Что такое литье под высоким давлением?

Одним из важнейших процессов обработки металлов, который используется сегодня, является литье под высоким давлением. Он характеризуется возможностью изготовления высокоточных деталей. К этому процессу производители прибегают, когда им требуются качественные детали в больших количествах. Процесс достигается за счет сильного давления на расплавленный металл и вдавливания его в стальную форму, называемую штампом. Давление используется для поддержания потока металла во всех углах формы. В результате получаются детали с мелкими деталями, узкими стенками и гладкими поверхностями. Поэтому литье под высоким давлением будет удобным выбором в промышленности, где требуется точность и однородность.

Примерами металлов, которые обычно используются в процессе, являются алюминий, цинк и магний. У этих материалов есть свои преимущества. Литье под давлением Алюминий легкий и не подвергается коррозии. Причина в том, что Литье под давлением с цинком можно отливать тонкие и замысловатые конструкции. Прочность литьё под давлением магния очень легкая. Литье под высоким давлением используется в большинстве отраслей промышленности. Оно обеспечивает жизненно важные детали в автомобильной, аэрокосмической, электронной промышленности и производстве потребительских товаров. 

Этот процесс обеспечивает долговечность и производительность корпусов двигателей, а также корпусов электроники и прочего. В этой статье мы рассмотрим функциональность литья под высоким давлением, используемый материал, его преимущества, ограничения и многочисленные области применения.

Литье под высоким давлением

Литье под высоким давлением имеет более чем 100-летнюю историю. Его создание относится к XIX веку, когда он использовался для создания типографского шрифта. Со временем технология была усовершенствована и стала неотъемлемой процедурой в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Одним из наиболее эффективных методов производства композитных металлических деталей в настоящее время является литье под высоким давлением. Он может применяться в тех случаях, когда необходимы точность, долговечность и скорость. Этот процесс был принят производителями, потому что он обеспечивает значительное производство, регулярное качество, гладкие и детализированные формы, которые соответствуют требованиям современного машиностроения.

Процесс литья под высоким давлением

Литье под высоким давлением - это быстрый процесс, который отличается точностью и применим в массовом производстве. Это сочетание высоких машин с расплавленным металлом, которое позволяет получать точные и детализированные детали. Это эффективно, поскольку весь процесс позволяет производителям выпускать тысячи деталей одинакового качества.

Подготовка штампа

Все начинается с подготовки штампа. Стальная форма или штамп тщательно моется и опрыскивается смазкой. Это делается для того, чтобы регулировать температуру и гарантировать, что металл не прилипнет к поверхности формы. Она должна быть подготовлена должным образом, так как это путь к плавному извлечению готовой отливки.

Плавление металла

После прочтения штампа предпочтительный материал - алюминий, цинк или магний - расплавляется в печи. Металл должен быть нагрет до нужной температуры, чтобы достичь полного жидкого состояния. От качества плавки во многом зависит прочность и отделка готовой отливки.

Инжекция металла

Расплавленный металл подается в пресс-форму под очень высоким давлением. Это давление давит на металл во всех углах полости формы. Это позволяет получать тонкие стенки, острые края и сложные формы, которые трудно получить при других способах литья.

Охлаждение и затвердевание

После впрыска металл быстро застывает в стальной форме. Периоды охлаждения также очень коротки: они могут занимать всего несколько секунд. Быстрое охлаждение обеспечивает прочность детали и помогает сохранить ее нужный размер.

Выброс из матрицы

Когда металл застывает, пресс-форму открывают. Отливка вытесняется из формы выталкивающими штифтами. На этом этапе деталь обретает форму, но в ней все еще остается дополнительный материал, который необходимо удалить.

Обрезка и отделка

Последний этап - отделка и подготовка. Излишки металла удаляются, что называется "вспышкой". В зависимости от потребностей, деталь может быть обработана, отполирована, окрашена или покрыта лаком. Это гарантирует, что деталь готова к использованию.

Автоматизация на современных заводах

Литье под высоким давлением на современных заводах полностью автоматизировано. Этапы впрыска, охлаждения и выталкивания выполняются с точностью роботов. Автоматизация повышает стабильность, снижает трудозатраты и делает этот метод идеальным для массового производства.

