Горячее камерное литье под давлением: Глубокое погружение в важнейший производственный процесс

Горячее камерное литье под давлением - это очень эффективный производственный процесс, который широко используется для изготовления металлических деталей с очень высокой точностью и превосходной отделкой поверхности. Он особенно подходит для литья металлов с низкой температурой плавления, таких как цинк, магний и некоторые сплавы, содержащие свинец. Он характеризуется тем, что система впрыска погружается в расплавленный металл, что обеспечивает высокую скорость цикла и экономичность массового производства.

При рассмотрении литья под давлением в холодной камере и горячей камере всегда всплывает одно и то же место сравнения. Хотя они оба являются разновидностями литья под давлением, они сильно отличаются по конструкции, применению и совместимости используемых материалов. Примером может служить горячее камерное литье, которое представляет собой высокоскоростное литье под давлением, где печь заменена машиной. Это связано с ограничением использования металлов с более низкой температурой плавления. И наоборот, машины с холодной камерой лучше использовать с жидкостями с высокой температурой плавления, такими как алюминий и латунь, поскольку горячий металл не вступает в прямой контакт с оборудованием.

Процесс горячего камерного литья под давлением характеризуется минимальными отходами материала, низкими трудозатратами и изготовлением сложных форм с высокими допусками. Он популярен в таких отраслях, как автомобилестроение, электроника, сантехника и потребительские товары. Тем не менее, решение о том, использовать ли холодное камерное литье или горячее, также зависит от типа используемого материала и особенностей конструкции детали.

В статье рассматриваются важные детали Горячее камерное литье под давлениемЕго части, материалы, описание процесса, ограничения и причины, по которым он является важным процессом в современной обрабатывающей промышленности.

Что такое горячее камерное литье под давлением?

Горячее камерное литье под давлением - это технология литья металла, при которой расплавленный металл впрыскивается в полость формы под высоким давлением. Уникальность данного метода заключается в том, где расположен механизм впрыска: Он направляется непосредственно к расплавленному металлу. Время цикла и эффективность производства при такой установке высоки, особенно для металлов с низкой температурой плавления, таких как цинк, магний и некоторые свинцовые сплавы.

Горячая камера. Это название описывает горячую камеру системы, поскольку механизм впрыска (плунжер и гусенок) находится в постоянном контакте (заполнен) с областью расплавленного металла. Когда плунжер опускается, он сжимает расплавленный металл, проходящий через гусенок в полость пресс-формы. Когда металл застывает, пресс-форма открывается, и деталь выталкивается, и этот процесс повторяется бесчисленное количество раз.

Процесс горячего камерного литья под давлением

Процесс горячего камерного литья под давлением - это технология высокоточного и скоростного производства, используемая для изготовления металлических деталей, где очень важна точность инструмента, с отличной отделкой поверхности. Он наиболее подходит для сплавов с низкой температурой плавления; цинк, магний и свинец являются примерами сплавов с низкой температурой плавления. Его основные характеристики - короткое время цикла и высокая эффективность использования материала.

Этот процесс широко используется при производстве различных изделий, в основном в автомобильной, электронной, бытовой и аппаратной промышленности, поскольку позволяет легко создавать сложные детали по доступной цене за штуку. Ниже приводится поэтапное описание процесса литья под давлением в горячей камере:

Процесс горячего камерного литья под давлением - пошаговый обзор

1. Металл расплавлен

Он начинается с заливки расплавленного металла (обычно это цинк или магний) в печь литейной машины. Расплавленный металл поддерживается при постоянной температуре внутри металлического горшка, который непосредственно соединен с литейной машиной. Такое постоянное теплоснабжение обеспечивает непрерывность процесса литья.

2. Процесс заполнения системы впрыска

В системах с горячей камерой часть расплавленного металла погружена в компонент, называемый гусаком. Плунжер, который находится внутри цилиндра впрыска, отводится назад до положения, при котором расплавленный металл может вытечь вниз по горловине во входное отверстие впрыска. На следующем этапе этот металл впрыскивается в полость штампа.

3. Впрыск расплавленного металла

Когда гусек заполнен, плунжер толкается вперед гидравлическим или пневматическим давлением, которое выталкивает расплавленный металл через канал гуська в полость формы (также называемую штампом). Это происходит с большой скоростью и под большим давлением, чтобы убедиться, что полость полностью заполнена до того, как металл начнет затвердевать.

