Как работает литье под давлением? Процесс автоматического литья деталей

Литье под давлением происходит путем нагнетания расплавленного металла в многоразовую стальную форму под высоким давлением, где он за считанные секунды затвердевает и превращается в точную, почти готовую деталь. Расплавленный металл, обычно алюминий, цинк или магний, впрыскивается под давлением примерно от 1000 до 20 000 фунтов на квадратный дюйм (от 7 до 138 МПа), заполняет каждую деталь полости формы, быстро охлаждается и выбрасывается как деталь, которой часто требуется немного больше, чем обрезка, прежде чем она будет готова к использованию. Именно это сочетание скорости, повторяемости и точности размеров является причиной того, что литье под давлением является стандартным процессом для большинства авто литье деталей , от блоков двигателей до картеров трансмиссии.

В разделах ниже описывается каждый этап процесса, разница между машинами с горячей и холодной камерой, сплавы и давления, используемые конкретно для автоматического литья деталей, а также способы оценки качества литья.

Процесс литья под давлением, шаг за шагом

Каждый цикл литья под давлением следует одной и той же последовательности стержней, независимо от конкретного типа машины или используемого сплава. Понимание этих шагов объясняет, почему литьем под давлением можно производить тысячи одинаковых деталей в день с минимальными различиями между ними.

Основные этапы производства

1. Очистите и смажьте две половинки стальной матрицы, затем закройте и зажмите их вместе.
2. Расплавьте металлические слитки в печи и выдерживайте их при идеальной температуре литья для обеспечения текучести.
3. Дозируйте расплавленный металл в дробовую камеру для этого машинного цикла.
4. Впрыскивайте металл в полость матрицы с помощью гидравлического плунжера под высоким давлением и скоростью.
5. Удерживайте давление, пока матрица охлаждается водой и металл затвердевает, часто менее чем за секунду.
6. Откройте матрицу и извлеките готовую отливку с помощью выталкивающих штифтов.
7. Обрежьте излишки облицовки и направляющих, затем нанесите необходимую отделку, например анодирование или порошковое покрытие.

Вся часть цикла от впрыска до затвердевания может занять от миллисекунд до нескольких секунд. , что позволяет одной машине для литья под давлением производить тысячи одинаковых деталей за одну смену.

Литье под давлением в горячей камере и в холодной камере

Два семейства отливок разделены по месту плавления металла. В литье под давлением с горячей камерой Печь встроена непосредственно в машину, и плунжер проталкивает расплавленный металл через погруженную трубку «гусиная шея» в матрицу. В литье под давлением в холодной камере Расплавленный металл переливается из отдельной печи в необогреваемую дробовую камеру, а затем гидравлический поршень выдавливает его в матрицу под высоким давлением.

Ключевые различия с первого взгляда

Высокая температура плавления алюминия со временем может привести к повреждению погружной гильзы горячей камеры, вот почему почти все литые алюминиевые детали автомобилей, включая блоки двигателей и корпуса трансмиссии, производятся методом литья под давлением в холодной камере. а не метод горячей камеры, предназначенный для цинка и других сплавов с низкой температурой плавления.

Литье под высоким и низким давлением для автозапчастей

Помимо разделения горячей и холодной камер, литье под давлением также классифицируется по тому, какое давление заставляет металл попадать в форму, и этот выбор существенно влияет на то, для каких деталей автоматического литья подходит тот или иной процесс.

Литье под высоким давлением (HPDC)

HPDC впрыскивает расплавленный металл От 10 000 до 20 000 фунтов на квадратный дюйм (примерно от 30 до 70 МПа) , что обеспечивает самое быстрое время цикла и самую высокую производительность среди всех методов литья под давлением. Это выбор по умолчанию для крупносерийного литья деталей автомобилей, таких как кронштейны двигателя, корпуса датчиков и корпуса двигателей, где скорость и стоимость детали имеют наибольшее значение.

Литье под низким давлением (LPDC)

LPDC использует гораздо более мягкое давление, как правило, От 2 до 15 фунтов на квадратный дюйм (от 15 до 100 кПа) , проталкивая расплавленный металл вверх в матрицу через подъемную трубку с низкой турбулентностью. Эта более медленная и спокойная заливка позволяет получать отливки с меньшим количеством внутренних дефектов, поэтому LPDC является стандартным процессом для алюминиевые колеса и другие элементы конструкции где механическая целостность под нагрузкой имеет большее значение, чем чистая выходная скорость.

