Введение в литье алюминия под давлением
Литье алюминиевого сплава под давлением является высокоэффективным производственным процессом и используется для изготовления сложных металлических деталей в больших объемах. Это процесс впрыска расплавленного алюминиевого сплава в закаленную стальную форму (обычно называемую штампом) под высоким давлением.
Этот процесс особенно ценится в автомобильной промышленности, электронике, телекоммуникациях и промышленном оборудовании, поскольку позволяет получать легкие компоненты с хорошей точностью размеров и чистотой поверхности.
Отличное соотношение прочности и веса - одна из основных причин, по которой алюминий является предпочтительным металлом для литья под давлением. Компоненты из алюминиевого сплава могут обеспечить требуемые механические характеристики для конструктивного применения и предложить материал с высоким уровнем снижения веса изделия.
Существует также литье под давлением, которое позволяет производители для совмещения нескольких функций в одной детали. Ребра, бобышки, точки крепления и тонкие стенки могут быть отлиты за одну операцию, что исключает необходимость вторичной обработки и сборки.
Это, в свою очередь, снижает производственные затраты и повышает стабильность и повторяемость. Благодаря этим достоинствам, литьё алюминия под давлением стал одним из самых популярных процессов формовки металла для средне- и крупносерийного производства.
Процесс литья алюминия под давлением
Подготовка и установка пресс-формы
Все начинается с подготовки стальной формы. Штамп состоит из двух частей: неподвижной и подвижной. После каждого выстрела полость формы покрывается напылением и очищается. Это покрытие позволяет контролировать температуру в матрице и обеспечивает легкое извлечение отливки без прилипания к поверхности. плесень поверхность или повреждена.
Впрыскивание расплавленного алюминия
В печи алюминиевый сплав расплавляется и выдерживается при контролируемой температуре для достижения нужной текучести. При литье под высоким давлением определенное количество расплавленного металла впрыскивается в полость формы под высоким давлением с помощью гидравлического поршня. Давление может составлять от нескольких тысяч до более чем 20 000 фунтов на квадратный дюйм, что позволяет металлу заполнить небольшие участки и сложные геометрические формы до застывания.
Застывание и охлаждение
После заполнения полости давление поддерживается до тех пор, пока алюминий не остынет и не затвердеет. Быстрое охлаждение стальной матрицы позволяет получить тонкую микроструктуру, которая улучшает механические свойства и качество поверхности. Канальное охлаждение внутри штампа регулирует температуру и обеспечивает постоянное время цикла.
Выталкивание и отделка
Когда штамп затвердевает, половинки открываются, и штамп извлекается из формы выталкивающими штифтами. Лишний материал, включая бегунки, литники и вспышки, обрезается. Затем, в зависимости от назначения, деталь может быть подвергнута вторичным операциям, таким как механическая обработка, обработка поверхности или термообработка. В результате получается алюминиевая деталь почти сетчатой формы, подходящая для сложных промышленных применений.
Алюминиевые сплавы в литье под давлением
Отливки на основе сплавов: Алюминиевые сплавы для литья под давлением разработаны с учетом баланса литейных свойств, механической прочности, коррозионной стойкости и тепловых характеристик. В отличие от чистого алюминия, эти сплавы содержат контролируемое количество кремния, меди, магния, железа и других легирующих элементов для улучшения текучести, затвердевания и работоспособности расплавленного металла. Выбор подходящего сплава очень важен, поскольку каждый состав обеспечивает уникальный баланс прочности, долговечности, веса, стоимости и технологичности.
Здесь мы подробно рассмотрим наиболее популярные высокопроизводительные сплавы для литья алюминия под давлением и то, что делает каждый из них подходящим для конкретного применения.
Алюминиевый сплав A380
Механические характеристики и прочность
A380 называют "рабочей лошадкой". литьё алюминия под давлением. Он обладает хорошей прочностью на растяжение (около 320 МПа) и пределом текучести (около 160 МПа) в литом виде. Хотя это не самый лучший алюминиевый сплав на рынке, он предлагает наилучшее сочетание прочности и пластичности для конструкционных корпусов, крышек и кронштейнов.
Преимущества
- Самое лучшее в A380 - это его высокая литейная прочность.
- Содержание кремния и меди позволяет легко переносить его в сложные формы для создания деталей с тонкими стенками и мелкими деталями.
- Он также обладает теплопроводностью и умеренной износостойкостью.
- Благодаря постоянному процессу литья он имеет низкий процент брака и хороший срок службы инструмента, что снижает общие производственные затраты.
- К недостаткам можно отнести умеренную коррозионную стойкость благодаря наличию меди.
Алюминиевый сплав A360
Механические характеристики и прочность
А360 обладает такой же прочностью на разрыв, как и А380, и имеет улучшенные характеристики при более высоких температурах. Предел текучести обычно составляет 170 МПа, и этот алюминиевый сплав стабилен в условиях горячей обработки, например, в моторных отсеках.
Преимущества
- Его главная особенность - высокая коррозионная стойкость.
- Пониженное содержание меди и повышенное содержание кремния и магния позволит A360 эффективно работать во влажных условиях, в морской воде или в химически агрессивных средах.
