Materiale de turnare sub presiune a aluminiului: Un ghid cuprinzător 

Rolul turnării sub presiune a aluminiului este un proces de fabricație utilizat pe scară largă, extrem de eficient, capabil să producă componente complexe, de înaltă rezistență și ușoare, cu o bună precizie dimensională. Este vorba de producția în masă de piese durabile și precise și se bazează pe principiul injectarea lichidului topit aluminiu în MOULD sub presiune ridicată. În aceste industrii în care performanța sau longevitatea depinde de proprietățile materialului, această tehnică este utilizată într-o mare varietate. Aliajul de aluminiu este un factor cheie în alegerea a ceea ce va fi produsul final, care include rezistența, rezistența la coroziune, proprietățile termice și prelucrabilitatea. Caracteristicile diferitelor aliaje de aluminiu sunt diferite, unele dintre acestea incluzând A380, echilibrul dintre rezistență și turnabilitate; A383, fluiditate superioară pentru piese complexe; și A360, rezistență ridicată la coroziune. În plus, elementele de cupru, mangan, magneziu și siliciu pot crește și mai mult proprietățile mecanice.

Pe lângă selectarea aliajului, producătorii pot, de asemenea, să consolideze piesele din aluminiu turnat sub presiune prin tratarea suprafeței, cum ar fi anodizarea, placarea sau acoperirea cu pulbere pentru a obține o rezistență mai mare la uzură, protecție împotriva coroziunii și duritate. În plus, grosimea uniformă a pereților, unghiurile de tragere și nervurile de armare reduc componentele de înaltă calitate și fără defecte la costuri reduse. Prin selectarea corectă a aliajului de aluminiu potrivit, prin tehnici de întărire adecvate și luând în considerare dimensionarea designului pieselor din aluminiu turnat sub presiune, producătorii de piese de înaltă performanță din aluminiu turnat sub presiune pot fi adaptați în mod specific la problemele industriale necesare. În acest ghid, explorăm cele mai bune materiale, proprietățile aliajelor și metodele de întărire și de luare în considerare a designului componentelor din aluminiu turnat sub presiune, care vor îmbunătăți durabilitatea și eficiența acestora.

Acest articol explică despre materialele de aluminiu turnat sub presiune, proprietățile aliajelor utilizate în procesele de turnare sub presiune, metodele de întărire și tratamentele de suprafață, precum și considerentele de proiectare pentru îmbunătățirea performanței, durabilității și eficienței de funcționare a componentelor turnate sub presiune.

Ce este turnarea sub presiune a aluminiului?  

Turnarea sub presiune a aluminiului este procesul de injectare a aluminiului topit la presiune ridicată într-o matriță de oțel (matriță) pentru a produce piese metalice complexe și durabile turnate cu precizie. Proprietățile ușoare pe care le are, rezistența, rezistența la coroziune și conductivitatea termică excelentă fac ca acesta să fie utilizat în mod obișnuit în aplicații auto, aerospațiale, electronice și industriale. Producția de mare viteză, rentabilitatea bună și precizia dimensională bună sunt posibile deoarece este un proces.

Designul pieselor turnate sub presiune din aluminiu 3 factori de luat în considerare 

Pentru a obține piese din aluminiu turnat sub presiune de înaltă calitate, rezistente și economice, este necesară o planificare atentă. Un design adecvat poate crește eficiența fabricației, reduce defectele și crește performanța generală. Piesele din aluminiu turnat sub presiune au trei parametri, dintre care factorii cheie sunt prezentați mai jos.

1. Grosimea și uniformitatea peretelui

De ce este important:

Umplerea, răcirea și solidificarea corectă a matriței sunt menținute cu o grosime constantă a peretelui.

Modificările de grosime pot apărea brusc și pot produce deformări, contracții și porozitate în piesa finală.