4. Отливка и затвердевание в форме

Раскаленный металл в штампе быстро охлаждается сравнительно холодной сталью формы. Затвердевание занимает несколько секунд, в зависимости от размера и сложности детали. На этом этапе каналы охлаждения пресс-формы способствуют отводу тепла, чтобы не снижать скорость цикла и избежать таких дефектов, как усадка или пористость.

5. Выталкивание и открытие формы

После застывания металла половинки формы открываются. На подвижную половину формы устанавливается система выталкивателей, которая под действием силы с помощью выталкивающих штифтов выталкивает готовую отливку из полости. При этом обеспечивается, чтобы деталь выходила без повреждений во время выталкивания.

6. Вторичная обработка и обрезка

После выталкивания деталь может содержать дополнительный материал, называемый флэш, бегунки или литники. Они обрезаются вручную или автоматически. В зависимости от назначения деталь может быть подвергнута дальнейшей обработке, например, отделке поверхности, механической обработке или нанесению покрытия.

7. Повторить цикл

Машина очищается и приводится в порядок для дальнейшего использования. Горячее камерное литье под давлением характеризуется столь быстрым временем цикла, иногда создавая несколько готовых деталей всего за 10-20 секунд в зависимости от сложности и размера детали.

Время цикла и эффективность

Скорость является самым большим преимуществом процесса горячего камерного процесса. Машины с горячей камерой. В отличие от литья под давлением в холодной камере, где металл нужно заливать в камеру, здесь металл вытягивается из печи. Это экономит этапы цикла и повышает эффективность производства.

Преимущества этого процесса

• Сокращение времени цикла и высокая производительность
• Реальная высокая производительность и воспроизводимость
• Улучшенная обработка поверхности, что во многих случаях исключает необходимость в последующей обработке
• Экономия в использовании материалов и минимизация потерь
• Легко поддается автоматизации, что позволяет организовать крупномасштабное производство по разумной цене.

Материалы для горячего камерного литья под давлением

Процесс горячего камерного литья под давлением подходит для металлов и сплавов с низкой и средней температурой плавления. Используемые материалы не должны вызывать коррозию стальных компонентов (таких как гусек и плунжерная система), поскольку в процессе литья они постоянно смачиваются расплавленным металлом.

Ниже представлены наиболее часто используемые материалы, применяемые в горячем камерном литье под давлением, их особенности и общее применение:

1. Цинковые сплавы

Наиболее распространенным материалом, используемым в процессе литья под давлением (горячая камера), является цинк. Он обладает хорошей липучестью, прочностью и чистотой поверхности, что делает его очень популярным в различных отраслях промышленности.

Ключевые преимущества:

• Очень низкая температура плавления (~419 °C или 786 o F )
• Большое соотношение прочности и веса
• Великолепная подача и высокая точность размеров
• Хорошие антикоррозийные свойства
• Низкая температура плавления, а значит, долгий срок службы матрицы

Распространенные сплавы цинка, к которым относятся:

• Zamak 2, 3, 5, 7 (Zamak 3 - самый популярный)
• Сплавы ZA (цинк-алюминий), но для холодильной камеры может больше подойти алюминий с более высоким содержанием металла.

Приложения:

• Автомобильные запчасти
• Электрические компоненты
• Конструкции и крепления
• Точность зубьев шестерен и корпусов

2. Магниевые сплавы

Магний - самый легкий конструкционный металл, и у него лучшее соотношение прочности и веса. Причина, по которой он используется в горячем камерном литье, заключается в том, что многие детали, которые здесь используются, должны обладать прочностью и минимальной массой.

Ключевые преимущества:

• Легкий вес (примерно на 33 процента легче алюминия)
• Они хорошо зафиксированы и жесткие, хорошая прочность и жесткость.
• Превосходное экранирование EMI/RFI (подходит для использования в электронике)
• Экологически чистые и пригодные для вторичной переработки

Распространенные сплавы:

• Наиболее распространенным магниевым сплавом, используемым для литья под давлением, является AZ91D.