- Он также обладает высокой герметичностью, поэтому является хорошим материалом для гидравлических компонентов и герметичных корпусов.
- Тем не менее, производство A360 сложнее, чем производство A380, что может усложнить и увеличить стоимость производства.
Алюминиевый сплав ADC12 (эквивалент A383)
Механические характеристики и прочность
Аналогом A383 является ADC12, который имеет умеренную прочность, а предел прочности на разрыв обычно составляет 180230 Мпа. Хотя он немного слабее, чем А380, его все же достаточно для создания конструкций многочисленных промышленных и автомобильных компонентов.
Преимущества
- Отличная текучесть - его существенное преимущество.
- Увеличенное содержание кремния позволяет ADC12 отливать очень тонкие и сложные геометрические формы с меньшим количеством дефектов.
- Это подходит для сложных корпусов, крышек и тонких деталей.
- Он легко обрабатывается и обладает хорошей стабильностью размеров.
- Коррозионная стойкость также невысока, а высокотемпературная прочность ограничена по сравнению с A360.
Алюминиевый сплав Al-Si11Cu3
Механические характеристики и прочность
Сбалансированные механические свойства характеризуют Al-Si11Cu3. Прочность на разрыв обычно превышает 300 МПа, при хорошей твердости и умеренной пластичности. Он прочнее, чем ADC12, и аналогичен A380 в большинстве конструкционных применений.
Преимущества
- Этот сплав хорошо поддается литью и обладает высокой износостойкостью.
- Уникальная структура кремния делает его твердым и прочным, что позволяет использовать его в деталях, подверженных трению, таких как корпуса редукторов и компоненты двигателей.
- Он также теплопроводен и герметичен.
- Благодаря содержанию меди он обладает умеренной коррозионной стойкостью, а его универсальность позволила использовать его в автомобилестроении, электротехнике и общем машиностроении.
Алюминиевый сплав B390
Механические характеристики и прочность
B390 изготовлена таким образом, чтобы быть максимально твердой и износостойкой. Он имеет невероятно высокий предел текучести (около 240 МПа) и предел прочности на растяжение 350 МПа. Он достаточно твердый, до 120 единиц по Бринеллю, что очень много по меркам большинства сплавов для литья под давлением.
Преимущества
- Высокое содержание кремния приводит к образованию твердых кремниевых частиц, которые обеспечивают превосходную стойкость к истиранию.
- Благодаря этому сплав B390 используется в блоках двигателя и поршнях для изготовления деталей компрессоров, испытывающих сильное трение и нагрев.
- Он также стабилен в размерах даже при высоких температурах.
- Его недостатками являются очень низкая пластичность и сложность обработки, что увеличивает износ инструмента и стоимость обработки.
Сравнительная характеристика
Для литья алюминия под давлением используются следующие сплавы:
- Наиболее подходящим универсальным вариантом будет A380 благодаря его прочности, литейным свойствам и экономичности.
- A360 обладает коррозионной и высокотемпературной прочностью.
- ADC12 (A383) идеально подходит для сложных и тонкостенных деталей.
- Al-Si11Cu3 обладает одинаковой прочностью и износостойкостью.
- B390 не имеет себе равных по твердости и высокому трению.
Выбор подходящего сплава определяется расчетным фактором, которым может быть прочность, коррозионная стойкость, износостойкость, снижение веса или сложность литья.
Краткое описание физических и химических свойств алюминиевых сплавов
| Сплав | A380 | A360 | ADC12 / A383 | Al-Si11Cu3 | B390 |
| Кремний % | 7.5-9.5 | 9-10 | 9.5-11.5 | 9.6-12 | 16-18 |
| Медь % | 3-4 | ≤0.6 | 2-3 | 1.5-3.5 | 4-5 |
| Магний % | ≤0.1 | 0.4-0.6 | ≤0.3 | ≤0.35 | ≤0.1 |
| Плотность (г/см³) | 2.71 | 2.63 | 2.70 | 2.70 | 2.75 |
| Прочность на разрыв (МПа) | ~324 | ~317 | 180-230 | ~300 | 320-360 |
| Предел текучести (МПа) | ~160 | ~170 | ~150 | ~140 | 240-250 |
| Удлинение (%) | ~3.5 | ~3.5 | ~3 | ~2-3 | <1 |
| Твердость | ~80 | ~75 | ~75 | ~85 | ~120 |
| Устойчивость к коррозии | Умеренный | Превосходно | Ярмарка | Умеренный | Ярмарка |
| Отливаемость | Превосходно | Ярмарка | Превосходно | Очень хорошо | Умеренный |
| Износостойкость | Хорошо | Хорошо | Умеренный | Хорошо | Превосходно |
Применение алюминиевых сплавов
Автомобильная промышленность
Облегченные компоненты конструкций и силовых агрегатов
Автомобильные алюминиевые сплавы широко используются при производстве блоков цилиндров, корпусов трансмиссий, деталей подвески и кронштейнов. Они обладают большой удельной массой, что позволяет снизить общую массу автомобиля и повысить топливную экономичность, тем самым увеличивая дальность поездки электромобиля. Этот алюминиевый сплав также улучшает теплоотвод в двигателях и аккумуляторных системах, повышая производительность и долговечность.