Cele mai bune practici

• Regularizați grosimea peretelui pentru a evita tensiunile interne și deteriorarea.
• Grosimea tipică a peretelui variază de la 1,5 mm la 4,0 mm, în funcție de dimensiunea piesei și de aplicație.
• Treceți de la o schimbare bruscă la o tranziție treptată pentru a elimina punctele slabe.

Exemplu

Ca și în cazul suporturilor pentru motoare auto, grosimea peretelui trebuie să fie constantă pentru a menține rezistența și stabilitatea termică în toate materialele.

2. Schițe de unghiuri și filete

De ce este important

Unghiurile simple de tragere ajută la îndepărtarea piesei din matriță, prevenind lipirea, defectele de suprafață. Filletele (marginile rotunjite) evită concentrarea tensiunilor și sunt mai durabile în matriță.

Cele mai bune practici

• Includeți un unghi de tragere de cel puțin 1° până la 3° pentru o ejecție lină.
• Utilizați filete pentru colțurile ascuțite pentru a crește rezistența și durata de viață a matriței.
• Evitați cavitățile adânci fără un tiraj și o armare corespunzătoare.

Exemplu

Diferite tipuri de carcase electronice utilizează margini rotunjite, unghiuri de tragere etc. pentru manufacturabilitate și rezistență.

3. Coaste și ranforsări 

De ce este important

Prin adăugarea de nervuri, greutatea rămâne redusă, dar rezistența este sporită. De asemenea, o astfel de ranforsare menține forma și rezistența sub presiune.

Cele mai bune practici

• Pentru a crește rigiditatea, adăugați nervuri în loc să măriți grosimea peretelui.
• Păstrați echilibrul având o grosime a nervurii de 50-60% din peretele adiacent.
• Asigurați-vă că nervurile sunt poziționate la o distanță uniformă una de cealaltă, astfel încât să reduceți riscul acumulării de tensiuni în cadrul structurii nervurilor.

Exemplu

Nervurile sunt utilizate pentru a menține rezistența ușoară a carcasei transmisiei auto, reducând în același timp cantitatea de material necesară.

Atributele principale ale aliajelor de aluminiu turnat sub presiune

Proprietățile materiale ale aliajelor de aluminiu turnat sub presiune constau în rezistență ridicată, greutate redusă și protecție excelentă împotriva coroziunii. Fiecare aliaj de aluminiu păstrează proprietăți materiale distincte care determină utilizarea sa practică.

Tabelul 1 prezintă turnarea sub presiune a aluminiului, care include atributele materiale esențiale ale acestora.

Produsele create prin turnare sub presiune a aluminiului demonstrează o rezistență mai mare decât cele realizate prin turnare în nisip, deoarece metoda lor de producție are ca rezultat răcirea rapidă și aranjarea rafinată a granulelor.

Aliaje comune de aluminiu utilizate indie-casting

Mai multe aliaje de aluminiu sunt utilizate în mod obișnuit în operațiunile de turnare sub presiune, fiecare oferind anumite proprietăți unice, care definesc în cele din urmă performanța și durabilitatea produsului. Aliajele de aluminiu pentru turnare care sunt cele mai utilizate sunt:

1. Aliaj de aluminiu A380 

Proprietăți: A380 este una dintre cele mai utilizate aliaje de aluminiu turnat sub presiune datorită "rezistenței, rezistenței la coroziune și conductivității termice" sale excelente. În plus, are o fluiditate bună, ceea ce îi permite să fie turnat în forme complexe.

Aplicații: Piesele auto, carcasele electronice, cutiile de viteze și suporturile de motor sunt utilizate pe scară largă în acest aliaj.

2. A383 Aliaj de aluminiu 

Proprietăți A383: Similar cu A380, dar cu o rezistență mai mare la fisurarea la cald și proprietăți îmbunătățite de umplere a matriței. Acest lucru oferă beneficii atunci când componentele finale sunt complicate și necesită o precizie puternică.

Aplicații: Se utilizează în piese complexe și cu pereți subțiri; în carcase electronice detaliate și componente de aparate.

