | |||||||||||
ksi | 25 | 24 | 23 | 23 | 22 | 24 | 36 | 21 | 19 | 14 | 28 |
(MPa) | 172 | 165 | 159 | 159 | 152 | 165 | 248 | 145 | 131 | 97 | 193 |
Относительное удлинение | |||||||||||
Удлинение на 2 дюйма (51 мм), % | 2.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 2.5 | <1 | 2.5 | 3.5 | 9 | 5 |
Твёрдость b | |||||||||||
BHN | 75 | 75 | 80 | 80 | 75 | 85 | 120 | 80 | 80 | 65 | 80 |
Прочность на сдвиг | 25 | 25 | 19 | 29 | |||||||
(MPa) | 193 | 179 | 193 | 186 | — | 200 | — | 172 | 172 | 131 | 200 |
Ударная вязкость | |||||||||||
ft·lb | — | — | 3 | — | 3 d | — | — | — | — | — | 7 |
(J) | — | — | 4 | — | 4 | — | — | — | — | — | 9 |
Усталостная прочность c | |||||||||||
ksi | 20 (MPa | 18 | 20 | 20 | 21 | 20 | 20 | 19 | 19 | 17 | 20 |
(MPa) | 138 | 124 | 138 | 138 | 145 | 138 | 138 | 131 | 131 | 117 | 138 |
Модуль Юнга | |||||||||||
psi ×106 | 10.3 | 10.3 | 10.3 | 10.3 | 10.3 | — | 11.8 | 10.3 | — | 10.3 | — |
(GPa) | —71 | 71 | 71 | 71 | 71 | — | 81 | 71 | — | 71 | — |
Физические свойства | |||||||||||
Плотность | |||||||||||
lb/in³ | 0.095 | 0.095 | 0.099 | 0.098 | 0.099 | 0.102 | 0.098 | 0.096 | 0.096 | 0.097 | 0.093 |
(g/cm³) | 2.63 | 2.63 | 2.74 | 2.71 | 2.74 | 2.82 | 2.71 | 2.66 | 2.66 | 2.69 | 2.57 |
Температура плавления | |||||||||||
°F | 1035–1105 | 1035–1105 | 1000–1100 | 1000–1100 | 960–1080 | 960–1080 | 950–1200 | 1065–1080 | 1065–1080 | 1065–1170 | 995–1150 |
°C | 557–596 | 557–596 | 540–595 | 540–595 | 516–582 | 516–582 | 510–650 | 574–582 | 574–582 | 574–632 | 535–621 |
Удельная теплоёмкость | |||||||||||
BTU/lb °F | 0.23 | 0.23 | 0.23 | 0.23 | — | 0.23 | — | 0.23 | 0.23 | 0.23 | — |
(J/kg °C) | 963 | 963 | 963 | 963 | — | 963 | — | 963 | 963 | 963 | — |
Коэффициент теплового расширения | |||||||||||
in/in °F | — | — | 12.2 | 12.1 | 11.7 | 11.6 | 10.0 | 11.3 | 11.9 | 12.2 | 13.4 |
μm/m °K | — | — | 22.0 | 21.8 | 21.1 | 21.0 | 18.0 | 20.4 | 21.6 | 22.0 | 24.1 |
Теплопроводность | |||||||||||
BTU/ft·h·°F | 65.3 | 65.3 | 55.6 | 55.6 | 55.6 | 55.6 | 77.4 | 70.1 | 70.1 | 82.2 | 55.6 |
W/m °K | 113 | 113 | 96.2 | 96.2 | 96.2 | 96.2 | 134 | 121 | 121 | 142 | 96.2 |
Электропроводность | |||||||||||
% IACS | 30 | 29 | 27 | 23 | 23 | 22 | 27 | 31 | 31 | 37 | 24 |
Коэффициент Пуассона | 0.33 | 0.33 | 0.33 | 0.33 | 0.33 | — | — | — | — | 0.33 | — |
Цинковые и ZA-сплавы
Цинковые сплавы наиболее просты в обработке при литье под давлением, обеспечивают ударную вязкость, гибкость и подходят для гальванического покрытия. Благодаря хорошей литейности снижают износ формы. Подробнее: цинковые сплавы для литья под давлением.
