Полное руководство по Литье под давлением

Процесс литья под давлением позволяет получать металлические детали с точной геометрией и тонкими стенками, что делает его пригодным для крупносерийного производства. Эта универсальная технология позволяет получать качественные детали, хорошо подходящие для различных отраслей промышленности, таких как производство мебели, потребительских товаров, игрушек, военной техники и т. д.

Однако некоторые могут посчитать стоимость литья под давлением дорогой или метод слишком сложным для понимания. Если вам интересно, как работает литье под давлением, какие материалы могут быть использованы в этом процессе или какие преимущества он дает, наше руководство по литью под давлением - для вас!

Мы поможем вам понять, почему эта техника достойна того, чтобы вкладывать в нее свои ресурсы.

Краткая история литья под давлением

История литья под давлением уходит корнями в середину XIX века. Первые машины для литья под давлением были изобретены в 1838 году, проложив путь к прогрессу в этой отрасли.

Литье под давлением в горячей камере появилось в 1849 году и позволяло быстрее изготавливать небольшие детали, а литье под давлением в холодной камере, запатентованное в 1885 году, позволяло изготавливать более крупные детали и сплавы с более высокой температурой плавления.

Литье алюминия под давлением началось в 1914 году, он отличался легкостью и устойчивостью к коррозии. Литье под давлением цинка приобрело популярность в 1927 году, а литье под давлением магния появилось в 1930-х годах.

После Второй мировой войны в литье под давлением происходило непрерывное совершенствование материалов, технологий и автоматизации. В конце XX века появились компьютерное проектирование и моделирование, что повысило точность.

В 21 веке литье под давлением стало глобальной отраслью промышленности, нашедшей применение в автомобилестроении и электронике, где особое внимание уделяется устойчивости и эффективности. Ожидается, что постоянный прогресс будет определять будущее литья под давлением.

Как работает литье под давлением?

Литье под давлением - это процесс литья металла, при котором расплавленный металл подается в полость формы под высоким давлением. Полость формы создается с помощью двух закаленных стальных штампов, которые обрабатываются до нужной формы готового изделия.

Литье под давлением обычно используется для производства деталей сложной формы с высокой точностью и гладкой поверхностью. Вот обзор того, как работает процесс литья под давлением:

1. Дизайн пресс-формы

Конструкция пресс-формы формирует геометрию конечного компонента. Пресс-форма должна отражать все детали, размеры и требования к чистоте поверхности.

Проектировщики учитывают такие факторы, как выбор материала и специфические условия работы станка. Внимание к деталям имеет решающее значение из-за высокого давления при впрыске и охлаждении металла, которое может повлиять на качество поверхности и деформацию детали при неправильном проектировании.

2. Подготовка металла

Подготовка металла к литью включает в себя тщательное управление температурой и составом для предотвращения дефектов в конечном продукте. Поддержание нужной температуры при впрыске в форму имеет решающее значение, а состав металла, включая тип сплава и степень чистоты, должен соответствовать стандартам безопасности и качества.

Меры по контролю качества обеспечивают соблюдение отраслевых рекомендаций, а факторы окружающей среды влияют на время охлаждения, что подчеркивает необходимость учета на этапах предварительного нагрева и последующего охлаждения в металлургических процессах.

3. Зажим

Это обеспечивает впрыск расплавленного металла в форму. Машины для литья под давлением оцениваются в тоннах зажима, представляющих собой силу, которую они могут приложить для надежного удержания и сжатия формы.

Специальные механизмы смыкания, такие как клещевые рычаги, усиливают это усилие и обеспечивают ход, соответствующий номинальной грузоподъемности машины. Такое сочетание механической связи и гидравлической мощности обеспечивает равномерное сжатие в нескольких направлениях и точное впрыскивание расплавленного металла в форму с жесткими допусками.

4. Инъекция

Расплавленный металл, обычно алюминий, цинк или магний, нагревается до определенной температуры в печи.

Машина для литья под давлением закрывает форму, впрыскивая расплавленный металл в полость под высоким давлением. Это давление поддерживается до тех пор, пока отливка не застынет.

5. Охлаждение

После впрыска расплавленного металла он начинает остывать и затвердевать, принимая форму пресс-формы. Время охлаждения имеет решающее значение для достижения желаемых свойств и предотвращения дефектов.