Приложения:

• Корпуса ноутбуков и смартфонов
• Каркасы автомобильной приборной панели
• Аэрокосмические компоненты
• Электроинструменты

Примечание: Хотя магний можно отливать и на машине с холодной камерой, при небольших размерах отливаемого магния предпочтительнее использовать машины с горячей камерой. Это связано с сокращением времени цикла.

3. Сплавы свинца и олова

Сплавы свинца и олова в основном исключены из-за санитарных и экологических ограничений при литье под давлением в горячей камере, но в прошлом они использовались в особых случаях.

Ключевые преимущества:

• Низкие температуры плавления (~327 о С (свинец) и ~232 °C (олово))
• Высокая плотность (лучше всего подходит для использования в качестве весов или радиационных щитов)
• Превосходная стабильность размеров

Приложения:

• Фурнитура в античном стиле
• Прецизионные инструменты
• Компоненты боеприпасов
• Декоративные предметы

Внимание: Из-за своей токсичности сплавы на основе свинца сегодня строго ограничены в использовании во многих отраслях промышленности и странах.

4. Сплавы на основе кадмия (не так ком)

Они стали применяться нечасто по причинам токсичности и нормативных требований, но раньше их выбирали из-за отличных литейных свойств, а также износостойкости.

Причина, по которой высокотемпературные сплавы не используются.

Характерные ограничения горячего камерного литья под давлением, такие как:

• Алюминий
• Латунь
• Медь
• Сталь

Машина с горячей камерой будет повреждена или подвержена коррозии, поскольку этот тип металла имеет высокую температуру и реакционную способность по отношению к погруженным частям машины с горячей камерой, например, к плунжеру, гусаку и т.д. Такие машины используются, скорее, при холодном камерном литье под давлением, которое изолирует расплавленный металл и механизм впрыска. 

Сводная таблица: Подходящие материалы для горячего камерного литья под давлением

Причины, по которым алюминиевые сплавы неприменимы в горячем камерном литье под давлением?

Хотя алюминиевые сплавы имеют так много применений в литье под давлением, из-за их прочности, легкости и коррозионной стойкости они не могут быть отлиты в горячей камере литья под давлением. Скорее, они обычно обрабатываются методом литья под давлением в холодной камере.

Чтобы объяснить это, назовите технические и материальные причины, по которым "алюминиевые сплавы не используются в горячем камерном литье под давлением".

1. Большая температура плавления

Основным фактором, который делает алюминий несовместимым с процессом горячей камеры, является его высокая температура плавления. Большинство алюминиевых сплавов плавятся при температуре 660 o C (1220 o F) и выше.

В машинах с горячими камерами сопло и плунжер, а также другие детали инжектора всегда погружаются в расплавленный металл. Это эффективно в случае относительно низкоплавких металлов, таких как цинк (419 о С), магний (~650 о С). Однако при более высоких температурах алюминия эти компоненты быстро деградируют или разрушаются, что приводит к выходу оборудования из строя и дорогостоящему ремонту.

• Костюм SAC, совместимый с холодной камерой
• Горячая камера, мягко говоря, слишком горячая

2. Нападение на стальные детали

Алюминий химически реактивен и склонен к коррозии черных металлов, особенно при высоких температурах. В системах с горячей камерой, где такие элементы, как гусек и сопло, находятся в расплавленном бассейне, алюминий не только корродирует, но и разъедает стальные детали, что значительно сокращает срок службы машины.

Такая реакция не только сокращает срок службы оборудования, но и загрязняет расплавленный металл, что приводит к некачественному литью и дефектам конечного продукта.

3. Проблемы совместимости оборудования

Машины с горячей камерой - это небольшие, быстрые машины, подходящие для быстрого многократного литья металлов с низкой температурой плавления. Встроенная печь тесно связана с системой впрыска. Для использования сплавов с высокой температурой плавления, таких как алюминий, потребуется:

• Усиленные компоненты
• Высокотемпературные сплавы изготавливаются из специальных сплавов
• Более сложные системы изоляции

В этом случае простота и скорость литья под давлением в горячей камере окажутся неэффективными. Именно по этой причине сборщики предпочитают использовать машины с холодной камерой, в которых расплавленный алюминий заливается снаружи, а система впрыска также не погружается в воду.

