Процесс литья под давлением
Введение в литье под давлением
Литье под давлением - это высокоточный и высокоэффективный процесс формования металла. Его основной принцип заключается в том, что расплавленный металл (например, алюминиевые или цинковые сплавы) впрыскивается в точно рассчитанную полость формы под высоким давлением и с высокой скоростью. После охлаждения и застывания металла форма открывается для получения отливки.
Этот процесс широко используется в автомобильной промышленности, электронике, производстве бытовой техники и промышленного оборудования и особенно подходит для массового производства металлических деталей со сложной структурой и высокими требованиями к точности размеров.
Процесс литья под давлением
Суть литья под давлением заключается в массовом производстве высокоточных металлических деталей по замкнутому циклу “закрытие формы → плавка металла → впрыск под высоким давлением → охлаждение и затвердевание → распалубка и последующая обработка”. На основе точного формования, высокоскоростной впрыск под высоким давлением является основой, а охлаждение и последующая обработка обеспечивают точность и производительность. Весь процесс вращается вокруг “стабильности партии и контроля дефектов”.
Suijin Machinery предоставляет стандартные технологические процессы для крупномасштабного промышленного производства, а также предлагает оптимизированные решения для мелкосерийной индивидуализации.
Шаг 1: Проектирование и изготовление пресс-формы
Основой литья под давлением является форма; этот этап напрямую влияет на точность литья, эффективность производства и срок службы формы.
1. Стадия проектирования:
- Исходные данные: 3D-чертежи изделий (допуски, толщина стенок и требования к поверхности должны быть четко определены), свойства материалов (например, текучесть алюминиевого сплава).
- Содержание конструкции: Полость (повторяет форму изделия), литниковая система (направляет расплавленный металл для равномерного заполнения), система вентиляции (выводит воздух из полости для предотвращения пористости), механизм выталкивания (обеспечивает плавную распалубку), каналы охлаждения (контролирует температуру формы для равномерного охлаждения).
- Основные требования: Толщина стенок ≥ 0,5 мм (предотвращение неполного заполнения), закругленные углы (предотвращение концентрации напряжений), ширина вентиляционной канавки 0,1-0,2 мм (предотвращение перелива расплавленного металла).
2. Стадия производства:
- Материалы: Для изготовления полости пресс-формы используется высокопрочная штамповая сталь горячей обработки (например, H13, SKD61), которая обладает жаропрочностью и износостойкостью.
- Оборудование для обработки: Обрабатывающий центр с ЧПУ (черновая обработка полостей), EDM (чистовая обработка полостей, точность до ±0,005 мм), проволочная резка (обработка сложных структур), полировка (поверхность полостей Ra≤1,6 мкм, улучшение качества поверхности отливок).
- Пробное производство и верификация: После завершения изготовления формы проводится пробное мелкосерийное производство для проверки размеров отливки, дефектов поверхности, плавности распалубки и настройки параметров формы (например, модификации литниковой системы и оптимизации каналов охлаждения).
Шаг 2: Выплавка металла
Превращение сырых металлических материалов в расплавленную металлическую жидкость с “хорошей текучестью, однородным составом и без примесей” является основой литья под давлением.
1. Подготовка сырья:
- Основные материалы: Алюминиевые сплавы (ADC12, A380), цинковые сплавы (ZAMAK 3, ZAMAK 5), магниевые сплавы (AZ91D), медные сплавы (CuZn38).
- Балансировка: Смешайте слитки чистого металла (например, слитки алюминия, слитки цинка), переработанные отходы литья (≤30%, чтобы избежать накопления примесей) и добавки к сплавам (например, добавление кремния в алюминиевые сплавы для улучшения текучести) в определенной пропорции.
2. Процесс плавки:
- Оборудование: “Встроенная печь” (соединенная с инжекционной камерой) для горячего камерного литья под давлением; “Независимая тигельная печь” для холодного камерного литья под давлением.
- Контроль температуры: Алюминиевый сплав (температура плавления 680-720℃, температура удержания 650-680℃); цинковый сплав (температура плавления 430-450℃, температура удержания 410-430℃); магниевый сплав (температура плавления 680-700℃, температура удержания 650-670℃); медный сплав (температура плавления 950-1000℃, температура удержания 900-950℃).
- Обработка рафинированием: Добавьте рафинирующие вещества (например, гексахлорэтан для алюминиевых сплавов) для удаления газов (водорода) и примесей (оксидного шлака) из расплавленного металла. Дайте постоять в течение 10-20 минут, чтобы обеспечить чистоту расплавленного металла.
Шаг 3: Литье под давлением
Впрыск расплавленного металла в полость формы - важнейший этап, определяющий плотность и точность отливки. Он включает в себя два основных метода: литье под давлением с горячей камерой и литье под давлением с холодной камерой.
1. Горячее камерное литье под давлением
- Литье под давлением в горячей камере - это метод литья под давлением, при котором камера впрыска непосредственно соединена с печью. Расплавленный металл с низкой температурой плавления (например, цинковые и некоторые магниевые сплавы) непрерывно поддерживается при высокой температуре в печи и быстро всасывается через инжекционный стержень, а затем впрыскивается в полость формы под давлением 10-50 МПа.