Медные сплавы
Медные сплавы обладают высокой прочностью, твёрдостью, стойкостью к коррозии и отличной размерной стабильностью. Подробнее: услуги по литью медных сплавов.
Магниевые сплавы
Магний легче алюминия и чрезвычайно обрабатываем, подходит для деталей с дополнительными элементами или механической обработкой.
Геометрия при конструировании
При проектировании деталей для литья под давлением важно учитывать следующие аспекты:
Линия раздела
Точка соединения двух половин формы, влияющая на сложность формы и внешний вид изделия.
Угол съёма
Небольшой наклон стенок параллельно направлению съёма для облегчения извлечения детали.
Радиусы скругления
Скругления уголков и кромок, снижающие концентрацию напряжений и улучшающие поток расплава.
Выступы
Элементы для монтажа или других функций, требующие соединения с ребрами или стенками для прочности и охлаждения.
Ребра
Тонкие плоские участки, добавляющие жёсткость и способствующие потоку расплава и охлаждению.
Отверстия и окна
Проходы в детали, влияющие на поток расплава и прочность.
Допуски при литье под давлением
Высокая точность и узкие допуски зависят от материала, конструкции детали и режима литья. Типовые допуски и стандарты качества: стандарты процесса.
Линейные размеры
Прямые измерения, зависящие от усадки материала и теплового расширения формы.
Плоскостность
Отклонение поверхности от идеальной плоскости, зависящее от скорости охлаждения и конструкции детали.
Круглость
Насколько форма соответствует идеальному кругу, зависит от потока расплава и скорости охлаждения.
Обработки поверхности
Обработки зависят от материала, конструкции и процесса. Типичные варианты: обработки металлических поверхностей, анодирование.
Готовые поверхности
Поверхности сразу после литья, зависящие от состояния формы.
Механические обработки
Шлифовка, полирование, пескоструйная обработка, шлифование.
Химические обработки
Травление, анодирование, гальванизация.
Порошковое покрытие
Нанесение краски или порошка для функционального и декоративного эффекта.
Плюсы и минусы
Литьё под давлением идеально для массового изготовления сложных деталей, но имеет ограничения. Подробности: литьё vs песчаное литьё, литьё vs воск.
Мультиштапель vs обычное
Мультиштапель даёт сложные детали, обычное — простые и крупные.
Достоинства мультиштапеля
Высокая точность, отличная отделка, короткий цикл.
Достоинства обычного
Низкая стоимость, простота, подходит для крупных деталей.
Стоимость
Факторы стоимости: расчёт затрат.
Выбор материала: материал с высокой температурой плавления требует больше энергии и изнашивает форму быстрее.
- Производство: плавка, эксплуатация машины, трудозатраты.
- Форма: дорогостоящая, но многократное использование снижает затраты.
- Дополнительные операции: механическая обработка, отделка, сборка.
- Заключительная отделка: покраска, гальваника, покрытие.
- Снижение затрат: оптимизация дизайна, выбор материалов, процессов.
Сферы применения
Литьё под давлением используется в автомобильной, авиационной, медицинской, электронной и энергетической отраслях за счёт точности и качества поверхности.
Универсальный и эффективный процесс
Литьё под давлением позволяет создавать сложные детали с высокой точностью и отличным качеством поверхности. Независимо от материала — алюминий, цинк или другие сплавы — этот метод предлагает множество преимуществ. Узнайте, как начать проект, на сайте индивидуального изготовления.
Этот процесс незаменим в производстве высококачественных деталей для автомобильной, электронной, авиационной, медицинской и строительной отраслей. С развитием технологий сферы применения продолжают расширяться.
Для конструкторов и закупщиков, ищущих детали литья под давлением, важно понимать нюансы — от выбора материалов до конструкции, допусков, отделки и затрат, чтобы принимать обоснованные решения и максимально воспользоваться преимуществами этого метода.
Надеюсь, это подробное исследование было для вас полезным. Сообщите, пожалуйста, если нужны уточнения или правки.
