Процесс литья под давлением
Введение в литье под давлением
Литье под давлением (GDC) — это классический процесс формовки металла. Его основной принцип заключается в использовании силы тяжести для впрыскивания расплавленного металла в заранее изготовленную металлическую форму (обычно из чугуна, стали или медного сплава). После того, как расплавленный металл остывает и затвердевает в форме, форма открывается, и отливка извлекается.
Этот процесс широко используется в автомобильной, машиностроительной, аэрокосмической и бытовой промышленности и особенно подходит для массового производства средних и крупных металлических деталей сложной формы с высокими требованиями к точности размеров.
Процесс литья под давлением
Литье под давлением (GD/литье в форму) основано на принципе использования силы тяжести для направления расплавленного металла в металлическую форму, где он охлаждается и затвердевает, образуя высокоточные отливки. Весь процесс требует строгого контроля состояния формы, качества расплавленного металла, параметров заливки и методов последующей обработки для обеспечения стабильности и выхода отливок.
Suijin Machinery предоставляет стандартные технологические процессы для крупномасштабного промышленного производства, а также предлагает оптимизированные решения для мелкосерийной индивидуализации.
Этап 1: Проектирование и изготовление пресс-форм / Контроль качества
Основные операции:
- Разработка форм (включая полости, литники, подводы, вентиляционные каналы и выталкивающие механизмы) специально для литейной конструкции, чтобы обеспечить плавный поток расплавленного металла, достаточное питание и тщательную вентиляцию (во избежание пористости и усадочных полостей);
- Используйте сталь для горячей штамповки (например, H13) в качестве материала для формы, подвергшуюся термообработке (закалка + отпуск) для повышения термостойкости и износостойкости. Отполируйте поверхность полости до Ra 3,2-6,3 мкм (для обеспечения гладкой поверхности отливки);
- Предварительная проверка формы: очистите полость от остаточных загрязнений, проверьте износ/деформацию полости, проверьте гибкость выталкивающего механизма и убедитесь в отсутствии препятствий в охлаждающих каналах (если система охлаждения включена).
Контроль качества:
Допуски на размеры формы должны быть на 1-2 степени выше, чем требования к литью. Ширина вентиляционного канала составляет 0,2-0,5 мм, глубина — 0,1-0,3 мм, чтобы предотвратить перелив расплавленного металла и обеспечить эффективную вентиляцию.
Этап 2: Подготовка сырья и выплавка металла
Основные операции:
- Выберите подходящие сплавы (например, алюминиевый сплав A356, цинковый сплав ZAMAK 5, медный сплав латунь H62). Сырье должно соответствовать отраслевым стандартам (например, ASTM, GB/T), а с поверхности необходимо удалить масло, оксидную кору и другие примеси.
- Подготовьте материалы в соответствии с соотношением формулы и нагрейте их до расплавленного состояния в печи (например, резистивной печи, индукционной печи): алюминиевый сплав 650-700 ℃, цинковый сплав 380-420 ℃, медный сплав 900-1100 ℃.
- Обработка металла: добавьте рафинирующие вещества (например, гексахлорэтан для алюминиевых сплавов) для удаления газов и примесей. Оставьте на 5–10 минут, чтобы обеспечить однородный состав. Проанализируйте состав сплава с помощью спектрометра, чтобы убедиться, что он соответствует стандартам.
Контроль качества:
Содержание газа в расплавленном металле ≤ 0,15 мл/100 г (алюминиевый сплав), содержание примесей ≤ 0,51 TP3T, чтобы избежать пористости и включений в отливках, вызванных газами или примесями.
Шаг 3: Предварительная обработка формы
Основные операции:
- Предварительный нагрев формы: используйте электрический или газовый нагрев, чтобы повысить температуру формы до 150-300 ℃ (отливки из алюминиевого сплава), 100-200 ℃ (отливки из цинкового сплава). Это предотвращает контакт низкотемпературной формы с высокотемпературным расплавленным металлом, что может привести к холодному замыканию или неполной заливке.
