Czym jest odlewanie ciśnieniowe aluminium

Odlew aluminiowy is one of the most efficient and accurate production processes that involves liquefying aluminium alloys, which is injected under pressure into a mould of steel (die casting mold/tooling), and when cooled and sealed, it takes the form of a required shape. It is well-known because of its capacity to create complex geometries, intricate details, and smooth surfaces, which is why it is suitable for industries that demand aluminum alloy components with high performance and large quantity. Aluminum is a popular metallic die casting material because of its lightweight factor, combined with its strength and superb resistance to corrosion. 

Proces ten zapewnia wyjątkową precyzję wymiarową, która jest niezbędna w przypadku części wymagających spełnienia rygorystycznych limitów. Odlewanie ciśnieniowe aluminium może masowo produkować części w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, elektronicznym i dóbr konsumpcyjnych ze względu na szybkość produkcji. Obsługuje wysoki wskaźnik objętości, niskie przetwarzanie końcowe i czynnik wykonalności kosztowej, a zatem jest preferowany w stosunku do innych technik wytwarzania, jeśli chodzi o produkcję małych i dużych części. Ponadto, aluminiowy odlew ciśnieniowy może być poddany recyklingowi, dzięki czemu proces ten jest zrównoważony.

What is Aluminum Die Casting Process?

In an alumium die casting process, molten aluminum is pressurised and forced into an aluminum die casting machine equipped with a steel mould (called a die) to shape complex and highly precise pieces. The process is commonly used in the production of parts of complex shapes, with well-defined dimensional accuracy and smooth finish surfaces. Aluminum die casting is well-recognized to produce durable, lightweight, and corrosion-resistant parts that are suitable in industries like automaker, lotnictwo, electronics and consumer product manufacturing. The aluminum die casting process guarantees the parts’ repeatability, and its production is highly efficient with limited wastage of materials and finished items requiring little or no processing. Aluminum and the accuracy of the die casting process make this a natural way to make high volume, premium-quality metal parts.

Proces odlewania ciśnieniowego aluminium obejmuje kilka ważnych etapów:

• Przygotowanie formy: A die casting mould or a mould commonly constructed out of high quality steel like 8407, 8418, 1.2343 ESR etc, die casting tooling contains with two halves that form the final shape of the desired metal part. Preheating and oiling of the die casting mould are performed to make the cast part simple to get out.
• Topienie: Whilst in the furnace, the softened aluminium is brought to a molten form, at a temperature of approximately 550°C to 610 °C.
• Wstrzyknięcie: Molten aluminum alloy is injected into the mould cavity at high pressure, and it is injected rapidly to enable intricate details not to spill over during the injection process.
• Chłodzenie i wyrzucanie: When the mould is filled, the liquid aluminium alloy is cooled and solidifies in the mould cavity. The mould halves are opened by die casting machine, and the part is ejected after they have cooled down.
• Wykończenie: The die cast part can subsequently be handled to reach its specifications, such as processing that may include trimming, machining or other types of surface treatment.

Types of Aluminum Die Casting Processs

Due to the variability of the die casting procedure, along with the different properties of the mould, there are various types into which aluminium die casting may fall. These are the main categories of processes of aluminium die casting:

1. Odlewanie wysokociśnieniowe

Odlew aluminiowy is mostly done by high- pressure die casting process. During this procedure, a steel mould (die) is flooded with molten aluminum under high pressure so that the material fills all the cavities and the complex details have high precision.

• Korzyści: good precision, fast cycle time, high finish on the surface, and good dimensional repeatability. It is suitable for large quantity mass production.
• Zastosowania: Automotive die casting components such as engine blocks, transmission housings, and automotive interior parts, consumer electronics and machinery.
• Wady: High initial die casting tooling cost, not suiable to low volume production.

2. Niskociśnieniowe odlewanie ciśnieniowe

W niskociśnieniowym odlewaniu ciśnieniowym roztopione aluminium jest wlewane do formy pod niskim ciśnieniem i zwykle na dnie formy. Forma jest napełniana powoli za pomocą ciśnienia, dzięki czemu stopiony metal może stabilnie przepływać wewnątrz formy i zestalać się.

