Ce este turnarea sub presiune a aluminiului?

Unul dintre cele mai populare procese de fabricație pentru producerea de piese metalice de înaltă precizie pe scară largă este aluminiu turnat sub presiune. Acesta este important în industriile contemporane care necesită o precizie ridicată a dimensiunilor, rezistență mecanică, greutate redusă și rentabilitate.

 Turnarea oțelului topit la înaltă presiune aliaj de aluminiu permite producătorilor pentru a produce forme complexe cu finisaj de suprafață ridicat și procesare secundară redusă. Această caracteristică face ca aluminiu turnat sub presiune una dintre cele mai bune opțiuni pentru automobile, electronice, utilaje industriale, dispozitive medicale și bunuri de consum.

În ultimele decenii, aluminiu turnat sub presiune a cunoscut progrese semnificative, determinate de progresele înregistrate în domeniul aliajelor, al proiectării și dezvoltării sculelor, al automatizării și al sistemelor de control. În prezent, este atât o tehnică de producție în masă, cât și un proces extrem de controlat, care se poate adapta toleranțelor strânse, cerințelor de performanță exigente și standardelor internaționale de calitate, inclusiv ISO 9001 și IATF 16949.

Procesul de turnare sub presiune a aluminiului

Regula generală de turnare sub presiune a aluminiului

Turnarea sub presiune a aluminiului este un proces de formare a metalului în care aliajul de aluminiu topit este presurizat într-o matriță de oțel călit sau matriță. Presiunea este de obicei între sute și mii de bari, iar metalul topit este făcut să umple cele mai mici și mai complexe caracteristici ale matriței. După injectare, metalul se răcește și se solidifică rapid, luând forma cavității matriței. Odată ce s-a solidificat, matrița este deschisă, iar piesa turnată este ejectată.

Utilizarea oțelului reutilizabil distinge matrițele de turnare sub presiune de alte procese de turnare, cum ar fi turnarea în nisip sau turnarea prin gravitație. Această reutilizare permite o calitate uniformă a pieselor, o eficiență ridicată a producției și o repetabilitate ridicată la volume mari de producție.

Procese în producția de aluminiu turnat sub presiune

Aluminum die casting este un proces de fabricație foarte eficient deoarece produce piese metalice complexe, de precizie, utilizate în producția de echipamente auto, electronice și industriale. Se realizează prin pomparea aluminiului topit într-o matriță foarte bine fabricată, sub presiune ridicată, urmată de finisare și inspecție a calității.

Rezumatul procesului de turnare sub presiune a aluminiului este următorul:

Analiza proiectării pieselor

Turnarea sub presiune este utilizată în turnarea aluminiului, iar pasul inițial este analizarea designului piesei. Inginerii iau în considerare grosimea pereților, unghiurile de tragere și amplasarea gurilor și a aerisirii pentru a identifica obstacolele potențiale și pentru a îmbunătăți fabricabilitatea. Acest lucru va aborda defectele și calitatea turnării.

Proiectarea matrițelor sau a matrițelor

În cadrul analizei, inginerii proiectează o matriță de turnare sub presiune cu cavități, miezuri, glisiere și linii de separare. Designul matriței trebuie efectuată corect pentru a obține o geometrie corectă, o curgere adecvată a metalului și o ejecție ușoară a piesei.

Scule, fabricație și selectarea materialelor

Matrițele de turnare sub presiune sunt de obicei fabricate din oțeluri pentru scule de înaltă calitate, cum ar fi H13, DIN 1.2344, 8407 și P20, care sunt dure, rezistente la uzură și termoconductoare. După selectarea materialelor, matrițele sunt produse prin procese de prelucrare de înaltă precizie, cum ar fi frezarea CNC, găurirea și EDM, și apoi supuse unei inspecții foarte stricte.

Topire și injectare

Topirea barelor din aliaj de aluminiu are loc într-un cuptor la 650-700 °C. Un piston hidraulic de mare viteză și înaltă presiune este apoi utilizat pentru a injecta aluminiul topit în cavitatea matriței. Această injecție de mare viteză acoperă complet matrițele.

Răcire, solidificare și ejecție

Matrița este umplută cu aluminiu topit, care se răcește și se solidifică după injectare. Este important să se controleze rata de răcire; în caz contrar, o răcire prea rapidă duce la porozitate, iar o răcire prea lentă duce la distorsiuni. Canalele din matriță ajută la menținerea unei temperaturi uniforme. Atunci când se întăresc, știfturile și plăcile de ejecție forțează ieșirea piesei în mod inofensiv, fără a răni piesa sau matrița.

Finisarea suprafețelor, prelucrarea și ajustarea

Tunderea se realizează manual sau automat pentru a îndepărta excesul de material, inclusiv strălucirea, patinele și bavurile. Altele sunt apoi prelucrate CNC pentru a obține toleranțe foarte fine sau pentru a adăuga ornamente, cum ar fi găuri filetate. Finisarea suprafeței poate spori durabilitatea și aspectul prin anodizare, acoperire cu pulbere, vopsire, galvanizare sau electroforeză.

