Литье под давлением и литье под действием силы тяжести: понимание основных различий

Литье под давлением и литье под действием силы тяжести — это два основных процесса литья металлов, широко используемых в производстве. Оба включают заливку расплавленного металла в многоразовые формы для получения компонентов с высокой точностью размеров и повторяемостью. Разница заключается в том, что литье под действием силы тяжести полагается на гравитацию, и расплавленный металл поступает в форму под действием силы тяжести. Литье под давлением полагается на давление, заставляя расплавленный металл под высоким давлением поступать в форму.

Конструкция формы

- При литье под давлением форма называется пресс-формой. Пресс-формы изготавливаются из инструментальных сталей , таких как H13, которые могут выдерживать высокие давления. Половины пресс-формы обрабатываются с высокой точностью и содержат полость и элементы стержней. Компоненты пресс-формы обрабатываются с точностью около 0,001-0,002 дюйма для получения точных отливок

- Форма при литье под действием силы тяжести относительно проста по сравнению с пресс-формой для литья под давлением. Формы для литья под действием силы тяжести изготавливаются из чугуна, стали, алюминия или бронзы. В них нет сложных элементов стержней, поскольку форма в основном полагается на силу тяжести для заполнения. Формы для литья под действием силы тяжести имеют типичные допуски обработки около 0,01-0,02 дюйма, поскольку не связаны с высокими давлениями.

Метод заполнения 

- При литье под давлением расплавленный металл впрыскивается в пресс-форму под высоким давлением от 10 000 до более 50 000 фунтов на квадратный дюйм. Высокоскоростной впрыск обеспечивает полное заполнение полости пресс-формы.

- При литье под действием силы тяжести металл поступает в форму исключительно под действием силы тяжести без какого-либо приложенного давления. Это накладывает ограничения на размер отливки и достижимую сложность формы.

Производительность и автоматизация

- Литье под давлением является высокоавтоматизированным процессом, использующим машины для впрыска металла, превосходные пресс-формы и непрерывное извлечение отливок. Время цикла очень короткое. Выход деталей может превышать 200 шт./час.

- Литье под действием силы тяжести выполняется вручную путем заливки жидкого металла в формы. Циклы медленнее из-за ручной обработки. Типичный выход составляет 30-50 деталей в час, что намного ниже, чем при литье под давлением. Автоматизация литья под действием силы тяжести может увеличить скорость.

Используемые сплавы

- Сплавы для литья под давлением, такие как цинк, алюминий и магний, обладают высокой текучестью для заполнения сложных пресс-форм под давлением. Высокопрочные сплавы также могут подвергаться литью под давлением. Сплавы с высокими температурами плавления непригодны для литья под давлением, такие как железо, титан, вольфрам и т.д.

- Литье под действием силы тяжести обычно использует сплавы с более низкой температурой плавления и хорошими характеристиками текучести, такие как сплавы олова, свинца и цинка. Алюминий и латунь также могут подвергаться литью под действием силы тяжести. 

Размер и вес деталей 

- Типичные размеры деталей, полученных литьем под давлением, варьируются от унции до 75 фунтов. Небольшие, тонкие и сложные формы могут быть отлиты под давлением благодаря высокому давлению металла. Например, литье под давлением алюминиевого сплава позволяет получить тонкую стенку толщиной 0,5 мм. Литье под давлением цинкового сплава позволяет получить тонкую стенку толщиной 0,4 мм.

- Литье под действием силы тяжести ограничено относительно большими размерами свыше 3 фунтов. Такие факторы, как металлостатическое давление, ограничивают максимальный размер. Оно способно производить детали с толщиной стенок от 2 до 6 мм

Чистота поверхности

- Поверхности, полученные литьем под давлением, имеют характерную гладкую и глянцевую отделку. Быстрое охлаждение в металлической пресс-форме дает мелкий размер зерна. 

- Поверхности, полученные литьем под действием силы тяжести, немного грубее, чем при литье под давлением, но все же достаточно гладкие благодаря ламинарному заполнению. Холодильники могут дополнительно улучшить чистоту поверхности.

Точность размеров 

- Литье под давлением обеспечивает отличную точность размеров и стабильность. Возможны допуски до ±0,005 дюйма. Это сокращает необходимость в последующей механической обработке.

- Допуск при литье под действием силы тяжести составляет около ±0,02 дюйма. Детали могут потребовать некоторой механической обработки для достижения более высокой точности. Но точность все еще подходит для большинства применений.

Соображения по стоимости

- Литье под давлением имеет очень высокую стоимость оснастки из-за сложных многогнездных пресс-форм. Но стоимость одной детали низкая благодаря автоматизации.

- Литье под действием силы тяжести имеет более низкую стоимость оснастки. Может потребоваться последующая механическая обработка. Выходные показатели ниже, чем при литье под давлением, поэтому стоимость одной детали выше, чем при литье под давлением.

Правила проектирования 

- Литье под давлением требует специальных правил проектирования для оптимального потока жидкости и минимизации захваченных газов. Углы уклона, радиусы скругления и литниковые системы имеют решающее значение.

- Литье под действием силы тяжести имеет меньше ограничений по проектированию, поскольку металл не принудительно впрыскивается. Однако равномерная толщина стенок и уклоны все же способствуют заполнению формы и минимизируют дефекты.

Дефекты

- Дефекты литья под давлением - холодные спаи, искажение, захваченные газы, горячие трещины, разбрызгивание и тепловые трещины.

- Дефекты литья под действием силы тяжести - пористость, усадочные раковины, холодные спаи, эрозия формы. Трещины при затвердевании менее распространены, чем при литье под давлением.

Применения

- Применения литья под давлением включают крупносерийное производство сложных деталей с малыми допусками - например, автомобильных компонентов.

- Литье под действием силы тяжести подходит для среднесерийного производства относительно более простых форм и более крупных деталей - например, оснований станков и корпусов клапанов.

В итоге, литье под давлением и литье под действием силы тяжести имеют существенно разные методы производства, возможности, экономику и применения. Литье под давлением лучше подходит для сложных, крупносерийных компонентов, в то время как литье под действием силы тяжести идеально подходит для небольших партий менее сложных форм.