- Нанесение разделительного средства: Нанесите тонкий слой термостойкого разделительного средства (например, на основе графита или жидкого стекла) равномерно на поверхности полости, литника и выталкивающего механизма. Толщина слоя должна составлять 0,05–0,1 мм, чтобы обеспечить плавное извлечение отливки из формы и защитить полость формы.
Контроль качества:
Температура формы должна быть равномерной (разница температур ≤20℃). Не допускается скопление или пропуск нанесения разделительного средства, чтобы не повлиять на качество поверхности отливки и эффект извлечения из формы.
Шаг 4: Закрытие и позиционирование формы
Основная деятельность:
- Закройте верхнюю и нижнюю формы или многосегментные формы с помощью устройства для закрытия форм (ручного, гидравлического или механического привода), чтобы обеспечить точное позиционирование форм (зазор между установочным штифтом и установочным отверстием должен быть ≤0,03 мм) для предотвращения смещения и образования излишних заусенцев на отливке.
- Проверьте давление закрытия формы: отрегулируйте давление в соответствии с размером формы (обычно 0,5-2 МПа), чтобы обеспечить плотное закрытие формы и предотвратить перелив расплавленного металла.
Контроль качества:
После закрытия формы полость должна иметь хорошую герметичность без заметных зазоров, а отклонение в позиционировании должно быть ≤0,05 мм.
Шаг 5: Заливка металла
Основные операции:
- Метод разливки: ручная разливка (небольшие партии, простые отливки) или автоматическая механическая разливка (большие партии, высокоточные отливки, например, роботизированные манипуляторы + машины для количественной разливки);
- Контроль параметров разливки: равномерная скорость потока металла (без турбулентности), скорость разливки 0,5-2 л/с (регулируется в зависимости от размера отливки), температура разливки на 30-50 °C выше температуры плавления сплава (для обеспечения текучести);
- Угол заливки: плавно заливайте по литнику, избегая прямого удара по стенке полости (чтобы предотвратить попадание воздуха и износ полости), обеспечивая медленное заполнение металлом всей полости.
Контроль качества:
Отсутствие разбрызгивания и прерываний во время заливки, время заполнения полости контролируется в пределах 5-30 секунд (в зависимости от сложности литья), что позволяет избежать чрезмерно быстрого заполнения, приводящего к пористости, и чрезмерно медленного заполнения, приводящего к холодным зазорам.
Шаг 6: Охлаждение и затвердевание
Основные операции:
- Естественное охлаждение (простые отливки) или принудительное охлаждение (сложные, высокоточные отливки): охлаждающая вода или сжатый воздух подаются через встроенные в форму охлаждающие каналы для регулирования скорости охлаждения.
- Время охлаждения: регулируется в зависимости от толщины отливки и типа сплава (например, 10-20 секунд для отливок из алюминиевого сплава толщиной 2-5 мм, 30-60 секунд для отливок толщиной 10-20 мм) для обеспечения полного затвердевания и плотной внутренней структуры.
Контроль качества:
Во время процесса охлаждения запрещается преждевременное открытие формы (во избежание деформации и растрескивания отливки). Извлечение из формы разрешается только после затвердевания отливки и понижения температуры ниже 200 °C (алюминиевые сплавы) или ниже 150 °C (цинковые сплавы).
Шаг 7: Открытие формы и извлечение отливки
Основные операции:
- По истечении заданного времени охлаждения отливка извлекается из полости формы с помощью выталкивающего механизма (гидравлический выталкивающий штифт, механический выталкивающий стержень). Скорость выталкивания является равномерной (во избежание повреждения отливки при ударе).
- Отливка удаляется вручную или с помощью роботизированной руки, при этом одновременно удаляются заусенцы с литниковой системы, подводных каналов и точек соединения с отливкой (предварительная очистка).
Контроль качества:
В процессе извлечения исключаются столкновения и царапины на отливке. Следы от выталкивания имеют глубину ≤0,1 мм и не влияют на внешний вид или характеристики отливки.
