Что такое литье под давлением?
Литье под давлением — это производственный процесс, используемый для изготовления металлических деталей с высокой точностью размеров и качеством поверхности. Он заключается в заливке расплавленного металла под высоким давлением в полость формы. Полость формы формируется двумя закаленными стальными штампами, которым придаётся требуемая форма.
Процесс начинается с плавки металла, обычно алюминия, цинка или магния, в печи. Затем расплавленный металл под высоким давлением впрыскивается в форму с помощью гидравлического пресса. Металл быстро затвердевает внутри формы, и две её половины раскрываются, чтобы извлечь готовую деталь.
Литье под давлением широко применяется для производства деталей сложной формы и с тонкими стенками, таких как блоки двигателей, картеры коробок передач, а также различные автомобильные и аэрокосмические компоненты. Этот процесс также популярен в производстве потребительских товаров, таких как игрушки, кухонная утварь и электроника.
Литье под давлением
Литье под давлением — довольно специализированный процесс, который получил наибольшее развитие в XX веке. Основной процесс включает в себя: расплавленный металл заливается/впрыскивается в стальную форму и под действием высокоскоростного, постоянного и усиливающегося давления (литье под давлением) и охлаждения расплавленный металл затвердевает, образуя сплошную отливку. Обычно сам процесс занимает всего несколько секунд и является быстрым способом формования металлического изделия из сырья. Литье под давлением подходит для таких материалов, как олово, свинец, цинк, алюминий, сплавы магния и меди и даже сплавы железа, такие как нержавеющая сталь. Основными сплавами, используемыми сегодня при литье под давлением, являются алюминий, цинк и магний. От ранних машин для литья под давлением, которые ориентировали пресс-формы в вертикальном положении, до ныне общепринятого стандарта горизонтальной ориентации и работы, натяжения четырьмя стяжками и полностью компьютерного управления этапами процесса, процесс совершенствовался на протяжении многих лет.
Данная отрасль превратилась в производственную машину мирового уровня, выпускающую компоненты для самых разных сфер применения, многие из которых легко доступны для самостоятельного использования, поскольку сфера применения литья под давлением весьма разнообразна.
Преимущества литья под давлением
Некоторые преимущества литья под высоким давлением:
• Процесс подходит для крупносерийного производства.
• Изготавливать довольно сложные отливки быстрее по сравнению с другими процессами обработки металлов давлением (например, механической обработкой).
• Высокопрочные компоненты, изготавливаемые в литом состоянии (в зависимости от конструкции компонента).
• Размерная повторяемость.
• Возможны тонкостенные сечения (например, 1–2,5 мм).
• Хороший линейный допуск (например, 2 мм/м).
• Хорошее качество поверхности (например, 0,5–3 мкм).
Процесс литья под давлением с горячей камерой прессования включает в себя плавку металлического слитка в печи, расположенной рядом с неподвижной полуплитой литейной машины (неразъёмной), и впрыск расплавленного металла через погружной плунжер непосредственно через гузнек и сопло в пресс-форму. Гузнек и сопло требуют нагрева, чтобы предотвратить застывание металла до попадания в полость пресс-формы. Весь процесс, связанный с нагревом и расплавлением металла, и дал название «горячая камера». Вес литейной порции определяется ходом, длиной и диаметром плунжера, а также размером гильзы/камеры. Сопло также играет важную роль, которую следует учитывать при проектировании пресс-формы. После затвердевания металла в полости пресс-формы (что занимает всего несколько секунд) подвижная полуплита машины, к которой крепится подвижная половина пресс-формы, открывается, и отливка выталкивается с поверхности пресс-формы и извлекается из пресс-формы. Затем поверхности пресс-формы смазываются с помощью системы распыления, пресс-форма закрывается, и процесс повторяется.
Благодаря этой «закрытой» системе расплава/впрыска металла и минимальному механическому перемещению литье под давлением с горячей камерой сгорания может обеспечить более высокую экономичность производства. Цинковый сплав, в основном используемый для литья под давлением с горячей камерой сгорания, имеет довольно низкую температуру плавления, что обеспечивает дополнительные преимущества: низкий износ оборудования (тигель, гибкая горловина, гильза, плунжер, сопло), а также низкий износ пресс-форм (что обеспечивает более длительный срок службы по сравнению с пресс-формами для литья алюминия под давлением – при условии соответствия стандартам качества отливки).
Название «холодная камера» происходит от процесса заливки расплавленного металла в холодную камеру/впускную гильзу, которая крепится через неподвижную плиту полуформы к задней части неподвижного инструмента полуформы. Печи для выдержки/плавки расплавленного металла обычно располагаются как можно ближе к выпускному отверстию машины для литья под давлением, чтобы оператор, работающий вручную или с помощью автоматического разливочного ковша, мог извлекать расплавленный металл, необходимый для каждого впрыска/цикла, и заливать его в заливочное отверстие внутри гильзы/впускной камеры. Наконечник плунжера (изнашиваемая и сменная деталь, прецизионная обработка по внутреннему диаметру впускной гильзы с учетом теплового расширения), соединенный с плунжером машины, проталкивает расплавленный металл через выпускную камеру в полость пресс-формы. Машина для литья под давлением, получив команду, выполняет первую стадию, проталкивая расплавленный металл мимо заливочного отверстия в гильзе. Дальнейшие стадии происходят под повышенным гидравлическим давлением от плунжера для впрыска расплавленного металла в полость пресс-формы. Весь процесс занимает считанные секунды: быстрое и нарастающее давление, а также падение температуры металла приводят к его затвердеванию в полости пресс-формы. Подвижная полуплита литьевой машины (к которой крепится подвижная половина пресс-формы) открывается и выталкивает затвердевшую отливку с торца пресс-формы. Отливка извлекается, торцы пресс-формы смазываются с помощью системы распыления, после чего цикл повторяется.
Машины с холодной камерой прессования подходят для литья алюминия под давлением. Детали машины (впускная гильза, наконечник плунжера) можно заменять со временем, а гильзы можно подвергать обработке металлом для повышения их долговечности. Плавка алюминиевого сплава осуществляется в керамическом тигле из-за его относительно высокой температуры плавления и необходимости снижения риска пригорания железа, характерного для тигелей из черных металлов. Поскольку алюминий — относительно лёгкий сплав, он позволяет производить крупногабаритные и тяжёлые отливки под давлением, а также в случаях, когда требуется повышенная прочность и лёгкость литья под давлением.