• Korzyści: Może być stosowany do tworzenia większych komponentów z mniejszą liczbą defektów, takich jak porowatość, co prowadzi do mocniejszych komponentów.
• Zastosowania: Części lotnicze, ponadwymiarowe części samochodowe i części konstrukcyjne, w których wymagana jest większa wytrzymałość i integralność materiału.
• Wady: Unit price is very high, not suiable to high volume production.

3. Odlewanie próżniowe

Odlewanie ciśnieniowe wymaga dodania próżni, która wypiera powietrze i gazy z otworu formy przed wtryskiem. Zmniejsza to porowatość, a także inne wady powstałe w wyniku zakorzenionego powietrza i tworzy czystsze, bardziej powtarzalne części.

• Korzyści: najwyższej jakości części o zredukowanych wadach, w tym porowatości, doskonałych właściwościach mechanicznych i wytrzymałości materiału.
• Zastosowania: Komponenty w przemyśle lotniczym i kosmonautycznym, urządzenia medyczne i komponenty do zastosowań końcowych, w których wymagana jest dokładność wymiarowa i wytrzymałość.

4. Wyciskanie

Odlewanie ciśnieniowe to połączenie odlewania i kucia. Łączy w sobie te dwie operacje, wtryskując stopione aluminium do formy pod wysokim ciśnieniem, ale także poddając formę dalszemu ciśnieniu podczas chłodzenia.

• Zalety: Jest to najlepsze rozwiązanie zarówno dla odlewów, jak i odkuwek, ponieważ charakteryzuje się dobrą wytrzymałością i doskonałym wykończeniem powierzchni, dzięki czemu jest przydatny w obszarach narażonych na duże obciążenia.
• Zastosowania: Części samochodowe, które wymagają połączenia wytrzymałości i złożonego kształtu, takie jak części zawieszenia i koła.

5. Stałe odlewanie form

Odlewanie w formach stałych wiąże się z wykorzystaniem form wykonanych z metali, które mogą być używane wielokrotnie. W przeciwieństwie do odlewania piaskowego, w którym formy są zużywalne (tj. są używane raz), w odlewaniu stałym praktycznie każdy metal, taki jak stal, może być użyty jako forma, która może wytrzymać ciepło stopionego aluminium.

• Zalety: Mogą być dokładniejsze wymiarowo i mieć gładsze wykończenie powierzchni niż odlewy piaskowe. Dobry wybór do produkcji średnich i dużych ilości części.
• Zastosowania: Małe i średnie części w zastosowaniach motoryzacyjnych i przemysłowych, np. wsporniki, obudowy.

6. Aluminiowy odlew piaskowy

Odlewy piaskowe mogą być również stosowane w aluminium, choć nie tak powszechnie jak odlewy ciśnieniowe. W tym procesie odlewana jest forma piaskowa, do której wlewane jest stopione aluminium. Jednorazowa i niskoseryjna produkcja odbywa się przy użyciu form piaskowych.

• Korzyści: Nadaje się do produkcji dużych i skomplikowanych części. Ekonomiczny w użyciu w produkcji małoseryjnej.
• Zastosowania: Przemysł motoryzacyjny i morski, duże odlewy aluminiowe, np. bloki silników, obudowy pomp.

Wymagania materiałowe dla odlewów aluminiowych

Aby uzyskać wysokiej jakości, trwały komponent, odlewanie ciśnieniowe aluminium wymaga specjalnych materiałów. Głównymi zasobami wymaganymi w tym procesie są:

• Stopy aluminium: It is essential to select an aluminium alloy because it plays a significant role in acquiring the required properties in the final product. Popular aluminum alloys die cast alloys are A380, A360, A383, ADC12, LM25, A356, etc. These alloys include good fluidity, strength and corrosion resistance. some of other special alloys still can be made accroding to customer requirement, such as 6061 or 6063. Skontaktuj się z nami if you need special aluminum alloy for your die casting products.
• Materiał formy: The mould material commonly used in aluminium die casting is steel moulds (the dies used). Steel moulds are very durable and have a high strength to resist both high pressure and temperature. Tool steels such as H13, 8407, 8418 or 1.2343 ESR tend to be used for their thermal fatigue resistance and wear.
• Smary: Formy są smarowane lub ich powierzchnie są traktowane środkami antyadhezyjnymi, aby zmniejszyć lub wyeliminować tarcie między formą a odlewanym materiałem oraz aby uniknąć przywierania odlewanego materiału wewnątrz formy. Gwarantuje to płynne wyrzucanie części, a także wydłuża żywotność formy.
• Piec: Musi istnieć piec, który doprowadziłby wlewki aluminiowe do temperatury potrzebnej do wtrysku do formy (zwykle od 660 o C do 720 o C).
• Systemy wtryskowe: System wtrysku tłokowo-komorowego musi być wykonany z materiału o wysokiej wytrzymałości, ponieważ musi być odporny na wysokie ciśnienia, do których napędzane jest stopione aluminium.

Przy starannym doborze i kontroli, materiały te są w stanie wytwarzać udane komponenty odlewane ciśnieniowo z aluminium, które idealnie pasują lub posiadają niezbędny rozmiar, wytrzymałość i wykończenie powierzchni, które mogą mieć zastosowanie w każdej branży.

Korzyści z odlewania ciśnieniowego aluminium

• Geometrie złożone: Może tworzyć złożone kształty z niezwykłą dokładnością i mniejszą potrzebą dodatkowej obróbki.
• Wysoki stosunek wytrzymałości do wagi: Jedną z właściwości aluminium jest jego lekkość i wytrzymałość, dzięki czemu nadaje się do zastosowań, w których waga jest głównym czynnikiem.
• Odporność na korozję: Aluminium może naturalnie uzyskać ochronną warstwę tlenku, dzięki czemu metal ten jest bardzo odporny na korozję.
• Doskonała przewodność cieplna i elektryczna: Znajduje zastosowanie w komponentach, które wymagają wysokiej jakości przewodności cieplnej lub elektrycznej.
• Możliwość recyklingu: Proces recyklingu aluminium jest przyjazny dla środowiska, ponieważ aluminium jest w stu procentach skalowalne.

Wady odlewów ciśnieniowych z aluminium

• Wysokie koszty początkowego oprzyrządowania: They can be very expensive to design and make die casting molds to manufacture, especially for a complex part. So for HPDC process is not good option for low volume production requirement.
• Ograniczony wybór materiałów: Wynika to głównie z ograniczonego zastosowania do materiałów, ponieważ wybór jest ograniczony głównie do aluminium i jego stopów, chociaż inne materiały mogą nie mieć zastosowania w tym procesie.
• Problemy z porowatością: Gaz może zostać uwięziony w stopionym aluminium, rozpuszczony w porowatości, co może spowodować powstanie pustki w odlewie.
• Ograniczenia rozmiaru: Komponent lub część odlewana jest ograniczona wydajnością maszyny odlewniczej.

Zastosowania odlewów ciśnieniowych z aluminium

W wielu branżach odlewanie ciśnieniowe aluminium jest stosowane:

• Automotive die casting: Blok silnika, obudowy skrzyni biegów i części konstrukcyjne.
• Aerospace die casting: części konstrukcji samolotu i silnika.
• Electronics die casting parts: Obudowy, produkty do sprzętu elektronicznego i radiatory.
• Dobra konsumpcyjne: Sprzęt i zasilanie do produkcji żywności.
• Industrial die casting components: Komponenty hydrauliczne i części mechaniczne.

Stopy aluminium do odlewów ciśnieniowych

Kilka stopów aluminium jest zwykle dostępnych w odlewach ciśnieniowych:

• A380: Mają dobrą płynność lub szczelność i dobrze pasują do wszystkich złożonych kształtów.
• A360: Zapewnia dobrą odporność na korozję, szczególnie w środowiskach morskich.
• A413: Nazywana również stalą o wysokiej wytrzymałości na obróbkę skrawaniem, jest stosowana w komponentach samochodowych.
• B390: Charakteryzuje się krytyczną zawartością krzemu i najlepszą odpornością na zużycie.

Wszystkie zastosowania mają różne potrzeby; dlatego też każdy stop ma inne właściwości w zależności od zastosowania, co sprawia, że producent wybiera najlepiej dopasowany materiał.