Сырьевые материалы для литья под высоким давлением

Литье под высоким давлением идеально подходит для цветных металлов, имеющих относительно низкую температуру плавления. Наиболее распространенными являются:

Алюминий

Самый популярный из них - литьё алюминия под давлением. Это сочетание малого веса и высокой прочности. Алюминиевые изделия также устойчивы к коррозии, поэтому подходят для автомобилей, самолетов и электроники.

Цинк

Мелкие детали, отличающиеся тонкостью и точностью, лучше всего отливать из цинка. Цинк обладает хорошей вязкостью и прочностью. Тонкие стенки и изящные детали из него также возможны. Поэтому он подходит для изготовления разъемов, корпусов и декоративных деталей.

Магний

Магний - самый легкий конструкционный литой металл. Он обладает хорошим соотношением прочности и веса. Он широко применяется в аэрокосмической промышленности, автомобилестроении и бытовой электронике в тех областях, где легкий вес является важным фактором.

Медные сплавы

Сплавы также могут быть изготовлены из меди, но это не так часто встречается. Они очень твердые, обладают высокой износостойкостью и электропроводностью. Все материалы обладают своими достоинствами в зависимости от использования. Алюминий выбирают как прочный и устойчивый к коррозии материал, цинк - как точный, а магний - как легкий компонент.

Инструмент и штампы для литья под высоким давлением

Самый важный аспект этого процесса - штамп, или пресс-форма. Для изготовления штампов используется закаленная инструментальная сталь, которая выдерживает чрезмерное нагревание и давление.

Штампы бывают двух основных типов:

1. Однополостные штампы - Одна деталь за цикл.
2. Многогнездные штампы - Используются для одновременного изготовления двух или более деталей одного типа.

Также можно разработать штамп, позволяющий создавать различные детали за один цикл, - комбинированный штамп. Стоимость оснастки также высока, но срок службы штампов велик, поэтому они используются в очень крупном производстве.

Типы машин для литья под высоким давлением

Машины для литья под высоким давлением предназначены для работы с различными металлами. Это машины с холодной камерой и машины с горячей камерой. Все машины имеют свои преимущества и выбираются в зависимости от температуры плавления отливаемого металла.

Машины для горячего камерного литья под давлением

Металлы с низкой температурой плавления, в том числе цинк и некоторые магниевые сплавы, обрабатываются в машинах с горячей камерой. В этом случае металл остается расплавленным внутри машины. Расплавленный металл напрямую связан с системой впрыска. Такая схема обеспечивает чрезвычайно высокую продолжительность цикла. Литье под давлением в горячей камере эффективно и в значительной степени подходит для производства крошечных и хрупких литых компонентов из цинка.

Машины для литья под давлением в холодной камере

Машины с холодной камерой применяются для металлов с более высокой температурой плавления, таких как алюминий и магний. При этой технологии расплавленный металл сначала плавится в другой печи. Затем он переносится в камеру впрыска и под высоким давлением подается в матрицу. Этот способ немного более трудоемкий, однако он необходим при работе с высокотемпературными материалами. Литье под давлением в холодной камере используется в большинстве случаев литья алюминия под давлением, когда важны прочность и малый вес.

Выбор подходящей машины

Существует два вида машин: машины с горячей камерой и машины с холодной камерой, которые определяются характером металла и потребностями детали. Машины с горячей камерой быстро и эффективно работают при литье под давлением цинка. В случае литья алюминия под давлением и магния машины с холодной камерой обеспечивают долговечность, необходимую для высокоплавких металлов.

Преимущества литья под высоким давлением

Преимущества литья под высоким давлением перед другими видами литья:

• Точность - Выводит правильные и тонкие формы.
• Скорость - Время цикла очень короткое, что позволяет осуществлять массовое производство.
• Качество поверхности - Детали хорошо обработаны, поэтому не требуют механической обработки.
• Прочность - Детали мощные и прочные, особенно если они изготовлены из алюминия/магния.
• Эффективность - Отходы материалов невелики, так как используются многоразовые штампы.

Все эти преимущества позволили литью под высоким давлением стать одним из самых экономически эффективных производственных процессов, когда речь идет о массовом производстве.