3. Aliaj de aluminiu A360

Proprietăți: A380 are o ductilitate mai bună și o rezistență mai mare la coroziune și etanșeitate la presiune decât acest aliaj. Cu toate acestea, este mai dificil de turnat.

Aplicații: Potrivit pentru aplicații de înaltă performanță, cum ar fi componente aerospațiale și echipamente marine.

4. ADC12 Aliaj de aluminiu 

Proprietăți: Utilizat pe scară largă în Japonia și pe alte piețe asiatice cu caracteristici bune de turnare, stabilitate termică bună și rezistență ridicată. De asemenea, oferă o bună prelucrabilitate.

Aplicații: Utilizat în componente ale motoarelor auto, piese pentru biciclete și unelte electrice.

5. Aliaj de aluminiu AlSi10Mg 

Proprietăți: O rezistență ridicată și o combinație bună de proprietăți mecanice, proprietăți termice și de uzură bune. În aplicațiile de imprimare 3D și turnare sub presiune, acesta este adesea utilizat.

Aplicații: Comun în industria aerospațială, auto și piese industriale de înaltă performanță.

Proprietățile aliajelor care influențează rezultatul de ieșire 

Selectarea aliajului de aluminiu este un factor important care afectează calitatea, performanța și eficiența produsului final turnat sub presiune. Fiecare dintre aliaje prezintă caracteristici fizice, mecanice și chimice unice care vor afecta în mod direct precizia turnării, durabilitatea și rezultatul procesului. Cunoașterea acestor proprietăți permite producătorilor să aleagă cel mai bun material adecvat nevoilor lor.

Creșterea rezistenței pieselor turnate sub presiune din aluminiu 

Nivelul natural de rezistență al aluminiu turnat sub presiune există. Cu toate acestea, rezistența și proprietățile mecanice ale acestora pot fi totuși îmbunătățite prin elemente de aliere și tratamente de suprafață. Metoda potrivită este aleasă pentru a spori duritatea, rezistența la coroziune și performanța în general.

1. Elemente de aliere pentru îmbunătățirea rezistenței

Pentru a spori rezistența, rezistența la coroziune și prelucrabilitatea, în procedura de turnare sub presiune se adaugă unele elemente de aliere specifice. Elementele frecvent utilizate și efectul lor sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Tabelul 1: Elemente de aliere pentru sporirea rezistenței 

2. Tratamente de suprafață pentru creșterea rezistenței

De asemenea, acestea cresc duritatea, rezistența la uzură și la coroziune. Mai jos am descris cele mai eficiente tratamente:

Tabelul 2 Beneficii și tratamente de suprafață

Mai jos sunt enumerate proprietățile cheie ale aliajului în aluminiu turnat sub presiune care afectează rezultatele de ieșire.

1. Rezistență și duritate

Impact: Pe lângă rezistența și duritatea mai mari, crește capacitatea produsului de a rezista la deformare, uzură și impact.

Exemplu: Aliajul A380 este bine cunoscut pentru rezistența sa foarte ridicată și ar trebui să fie luat în considerare pentru piesele auto și structurale.

Precaut:  Aliajele mai dure sunt dificil de prelucrat și finisat.

2. Fluiditate și turnabilitate

Rezultat: Aliajele cu o fluiditate bună sunt ușor de contractat în modele de matrițe complexe, minimizând astfel defecte precum porozitatea și contracția.

De exemplu:  Aliajul A383 are o fluiditate mai bună decât A380 și este potrivit pentru componentele cu pereți subțiri.

Având în vedere: Trebuie avute în vedere umplerea completă și defectele de suprafață datorate fluidității reduse.

3. Rezistența la coroziune

Impact: Durata de viață a produsului este prelungită prin utilizarea de aliaje rezistente la coroziune în aplicații exterioare și marine.

De exemplu: Aliajele A360 și AlSi10Mg demonstrează o rezistență foarte bună la coroziune și, prin urmare, sunt candidați buni pentru utilizarea în aplicații marine și aerospațiale.