Rozważania dotyczące projektowania odlewów aluminiowych

Istnieje wiele czynników, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu części odlewanych ciśnieniowo z aluminium:

• Grubość ścianki: Stała grubość ścianki zapewnia podobne chłodzenie, co zmniejsza ryzyko wystąpienia wad.
• Draft Angles: Ściany formy są lekko zwężone, dzięki czemu można łatwo usunąć odlaną część.
• Promienie i filety: Dodanie zaokrąglonych krawędzi zmniejsza koncentrację naprężeń, a forma jest wypełniona.
• Konstrukcja bramy: Projekt bramy zakłada odpowiednie rozmieszczenie bram w celu uzyskania jednolitego przepływu metalu i zminimalizowania turbulencji.
• Mechanizmy wyrzucania: W ten sposób można zaprojektować dobre systemy wyrzucania, aby uniknąć uszkodzenia części odlewanej i procesu wyrzucania.

Zgodność z poniższymi zasadami projektowania umożliwia producentom uczynienie procesu odlewania ciśnieniowego wydajnym i tworzenie wysokiej jakości komponentów metalowych.

Przyszłe trendy odlewania ciśnieniowego aluminium

Przed branżą odlewów aluminiowych rysuje się świetlana przyszłość dzięki ulepszeniom technologicznym, materiałowym i procesowym. Niektóre z nowych trendów również mogą zdominować branżę:

Automatyzacja, robotyka

Uważa się, że automatyzacja będzie miała pozytywny wpływ na zwiększenie wydajności i spójności procesu odlewania ciśnieniowego aluminium. Wykorzystanie robotyki i zautomatyzowanych systemów rośnie w procesie odlewania do wykonywania niektórych zadań, takich jak obsługa form, usuwanie części i kontrola. Oprócz obniżenia kosztów pracy, zapewni to również większy stopień dokładności i wyeliminuje ryzyko błędu ludzkiego.

Druk 3D i szybkie prototypowanie

Istnieje również wpływ technologii druku 3D na branżę odlewów ciśnieniowych. Dzięki drukowi 3D możliwe jest szybkie prototypowanie, co daje producentom więcej czasu na weryfikację i ulepszenie projektu słabych części przed przystąpieniem do prototypowania produkcji na pełną skalę. Oszczędza to czas wprowadzania produktów na rynek, a formy odlewnicze, które są produkowane na końcu, są zoptymalizowane.

Lekkość / zrównoważony rozwój

Ponieważ coraz więcej firm koncentruje swoją uwagę na lekkich procesach, głównie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym, odlewanie ciśnieniowe aluminium staje się jeszcze bardziej niezbędne. Istnieje stale rosnąca potrzeba stosowania lekkich, ale wytrzymałych części, a aluminium ze swoim doskonałym stosunkiem wytrzymałości do masy doskonale pasuje do tych zastosowań. Powoduje to również duże zainteresowanie zrównoważonym rozwojem, w którym nacisk kładzie się bardziej na wykorzystanie substancji nadających się do recyklingu i zapewnienie mniejszej ilości odpadów podczas odlewania.

Innowacje w zakresie materiałów i stopów

Odlewanie ciśnieniowe aluminium jest rozwijane wraz z pojawieniem się nowych stopów aluminium i materiałów hybrydowych. Materiały te zapewniają lepsze właściwości, takie jak mniejsze zużycie, wytrzymałość i dobre przewodnictwo cieplne. Skutkuje to nowymi zastosowaniami odlewów ciśnieniowych w sektorach o wysokiej wydajności, takich jak elektronika, motoryzacja i energetyka odnawialna.

Problemy i rozwiązania w odlewaniu ciśnieniowym aluminium

Chociaż odlewanie ciśnieniowe aluminium przynosi szereg korzyści, wiąże się również z wyzwaniami, z którymi producenci muszą sobie poradzić, aby zmaksymalizować proces:

1. Kwestie porowatości

Integralność produktu końcowego może być również osłabiona z powodu porowatości lub kieszeni powietrznych zawartych w odlewie. Aby przeciwdziałać temu problemowi, producenci uciekają się do kontrolowania temperatury i ciśnienia metalu podczas wtrysku. Ponadto odlewanie próżniowe, w którym podczas procesu wtrysku stosowana jest próżnia, eliminuje uwięzione powietrze, a także minimalizuje porowatość.