Недостатки литья под высоким давлением

Несмотря на сильные стороны, он имеет определенные ограничения:

• Высокая стоимость инструмента - Разработка и производство штампов требуют больших затрат. Это делает процесс нецелесообразным для крупномасштабного производства.
• Ограничение по размеру - Этот метод может оказаться сложным для изготовления очень больших деталей.
• Пористость - Иногда внутри металла задерживается газ, что снижает прочность при определенных условиях.
• Плохие материалы - Не каждый металл может быть использован. Металлы с очень высокой температурой плавления не подходят.

Эти факторы учитываются перед тем, как производители выбирают процесс.

 Области применения литья под высоким давлением

Одним из самых гибких производственных процессов является литье под высоким давлением. Он широко применяется в отраслях, где требуются прочность, точность и скорость. Благодаря возможности изготовления сложных форм и отделки оно является надежным вариантом в современном производстве.

Автомобильная промышленность

Литье под высоким давлением больше всего используется в автомобильной промышленности. Из алюминия отливают блоки двигателей, корпуса трансмиссий, кожухи и кронштейны. Эти компоненты должны быть легкими и мощными, чтобы повысить экономию топлива. Более мелкие детали, такие как ручки, шестеренки и разъемы, также отливаются с использованием цинка. Поскольку движение электромобилей ускоряется, корпуса батарей, детали двигателей и компоненты легких конструкций теперь требуют литья под давлением.

Аэрокосмическая промышленность

Снижение веса очень важно в аэрокосмической отрасли. Литье под давлением Магний и алюминий позволяют получать легкие, но прочные детали. Литье под высоким давлением используется для производства таких компонентов, как кронштейны, корпуса и внутренняя отделка. Процесс безопасен, а производительность гарантирована без дополнительного веса самолета.

Электронная промышленность

Электронная промышленность в значительной степени зависит от литья под давлением для изготовления корпусов, кожухов и радиаторов. Литье алюминия под давлением обладает хорошей теплопроводностью, поэтому оно используется в системах охлаждения электронных приборов. Разъемы и мелкие детали, требующие точности, изготавливаются методом литья под давлением из цинка.

Потребительские товары

Литье под высоким давлением используется при производстве многих потребительских товаров. Большинство повседневных изделий, таких как замки, ручки, корпуса и украшения, обычно отливаются из цинка или алюминия. Этот процесс придает изделиям гладкую поверхность и очень высокую степень прочности, делая их функциональными и привлекательными.

Промышленное оборудование

Литье под высоким давлением также полезно для промышленного оборудования. Литые под давлением компоненты обычно используются в насосах, компрессорах и прецизионных инструментах. Возможность создания сложных форм при одинаковой прочности делает этот процесс наиболее подходящим для неблагоприятных промышленных условий.

Другие приложения

Возобновляемая энергетика, а также медицинское оборудование и телекоммуникации также используют литье под высоким давлением. Этот процесс предлагает надежные и экономичные решения в виде каркасов солнечных батарей и медицинских корпусов. Он настолько универсален, что продолжает оставаться центральной технологией в различных отраслях.

Персональное сравнение с другими методами литья

Одним из методов изготовления металлических деталей является литье под высоким давлением. Его принято приравнивать к литью в песчаные формы, гравитационному литью и литью по выплавляемым моделям. У этих процессов есть свои преимущества и недостатки, которые зависят от стоимости, точности и объема производства.

Литье в песок

Литье в песчаные формы - очень древний и наименее затратный вид литья. Оно применяется как для мелкосерийного производства, так и для изготовления очень крупных деталей. Однако оно менее точное, чем литье под высоким давлением. Поверхность получается более грубой, и это очень медленный процесс. Когда необходимы прочные контуры и полированные поверхности, используется литье под высоким давлением.

Гравитационное литье под давлением

Литье под давлением предполагает использование силы тяжести, а не высокого давления для заполнения формы. Результатом этого процесса являются хорошие механические свойства деталей, которые формируются прочно. Однако он медленный и не подходит для тонких стенок или очень сложных форм. Литье под высоким давлением быстрее с точки зрения времени цикла и обладает большей гибкостью конструкции, что больше подходит для массового производства.

