Задумывались ли вы когда-нибудь о том, как именно изготавливаются эти сложные металлические детали в двигателе вашего автомобиля или корпусе телефона? Будучи человеком, который работал на производстве, управляя производственными линиями и пресс-формами, чтобы заставить их выплеснуть все самое лучшее, я могу с уверенностью сказать, что у них есть молчаливый партнер - литье под давлением. Оно изменило способ изготовления прочных и сложных деталей экономически эффективным и быстрым способом.

Литье под давлением расплавленного металла в многоразовую форму позволяет получать мощные, детализированные и способные к минимальной отделке детали. Оно является одной из основ таких отраслей промышленности, как автомобильная, аэрокосмическая или бытовая электроника. В этом руководстве мы расскажем о внутреннем устройстве литья под давлением, о том, как оно появилось в истории, и о его развитии в будущем. Вы можете быть инженером-экспертом или простым любопытным ребенком, и вам будет что открыть.

Что такое литье под давлением

Литье под давлением - это, по сути, процесс литья металла, при котором жидкий металл заливается в стальную форму, или штамп, с повышенной скоростью и давлением. В результате образуются детали высокой точности и качества. По сравнению с другими методами литья, которые полагаются на силу тяжести для заполнения формы, метод литья под давлением заставляет заполнять каждую щель и полость формы, уменьшая возможные дефекты, такие как пузырьки воздуха.

Горячий расплавленный алюминий или цинк заливался в плотно обработанную матрицу. После остывания обычно требуется только разделение на части, а также быстрая подрезка. Этот способ очень методичен при создании большого количества одинаковых деталей, поэтому он очень хорош в массовом производстве.

Литье под давлением имеет свойство повторяться, и это мой опыт работы в заводских цехах. Вы можете выпускать тысячи деталей с допуском +-0,005 дюйма. Это не только скорость, но и постоянство, которого другие процессы вряд ли смогут достичь.

История литья под давлением

Литье под давлением не возникло спонтанно, а берет свое начало в начале 19 века. Самыми первыми были запатентованы отливки для типографских машин около 1838 года, которые использовались для печатных прессов. В то время это были всего лишь сплавы свинца и олова, которые применялись в основном в издательском деле.

В начале XX века, когда появились такие изобретения, как машина с горячей камерой, запатентованная в 1907 году, цинк и другие низкоплавкие металлы вошли в игру. Первая и Вторая мировые войны стимулировали его использование, поскольку армии требовались быстрые и прочные компоненты для оружия и транспортных средств. К 1950-м годам послевоенный автомобильный бум закрепил роль литья под давлением на предприятиях.

К семидесятым годам прошлого века произошел всплеск производства алюминия. литьё под давлением благодаря улучшенным сплавам и компьютерному проектированию. Все та же старая сказка об эволюции, когда меняются материалы и технологии, не меняя при этом своей основной популярности.

Виды литья под давлением

Горячее камерное литье под давлением

При литье под давлением в горячей камере литьевая форма погружается в жидкий металл. Для этого метода используются сплавы с низкой температурой плавления, например, цинк, магний и свинец. Основное преимущество этого метода - очень короткое время цикла при высокой эффективности производства.

Холодное камерное литье под давлением

Литье под давлением в холодной камере используется при работе с высокоплавкими металлами, включая алюминиевые и медные сплавы. При этом процессе расплавленный металл заливается в камеру впрыска и с силой впрыскивается в форму. Этот метод предпочтительнее, поскольку он способен выдерживать повышенную температуру без повреждения оборудования.

Процесс литья под давлением шаг за шагом

Мы замедлим процедуру литья под давлением до управляемых этапов. Это оркестр из горячести, напряжения и точности, который мне приходилось организовывать столько раз.

Сначала подготовьте штамп

Две половинки помещаются на литейную машину. На поверхность этих штампов наносится разделительное средство, чтобы избежать прилипания.

Расплавьте металл

Сплавы плавятся в печи до жидкого состояния - примерно 700-1 200F, в зависимости от сплава.

Инъекция следует

Поршень либо загоняет металл в нагретую камеру, либо сначала заливает в холодную. За эти миллисекунды она заполняется под высоким давлением (1 00020 000 фунтов на квадратный дюйм).

Охлаждение и застывание

Скорость вращения штампа ускоряется благодаря водяным или масляным каналам, которые за несколько секунд превращают жидкость в твердое тело.

Выброс 

Деталь выталкивается в виде штифтов. Исключите содержание спекулянтов во вторичных операциях, таких как флеш.