2. Koszty oprzyrządowania

Uruchomienie wysokiej jakości form może być kosztowne, szczególnie w przypadku skomplikowanych części lub projektów o małej objętości. Próbując ograniczyć koszty oprzyrządowania, producenci wprowadzają ulepszone technologie produkcji form, w tym trójwymiarowe drukowanie form i proces wykorzystywania bardziej opłacalnych materiałów form, które byłyby w stanie przejść jak najwięcej cykli bez zniszczenia.

3. Kurczenie się i wypaczanie

Aluminium stygnie i krzepnie, a także ma tendencję do kurczenia się, co skutkuje wypaczeniem lub nieprawidłowym rozmiarem. Proces odlewania powinien być dobrze kontrolowany, aby rozwiązać tę trudność, tj. odlew powinien mieć najlepsze szybkości chłodzenia i skład materiałów. Następnie można przeprowadzić operacje po odlewaniu (obróbka cieplna lub obróbka skrawaniem) w celu dalszego dostrajania geometrii i właściwości części.

GC Precision Mould: Niezawodny partner w zakresie jakości

GC Precision mould może być niezawodnym dostawcą najwyższej jakości precyzyjnej produkcji, która koncentruje się na odlew aluminiowyobróbka skrawaniem i formowanie wtryskowe metali. Doświadczenie i dążenie do doskonałości dały nam lata niezawodnych, najlepiej działających części, które tworzą naszą wieloletnią reputację producenta wysokiej jakości, precyzyjnie zaprojektowanych części dla przemysłu samochodowego, lotniczego i elektronicznego, by wymienić tylko kilka. Działając jako dostawca zorientowany na jakość i niezawodność, GC Precision Mold zobowiązuje się do dostarczania innowacyjnych i opłacalnych rozwiązań w każdym produkcie, który wymaga precyzji i niezawodności. Dysponujemy doskonałą technologią i wykwalifikowanymi pracownikami, co motywuje klientów do korzystania z naszych usług, gdy wymagają wysokiej jakości usług i produktów.

Wnioski

Odlewanie ciśnieniowe aluminium jest nieodłączną częścią nowoczesnego przemysłu wytwórczego, ponieważ prowadzi do wysokiego poziomu precyzji, produkcji złożonych części i wytwarzania lekkich, ale wytrzymałych komponentów. Ze względu na zwiększoną presję na lepszą wydajność, zmniejszenie ochrony środowiska i zwiększenie szybkości produkcji, odlewanie ciśnieniowe aluminium będzie nadal kluczowym procesem. Dalszy rozwój technologii, materiałów i automatyzacji zapewnił, że ta technika produkcji pozostaje wydajna i zdolna do zaspokojenia konkurencyjnych potrzeb różnych branż.

Odlewanie ciśnieniowe aluminium znajdzie sposób na dalszy rozwój, biorąc pod uwagę kwestie kosztów oprzyrządowania, porowatości i nadążając za innowacjami druku 3D i trendami zrównoważonej produkcji, utrzymując swoją pozycję jako jeden z podstawowych procesów produkcji zaawansowanych technologii na całym świecie.

Najczęściej zadawane pytania

1. Które branże są obsługiwane przez GC Precision Mould?

Motoryzacja, lotnictwo, elektronika i telekomunikacja to tylko niektóre z obszarów działalności GC Precision Mould. Firma zajmuje się produkcją najwyższej jakości odlewów ciśnieniowych i form dla klientów z tych branż, a tym samym precyzją i trwałością wszystkich produktów.

2. Jakie są usługi GC Precision Mould?

GC Precision Mould offers one stop services die casting manufacturing, which include the development of prototypes, the design of moulds, production in large numbers, finishing of the surface, and assembly. They have the knowledge of die casting and mould installations, thus, they provide measurement-accurate components applicable to different applications.

3. Kiedy GC Precision Mould zostało otwarte?

GC Precision Mould was founded in 1999, and it has more than 20 years in the die casting sector. They have wide experience and applications in their services of quality dies and mould solutions, and this has made them one of the best manufacturers of die casting parts and mould solutions in China.