Considerații: Poate fi necesar să se adauge acoperiri sau tratamente suplimentare aliajelor care sunt mai puțin rezistente la coroziune.

4. Conductivitate termică și electrică

Disiparea căldurii: Îmbunătățirea disipării căldurii se traduce printr-o conductivitate ridicată, un avantaj necesar atât pentru componentele electronice, cât și pentru cele ale motorului.

De exemplu: Aliajul AlSi10Mg are proprietăți termice excelente și poate fi utilizat pentru radiatoare și în piese de motor.

Conductivitate termică: Conductivitatea termică ridicată poate fi compensată de o rezistență mai scăzută și necesită armare.

5. Ductilitate și tenacitate

Caracteristici: Componentele realizate dintr-un material mai ductil ar fi capabile să suporte îndoirea și deformarea fără a se fisura.

Exemplu: Aliajul A380 nu este la fel de ductil ca aliajul A360, care este astfel potrivit pentru a fi utilizat și în aplicații rezistente la impact.

Duritate și rezistență la uzură: Acestea devin cu atât mai mici cu cât aliajele sunt considerate mai ductile.

6. Mașinabilitatea și finisarea

Impact: Aliajele care sunt mai ușor de prelucrat vor crește productivitatea, vor reduce costurile de producție și vor îmbunătăți calitatea finisajului față de cea obținută prin rectificare.

Exemplu: Aliajul ADC12 este unul dintre materialele utilizate pe scară largă pentru componente de precizie datorită prelucrabilității sale bune.

Considerații privind prelucrarea: Pentru unele aliaje, este posibil ca suprafața să trebuiască să fie lustruită, ca atare, sau, de exemplu, acoperită, pentru a fi netedă.

7. Rezistența la contracție și porozitate

Aliaje:  Cu cât este mai mică contracția pe care o produce aliajul, cu atât sunt mai precise dimensiunile piesei și sunt mai puține defecte.

A380 are o contracție mai mică: decât aliajul A383 și, chiar dacă A380 are o contracție mai mare decât fierul, este mai bun pentru aplicații cu toleranțe strânse decât fierul, care are cea mai mică contracție dintre toate cele trei aliaje.

Avantaje: Generarea unei porozități ridicate poate reduce densitatea medie efectivă și poate crește rezistența la compresiune datorită efectului de ranforsare rezultat.

Factori de luat în considerare la alegerea unui material de aluminiu turnat sub presiune 

Mai multe aspecte care trebuie luate în considerare la selectarea aliajului de aluminiu adecvat pentru turnarea sub presiune pentru cea mai mare performanță la un cost minim includ:

• Rezistență și durabilitate: În funcție de aplicație, aceste aliaje oferă o rezistență mai mare la tracțiune și la impact.
• Rezistență la coroziune: Aliajele cu o bună rezistență la coroziune sunt bune pentru utilizarea în exterior sau în mediul marin.
• Conductivitate termică și electrică: Altele pot fi alegerea potrivită în medii cu temperaturi ridicate, cum ar fi radiatoare sau incinte electrice.
• Ușurința prelucrării: (prelucrabilitate) se referă la procesul post-fundare, inclusiv găurire, frezare și finisare.
• Cost și disponibilitate: Unele aliaje pot fi mai scumpe și mai puțin disponibile decât altele, ceea ce afectează costurile totale de producție.

Aplicații ale materialelor turnate sub presiune din aluminiu

Motivul pentru care materialele de turnare sub presiune a aluminiului sunt utilizate pe scară largă în multe industrii este că, pe lângă faptul că sunt ușoare și au o rezistență ridicată și proprietăți de rezistență la coroziune, acestea au și o conductivitate termică și electrică excelentă. Datorită acestor calități, aluminiul este un material excelent pentru producția de piese complexe de înaltă performanță, cu durabilitatea și precizia necesare. Unele dintre principalele industrii care utilizează materiale de turnare sub presiune a aluminiului sunt enumerate mai jos:

Industria auto

În industria automobilelor, turnarea sub presiune a aluminiului este una dintre cele mai importante piese, unde reducerea greutății vehiculelor este crucială pentru creșterea eficienței consumului de combustibil, reducerea emisiilor și îmbunătățirea performanțelor. Aluminiul este un material pe care producătorii preferă să îl utilizeze, deoarece poate produce piese puternice, dar ușoare. Unele aplicații comune includ:

• Componentele motorului (capete de cilindri, blocuri motor, pistoane și carcase de ulei).
• Transmisii și cutii de viteze care transmit puterea fără probleme.
• Componente structurale, cum ar fi părțile șasiului, componentele suspensiei și suporții.
• Conductivitatea termică ridicată și proprietățile ușoare sunt necesare pentru eficiența optimă a carcaselor bateriilor vehiculelor electrice (EV).

Echipamente industriale

Este important de știut că materialele din aluminiu turnat sub presiune sunt utilizate pentru aplicații industriale grele în care rezistența și durabilitatea sunt de cea mai mare importanță. Aceste materiale au o rezistență mare la uzură și pot rezista la condiții dure de funcționare:

• Utilizat în producția și automatizarea pieselor de mașini.
• Transfer uniform al fluidului și funcționare eficientă a carcasei pompei și a compresorului.
• Unelte și echipamente de mare putere care necesită performanțe de lungă durată cu întreținere redusă.
• Componente de sisteme hidraulice și pneumatice pentru o funcționare puternică și fiabilă în mediul industrial.

Industria electronică și electrică

Materialele de aluminiu turnat sub presiune au o disipare excelentă a căldurii, conductivitate electrică și rezistență la coroziune, ceea ce le face un material foarte util pentru industria electronică. Aplicațiile comune includ:

• Radiatoare care disipă eficient căldura în calculatoare, lumini LED și convertoare de putere.
•  Protejați componentele sensibile, cum ar fi carcasele și carcasele electronice.
• Conectorii și suporturile sunt utilizate în electronicele de larg consum, unitățile de alimentare și dispozitivele de comunicare.
• Rezistență fără a adăuga mai multă greutate la carcasele smartphone-urilor și laptopurilor.

Industria aerospațială și de apărare

În industria aerospațială și de apărare, materialele ușoare, dar puternice, joacă un rol esențial în creșterea eficienței consumului de combustibil și în sporirea capacității de încărcare și a performanței generale. Turnarea sub presiune a aluminiului oferă precizie ridicată și integritate structurală pentru următoarele.

• Acestea sunt utilizate pentru componentele motoarelor și turbinelor de aeronave care trebuie să reziste la căldură și coroziune.
• Reducerea greutății totale a părților structurale ale fuselajului fără a sacrifica durabilitatea.
• Carcase ale sistemului de navigație și control, care asigură fiabilitatea în condiții extreme.
• Pentru utilizarea în echipamente de grad militar, deoarece necesită puterea și precizia necesare pentru performanța și siguranța necesare.

Bunuri de consum și aparatură electrocasnică

Industria aparatelor de uz casnic și a bunurilor de consum utilizează, de asemenea, aluminiu turnat sub presiune pe scară largă datorită naturii ușoare a aluminiului, atractivității sale estetice și rezistenței sale la coroziune. Unele utilizări comune includ:

• Rezistența termică este ridicată, utilizată pentru piese de frigider și cuptor.
• Componente durabile și anti-corozive ale mașinii de spălat.
• Rame puternice și elegante pentru mobilier și feronerie decorativă.
• Cum ar fi mașinile de găurit și ferăstraiele, unde construcția ușoară poate fi utilizată pentru a îmbunătăți capacitatea de utilizare.

De ce aluminiu turnat sub presiune?

• Popularitatea sa în mai multe industrii pentru turnarea sub presiune a aluminiului se datorează:
• Ușoară și rezistentă - Nevoie de diminuare a consumului de combustibil și de avansare a întinderii.
• Rezistență la coroziune - Asigură durabilitatea în medii dificile.
• Conductivitate termică și electrică - Ideal pentru aplicații electronice și energetice.
• Rentabilitate în producția de masă - Reduce risipa de material și costurile post-procesare.
• Pot fi formate forme complexe - Se poate obține un grad ridicat de complexitate a designului.