- Его преимущества - короткое время цикла (5-15 секунд на деталь), высокая степень автоматизации и простота эксплуатации, что позволяет использовать его для массового производства мелких, тонкостенных и простых по структуре отливок (например, деталей бытовой техники и игрушек).
2. Холодное камерное литье под давлением
- При литье под давлением в холодной камере камера впрыска не зависит от печи. Расплавленный металл с высокой температурой плавления (например, алюминиевые сплавы, медные сплавы и магниевые сплавы) переносится в камеру впрыска вручную или с помощью роботизированной руки. Затем он подвергается сегментированному впрыску (медленное заполнение, высокоскоростное впрыскивание со скоростью 10-50 м/с) и формованию под высоким давлением 50-150 МПа.
- Несмотря на более длительное время цикла (15-60 секунд на деталь) и большие инвестиции в оборудование, она подходит для более широкого спектра применяемых материалов и позволяет получать отливки с более высокой прочностью и точностью размеров. Она больше подходит для производства крупных, сложных и высокопрочных деталей (например, блоков автомобильных двигателей и кронштейнов промышленного оборудования).
Шаг 4: Охлаждение и затвердевание
Расплавленный металл охлаждается и застывает в отливке в полости формы. Скорость охлаждения напрямую влияет на микроструктуру отливки и наличие дефектов (усадочных полостей, трещин).
- Метод охлаждения: Охлаждающая вода (или теплоноситель) циркулирует по охлаждающим каналам внутри формы, чтобы контролировать температуру формы в разумных пределах (180-250℃ для форм для литья под давлением алюминиевых сплавов, 120-180℃ для цинковых сплавов).
- Время охлаждения: Рассчитывается в зависимости от толщины стенок отливки. Формула выглядит следующим образом: Время охлаждения (секунды) = Максимальная толщина стенки отливки (мм) × 1,5-2,5 (коэффициент, корректируется в зависимости от различных материалов).
- Ключевые элементы управления: Скорость охлаждения должна быть равномерной, не допуская локального чрезмерно быстрого охлаждения (приводящего к образованию трещин) или чрезмерно медленного охлаждения (приводящего к образованию усадочных полостей, пористости). Для сложных отливок требуются зонированные каналы охлаждения с усиленным охлаждением ключевых зон (например, толстостенных секций).
Шаг 5: Формование
После охлаждения откройте форму и извлеките отливку, избегая деформации или повреждения.
- Разделение пресс-формы: Механизм блокировки пресс-формы освобождается, отделяя подвижную пресс-форму от неподвижной (скорость разъединения 5-10 мм/с, во избежание удара).
- Выталкивание отливки: Механизм выталкивания (выталкивающие штифты, выталкивающие стержни) прикладывает равномерное усилие для выталкивания отливки из полости (скорость выталкивания 2-5 мм/с, что позволяет избежать повреждения поверхности отливки).
- Методы удаления:Горячее камерное литье под давлением (мелкие детали): Автоматизированная рука для снятия (время цикла 5-15 секунд), высокая эффективность;Холодное камерное литье под давлением (крупные детали): Роботизированная рука в сочетании с вакуумными присосками или зажимами для удаления отливки, избегая деформации, вызванной ручной обработкой.
Шаг 6: Постобработка
:Улучшение точности и внешнего вида отливок в соответствии с требованиями эксплуатации. После формовки необходимо удалить излишки материала, устранить дефекты и оптимизировать поверхность.
Шаг 7: Проверка качества
Благодаря многомерному контролю отсеиваются дефектные изделия, чтобы гарантировать соответствие отливок требованиям заказчика.
- Внешний осмотр: Визуальный контроль или контроль искусственным зрением для проверки на наличие пористости поверхности, трещин, вспышек, деформации и других дефектов.
- Контроль размеров: Использование штангенциркулей, микрометров (для простых размеров) и координатно-измерительных машин (для сложных размеров, точность ±0,005 мм), частота выборки ≥5% (в массовом производстве).
- Контроль внутренних дефектов: Неразрушающий контроль: Рентгеновский контроль (для проверки внутренней пористости и усадочных полостей), ультразвуковой контроль (для обнаружения трещин), контроль пенетрантом (для поверхностных трещин); Разрушающий контроль: Случайно отобранные отливки подвергаются металлографическому анализу (для проверки плотности микроструктуры) и испытанию на растяжение (для проверки механических свойств).
- Упаковка и отгрузка: Квалифицированные отливки упаковываются в соответствии с требованиями заказчика (например, заворачиваются в антикоррозийную бумагу, упаковываются в коробки по секциям) и маркируются с указанием партии и количества для отслеживания.
Решение для литья Suijin
Литье под давлением - это оптимальное решение для формовки крупносерийных, высокоточных и сложных деталей из цветных металлов, особенно подходящее для отраслей с жесткими требованиями к стоимости, эффективности и легкости (таких как автомобилестроение и электроника).