6. Выброс

После застывания металла машина для литья под давлением открывает форму, и вновь сформированная деталь извлекается из полости формы. Выталкивающие штифты или механизмы помогают извлечь отливку из формы.

7. Обрезка

Выброшенная деталь может иметь избыточный материал, называемый вспышкой, который обычно удаляется в процессе обрезки. Для достижения конечных характеристик изделия могут применяться дополнительные процессы отделки, такие как механическая обработка или обработка поверхности.

Виды литья под давлением

Литье под давлением - это процесс, используемый для производства сложных форм с высокой точностью и самыми разными размерами, который может применяться к различным материалам в зависимости от назначения.

К наиболее распространенным типам относятся литье в горячую камеру, литье в холодную камеру, вакуумное литье, литье под давлением, полутвердое формование металла, а также гравитационное литье или литье под низким давлением.

Горячее камерное литье под давлением

Механизм впрыска погружается в ванну с расплавленным металлом в горячей камере литья под давлением. Расплавленный металл автоматически втягивается в камеру, а затем под давлением подается в полость формы.

Этот процесс подходит для металлов с низкой температурой плавления, таких как цинк, олово и свинец.

Холодное камерное литье под давлением

Литье под давлением в холодной камере используется для металлов с более высокой температурой плавления, таких как алюминий, магний и медь.

В этом процессе расплавленный металл заливается в камеру для литья под давлением снаружи машины. Затем поршень под высоким давлением вдавливает металл в полость формы. Литье в холодной камере подходит для более широкого диапазона сплавов, чем литье в горячей камере.

Вакуумное литье под давлением

Вакуумное литье под давлением - это разновидность традиционного процесса литья под давлением, при котором во время цикла литья под давлением создается вакуум.

Цель - уменьшить пористость и улучшить качество конечного продукта за счет удаления газов из расплавленного металла. Этот процесс часто используется при производстве высококачественных деталей с жесткими требованиями.

Процесс литья под давлением

Литье под давлением сочетает в себе аспекты процессов литья и ковки.

Расплавленный металл заливается в полость штампа, а затем гидравлический пресс оказывает дополнительное давление на металл во время застывания. В результате образуется более плотная и мелкозернистая структура, что улучшает механические свойства конечного продукта.

Полутвердая металлическая штамповка

Полутвердая обработка металла предполагает использование не полностью жидкого металла, а частично затвердевшего (полутвердой суспензии). Полутвердый металл впрыскивается в полость штампа под давлением. Этот процесс позволяет получать детали с высокой прочностью и отличной точностью размеров.

Гравитационное литье или литье под низким давлением

Гравитационное литье или литье под низким давлением подразумевает использование постоянной формы и силы тяжести для заполнения формы расплавленным металлом. Расплавленный металл заливается в печь, а затем система низкого давления используется для вдавливания металла в форму. Этот процесс подходит для производства больших сложных деталей при относительно низком давлении.

Литье под давлением

Литье под давлением - это общий термин, охватывающий процессы литья под давлением как в горячей, так и в холодной камере.

В обоих случаях под высоким давлением расплавленный металл подается в полость штампа. Это обеспечивает быстрые производственные циклы и возможность изготовления сложных и точных деталей с высокой повторяемостью.

Какие материалы могут быть использованы для литья под давлением?

Литье под давлением предполагает использование ряда высококачественных сплавов, таких как алюминий, цинк, медь, магний, свинец, бронза и латунь, для производства детальных металлических деталей и компонентов со сложной геометрией и тонкими стенками.

Откройте для себя широкий спектр материалов, используемых для литья под давлением, и узнайте, как их можно оптимально использовать для решения ваших задач.

Алюминиевые сплавы

Алюминий широко используется для литья под давлением благодаря своему легкому весу, хорошему соотношению прочности и веса, коррозионной стойкости и высокой теплопроводности. К распространенным алюминиевым сплавам для литья под давлением относятся A380, A383 и A360.

Цинковые сплавы

Цинк - еще один популярный выбор для литья под давлением, обеспечивающий хорошую стабильность размеров, высокую ударную прочность и отличную коррозионную стойкость. Распространенные цинковые сплавы, используемые для литья под давлением, включают Zamak 3, Zamak 5 и Zamak 7.