Turnarea sub presiune a aluminiului va continua să fie o tehnologie-cheie pentru astfel de inovații, deoarece industriile continuă să solicite materiale mai ușoare, mai puternice și mai eficiente. Există două motive principale pentru creșterea turnării sub presiune a aluminiului: este posibilă dezvoltarea aliajelor, automatizarea și durabilitatea și va crește.

Concluzie 

În timpurile actuale, turnarea sub presiune a aluminiului este încă o parte fundamentală a producției datorită soluțiilor ușoare, puternice și rentabile pe care le oferă diferitelor industrii. Alegerea aliajelor de aluminiu, cum ar fi A380, A383, A360, ADC12, precum și AlSi10Mg, este deosebit de semnificativă pentru rezistența lor, rezistența la coroziune și performanța termică. Fiecare aliaj este unic, cu unele avantaje care vor fi utilizate în aplicații auto, aerospațiale, industriale și de consum. Selectarea aliajului nu este complet suficientă pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice ale pieselor turnate sub presiune din aluminiu, în schimb, elementele de aliere și tratamentul de suprafață pot fi utilizate pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice. Zincarea, anodizarea și tehnicile de acoperire cu pulbere sporesc rezistența la uzură și durata de viață. Pe lângă aceasta, piesele proiectate cu atenție ar trebui să aibă o grosime uniformă a peretelui, unghiuri de tragere corecte și nervuri de armare, pentru a reduce defectele și a facilita fabricarea eficientă. Combinația corectă de material, tratament și abordare de proiectare pentru utilizarea pieselor turnate sub presiune anum asigură faptul că producătorii produc piese de înaltă calitate care îndeplinesc cerințele de înaltă performanță. Turnarea sub presiune a aluminiului va continua să fie o formă fiabilă și versatilă de proces de fabricație pentru componentele motoarelor auto, structurile aerospațiale sau electronicele de precizie și aplicațiile de mai sus.

Întrebări frecvente (FAQ)

1. Care este cel mai potrivit aliaj de aluminiu pentru turnarea sub presiune?

Aluminiul A380 este unul dintre cele mai frecvent utilizate aliaje de aluminiu în turnarea sub presiune, datorită echilibrului său bun de rezistență, rezistență la coroziune și turnabilitate. Este foarte utilizat în aplicații auto și industriale.

2. Care sunt modalitățile de creștere a rezistenței pieselor din aluminiu turnat sub presiune?

Rezistența pieselor turnate sub presiune din aluminiu poate fi îmbunătățită prin elemente de aliere precum cupru, magneziu și siliciu sau prin tratarea suprafeței, precum anodizarea, placarea sau acoperirea cu pulbere.

3. Care sunt principalele motive pentru turnarea în aluminiu a pieselor componente ale matrițelor?

Componente ușoare și puternice, conductivitate termică și electrică excelentă, rezistență la coroziune, capacitatea de a produce forme complexe cu o precizie foarte mare pot fi produse cu aluminiu turnat sub presiune.

4. Care industrii utilizează în mod normal materiale de turnare sub presiune a aluminiului?

În funcție de cerințele unice de turnare, aluminiu turnat sub presiune este utilizat în fabricarea tuturor tipurilor de piese de motor, cutii de transmisie, componente structurale, radiatoare, incinte, pompe, compresoare, automobile, aerospațiale, electronice și utilaje industriale.

5. Care metodă de turnare este mai bună decât turnarea sub presiune a aluminiului în comparație cu alte metode de turnare?

Datorită umplerii matriței cu presiune ridicată și a procesului de răcire rapidă, turnarea sub presiune a aluminiului oferă o precizie mai mare și o producție mai rapidă decât turnarea cu nisip și turnarea prin investiții, cu piese mai puternice.