В современном производстве процесс литья под давлением считается важным способом изготовления прецизионных металлических деталей. Он позволяет получать металлические детали сложной формы путем впрыска расплавленного металла в прецизионные формы под высоким давлением и широко используется в автомобильной промышленности, электронике и других областях, поддерживая технологическое развитие ряда ведущих отраслей. В данной статье будет проведен глубокий анализ основных процессов, выбора материалов и областей применения процесса литья под давлением, а также того, как этот процесс позволяет добиться инноваций и совершенства в производстве.

Что такое литье под давлением?

Литье под давлением - это эффективный и точный метод литья металлов, при котором используются многоразовые формы для производства металлических деталей сложной формы. В отличие от традиционных процессов литья, литье под давлением впрыскивает расплавленный металл в форму и особенно подходит для крупносерийного производства, обеспечивая высокую точность, повторяемость и превосходное качество поверхности.

Процесс литья под давлением первоначально использовался в полиграфической промышленности, но вскоре его потенциал для широкого применения распространился на ряд областей, включая автомобильную, аэрокосмическую и электронную промышленность. Сегодня литье под давлением использует преимущественно легкие металлы, такие как алюминий, цинк и магний, для изготовления широкого спектра изделий, от небольших сложных компонентов до важных автомобильных деталей. Основным преимуществом литья под давлением является способность создавать детали с очень жесткими допусками и снижать необходимость последующей механической обработки, что делает его незаменимой технологией в современном производстве.

Процесс литья под давлением

Производственный процесс литья под давлением можно разделить на несколько основных этапов:

1. Подготовка пресс-формы
   Формы являются основой процесса литья под давлением, и к распространенным типам форм относятся формы с одной полостью, многополостные формы и комбинированные формы. При проектировании формы необходимо учитывать сложность детали и масштаб производства, а перед использованием форму необходимо очистить и предварительно нагреть, чтобы избежать трещин и термических дефектов.
2. процесс впрыска
   В процессе впрыска расплавленный металл расплавляется и впрыскивается в форму в различных системах. В системе с горячей камерой плавление происходит внутри литейной машины, а в системе с холодной камерой расплавленный металл заливается в холодную камеру, где он под давлением впрыскивается в форму.
3. Охлаждение и застывание
   Расплавленный металл охлаждается и застывает в форме, образуя конечную деталь. Процесс охлаждения требует контролируемого давления для предотвращения дефектов в детали из-за усадки.
4. катапультироваться (из самолета)
   Когда металл полностью затвердевает, форма открывается, и выталкиватель машины выталкивает деталь наружу.
5. Обрезка и постобработка
   Чтобы обеспечить качество детали, необходимо удалить излишки материала и заусенцы. При необходимости точность детали можно дополнительно повысить с помощью таких методов последующей обработки, как шлифование.

Виды литья под давлением

В зависимости от процесса плавления и впрыска, процесс литья под давлением можно разделить на два основных типа: литье под давлением с горячей камерой и литье под давлением с холодной камерой:

• литье под давлением в горячих камерах (металлургия)
  Подходит для металлов с низкой температурой плавления, таких как цинк и некоторые другие.алюминий. В этом процессе используется пневматический плунжер для впрыска металла в форму через резервуар с расплавленным металлом, подключенный к машине для литья под давлением. Он эффективен, быстр и подходит для крупносерийного производства мелких деталей, обычно используемых в производстве бытовой электроники.
• Литье под давлением в холодной камере (металлургия)
  Используется для металлов с высокой температурой плавления, таких как алюминиевые и медные сплавы. При литье под давлением в холодной камере расплавленный металл сначала заливается в холодную камеру, а затем впрыскивается в форму через плунжер. Этот процесс подходит для деталей, требующих высокой прочности и жаростойкости, и широко используется в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Варианты литья под давлением и инновации

По мере развития технологий процесс литья под давлением претерпел множество вариантов и инноваций для удовлетворения различных промышленных потребностей. Например:

• гравитационное литьё под давлением: Расплавленный металл впрыскивается в форму под действием силы тяжести, что делает ее пригодной для производства большого количества точных отливок.
• литьё под давлением: Заполнение металла под низким или высоким давлением, подходит для производства деталей с высокими требованиями к точности, таких как автомобильные и аэрокосмические детали.
• вакуумное литьё под давлением: Улучшение качества поверхности и точности размеров за счет создания вакуумной среды, которая уменьшает задержку воздуха и подходит для изделий высокого класса.
• экструзионное литьё под давлением: Она может улучшить механические свойства и точность деталей и широко используется в автомобильных деталях.
• Полутвердое литье под давлением: Производство деталей со сложной геометрией с повышенной точностью и прочностью с помощью специальных температур литья.