Медные сплавы

Сплавы на основе меди, такие как латунь и бронза, также могут использоваться для литья под давлением. Эти сплавы обладают хорошей электропроводностью, коррозионной стойкостью и приятным внешним видом. Однако они могут иметь более высокую температуру плавления, чем алюминиевые и цинковые сплавы.

Магниевые сплавы

Магний известен своей низкой плотностью, что делает его самым легким конструкционным металлом. Магниевые сплавы используются в литье под давлением в тех случаях, когда снижение веса имеет решающее значение. К распространенным магниевым сплавам относятся AZ91D и AM60B.

Сплавы свинца

Свинцовые сплавы менее распространены в литье под давлением из-за проблем с окружающей средой и здоровьем, связанных со свинцом. Тем не менее, свинцовые сплавы все еще могут использоваться для конкретных целей, где их свойства, такие как мягкость и ковкость, являются преимуществом.

Бронзовые и латунные сплавы

Бронза и латунь - это сплавы на основе меди, которые могут быть использованы для литья под давлением. Они ценятся за свои эстетические качества, коррозионную стойкость и особые механические свойства. Однако они не так распространены в традиционном литье под давлением, как алюминиевые или цинковые сплавы.

Преимущества литья под давлением

Для многих отраслей промышленности литье под давлением - это надежный и эффективный выбор, который обеспечивает впечатляющую целостность конструкции и предлагает целый ряд преимуществ при правильном исполнении.

Эти преимущества варьируются от качественной обработки поверхности и сложной геометрии деталей до производства с высокими допусками и улучшенной стабильностью размеров.

Сложные формы: Литье под давлением позволяет изготавливать детали сложной формы с высокой точностью. Форма, используемая в этом процессе, может быть разработана для создания детализированных и сложных деталей, что делает его подходящим для приложений, требующих сложной геометрии.

Универсальность: Литье под давлением позволяет изготавливать широкий спектр компонентов, от небольших, замысловатых деталей до более крупных и прочных изделий. Такая универсальность делает его применимым в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую, электронную и другие.

Экономия средств: Литье под давлением известно своей экономичностью, особенно при производстве большого количества деталей. Высокоскоростные производственные возможности литья под давлением приводят к сокращению времени цикла и снижению трудозатрат по сравнению с другими производственными процессами, что способствует общему снижению затрат.

Эффективность: Процесс литья под давлением отличается высокой эффективностью и минимальными отходами материала. Расплавленный металл впрыскивается в полость формы, что обеспечивает эффективное использование материала и снижает необходимость в дополнительных операциях механической обработки или отделки. Такая эффективность позволяет оптимизировать производственный процесс и экономить ресурсы.

Повторяемость: Литье под давлением обеспечивает отличную повторяемость и согласованность при производстве деталей. После создания формы ее можно многократно использовать для производства идентичных компонентов, обеспечивая единое качество и технические характеристики при больших объемах производства.

Гладкие поверхности: В результате литья под давлением получаются детали с гладкой поверхностью и мелкими деталями. Высокое давление в процессе помогает добиться точной и гладкой отделки конечного продукта, снижая необходимость в дополнительных этапах полировки или отделки.

Прочность на разрыв: Литые детали обладают высокой прочностью на растяжение, что делает их долговечными и способными выдерживать значительные нагрузки и напряжения. Эта характеристика особенно важна в тех областях применения, где структурная целостность и прочность имеют решающее значение, например, в автомобильных и аэрокосмических компонентах.

Недостатки литья под давлением

Пористость: Литье под давлением чревато появлением пористости в готовом изделии, которая влияет на внешний вид и долговечность, если за ней не следить во время производства и после него.

Дефекты текстуры: Природа цветных материалов и процесс литья под давлением могут привести к появлению дефектов текстуры в конечном продукте, что сказывается на его общем качестве.

Невозможность термической обработки или определенного напряжения: Отлитые под давлением детали могут не обладать достаточной гибкостью для термообработки или применения специфических напряжений, что ограничивает спектр их применения.