Отделка: 

Это может включать в себя механическую обработку, покраску или нанесение покрытия на внешний вид и функциональность. На протяжении всего процесса происходит проверка качества, чтобы убедиться в отсутствии дефектов. Это очень быстрый цикл, в котором время проходит менее минуты, и который можно легко масштабировать для производства.

Материалы, используемые при литье под давлением

Сильной стороной литья под давлением является универсальность многих типов металлов. Алюминий - номер один, поскольку он легкий и не подвержен коррозии. Рассмотрим автомобили, которые стали легче перевозить без увеличения веса при использовании алюминиевых колес или рам для ноутбуков.

Цинк: Цинк - еще один фаворит: он дешев в литье, легко отливается, а на более тонких эффектах, таких как замки или шестеренки, он заканчивается. Он очень стабилен в своих размерах и может быть покрыт хромом.

Магний: Магний - яркий металл, необходимый для работы с небольшим весом, например, с электроинструментами или компонентами самолетов. Это самый легкий конструкционный металл, но с ним нужно обращаться осторожно, так как он легко воспламеняется.

Медь: Электрические компоненты проводников получают жизнь благодаря использованию медных сплавов. Варианты из латуни и бронзы используются в качестве декоративных изделий.

Опыт показывает, что выбор материалов влияет на все аспекты жизни штампа и поведения детали. Никогда не забывайте думать о таких аспектах, как температура плавления, текучесть и цена. Новые сплавы, такие как алюминий с повышенным содержанием кремния, ограничивают жаропрочность.

Преимущества литья под давлением

Почему литье под давлением предпочтительнее других технологий? Мы должны перечислить причины, по которым она обладает множеством преимуществ, делающих ее гигантом производства.

• • Начнем с точности: Детали изготавливаются с небольшими допусками и гладкими поверхностями, что часто позволяет обойтись без дополнительной обработки. Это экономит время и деньги.
  • Еще одно преимущество - высокие темпы производства. Как только машина готова, можно выпускать тысячи единиц продукции в день с минимальными колебаниями.
  • Сложные геометрические фигуры? Нет проблем. Литье под давлением работает с подрезами, тонкими стенками и сложными конструкциями, которые не поддаются литью в песчаные формы.
  • Эффективность материалов также заключается в том, что не образуется много отходов, так как излишки металла могут быть переработаны. Кроме того, детали твердые и обладают хорошими механическими свойствами.
  • При больших объемах производства стоимость единицы продукции значительно снижается за счет инвестиций в оснастку.
  • Скорость и точность литья под давлением позволили сократить сроки изготовления корпусов двигателей на несколько недель в реальных условиях, что я и испытал на себе. Кроме того, этот метод экологичен и потребляет меньше энергии, чем ковка.

Недостатки литья под давлением

• • В прошлом нет ничего безупречного, и литье под давлением - не исключение. Стартовые затраты на изготовление штампов могут быть высокими, обычно от 10 000 до 100 000, что отпугивает проекты с ограниченным масштабом.
  • Частой проблемой является пористость: Задержанный воздух может вызвать ослабление некоторых частей, но это можно устранить с помощью вакуумных методов.
  • В основном он может работать только с цветными металлами; с высокоплавкими чугунами без специального оборудования не справиться.
  • Срок службы матрицы Износ диэлектрического серебра выше, чем алюминия, и он требует обслуживания.
  • Ограничение по размеру применяется, поскольку для изготовления очень крупных деталей требуются гигантские машины, что увеличивает расходы.
  • По моему опыту, эти недостатки исчезают при больших объемах производства, хотя для прототипов другие технологии, такие как 3D-печать, могут оказаться лучше.

Литье под давлением и другие методы литья

Литье в песчаные формы при небольших объемах менее затратно, но требует грубых поверхностей, которые невозможно обработать. Небольшие детали хорошо получаются при литье по выплавляемым моделям, которое медленнее и дороже. Литье под давлением быстро преобладает над объемным, но на начальном этапе стоит дороже. Литье в постоянные формы аналогично, за исключением того, что оно подается под действием силы тяжести, что приводит к образованию большего количества дефектов.