Asamblarea finală și inspecția calității

Ca etapă premergătoare livrării, fiecare piesă de aluminiu turnat este supusă unei inspecții de calitate amănunțite pentru a îndeplini specificațiile clientului. Acesta poate fi, de asemenea, asamblat la finalizarea produsului, după cum este necesar, oferind astfel produse de înaltă calitate care îndeplinesc standardele globale.

Tipuri de procese de turnare sub presiune a aluminiului

Turnare sub presiune de înaltă presiune (High-Pressure Die Casting)

Cele mai utilizate aluminiu turnat sub presiune este turnarea sub presiune înaltă. Acesta utilizează mașini orizontale cu cameră rece, în care aluminiul topit este injectat în matriță la presiune și viteză extrem de mari.

Acesta este cel mai bun proces pentru realizarea de obiecte complexe cu pereți fini, cu o calitate ridicată a suprafeței și toleranțe reduse. Turnarea sub presiune se aplică frecvent la presiune ridicată în sectoarele auto, electronic și industrial.

Turnare sub presiune joasă (Low-Pressure Die Casting)

Turnarea sub presiune scăzută este un proces care injectează aluminiu topit în matriță la presiune scăzută, în comparație cu injectarea la viteză mare. În acest proces, controlul mai mare asupra mișcării metalului și turbulențele reduse au ca rezultat o calitate internă mai ridicată și o porozitate mai redusă.

Turnarea sub presiune a aluminiului se face adesea la presiune scăzută pentru a crea piese structurale și roți a căror integritate mecanică este de mare importanță.

Turnare sub presiune în vid

Este o turnare sub presiune de înaltă presiune, dar într-o formă sofisticată în care aerul este eliminat din cavitatea matriței înainte și în timpul injecției: turnarea sub vid.

Acest proces poate reduce foarte mult porozitatea și poate îmbunătăți proprietățile mecanice prin minimizarea gazelor prinse, făcând piesele turnate potrivite pentru tratament termic și sudare.

Considerații tehnice pentru turnarea sub presiune a aluminiului

Aliaje de aluminiu turnate sub presiune

Semnificația selecției aliajului

Datorită performanței ridicate a unei componente din aluminiu turnat sub presiune, aliajul este un factor determinant al performanței sale. Mai multe turnat sub presiune aliaje de aluminiu diferă în ceea ce privește rezistența, ductilitatea, rezistența la coroziune, conductivitatea termică și prelucrabilitatea. Alegerea aliajului este vitală pentru a asigura îndeplinirea cerințelor funcționale, minimizând în același timp costurile și îmbunătățind fabricabilitatea.

Considerații de proiectare pentru turnarea sub presiune a aluminiului

Proiectare pentru manufacturabilitate

Primul pas spre succesul turnării sub presiune a aluminiului este o piesă bine proiectată. Inginerii trebuie să acorde atenție comportamentului fluxului de metal, răcirii și ejecției. Grosimea peretelui trebuie să fie uniformă pentru a obține o răcire uniformă și a minimiza probabilitatea porozității, contracției și deformării.

Conexiunile ușoare dintre piesele groase și cele subțiri sporesc integritatea turnării și precizia dimensională. Suprafețele verticale sunt prevăzute cu unghiuri de tragere care facilitează ejectarea ușoară din matriță.

Piesele pot fi depuse în matriță, provocând deteriorarea suprafeței sau uzura sculei atunci când există un tiraj inadecvat. În locul colțurilor ascuțite, se folosesc filete și raze, care minimizează concentrarea tensiunilor și îmbunătățesc fluxul de metal în timpul injecției.

Toleranțe și așteptări privind finisarea suprafeței

Turnarea sub presiune a aluminiului oferă o precizie dimensională ridicată în comparație cu multe alte procese de turnare. Toleranțele comune variază de la -0,05 mm până la -0,2 mm, în funcție de dimensiunea și geometria piesei.

Finisajele suprafețelor sunt netede și uniforme, eliminând adesea necesitatea prelucrării sau lustruirii extensive. Cu toate acestea, găurile filetate, suprafețele de etanșare sau scaunele rulmenților pot fi în continuare caracteristici critice și pot necesita prelucrare CNC.

Controlul în turnarea sub presiune a aluminiului

Tehnici de control al proceselor

Producătorul trebuie să asigure o calitate constantă în aluminiu turnat sub presiuneși mențin un control strict al procesului în toate etapele de producție. Temperatura topiturii, rata de injecție, presiunea, rata de răcire și temperatura matriței sunt verificate și ajustate constant.

Fabricile bine dotate din punct de vedere tehnologic dispun de sisteme de monitorizare în timp real și de controale automate pentru a minimiza variațiile. Metodele de inspecție sunt inspecția vizuală, inspecția dimensională cu ajutorul unei mașini de măsurat în coordonate, inspecția cu raze X pentru detectarea porozității interne, testarea durității și testarea compoziției chimice.

Aceste măsuri de precauție sunt luate pentru a se asigura că toate loturile de piese turnate sunt conforme cu specificațiile și cerințele clientului și ale industriei.