Сложная оснастка и прецизионные работы: Для достижения прочности таких долговечных компонентов, как сталь или титан, требуется сложная оснастка и точные усилия для изготовления пресс-форм, что ограничивает возможности применения литья под давлением.

Остаточные напряжения: Быстрые скорости охлаждения при литье могут привести к остаточным напряжениям в литых деталях, что может стать причиной трещин в крупных литых изделиях под давлением. Для безопасного использования в системе может потребоваться дополнительная механическая обработка.

Ограничения на материалы: Из-за рабочих температур машин с камерами без давления литье под давлением обычно ограничивается материалами с температурой плавления ниже 700°C, такими как алюминий.

Ограниченный ассортимент возможных предметов: Совокупность вышеперечисленных факторов ограничивает разнообразие изделий, которые могут быть эффективно изготовлены с помощью процессов литья под давлением.

Постоянная работа по оптимизации: Дизайнеры должны хорошо разбираться в оптимизации ресурсов для преодоления ограничений литья под давлением, обеспечивая эффективность конечных продуктов на протяжении долгого времени.

Какие отрасли промышленности нуждаются в литье под давлением?

Литье под давлением широко используется в нескольких отраслях промышленности, помимо производства обычных автомобильных деталей. Во многих областях требуются литые и обработанные под давлением компоненты для медицинского оборудования, электроинструментов, мебельной продукции и военных оборонных проектов.

Читайте далее, чтобы узнать больше о сферах применения в каждой отрасли:

Автомобиль: Литье под давлением широко используется для производства таких компонентов, как блоки двигателей, корпуса коробок передач и различные автомобильные детали, благодаря своей экономичности и высокой скорости производства.

Электрический: Электрические компоненты, такие как разъемы, корпуса и радиаторы, могут эффективно производиться методом литья под давлением благодаря способности этого процесса создавать сложные формы с хорошей проводимостью.

Аэрокосмическая промышленность: Литье под давлением используется в аэрокосмическая промышленность промышленности для производства легких компонентов с высокой структурной целостностью, таких как детали авиационных двигателей и структурные компоненты.

Медицина: Литье под давлением используется для производства медицинского оборудования и приборов, включая компоненты для диагностических машин, корпуса для электронных медицинских приборов и другие прецизионные детали.

Транспорт: Помимо автомобильной промышленности, литье под давлением находит применение и в более широком транспортном секторе, включая производство компонентов для мотоциклов, велосипедов и других транспортных средств.

Прибор: Литье под давлением широко используется в бытовой промышленности для производства деталей для холодильников, кондиционеров и других бытовых приборов.

Мебель: Хотя литье под давлением не так распространено, как в некоторых других отраслях, оно может использоваться для производства некоторых компонентов мебели, например, металлической фурнитуры или декоративных элементов.

Из него также можно изготовить петли, ручки и рукоятки для долговечных бытовых аксессуаров.

Военные: Военные используют литье под давлением для производства различных компонентов, в том числе деталей оружия, устройств связи и другого специализированного оборудования.

Потребитель: Литье под давлением используется для производства различных потребительских товаров, в том числе компонентов для фотоаппаратов, аудиоаппаратуры и других электронных устройств.

Игрушки: Литье под давлением используется для производства металлических деталей для некоторых видов игрушек, обеспечивая экономически эффективный метод производства детализированных и прочных компонентов.

Часто задаваемые вопросы

От каких факторов зависит качество изделия при использовании метода литья под давлением?

При литье под давлением качество продукции зависит от таких факторов, как выбор материала, контроль сырья, планирование процесса, планирование производства и характеристики литейной машины.

Выбор материала влияет на прочность и долговечность изделия, а сплавы с низкой температурой плавления способствуют равномерному нагреву и предотвращают появление дефектов.

Контроль сырья включает в себя очистку от примесей для обеспечения высокого качества готовых деталей. Планирование процессов обеспечивает подробные инструкции для серийного производства, снижая вариативность и время простоя.

При планировании производства учитывается необходимое количество деталей, время наладки и циклы, чтобы удовлетворить требования к объему производства без ущерба для качества. Литье под давлением - это эффективный метод экономичного производства металлических изделий сложной формы.

Является ли литье под давлением дорогим?