4. Окисление и риск образования окалины

При высоких температурах алюминий легко окисляется в присутствии воздуха. Это окисление может привести к образованию окалины (оксида алюминия) в горячей камере, где металл постоянно подвергается воздействию:

• Он загрязняет металл
• Дефекты поверхности возникают по следующим причинам
• И приводит к механическим недостаткам готового изделия

Этот риск сводится к минимуму благодаря тому, что литье в холодной камере сокращает время воздействия расплавленного алюминия.

5. Вопросы безопасности

Обработка алюминия в машине с горячей камерой представляет собой большой риск ожогов, утечек и поломки машины. Дальнейший тепловой стресс, связанный с работой при более высоких температурах, создает дополнительную угрозу:

• Утечка расплавленного металла
• Выпускать пар
• Отказ компонентов давления

Системы холодных камер обеспечивают улучшенную изоляцию и безопасность при таких высоких температурах.

Сравнение между горячей и холодной камерами на алюминии

Системы компонентов для горячего камерного литья под давлением

Процесс горячего камерного литья под давлением основан на группе хорошо продуманных компонентов, которые дополняют друг друга для получения точных и повторяющихся отливок. Все эти компоненты очень важны, когда речь идет об эффективности, скорости и точности. Знание этих элементов способствует производственному, профилактическому и качественному контролю.

Основные компоненты машины для горячего камерного литья под давлением показаны ниже:

1. Еще одна печь (металлический горшок)

В центре системы находится печь, или так называемый металлический горшок, где находится расплавленный металл, который будет использоваться при литье. При горячем камерном литье эквивалентная печь встроена в машину и поддерживает температуру металла на достаточно высоком уровне, чтобы использовать его сразу. В отличие от систем с холодной камерой, в процессе погружения других компонентов в эту расплавленную ванну происходит их разделение.

2. Гусиная шея

Гусак представляет собой изогнутую металлическую трубу, соединяющую печь с камерой впрыска. Она играет важную роль в перенаправлении горячего металла из горшка в форму. Гусек должен быть изготовлен из прочных, жаростойких материалов, поскольку он постоянно находится в контакте с расплавленным металлом. Такая конструкция способствует поддержанию давления и делает металл маслянистым при впрыске.

3. Плунжер/цилиндр впрыска

Плунжерный механизм или цилиндр впрыска выполняет задачу по подаче расплавленного металла в полость штампа. Он работает вместе с гусаком. Когда плунжер нажимается, расплавленный металл оказывается под давлением, в результате чего расплав проникает через горловину в форму. Это нужно делать быстро и с усилием, чтобы полость формы была заполнена полностью.

4. Сборка штампа/формы

Пресс-форма состоит из двух частей: неподвижной крышки и подвижной выталкивающей матрицы. Для получения конечного продукта эти хорошо обработанные половинки образуют полость. Форма часто охлаждается водой и содержит вентиляционные отверстия, затворы и бегунки для поддержания необходимого потока и эффекта охлаждения. Для удаления затвердевшей части после литья на стороне выталкивателя имеются штифты.

5. Зажимное устройство

Зажимное устройство обеспечивает надежное сцепление половинок формы во время впрыска расплавленного металла. Он должен выдерживать давление, возникающее при литье. Когда металл остывает и затвердевает, зажимное устройство открывает форму, и из нее выходит готовая деталь. Зажим должен быть прочным, чтобы избежать утечки металла и сохранить качество деталей.

6. Система эжекторов

После затвердевания детали используется система выталкивания. Деталь выталкивается из полости формы с помощью выталкивающих штифтов, которые обычно находятся в подвижной половине штампа. Эта система должна быть хорошо согласована, чтобы не повлиять на конечный продукт и не повредить пресс-форму.

7. Система охлаждения

Охлаждение крайне важно для того, чтобы контролировать время цикла и избегать дефектов. Система циркуляционного охлаждения использует водяные или масляные каналы в пресс-форме таким образом, что циркулирующая жидкость охлаждает металл за короткий период времени, а также быстро и равномерно. Более быстрое охлаждение также продлевает срок службы пресс-формы и позволяет обрабатывать детали с повышенной скоростью.