Инвестиционное литье

Литье по выплавляемым моделям также называют литьем по выплавляемым моделям, которое отличается высокой детализацией и точностью. Оно позволяет изготавливать детали сложной формы с гладкой поверхностью. Однако литье по выплавляемым моделям дороже в расчете на одну деталь, и оно медленнее, чем литье под высоким давлением. Литье под высоким давлением все же дешевле в случае крупносерийного производства.

Окончательное сравнение

Литье под высоким давлением является наиболее подходящим вариантом для крупномасштабного производства по сравнению с этими методами. Это также один из наиболее ценных процессов литья в современном производстве, сочетающий в себе скорость, точность и экономичность.

Литье под высоким давлением является наиболее подходящим по сравнению с ними, когда необходимо произвести большой объем продукции со скоростью, совершенством и низкой стоимостью.

Будущее литья под высоким давлением

Технология литья под высоким давлением совершенствуется. Робототехника и автоматизация ускоряют производственный процесс и делают его более предсказуемым. Новые сплавы позволяют изготавливать более легкие и прочные детали. Экологичность также является сильной стороной. Отливки из алюминия и цинка перерабатываются. Эффективные машины сводят к минимуму воздействие на окружающую среду.

Благодаря таким достижениям литье под высоким давлением будет оставаться одним из производственных процессов в ближайшие годы.

Резюме

Одним из наиболее эффективных методов производства металлических деталей является литье под высоким давлением. Оно осуществляется путем впрыска расплавленного металла в металлическую форму под высоким давлением. В результате за очень короткий срок образуются прочные, точные и детализированные элементы. Этот метод широко применяется в любой отрасли, где требуются высококачественные детали в больших количествах.

Процесс литья под высоким давлением включает в себя несколько этапов. Для начала форму смазывают и готовят к вытяжке. Затем в форму на высокой скорости впрыскивается расплавленный металл, например алюминий, цинк или магний. После охлаждения и застывания детали ее выталкивают, обрезают и обрабатывают. На современном заводе используется автоматизация, чтобы обеспечить быстроту, повторяемость и экономическую эффективность этого процесса.

Различные материалы применяются в зависимости от их назначения. Легкая прочность и коррозионная стойкость обеспечиваются алюминиевым литьем под давлением. Литье под давлением с использованием цинка обеспечивает тонкость мелких деталей и долговечность. При критически малом весе наилучшим вариантом является метод литья под давлением магния. Хорошая износостойкость и электропроводность достигаются также при использовании медных сплавов.

Литье под высоким давлением востребовано в автомобильных двигателях и корпусах электроники. В будущем, с развитием технологий и вторичной переработки, это будет прочный и устойчивый процесс производства.

Часто задаваемые вопросы

Применение литья под высоким давлением?

Металлические детали изготавливаются с высокой точностью и прочностью с помощью литья под высоким давлением. Оно используется в автомобильной, аэрокосмической, электронной и машиностроительной промышленности. Это корпуса двигателей, кронштейны, радиаторы и корпуса для потребительских товаров.

Какие металлургические материалы используются при литье под высоким давлением?

Наиболее распространенные металлы - алюминий, цинк и магний. Алюминий прочен и устойчив к коррозии, цинк позволяет выполнять более тонкие детали, а магний легок. Для специальных целей используются медные сплавы.

В чем разница между литьем под высоким давлением и литьем под низким давлением?

При литье под высоким давлением расплавленный металл заливается в форму под огромным давлением. Это делает процесс экономичным и точным. При литье под низким давлением низкое давление заставляет расплавленный металл заполнять форму. Этот процесс происходит медленнее, но приводит к меньшей газовой пористости и улучшает механические свойства.

Является ли литье под высоким давлением дорогостоящим процессом?

Оригинальная оснастка и штампы стоят дорого. Тем не менее, если штампы уже изготовлены, то при больших объемах производства это довольно экономично. При небольших объемах другие методы литья могут быть менее дорогостоящими.

Существуют ли большие секции, которые можно изготовить методом литья под высоким давлением?

Детали малого и среднего размера лучше всего изготавливать методом литья под высоким давлением. Крупные детали трудно изготовить из-за ограничений по размерам машин и пресс-форм. Негабаритные детали лучше изготавливать другими методами литья.