Метод литья		Скорость производства		Точность и обработка поверхности		Структура затрат		Лучшие примеры использования		Ограничения
Литье под давлением		Очень высокая, идеальная для массового производства		Отличная точность, гладкая поверхность, жесткие допуски		Высокая первоначальная стоимость оснастки, низкая стоимость единицы продукции при масштабировании		Крупносерийное производство сложных металлических деталей		Высокая первоначальная стоимость; ограничено цветными металлами
Литье в песок		От низкого до умеренного		Низкая точность, шероховатая поверхность, требующая обработки		Низкая первоначальная стоимость, более высокая стоимость отделки		Малосерийное производство или изготовление крупных деталей, прототипирование		Плохая обработка поверхности, низкая точность размеров
Инвестиционное литье		Низкий		Очень высокая сложность и хорошая обработка поверхности		Высокая стоимость каждой детали, более медленный процесс		Маленькие, сложные компоненты с мелкими деталями		Медленное производство; дорого для больших объемов
Литье в постоянные формы		Умеренный		Лучше, чем литье в песчаные формы, менее точное, чем литье под давлением		Умеренные затраты на оснастку		Среднесерийное производство простых форм		Гравитационный процесс приводит к увеличению количества брака

 

Конструкция инструментов и штампов

Конструкция пресс-формы очень важна при литье под давлением. Мы посвящаем большую часть нашего опыта разработке форм, которые обеспечивают максимальный поток металла, эффективное охлаждение и длительный срок службы инструмента. Также важно обеспечить правильную вентиляцию, литниковые системы и терморегулирование - факторы, которые влияют на качество конечного продукта. Хорошие инструменты не только улучшают согласованность деталей, но и увеличивают срок службы производственного процесса, поэтому литье под давлением является более дешевым методом в долгосрочной перспективе.

Контроль качества при литье под давлением

Процесс литья под давлением предполагает строгое поддержание качества. Мы применяем строгие методы контроля, например, проверку размеров, рентгеновское исследование и анализ механических свойств. Такие мероприятия гарантируют, что каждый компонент соответствует отраслевым спецификациям или даже превосходит их. Комплексные системы мониторинга позволяют нам выявлять отклонения в процессе на ходу, способствуя повышению надежности и снижению количества брака.

Экологическое и экономическое воздействие

Современное литье под давлением ориентировано на экологичность. Наша собственная деятельность также включает в себя переработку излишков металла, максимальное использование энергии в производственном цикле и т. д. Повторное использование штампов и сокращение отходов материалов может помочь в обеспечении экологической ответственности, а также экономической эффективности. С точки зрения затрат, литьё под давлением Это экономически выгодно, так как в долгосрочной перспективе экономит деньги за счет трудозатрат, ускорения производства и низких затрат на последующую обработку.

Заключение

Литье под давлением - это очень важный производственный процесс, который отличается точностью, производительностью и гибкостью. Он продемонстрировал свою способность обеспечивать качественные металлические компоненты, которые помогают обслуживать самые разные отрасли промышленности. Будущее современного производства будет характеризоваться постоянным совершенствованием материалов, оснастки и автоматизации, поскольку литье под давлением четко очерчивает будущее современного производства.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как мы делаем литье под давлением и что это такое?

Давление литья под давлением прикрепляется к расплавленному металлу в форме. Вначале сплав расплавляется, помещается в форму, охлаждается и выталкивает деталь. Это позволяет получать повторяющиеся и точные детали за короткое время.

Что вы считаете основными разновидностями машин для литья под давлением?

В основном они состоят из горячей камеры (низкоплавкие металлы, такие как цинк) и холодной камеры (алюминий и медь). Мелкие детали обрабатываются в горячей камере, а крупные и высокоплавкие - в холодной.

В чем преимущества литья под давлением по сравнению с машинным литьем под давлением?

Литье под давлением дает более прочные и жаростойкие металлические детали, пригодные для изготовления функциональных деталей. Литье под давлением подходит для пластмасс, но не может соответствовать прочности металла.

Какие предприятия наиболее эффективны при литье под давлением?

Среди лидеров - автомобилестроение, электроника, аэрокосмическая промышленность и потребительские товары. Прецизионные детали, поставляемые в больших количествах, такие как блоки двигателей или корпуса приборов, идеально подходят для этого.

Что такое литье под давлением цена пользовательских частей?

Цены разные: оснастка $5,000-50,000 на старте, затем 0.50-5/деталь в массе. Они зависят от сложности, материала и количества - большие тиражи снижают цену за единицу.

Сильные дефекты при литье под давлением и их предотвращение.

Пористость с захваченным воздухом, пористость при вспышке или усадочная пористость. Уменьшите проблемы с помощью вакуумного ассистирования, правильного удаления воздуха и оптимального давления.

Является ли литье под давлением экологически чистым?

Она хорошо перерабатывает лом и потребляет мало энергии по сравнению с другими. В современных тенденциях используются экологичные сплавы и экологически чистые печи, производство которых не требует больших затрат.

В чем разница между традиционными методами и вакуумной обработкой штампов?

При вакуумном литье под давлением воздух удаляется из формы перед впрыском, а пористость сводится к минимуму, что делает детали прочнее и плотнее. Он хорошо подходит для жестких условий эксплуатации, таких как аэрокосмическая промышленность.