Преимущества и недостатки литья под давлением

Литье под давлением — это усовершенствованный процесс, при котором расплавленный металл впрыскивается в форму, а затем немедленно подвергается постоянному воздействию высокого давления для затвердевания и принятия формы. Он сочетает в себе преимущества литья (способен формировать сложные формы) и ковки (плотная структура). Ниже приводится подробный анализ его преимуществ и недостатков:

Основные преимущества литья под давлением:

Суть литья под давлением заключается в следующем: определенное количество расплавленного алюминия впрыскивается в полость формы, а затем к жидкому или полутвердому металлу непосредственно прикладывается огромное давление, заставляя его охлаждаться и затвердевать под высоким давлением, чтобы принять форму. Его преимущества в основном отражаются в «качественном» аспекте:

1. Непревзойденные механические свойства – основное преимущество

Это наиболее заметное преимущество литья под давлением . Поскольку металлы затвердевают под чрезвычайно высоким давлением (обычно 50-100 МПа или даже выше), их внутренняя структура претерпевает фундаментальные изменения:

• Устранение дефектов: Принудительная подача под высоким давлением полностью устранила традиционные дефекты литья, такие как усадочные полости и пористость.

• Измельчение зерна: затвердевающие под высоким давлением, зерна значительно измельчаются, а структура становится чрезвычайно плотной.

• Отличные характеристики: прочность на разрыв, предел текучести, относительное удлинение (вязкость) и усталостная прочность ее продукции очень высоки, приближаясь или даже достигая уровня поковок из тех же алюминиевых сплавов, что намного превосходит традиционное литье под давлением и гравитационное литье.

2. Его можно укрепить путем термообработки, а также сварить.

Из-за присутствия большого количества пузырьков под высоким давлением внутри традиционных отливок алюминия под давлением тепловое расширение во время термообработки может вызвать образование пузырьков на поверхности и деформацию. Поэтому термообработка в растворе (обработка Т6) для них обычно не подходит.

Отливки под давлением имеют плотную структуру и не имеют внутренних пор, поэтому они могут подвергаться полной термической обработке, такой как обработка на раствор (T4) и старение (T5/T6), как и поковки, для дальнейшего улучшения их характеристик. Они также обладают хорошей свариваемостью. Чтобы максимизировать потенциал материала и еще больше повысить его прочность и твердость.

3. Он отличается высоким качеством поверхности и точностью размеров.

Высокое давление заставляет расплавленный алюминий плотно прилегать к поверхности полости формы, в результате чего поверхность изделия становится гладкой с четкими контурами, четким текстом и узорами. Затвердевший под высоким давлением, он имеет небольшую и стабильную усадку, высокую точность размеров и хорошую консистенцию продукта.

4. Высокий коэффициент использования материала и почти чистая формовка.

По сравнению с традиционной ковкой (требующей крупных заготовок и больших припусков на обработку), литье под давлением позволяет формовать детали сложной формы за один проход, уменьшать объем последующей обработки, иметь высокий коэффициент использования материала и экономить затраты.

5. Широкий спектр применения

Он применим не только к обычным алюминиевым сплавам, но также отлично подходит для производства высокопрочных алюминиевых сплавов, композитов с алюминиевой матрицей и других труднообрабатываемых материалов, что позволяет полностью использовать высокопроизводительный потенциал этих материалов.

Основные недостатки Squeeze C -литья:

Его преимущества столь же очевидны, но и его недостатки столь же очевидны, и во многом эти недостатки ограничивают области его применения.

1. Высокая стоимость оборудования и пресс-форм (основное ограничение)

• Огромные инвестиции в оборудование:

Машина для литья под давлением не только требует огромной силы зажима, чтобы предотвратить расширение формы, но также нуждается в дополнительной системе сжатия под высоким давлением (главный цилиндр) для приложения чрезвычайно высокого давления. Это делает конструкцию оборудования сложной, трудной в изготовлении и чрезвычайно дорогой, намного превосходящей структуру традиционных машин для литья под давлением и машин для гравитационного литья.