Да, литье под давлением может быть дорогостоящим из-за значительных первоначальных затрат на оборудование, штампы и сопутствующие компоненты. Например, машины для литья под давлением с холодной камерой обычно стоят от $50 000 до $500 000 и более, в зависимости от размера и характеристик.

Дополнительные инвестиции включают расходы на оснастку для каждой уникальной конструкции пресс-формы, используемой в производстве. Хотя эти первоначальные затраты могут представлять собой барьер по сравнению с другими производственными процессами, литье под давлением может стать экономически эффективным со временем, если учесть потенциал массового производства и более низкие затраты на оснастку по сравнению с альтернативными методами.

В конечном итоге литье под давлением - это выгодное вложение средств в производство большого количества деталей или сложных форм, которые не так легко получить с помощью более простых альтернатив.

Почему это называется литьем под давлением?

Литье под давлением, по сути, означает заливку металла в форму или штамп. В результате этого процесса получаются сложные, высокоточные детали с гладкой поверхностью. Термин "штамп" подчеркивает роль формы в формировании конечного продукта в процессе литья.

Долговечны ли изделия, изготовленные методом литья под давлением?

Да, литье под давлением обычно создает долговечные изделия. Срок службы зависит от таких факторов, как используемый металл, производственный процесс и техническое обслуживание.

Алюминиевые сплавы при надлежащем уходе служат около 100 000 циклов, а цинковые сплавы в оптимальных условиях могут превышать миллион циклов.

Литье под давлением превосходит другие компоненты, например, механически обработанные детали, благодаря минимальному смещению материала в процессе производства и точной конструкции формы, обеспечивающей долговременную точность. Эти качества приводят к значительной экономии средств по сравнению с альтернативными методами, такими как ковка, изготовление с использованием нескольких компонентов или сварочные операции.

В чем разница между литьем под давлением и ковкой?

Литье под давлением и ковка - это методы металлообработки, которые позволяют точно создавать сложные формы, но отличаются подходами и результатами.

При литье под давлением жидкий металл впрыскивается в форму, в результате чего получаются сложные и точные формы с такими преимуществами, как высокая повторяемость, гладкие поверхности и экономия средств при использовании алюминиевых сплавов. Однако у него есть ограничения по толщине стенок и более высокая стоимость для цинковых сплавов.

При ковке сырье нагревается и к нему прикладывается сжимающее усилие, в результате чего получаются деформируемые детали с улучшенной структурной целостностью. Этот процесс с использованием прессов или молотов обеспечивает лучшие долгосрочные характеристики и долговечность, чем литье под давлением.

Какие термины по литью под давлением вы знаете?

Литье под давлением - это эффективный производственный процесс, в ходе которого металлам придается тщательная форма с помощью литьевых форм под высоким давлением. Литейные формы могут состоять из различных материалов, включая цинк, медь, алюминий, магний и свинцовые сплавы.

Для обеспечения стабильного качества на всех этапах производства каждая отлитая под давлением деталь должна отвечать определенным требованиям - для определения этих специфических критериев в литейной промышленности обычно используются различные термины.

Общие понятия литья под давлением включают в себя оснастку для литья под давлением (которая определяет, как устроены формы), допуски на литье под давлением или сравнение точности размеров (измерение точных размеров изготовленной детали), углы тяги (угол, под которым стенки наклоняются наружу в полости формы для более быстрого выталкивания) и методы обрезки/зачистки (для сглаживания острых краев после выпуска детали).

Заключительные замечания

Литье под давлением - это производственный процесс, обладающий многочисленными преимуществами: он позволяет формировать сложные формы, производить детали в больших объемах и в короткие сроки, а также обладает превосходными механическими свойствами.

Он также имеет некоторые недостатки, а именно высокие капитальные затраты на производство оборудования для литья под давлением или штампов/сопутствующих компонентов; однако правильное проектирование для обеспечения технологичности может компенсировать это.

Литье под давлением может быть полезно для многих отраслей промышленности, таких как производство мебели, военная техника, потребительские товары и игрушки, где экономия средств и скорость производства являются важными факторами.

В конечном итоге литье под давлением выгодно тем, что благодаря эффективному выполнению соответствующих процессов будет получено изделие из прочного материала без лишних трудозатрат.