Литье в горячей камере и литье в холодной камере - это оба метода литья металла. Но работают они по-разному. При горячем камерном литье используется встроенная печь. Она работает быстрее и позволяет изготавливать детали из металлов с низкой температурой плавления, таких как цинк. При литье в холодной камере для расплавления металла используется отдельная печь. Оно может производить детали из металлов со средней и высокой температурой плавления, таких как алюминий, но работает не так быстро.

Решение о выборе зависит от типа металла и сложности детали. Прочитайте эту статью, чтобы узнать о различных аспектах, сплавах, областях применения и процессах.

Горячее камерное литье под давлением

Процесс называется горячим камерным из-за погружения системы впрыска (система гусениц и плунжер) в расплавленный металл внутри печи. Он работает быстрее, используя автоматизированную технику для изготовления металлических деталей.

Производитель подает расплавленный металл в многоразовую стальную форму под высоким давлением. В качестве основных металлов используются цинк, олово и сплавы на основе свинца. Этот процесс работает с более низкими температурами плавления металла (ниже 450°C / 842°F), чтобы избежать повреждения системы впрыска. Однако использование свинцовых сплавов во многих отраслях промышленности ограничено из-за их токсичности.

Инжекция металла: Система Gooseneck

Системы литников в горячем камерном литье служат для закачки расплавленных сплавов в полость формы. Для улучшения подачи металла она погружается в печь. При этом гидравлический или пневматический плунжер, приводимый в действие маслом/газом под давлением 7-15 МПа / 1 000-2 200 фунтов на квадратный дюйм, подает металл в форму и поднимается по гусаку. Эта конструкция идеально подходит для массового производства, позволяя производить 2-5 впрысков в минуту.

Ключевые задачи:

Некоторые примеси, такие как окисленный металл, могут накапливаться в гузке, образуя окалину. Они блокируют поток и в результате снижают качество деталей. Чтобы избежать этого, необходимо использовать соответствующие системы очистки.

Кроме того, постоянное воздействие расплавленного сплава со временем приводит к разрушению плунжера и зажимной горловины. Это требует замены через каждые 50 000-100 000 циклов.

Материалы и долговечность штампов

Штампы изготавливаются из более прочных и твердых материалов, таких как сталь (например, марки H13). Такие штампы обычно выдерживают сильное давление и нагрев. Однако при нагреве выше 400°C и охлаждении внутри штампа образуются крошечные трещины. Любая матрица может прослужить 100 000-500 000 циклов до ремонта.

Что касается стоимости, то она остается высокой и составляет от $20 000 до $50 000 за кубик. Однако при массовом производстве это становится доступным. Регулярное обслуживание, нанесение покрытий и контроль температуры неизбежно увеличивают срок службы.

Разбивка по времени цикла

• Заливка: Ввод расплавленного металла в штамп занимает 0,1-0,5 секунды. Скорость обычно зависит от усилия плунжера и вязкости металла.
• Затвердевание: Расплавленный металл остывает и затвердевает за 2-10 секунд. Более толстым деталям требуется больше времени, в то время как тонкостенные детали (например, 1-3 мм) остывают достаточно быстро.
• Выталкивание: Выталкивающие штифты облегчают этот процесс, удаляя деталь за 1-3 секунды. Кроме того, использование смазки на матрице (например, графита) позволяет избежать прилипания.

Контроль температуры

Для получения стабильного качества отливки важно точно подобрать температуру. Поэтому в печи расплавленный цинк поддерживается при температуре 410-430°C (770-806°F). Это означает, что изменение температуры даже на 10°C может привести к дефектам.

Во время литья электронагреватели сопротивления или газовые горелки нагревают печь. При этом термопары все время наблюдают за температурой. Это связано с тем, что плохой контроль (слишком горячая температура) разрушает металл, а слишком холодная приводит к образованию окалины. Аналогичным образом, преждевременное затвердевание не позволяет заполнить пустоты или вызвать трещины.