Аэрокосмический сектор
Конструкции планера и внутренние конструкции
Свойства, делающие алюминиевые сплавы предпочтительными в аэрокосмической отрасли, включают их способность обеспечивать прочность без чрезмерного веса. Они находят применение в фюзеляже, крыле, каркасе сидений и внутренних несущих конструкциях. Снижение веса напрямую улучшает топливную экономичность и грузоподъемность без ущерба для стандартов безопасности и производительности.
Электроника и телекоммуникации
Радиаторы и изолирующие корпуса
В электронике, алюминиевые сплавы используются для изготовления рамок, радиаторов и каркасов светодиодных светильников. Они также обладают превосходной теплопроводностью, обеспечивая эффективный отвод тепла и защиту хрупких схем, тем самым продлевая срок службы устройств. Они также обеспечивают электромагнитную защиту и коррозионную стойкость для наружного телекоммуникационного оборудования.
Промышленное оборудование
Механические рамы и корпуса
Алюминиевые сплавы используются для изготовления корпусов редукторов, насосов и двигателей для промышленного оборудования. Эти сплавы обеспечивают стабильность размеров, умеренную прочность и коррозионную стойкость в условиях эксплуатации.
Строительство и архитектура
Архитектурная фурнитура и украшения
Алюминиевые сплавы используются в оконных рамах, дверных петлях, фасадных панелях и архитектурной фурнитуре в строительстве. Они могут использоваться в конструкции и украшении зданий и других сооружений благодаря своей устойчивости к атмосферным воздействиям, неприхотливости в обслуживании и способности поддерживать привлекательную отделку поверхности.
Выбор подходящего алюминиевого сплава в соответствии с вашими требованиями
Окончательный выбор наиболее подходящего алюминиевого сплава для процесса литья под давлением основывается на требованиях к производительности, эффективности производства и стоимости. Каждый сплав предлагает уникальное сочетание прочности, текучести, коррозионной стойкости и износостойкости, что делает его применимым для конкретных условий эксплуатации. Не существует одного идеального сплава, который можно было бы использовать в каждом конкретном случае; однако подходящий сплав можно определить, понимая механические, термические и экологические требования, которым должен подвергаться конечный компонент.
- Для изготовления конструкционных элементов общего назначения А380 остается сильным выбором благодаря хорошей литейной способности, сопоставимой прочности и экономичности производства.
- A360 обеспечивает повышенную устойчивость к давлению и улучшенное уплотнение для компонентов, работающих в коррозионных или высокотемпературных средах.
- ADC12 (эквивалент A383) уникален тем, что сложная геометрия и тонкие стенки должны быть учтены, благодаря улучшенной текучести и стабильности размеров.
- Такие сплавы, как Al-Si11Cu3, обладают хорошим балансом износостойкости и механических характеристик, что делает их пригодными для применения в автомобильной промышленности и машиностроении.
- В то же время B390 предпочтительно используется в условиях экстремального износа, особенно для деталей двигателей и компрессоров, где твердость и износостойкость более важны, чем пластичность.
Заключение
Все алюминиевые сплавы обладают специфическими свойствами и характеристиками, которые делают их идеальными для различных областей применения. В дополнение к механическим характеристикам, алюминиевые сплавы для литья под давлением поддерживают современные инженерные цели, включая легкость, энергоэффективность и экологичность. Их экологичность и экономичность повышаются благодаря возможности переработки, коррозионной стойкости и способности производить сложные детали, близкие к сетчатой форме.
Алюминиевые сплавы для литья под давлением будут ценными материалами в автомобильной, аэрокосмической, электронной и промышленной промышленности, поскольку эти отрасли по-прежнему нуждаются в более легких, прочных и термически эффективных материалах.
Знание сплавов на этапе проектирования улучшает характеристики изделия, продлевает срок службы и обеспечивает эффективные производственные процессы. Таким образом, выбор сплавов - это не только выбор материала, но и выбор технологии.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Какой самый популярный сплав алюминия для литья под давлением?
Чаще всего используется сплав А380, который отличается высокой литейной способностью, приемлемой прочностью и доступностью.
2. Какой сплав лучше всего подходит для использования при высоких температурах?
A360 - это высокотемпературный литейный сплав, обладающий более высокой коррозионной стойкостью, чем большинство других литейных сплавов.
3. Какой сплав вы используете в тонкостенных или сложных деталях?
ADC12 (то же, что и A383) предпочтительнее благодаря своей высокой текучести, которая позволяет заполнять сложные формы с минимальными дефектами.
4. Какой алюминиевый сплав обладает самой высокой износостойкостью?
B390 обладает высокой твердостью и износостойкостью, поэтому используется в блоках двигателей и других компонентах с высоким коэффициентом трения.
5. Обладают ли литые сплавы алюминия коррозионной стойкостью?
Да, большинство из них обладают хорошей коррозионной стойкостью, но сплавы с низким содержанием меди, такие как A360, как правило, лучше работают в агрессивных средах.