Сравнение преимуществ и недостатков литья под давлением

Преимущества литья металлов под давлением - производственного процесса, широко используемого в промышленном производстве, - обусловили его важность в массовом производстве. Однако у него есть и некоторые ограничения, которые могут повлиять на его использование в определенных сценариях применения. Ниже анализируются основные преимущества и недостатки литья под давлением и причины их возникновения:

Преимущества литья под давлением

1. Отличная точность размеров
   Литье металла под давлением позволяет получать детали с высокой точностью размеров и особенно подходит для тех случаев, когда требуются жесткие допуски. Точность зависит от конструкции формы и процесса изготовления, и более высокая точность размеров может быть достигнута, особенно если формы изготавливаются на высокоточных станках с ЧПУ, таких как 5-осевые станки с ЧПУ. Кроме того, использование таких вариантов технологического процесса, как литье под низким давлением (LPDC) и гравитационное литье под давлением, помогает точно заполнить формы, что повышает точность детали.
2. Сложная геометрия
   Литье под давлением позволяет изготавливать детали со сложной геометрией, в том числе литые, с тонкими стенками и другими конструкциями. Благодаря этой особенности литье под давлением позволяет производить детали со сложной структурой и широким спектром функций в таких областях, как аэрокосмическая, автомобильная промышленность и бытовая электроника. Таким образом, конструкторы могут интегрировать больше функций в одну деталь, уменьшая необходимость последующей сборки.
3. Крупносерийное производство для быстрой доставки
   Литье под давлением - это крупносерийный производственный процесс, подходящий для изготовления большого количества деталей. При литье под высоким давлением производство ускоряется благодаря высокому давлению, что снижает производственные затраты на единицу детали. Особенно при использовании комбинированных форм можно одновременно изготавливать несколько деталей, что повышает производительность и экономическую эффективность в расчете на одну деталь.
4. Гладкая поверхность
   Благодаря высокому давлению, нагнетаемому в металл в процессе литья под давлением, литые металлические детали обычно имеют гладкую поверхность, особенно влитье под низким давлением, игравитационное литьёи других процессов. Такая высококачественная обработка поверхности не только улучшает внешний вид детали, но и снижает трудозатраты на последующую обработку поверхности.
5. Длительный срок службы пресс-формы
   литейная формаОбычно они изготавливаются из высококачественной стали с отличной устойчивостью к высоким температурам и давлению. Эти прочные стали позволяют пресс-формам выдерживать длительное использование и иметь долгий срок службы, снижая частоту замены пресс-форм и затраты на обслуживание при долгосрочном производстве.

Недостатки литья под давлением

1. Только для цветных металлов
   Процесс литья под давлением применяется в основном для цветных металлов, таких как алюминий, цинк и магний. Эти металлы имеют умеренные температуры плавления и легко впрыскиваются в формы под высоким давлением. Однако для черных металлов с более высокой температурой плавления, таких как сталь и чугун, литье под давлением не подходит. Для литья таких металлов, как сталь и чугун, требуется специальное оборудование и более сложные процессы, что делает применение литья под давлением несколько ограниченным.
2. Высокая стоимость пресс-формы
   Формы для литья под давлением более дороги в производстве, особенно при использованииобработка с числовым программным управлениемИзготовление пресс-форм - процесс сложный и дорогостоящий. Особенно при изготовлении сложных деталей использование форм из высококачественной стали еще больше увеличивает расходы. Хотя процесс литья под давлением подходит для крупносерийного производства, стоимость оснастки может стать ограничивающим фактором для небольших партий или сложных деталей.
3. Чувствительность к дефектам
   В процессе литья под давлением на деталях могут появляться пористость, усадка, пористость и другие дефекты, особенно при литье под высоким давлением эти дефекты встречаются чаще. Например, задержка воздуха в процессе литья может привести к образованию пор на поверхности детали, и эти поры могут образовывать пузырьки воздуха при термообработке, что влияет на качество детали. Для устранения этих дефектов могут потребоваться дополнительные этапы обработки поверхности, что увеличивает производственные затраты.
4. Не подходит для мелкосерийного производства
   Хотя литье под давлением подходит для крупномасштабного производства, оно требует больших первоначальных инвестиций, особенно в части постоянных затрат, таких как изготовление формы и наладка оборудования. В результате процесс литья под давлением обычно не подходит для мелкосерийного производства или изготовления разовых деталей. Для мелкосерийного производства более подходящими могут быть другие процессы (например, литье под давлением или обработка с ЧПУ), которые позволяют сократить затраты и сроки производства.