Шаг 8: Удаление литников, подливок и обломоков
Основная деятельность:
- Удалите литники, подводные каналы и заусенцы с отливки с помощью механической резки (например, резки абразивным кругом, плазменной резки), штамповки или шлифования;
- После резки зачистите срезанные края, чтобы обеспечить гладкую поверхность без острых заусенцев (высота заусенцев ≤ 0,1 мм).
Контроль качества:
Избегайте повреждения литого корпуса во время процесса удаления; гладкость реза ≤ 0,2 мм/м.
Шаг 9: Очистка и осмотр отливки
Основные операции:
- Очистка поверхности: удалите оксидную окалину, остатки разделительного агента и примеси с поверхности отливки с помощью дробеструйной очистки (стальная дробь диаметром 0,2–0,5 мм), пескоструйной очистки или химической очистки.
- Визуальный осмотр: Визуально осмотрите поверхность отливки на наличие дефектов, таких как пористость, трещины, холодные завалы, включения и усадочные полости (диаметр пористости поверхности ≤ 0,5 мм и не более 2 на квадратный сантиметр).
- Проверка размеров: используйте штангенциркули, микрометры и координатно-измерительные машины для проверки критических размеров отливки (допуски должны соответствовать проектным требованиям, например ±0,1–0,3 мм).
- Внутренний контроль качества (критические отливки): Использовать рентгеновский контроль, ультразвуковой контроль или капиллярный контроль для проверки наличия внутренних дефектов, таких как усадочные полости и трещины (площадь внутренней усадочной полости ≤ 0,5%).
Контроль качества:
Допустимый уровень дефектов внешнего вида ≤ 3%, допуск по размерам ≥ 98%, внутренние дефекты в критических отливках должны соответствовать стандартам ASTM E446 или GB/T 6402.
Шаг 10: Последующая обработка (при необходимости)
Основные операции:
- Обработка: Токарная, фрезерная, сверлильная и шлифовальная обработка выполняется на ключевых частях отливок (таких как монтажные отверстия и сопрягаемые поверхности) для улучшения точности размеров и качества поверхности (например, шероховатость сопрягаемой поверхности Ra 1,6-3,2 мкм);
- Термообработка: отливки из алюминиевого сплава подвергаются старению (150-200 ℃, выдержка в течение 2-4 часов) для повышения прочности и твердости; отливки из медного сплава подвергаются отжигу для устранения внутренних напряжений;
- Обработка поверхности: окраска, анодирование (алюминиевый сплав), гальваническое покрытие (цинковый сплав/медно-сплав) и пассивация выполняются в соответствии с требованиями применения для улучшения коррозионной стойкости и внешнего вида.
Контроль качества:
После механической обработки допуски по размерам составляют ≤±0,05 мм (ключевые детали); после термообработки твердость соответствует проектным требованиям (например, алюминиевый сплав HB 80-100); адгезия слоя поверхностной обработки соответствует стандартам (отсутствие отслоения при испытании на адгезию поперечным разрезом).
Шаг 11: Упаковка готовой продукции и складирование
Основные операции:
- Классифицировать и маркировать отборные отливки (с указанием модели, партии и даты производства);
- Используйте влагостойкую и ударопрочную упаковку (например, пузырчатую пленку, перловый хлопок + картонную коробку), чтобы избежать повреждений во время транспортировки;
- Перед складированием провести окончательную выборочную проверку (частота выборки ≥ 5%) и зарегистрировать отливки на складе после подтверждения отсутствия проблем с качеством.
Решение для литья Suijin
Литье под давлением — это высокоточный, высокоэффективный и высокопроизводительный процесс формовки металла. Его основные преимущества заключаются в стабильном качестве литья, высокой эффективности производства и высокой степенью использования материала, что делает его особенно подходящим для производства отливок из сплавов с хорошей текучестью, таких как алюминиевые и цинковые сплавы. Хотя первоначальные инвестиции в формы относительно высоки, этот процесс позволяет значительно снизить себестоимость единицы продукции при массовом производстве, что делает его основным процессом литья в таких отраслях, как автомобилестроение, машиностроение и производство бытовой техники.