• Высокая стоимость пресс-формы, сложная конструкция и изготовление:

(1) Чрезвычайно высокие требования к прочности: формы (особенно стержни и ползуны) должны выдерживать постоянное высокое давление до 100 МПа и более, а также интенсивные термические циклы. Поэтому необходимо использовать высококачественную сталь для горячей обработки, а это дорого.

(2) Сложная конструкция: форма должна включать пресс- пуансон, сложную систему охлаждения и вытяжную систему, что усложняет проектирование и удлиняет цикл разработки.

(3) Проблема срока службы: под постоянным воздействием чрезвычайно высокого давления и высокотемпературного расплавленного алюминия форма склонна к термической усталости (что приводит к растрескиванию), износу пуансона и деформации, а затраты на техническое обслуживание и замену формы очень высоки.

2. Эффективность производства относительно низкая.

Время цикла относительно велико: в отличие от «второго пуансона» высокоскоростного наполнения традиционного высокого давления литье под давлением, основным процессом литья под давлением является «медленная заливка и длительное выдерживание давления под высоким давлением». Чтобы деталь могла затвердеть под давлением по всему сечению, необходимо сравнительно длительное время выдержки. В результате цикл производства отдельных его деталей значительно длиннее, чем при традиционном литье под давлением, а эффективность производства относительно невысока.

3. Требования к контролю параметров процесса чрезвычайно строгие.

Высокая чувствительность параметров: такие параметры, как температура заливки расплавленного алюминия, температура формы, время начала приложения давления, величина давления и время выдержки, должны быть точно согласованы. Даже малейшее отклонение любого параметра может привести к списанию изделия.

Например, если давление будет приложено слишком рано, расплавленный алюминий может разбрызгаться. Если повышение давления происходит слишком поздно, расплавленный алюминий образует твердую оболочку и теряет эффект повышения давления. Это требует от предприятий глубоких технологических знаний и опыта, а также точного автоматизированного управления производственным процессом.

4. Сложность формы детали ограничена.

Трудно производить чрезвычайно сложные детали: хотя он может формировать более сложные формы, чем ковка, по сравнению с традиционным литье под давлением, очень сложно производить детали с глубокими полостями, небольшим расположением костей, сложными тонкими стенками или требующими многократного вытягивания стержня.

Чрезвычайно высокое давление представляет собой серьезное испытание на прочность стержня формы и механизма вытягивания стержня. Тонкие сердечники склонны к поломке под высоким давлением. Между тем, хотя расплавленный металл обладает хорошей текучестью под высоким давлением, слишком сложные тонкостенные конструкции могут не заполняться полностью из-за быстрого затвердевания.

5. Первоначальный инвестиционный риск высок, а область применения специализирована.

Из-за своей высокой стоимости и медленных темпов процесс литья под давлением не подходит для обычных корпусных деталей с большими объемами производства, но с низкими требованиями к механическим свойствам (например, корпуса электроприборов, игрушек и т. д.).

Специфика применения: он в основном используется в ключевых структурных компонентах с экстремальными требованиями к производительности, таких как детали автомобильной безопасности (рычаги управления, поворотные кулаки), компоненты аэрокосмической отрасли и т. д. Это означает, что его целевой рынок является относительно нишевым. Прежде чем инвестировать в эту технологию, предприятиям необходимы четкие и стабильные заказы на высококачественную продукцию; в противном случае инвестиционный риск очень высок.

Самым большим преимуществом литья под давлением является то, что «можно производить алюминиевые детали со свойствами поковок методом формовки, близким к литью». Оно принесло в жертву некоторую эффективность производства и увеличило первоначальную стоимость, но привело к качественному скачку в прочности, ударной вязкости и надежности изделия. Это идеальный выбор процесса для производства высококачественных и высокопроизводительных алюминиевых конструкционных компонентов.