Certificări și standarde în industrie

Producătorii de aluminiu turnat sub presiune bazat pe calitate au fost, de asemenea, certificați în cadrul sistemelor de management al calității recunoscute la nivel internațional. Toate cele trei certificări (IATF 16949, ISO 14001 și ISO 9001) demonstrează angajamentul companiei față de calitate, managementul mediului și îmbunătățirea continuă, pe care clienții din industria auto și industrială le apreciază foarte mult.

Finisarea finală a suprafețelor și a operațiunilor

Prelucrare și ajustare

Turnarea necesită îndepărtarea deșeurilor solide, de exemplu, patine, porți și blițuri. Tunderea poate fi efectuată manual sau prin intermediul preselor automate de tundere.

Atunci când sunt necesare toleranțe mai mari sau funcții mai specializate, se recurge la prelucrarea CNC. Centrele de prelucrare din zilele noastre sunt extrem de precise, fiabile și repetabile în cazul producției de volum mare.

Opțiuni de tratare a suprafeței

Aluminiul turnat sub presiune poate primi, de asemenea, diverse finisaje de suprafață pentru a îmbunătăți aspectul, rezistența la coroziune și funcționalitatea. Cele mai comune sunt galvanizarea, electroforeza, anodizarea, acoperirea cu pulbere și vopsirea. Utilizarea preconizată, estetica și accesibilitatea determină tipul de finisaj.

Avantaje și dezavantaje ale aluminiului turnat sub presiune

Turnarea sub presiune a aluminiului: beneficii

Procesul ideal este turnarea sub presiune a aluminiului, deoarece oferă greutate redusă și rezistență mecanică, ceea ce îl face potrivit pentru cazurile care necesită reducerea greutății. Procesul oferă eficiență în producție și stabilitate, precum și capacitatea de a produce geometrii complicate cu pierderi reduse.

Alte aspecte care fac aluminiul atractiv ca material de producție durabilă includ rezistența sa inerentă la coroziune și reciclabilitatea.

Contra și îngrijorări

Turnarea sub presiune a aluminiului este limitată, deși are avantaje. Sculele inițiale pot fi costisitoare și mai puțin rentabile atunci când volumul de producție este foarte scăzut.

De asemenea, este, de obicei, limitat la anumite clase de aliaje de aluminiu, iar incapacitatea de a controla procesul poate duce la apariția unor defecte, cum ar fi porozitatea sau variația dimensiunii. Aceste probleme au fost rezolvate printr-o bună proiectare, inginerie și sisteme de înaltă calitate.

Aluminum Die Casting: Aplicații industriale

Automobile și transport

Industria auto este unul dintre cei mai mari utilizatori de aluminiu turnat sub presiune. O parte din care pot fi utilizate pentru a exploata raportul rezistență-greutate al aluminiului pentru a spori economia de combustibil și a reduce emisiile sunt blocurile motor, carcasele de transmisie, suporturile și piesele structurale.

Echipamente electronice și electrice

Conductivitatea termică și electrică a aluminiului este excepțională, motiv pentru care carcasele electronice, radiatoarele și carcasele sunt adesea turnate din acesta. Aceste proprietăți conferă prioritate disipării eficiente a căldurii și ecranării electromagnetice.

Mașini, produse de consum și industrie

Echipamentele industriale, uneltele electrice, aparatele de iluminat și electrocasnice sunt turnate în aluminiu turnat sub presiune deoarece produce componente care sunt puternice, precise și atractive din punct de vedere vizual. Procesul facilitează performanța (funcțională) și designul actual al produsului.

Concluzie

Aluminum die casting este una dintre cele mai promițătoare și mai fiabile metode de producție la scară largă a componentelor metalice de înaltă calitate, ușoare și durabile. Presiunea ridicată pentru a forța o matriță de oțel reutilizabilă în aliaje de aluminiu topite permite producătorilor să producă geometrii complexe, toleranțe dimensionale strânse și finisaje de suprafață de calitate superioară cu operațiuni secundare minime.

Toate acestea subliniază nevoia de aluminiu turnat sub presiune în multe sectoare, inclusiv automobile, electronice, echipamente industriale, echipamente medicale, bunuri de consum și altele. Progresele în dezvoltarea aliajelor, proiectarea matrițelor, automatizarea și controlul proceselor au contribuit, de asemenea, la îmbunătățirea uniformității, calității și performanței componentelor din aluminiu turnat sub presiune.

Producătorii pot selecta procesul care îndeplinește cerințele lor structurale, mecanice și estetice, cu opțiuni care includ turnarea sub presiune a aluminiului la temperaturi înalte, joase și în vid. O atenție adecvată acordată proiectării pieselor, selecției aliajelor, calității sculelor și inspecției va contribui la eliminarea provocărilor tipice, cum ar fi porozitatea sau costurile ridicate ale sculelor.

În general, combinația de rezistență, reducere a greutății, eficiență a costurilor și durabilitate este o soluție ideală pentru turnarea sub presiune a aluminiului. Acesta poate fi reciclat cu ușurință, este rezistent la coroziune și îndeplinește cerințele actuale de calitate, fiind una dintre tehnologiile importante pentru satisfacerea cerințelor din mediile de producție de înaltă performanță și volum mare din lumea modernă.