Металлические материалы Hershey's в литье под давлением

Металлические материалы, используемые в процессе литья под давлением, обычно представляют собой сплавы цветных металлов, таких как алюминий, магний и цинк. Эти сплавы обладают различными эксплуатационными характеристиками и подходят для разных условий применения. В следующей таблице приводится подробное сравнение распространенных сплавов для литья под давлением, перечислены их основные составы, температуры плавления, свойства и типичные области применения.

сплавы	Общие подтипы	база	Температура плавления (°C)	Основные характеристики	типичное применение
алюминий	a380, a360, a390, a413, adc12	Алюминий (Al), Медь (Cu), Кремний (Si), Магний (Mg)	577 - 660	Легкий вес, устойчивость к коррозии, высокая прочность, хорошая обрабатываемость и экономичность.	Автомобильная промышленность (компоненты двигателей, колеса, шасси), аэрокосмическая промышленность (структурные компоненты, корпуса), электроника (корпуса, корпуса)
магниевый сплав	az91d, am60b, as41b	Магний (Mg), алюминий (Al), цинк (Zn)	632 - 650	Очень легкая, хорошо поддается литью, подходит для применения в областях, чувствительных к весу, отлично поддается литью.	Аэрокосмическая промышленность (конструкция кузова, компоненты интерьера), автомобильная промышленность (легкие компоненты), электроника (портативные устройства, корпуса мобильных телефонов)
цинковый сплав	Цинковый сплав #2, #3, #5, #7, ZA8, ZA27	Цинк (Zn), алюминий (Al), медь (Cu), магний (Mg)	381 - 419	Отличная литейная способность, низкая температура плавления, подходит для сложных конструкций и экономически эффективна.	Электроника (разъемы, корпуса), фурнитура (замки, кнопки), игрушки и автомобильные детали (декоративные детали, шестеренки)
медный сплав	Латунь (например, C85700), бронза (например, C93200)	Медь (Cu), цинк (Zn) (латунь); Медь (Cu), олово (Sn) (бронза)	900 - 1083	Высокая прочность, отличная проводимость и коррозионная стойкость, долговечность.	Трубы (коррозионностойкие водопроводные трубы, газовые трубы), электрические разъемы (клеммы, электрические контакты), морские компоненты (коррозионностойкие компоненты), подшипники
сплав олова	-	Олово (Sn) (90%), медь (Cu) (2,5%), свинец (Pb) (7,5%), сурьма (Sb)	170 - 230	Низкая температура плавления, хорошая текучесть, коррозионная стойкость, легкое литье.	Декоративные изделия (украшения, поделки), статуэтки, сувениры
свинцовый сплав	-	Свинец (Pb), олово (Sn)	183 - 327	Низкая температура плавления, мягкий, хорошая коррозионная стойкость, подходит для защиты от радиации.	Радиационная защита (медицинское оборудование, ядерные установки), батареи (постепенно заменяются)
сплав на основе олова	-	Олово (Sn), медь (Cu), сурьма (Sb)	232	Низкая температура плавления, хорошие литейные свойства, хорошая коррозионная стойкость.	Электронные компоненты (материалы для пайки, электронные детали), ювелирные изделия, специальное применение (мелкие детали, ювелирные изделия)

Сравнение литья под давлением с другими производственными процессами

Литье под давлением часто путают с другими производственными процессами (например, литьем под давлением, ковкой, штамповкой и т.д.), особенно для тех, кто только начинает работать в сфере производства. Несмотря на их сходство, каждый процесс имеет свои уникальные преимущества и области применения. Ниже приведено сравнение литья под давлением с такими распространенными процессами, как литье под давлением и штамповка, чтобы помочь понять различия и сценарии применения:

Разница между литьем под давлением и литьем под давлением

Литье под давлением и литье под давлением - два популярных процесса формовки, оба используют принцип впрыска и подходят для изготовления деталей с замысловатыми деталями и превосходной отделкой поверхности. Однако применяемые материалы и процессы различаются. Ниже приведены основные различия между ними:

расхождение	литьё под давлением	литьё под давлением
рабочие процессы	Впрыск расплавленного металла под давлением в предварительно разработанные стальные формы	Инжекция расплавленного пластика под давлением в предварительно разработанные стальные или алюминиевые формы
makings	Сплавы цветных металлов (например, алюминий, цинк, магний)	Термопласты или термореактивные материалы
Материалы для пресс-форм	сталь (химия)	Сталь или алюминий
охлаждение	Более длительное время охлаждения	Более короткое охлаждение
скорость производства	относительно медленно	относительно скоро
стоимость обработки	Более высокая стоимость пресс-форм (при использовании стальных форм)	Снижение затрат на оснастку (использование алюминиевой оснастки)
стоимость компонентов	Выше (из-за более длительного времени производства)	Ниже (более быстрое время производства)

Разница между литьем под давлением и ковкой

Основное различие между ковкой и литьем под давлением заключается в способе придания им формы. Ковка предполагает формирование металла в твердом состоянии путем приложения сжимающих усилий, в то время как литье под давлением предполагает впрыск расплавленного металла в предварительно спроектированную форму. Эти два процесса также различаются по применяемым материалам, скорости производства и характеристикам деталей:

расхождение	кузница (металл)	литьё под давлением
рабочие процессы	Формование нагретого металла путем приложения сжимающего усилия	Впрыск расплавленного металла в форму под давлением
makings	Для черных и цветных металлов, таких как сталь и алюминий	Для цветных металлов, таких как алюминий, цинк и магний
Формовочные материалы	Нет необходимости в пресс-формах, но использование пресс-форм позволяет оптимизировать форму	Необходимо использовать пресс-формы
скорость производства	медленнее	относительно скоро
контроль толерантности	Средняя толерантность	Высокоточный контроль допусков
Окончательные свойства детали	Улучшение механических свойств	Механические свойства зависят от материала отливки

Разница между литьем под давлением и штамповкой

Штамповка - это процесс формования металлических листов с помощью пресса, который подходит для массового производства тонкостенных деталей. По сравнению с литьем под давлением штамповка отличается материалами и процессами формовки, особенно с точки зрения сложности применяемых деталей и производительности:

расхождение	литьё под давлением	перфоратор
рабочие процессы	Впрыск расплавленного металла в форму для формования	Формирование деталей из листового металла путем штамповки с использованием штампа.
makings	В основном сплавы цветных металлов (например, алюминий, цинк)	Подходит для всех видов металлических листов (например, сталь, алюминий)
Материалы для пресс-форм	сталь (химия)	сталь (химия)
Форма детали	Для деталей сложной формы	Для тонкостенных деталей и простых форм
скорость производства	медленнее	относительно скоро
точный	высокоточный	Низкая точность

Разница между литьем под давлением и 3D-печатью

3D-печать - это процесс аддитивного производства, при котором детали создаются путем послойного наложения материалов. 3D-печать обеспечивает большую гибкость и более быстрое создание прототипов, чем литье под давлением, но отличается по скорости производства и характеристикам деталей:

расхождение	литьё под давлением	3D-печать
рабочие процессы	Впрыск расплавленного металла в форму для формования	Послойная печать материалов на основе цифровых моделей
makings	Сплавы цветных металлов (например, алюминий, цинк)	Термопласты, металлические порошки и т.д.
Материалы для пресс-форм	сталь (химия)	Формы не требуются
скорость производства	медленнее	относительно скоро
точный	высокоточный	Умеренная точность
прибор	Массовое производство сложных деталей	Быстрое создание прототипов, малосерийное производство

Распространенные материалы для литья под давлением и их выбор

Алюминий, цинк, магний и другие сплавы являются распространенными материалами для литья под давлением, каждый из них обладает уникальными свойствами, подходящими для различных сценариев применения. Ниже приведены характеристики нескольких распространенных сплавов:

• алюминий: Легкие, коррозионностойкие, легко обрабатываются и широко используются в автомобильной, аэрокосмической промышленности и электронике.
• магниевый сплавОчень легкий вес для таких критичных к весу применений, как аэрокосмическая промышленность и бытовая электроника.
• цинковый сплавНизкая температура плавления, отличная литейная способность, широко используется в электронных продуктах, аппаратных средствах и деталях игрушек.
• медный сплав: Высокая прочность и хорошая электропроводность для электрических разъемов и морских компонентов.