8. Система смазки

Между циклами формы для литья под давлением смазываются, чтобы избежать прилипания и износа. Смазочные материалы распыляются на форму, чтобы помочь в освобождении деталей, а также обеспечить длительный срок службы инструментов и стабильность условий литья. Как правило, для равномерного и своевременного нанесения смазки используется автоматика.

9. Панель управления

Современные системы литья под давлением с горячей камерой также доступны и оснащены цифровой панелью управления, позволяющей регулировать температуру, скорость впрыска, время цикла, усилие смыкания и т. д. Такие системы повышают однородность процессов, снижают уровень человеческого фактора и облегчают настройку параметров для различных конструкций деталей.

10. Особенности безопасности

В связи с высокой температурой и давлением в горячем состоянии в машину были встроены средства безопасности. Они включают в себя запорные устройства, защитные экраны, блокировки и температурные мониторы для защиты операторов и оборудования.

Преимущества горячего камерного литья под давлением

Процесс горячего камерного литья под давлением имеет множество преимуществ, поэтому многие производители всегда готовы участвовать в этом процессе:

1. Высокоскоростное производство

Система впрыска является частью системы резервуара для расплавленного металла, поэтому металл не нужно заливать в камеру. Комбинация этих систем обеспечивает высокую скорость впрыска и низкое время цикла, поэтому системы горячих камер подходят для серийного производства.

2. Экономия материалов

В ходе этого процесса образуется очень мало отходов. Оставшийся материал в большинстве случаев можно использовать повторно, и таким образом общая стоимость материала значительно снижается. Этот аспект экологичности становится все более актуальной проблемой в современном производстве.

3. Лучшая обработка поверхности

Поверхность деталей, изготовленных методом литья в горячей камере, обычно имеет хорошее качество. Во многих случаях это позволяет сэкономить на дополнительных операциях механической или финишной обработки.

4. Длительный срок службы пресс-формы

Поскольку металлы, используемые в процессе горячего камерного литья под давлением, имеют более низкие температуры плавления, они менее агрессивны по отношению к формованным материалам. Это приводит к увеличению срока службы дизелей и снижению затрат на техническое обслуживание.

Недостатки горячего камерного литья под давлением

Нельзя спорить с тем, что "горячее камерное литье под давлением" не лишено ограничений:

Ограничения материала: Не сочетается с металлами, имеющими высокую температуру плавления, такими как алюминий и медь. Внутренние компоненты машины могут пострадать от их коррозионного или нагревательного воздействия.

Износ оборудования: Износ оборудования может быть фактором, хотя и менее серьезным, чем при литье в холодной камере, где аппарат постоянно подвергается воздействию расплавленного металла.

Ограничение по размеру: Применяется для небольших и средних компонентов, поскольку дальнейшее расширение системы может быть неэффективным и сложным.

Применение горячего камерного литья под давлением

Эта технология широко применяется во всех отраслях промышленности, особенно там, где требуются точные и крупногабаритные детали:

• Автомобиль: Такие детали, как карбюраторы, узлы топливной системы и компоненты трансмиссии.
• Потребительская электроника: Портативные кейсы, многофункциональные части устройств и оборудования.
• Оборудование и инструменты: Материал фурнитуры на основе цинка, петли, ручки, замки и т.д.
• Медицинские изделия: Миниатюрные, высокоточные и прочные устройства.

Процесс горячего камерного литья быстрый и последовательный, что является преимуществом для этих отраслей. Поскольку большинство этих изделий представляют собой модели, требующие детального проектирования, стабильность размеров, обеспечиваемая горячим камерным литьем, является большим плюсом.

Холодное камерное литье под давлением и горячее камерное литье: Поймите разницу

При сравнении литья под давлением в холодной камере и горячей камере необходимо учитывать различные аспекты, такие как совместимость материалов, скорость производства, цикл и конструкция оборудования.

1. Использование материалов

Тип металла также является одним из наиболее существенных различий между холодным камерным литьем и горячим камерным. Горячая камера используется только для металлов с низкой температурой плавления, а холодная камера - для алюминиевых, латунных и медных сплавов с высокой температурой плавления.

2. Система впрыска

Механизм впрыска при горячем камерном методе погружается в расплавленный металл. При литье в холодной камере, напротив, расплавленный металл подается в ковш вручную и впрыскивается в форму. Это дополнительное действие затягивает процесс.