Как правило, если давление слишком низкое для толщины стенки детали, металл может не полностью заполнить форму до того, как она остынет, оставляя неполные участки или более слабую отливку. Обеспечение соответствия давления геометрии детали — одно из наиболее важных технологических решений, которые принимает литейщик.

Распространенные детали автомобильного литья и сплавы, стоящие за ними

Алюминий доминирует в автомобильном литье под давлением, поскольку он обеспечивает соотношение прочности и веса, коррозионную стойкость и теплопроводность, необходимые современным автомобилям. Только в Японии 76% алюминиевых отливок и 77% компонентов, отлитых под давлением, используются в автомобильной промышленности. , подчеркивая, насколько важен этот процесс для того, как на самом деле создаются автомобили.

Часто отливаемые под давлением автодетали и их сплавы

Литой под давлением Алюминиевый корпус коробки передач обеспечивает снижение веса примерно на 40 % по сравнению с традиционным чугунным эквивалентом. , сохраняя при этом структурную целостность при крутящих нагрузках, превышающих 200 Нм. Эта экономия веса — не просто производственная деталь: снижение веса автомобиля массой 1,3 тонны на 10 % снижает расход топлива примерно на 8 %, поэтому автопроизводители продолжают предлагать все больше компонентов — от стали до литого под давлением алюминия.

Как проверяется качество при литье автозапчастей

Поскольку детали, отлитые автоматически, часто подвергаются структурным нагрузкам или уплотняющим жидкостям под давлением, контроль качества не является обязательным. Производители проверяют точность размеров и внутреннюю целостность еще до того, как детали попадут на сборочную линию.

Типичные критерии качества

• Стабильность размеров поддерживается примерно на уровне ±0,05 мм на прецизионных автомобильных корпусах
• Цели по качеству поверхности вокруг Ra ≤1,6 мкм для деталей, требующих гладких сопрягаемых поверхностей
• Уровни пористости подтверждены ниже примерно 0,1% посредством КИМ и рентгеновского контроля
• Герметичность подтверждена течеискателем, типичные для отрасли пороговые значения составляют около 12 мл/мин для камер низкого давления и 8 мл/мин для камер высокого давления.

Эти проверки имеют большое значение, поскольку отливка может выдержать испытание на статическую прочность, но все же выйти из строя после установки. Вибрация от зубчатой ​​передачи и термоциклирование при реальном вождении могут выявить поры или пути утечек, которые не могут быть обнаружены при стендовых испытаниях, поэтому перед утверждением герметичные компоненты, такие как корпуса трансмиссии, обычно проходят испытания, выходящие далеко за пределы их номинальных проектных характеристик.

Почему автопроизводители полагаются на литье под давлением, а не на другие методы

По сравнению с литьем в песчаные формы или обработкой заготовок на станках с ЧПУ литье под давлением предлагает сочетание преимуществ, которые трудно обеспечить для деталей, необходимых в больших объемах.

Преимущества для автомобильного производства

• Детали почти чистой формы которые требуют минимальной вторичной механической обработки, резки и отходов материалов.
• Сложная геометрия в одном изделии. , замена многодетальных узлов единой отливкой
• Высокая повторяемость с одной матрицей, способной работать сотни тысяч циклов
• Сильная перерабатываемость , поскольку более 90% алюминиевых отливок можно использовать повторно, а до 95% литых алюминиевых автодеталей уже производятся из переработанного материала.
• Тонкостенные возможности , при этом в некоторых процессах достигается толщина стенки всего 2 мм при сохранении прочности на разрыв до 250 МПа в зависимости от сплава.

По оценкам, широкое использование литья под давлением алюминия в транспортных средствах поможет сэкономить около 50 миллионов тонн выбросов CO2 каждый год за счет экономии топлива, которую обеспечивают более легкие автомобили. Такой масштаб воздействия является прямым результатом производственного процесса, о котором большинство водителей даже не задумываются: он незаметно формирует детали под капотом каждый раз, когда в производство поступает новая модель.