Оптимизация проектирования и производства

Проектирование литья под давлением зависит не только от выбора материала, но и от таких факторов, как геометрия детали, угол вытяжки, радиус галтели и т. д., чтобы улучшить характеристики детали, повысить технологичность и экономическую эффективность. Например, правильный угол вытяжки может эффективно предотвратить прилипание деталей к форме и снизить риск повреждения; разумный радиус галтели может помочь равномерно распределить напряжения и избежать концентрации напряжений.

вынести вердикт

Литье под давлением стало незаменимой технологией в современном производстве благодаря высокой точности и возможности крупносерийного производства. Будь то автомобильные детали, электронные корпуса или аэрокосмические компоненты, технология литья под давлением обеспечивает прочную основу для инноваций и совершенства дизайна. По мере того как материалы и процессы продолжают совершенствоваться, литье под давлением будет и в будущем предлагать более эффективные и качественные решения для различных отраслей промышленности.

Распространенные проблемы литья под давлением и стратегии их решения

Почему литье под давлением подвержено пористости?
Карманы обычно возникают из-за неполного удаления воздуха из металла в процессе впрыска или из-за дефектов конструкции формы (например, плохой системы вентиляции). Стратегии включают оптимизацию конструкции вентиляционных отверстий пресс-формы, регулировку скорости и давления впрыска, а также использование более эффективной системы вентиляции.

Почему на поверхности отливок под давлением могут появляться дефекты?
Дефекты поверхности, такие как пузыри, складки и царапины, чаще всего возникают из-за неровной поверхности пресс-формы или неравномерного потока металла. Чтобы избежать подобных проблем, необходимо регулярно проверять качество поверхности формы и убедиться, что температура и скорость потока при впрыске стабильны.

В чем проблема усадочных отверстий в отливках под давлением?
Усадочное отверстие возникает из-за того, что при охлаждении отливки усадка металла не успевает восполнить наполнитель, часто появляется в крупных или сложных по форме отливках. Усадки можно эффективно избежать, оптимизировав конструкцию формы, повысив эффективность системы заливки и отрегулировав скорость охлаждения.

Склонны ли отливки под давлением к растрескиванию?
Растрескивание обычно возникает при неравномерном течении металла или слишком быстром охлаждении, а также может быть вызвано чрезмерным давлением впрыска или плохой конструкцией пресс-формы. Растрескивание можно уменьшить, контролируя скорость впрыска, температуру и давление, а также используя высокопрочные материалы.

Как быть с размерной нестабильностью литья под давлением?
Нестабильность размеров может быть вызвана износом пресс-формы, нестабильным давлением впрыска или неправильным температурным контролем. Регулярный капитальный ремонт и техническое обслуживание пресс-формы для поддержания стабильных условий впрыска, а также точная настройка системы температурного контроля могут эффективно решить проблему нестабильности размеров.

Как износ формы влияет на качество литья под давлением?
Износ форм может привести к потере точности изделий и даже повлиять на внешний вид и эксплуатационные характеристики отливок. Для борьбы с износом форм необходимо регулярно проводить их осмотр и замену, использовать износостойкие материалы, а также оптимизировать конструкцию и процесс изготовления форм.

Почему литье под давлением подвержено деформации?
Деформация обычно возникает из-за неравномерного охлаждения или плохой конструкции формы, особенно если отливка большая или сложная. Риск деформации можно снизить, отрегулировав систему охлаждения и оптимизировав конструкцию формы.

Как можно уменьшить холодную сегрегацию?
Холодная сегрегация - это дефект расслоения, образующийся из-за того, что металл не успевает полностью сплавиться при впрыске в форму. Для предотвращения холодной сегрегации необходимо оптимизировать скорость и температуру впрыска, чтобы обеспечить плавное течение металла, а также правильно спроектировать систему заливки и бегунки.

Необходима ли постобработка отливок под давлением?
Требования к последующей обработке отливок под давлением зависят от конструктивных требований и критериев качества поверхности детали. Некоторые детали требуют дополнительной обработки, такой как шлифование, сверление или удаление заусенцев, чтобы обеспечить жесткие допуски и чистоту поверхности.