3. Время цикла и эффективность 

Время цикла и эффективность обозначают время, необходимое для переворачивания образца или ввода данных в цикле. Существует также большая разница между литьем в холодной камере и горячей камере в отношении времени цикла. Горячая камера - процесс быстрый и, следовательно, подходит для больших объемов. Хотя литье в холодной камере происходит медленнее, это может быть облегчено при использовании более агрессивных металлов и более высоких температур.

4. Размер и сложность компонентов

Секции или детали, которые имеют большие размеры или требуют более прочных материалов, обычно отливаются методом холодной камеры. В свою очередь, литье в горячей камере подходит для небольших и сложных деталей, для которых важна скорость цикла.

При выборе между литьем в горячей и холодной камерах производителю придется обратить внимание на компромиссы в скорости, свойствах материала и износе оборудования.

Конструктивные соображения при литье в горячую камеру

Чтобы спроектировать деталь, подходящую для литья под давлением в горячей камере, необходимо обратить внимание на следующие моменты: обтекание формы, линии раздела, толщина стенок и расположение выталкивателя. Поскольку расплавленный металл впрыскивается на высоком уровне, система вентиляции и охлаждения играет важную роль в предотвращении таких дефектов, как захват воздуха, усадка или неполное заполнение.

Допуски процесса горячего камерного литья под давлением обычно меньше, чем у других процессов литья, поэтому он всегда используется для изготовления деталей, требующих точности и не требующих механической обработки.

Экологические и экономические эффекты

Экологически чистое производство привлекает все большее внимание современных литейных предприятий. Горячее камерное литье под давлением идеально подходит для достижения этой цели, так как демонстрирует низкий уровень брака и экономию энергии. Общий углеродный след детали намного меньше, чем при других методах производства металлических деталей, поскольку обрабатываемый металл перерабатывается (новый металл не извлекается), а время цикла производства невелико.

Этот процесс более экономичен, когда речь идет о большом объеме производства. Стоимость установки первого штампа и станка может быть высокой, но по мере увеличения масштабов производства затраты значительно снижаются.

Заключение

Горячекамерное литье под давлением занимает очень важное место в отраслях, требующих скорости, точности и эффективности производства. Зная принцип его действия и сравнивая холоднокамерное литье под давлением и горячекамерное соединение, инженер сможет принимать взвешенные решения о выборе наиболее подходящего процесса в соответствии с потребностями своего изделия.

При выборе того или иного варианта следует учитывать характер металла, необходимый объем производства и конечную цель использования. Литье в горячей камере не имеет себе равных по эффективности и качеству при изготовлении мелких и средних деталей из металлов с низкой температурой плавления.

В целом, несмотря на существование двух методов литья, горячекамерное литье всегда будет первым решением проблемы производства качественных компонентов в срок и надежно. По мере того как производственный процесс становится все более эффективным и устойчивым, потребность в таких оптимизированных и устойчивых процессах, как горячее камерное литье, будет только возрастать, что делает этот метод более применимым, чем когда-либо прежде.

Вопросы и ответы

1. Как происходит литье в холодной камере и литье в горячей камере?

Основное отличие заключается в системе впрыска. Механизм впрыска в горячей камере литья под давлением погружается в расплавленный металл. В холодной камере температура выше, и металл выливается наружу.

2. Какие металлы наиболее подходят для горячего камерного литья под давлением?

Обычно используются цинковый и магниевый сплавы, поскольку они имеют низкую температуру плавления и подходят для системы погружного впрыска, в которой они изготавливаются.

3. Алюминий не применяется в горячем камерном литье под давлением, почему?

Известно, что алюминий имеет высокую температуру плавления и подвержен коррозии стальных деталей машины. Для предотвращения повреждения оборудования при его обработке используется метод холодной камеры.

4. Каковы преимущества горячего камерного литья под давлением?

Она обеспечивает короткое время цикла, низкие трудозатраты, малые допуски и высокую чистоту поверхности деталей малого и среднего размера.

5. Подходит ли горячее камерное литье под давлением для крупных деталей?

В целом, нет. Она сводится к минимуму, когда детали маленькие и детальные. Слишком большие размеры обычно означают необходимость литья под давлением в холодной камере из-за ограничений по размеру и материалу.