Система выброса

Деталь становится готовой к извлечению, когда ее металл полностью затвердевает. Производители открывают штамп с помощью выталкивающих штифтов, которые выталкивают деталь.

Дополнительно, гидравлические приводы Контролируйте силу и избегайте повреждений. При этом угловые штифты плавно выдавливают сложные формы. Вы также можете использовать смазочный туман для охлаждения матрицы и предотвращения прилипания. Все это означает, что хорошо отлаженные системы выталкивания работают с высокой эффективностью.

Преимущества

• Этот процесс в 3-4 раза быстрее, чем литье под давлением в холодной камере.
• Встроенные печи потребляют на 20-30% меньше энергии, чем те, которые плавят металл отдельно.
• Он изготавливает детали с жесткими допусками (±0,1 мм) и гладкими поверхностями.
• Горячее камерное литье идеально подходит для массового производства (10 000+ деталей).
• Он широко используется в автомобильных петлях и корпусах электроники.

Недостатки

• Эта техника не подходит для алюминия или литьё под давлением магния. Потому что они имеют более высокую температуру плавления, что может привести к повреждению гусеницы.
• Отклонение температуры при частом циклическом движении приводит к нагрузке на козелок, в результате чего появляются трещины.
• Требуется очистка от примесей, чтобы избежать окалины.

Холодное камерное литье под давлением

Литье в холодной камере не похоже на литье в горячей камере: для расплавления металла используется отдельная печь. Вместо этого производители перемещают расплавленный металл через ковш в гильзу для дроби. Там гидравлический плунжер вдавливает его в полость формы. Остальной процесс практически аналогичен. Этот процесс хорошо работает с умеренными и высокими температурами плавления таких металлов, как алюминий, магний и сплавы на основе меди.

Литье и инжекция металла

Вы можете передавать нагретый металл в машину с помощью ручного или автоматического ковша.

• Ручная разливка медленнее и не очень последовательна. Она используется для заливки расплавленного металла в гильзу для дроби. В результате возникают отклонения в качестве деталей.
• Автоматизированный ковш - это роботизированная рука. Она точно отмеряет и вставляет нагретый металл. Он правильно заполняет зазоры и уменьшает количество человеческих ошибок. Этот процесс помогает повысить производительность до 10-20%. Кроме того, он устраняет такие дефекты, как захват воздуха и неполное заполнение.

Дробовая втулка и плунжер

Короткие рукава являются частью систем впрыска. Это место, откуда расплавленный металл выливается перед впрыском в матрицу. Производители изготавливают их из более твердых материалов, таких как сталь, чтобы они могли выдерживать сильные температуры и давление.

Плунжер похож на шток, приводимый в движение гидравлическим цилиндром. Он подает расплавленный сплав в форму. Обычно он бывает двух типов: плоский и конический.

Плоский плунжер подходит для более простых деталей с постоянной толщиной стенок. В то же время конические плунжеры полезны для сложных конструкций, предотвращая турбулентность и захват воздуха.

Материалы для штампов

В основном штампы для холодной камеры включают в себя закаленную инструментальную сталь типа H13 или H11. В этом материале уже есть соотношение прочности и веса, а также износостойкость. Поэтому он выдерживает высокую температуру (до 700°C/ 1292°F) и интенсивное давление впрыска, не деформируясь.

Однако существуют некоторые трудности, с которыми сталкивается штамп. Например, тепловой контроль в результате постоянного нагрева и охлаждения приводит к образованию поверхностных трещин. В то же время эрозия высокотемпературных сплавов приводит к постепенному износу.

Поэтому старайтесь уделять внимание регулярному техническому обслуживанию, обработке поверхностей и нанесению покрытий (азотирование или PVD). Это может увеличить срок службы штампа и повысить его производительность.

Каналы охлаждения

Инженеры стратегически грамотно интегрируют каналы охлаждения в пресс-форму. Это связано с тем, что такие каналы регулируют этап затвердевания и сокращают время цикла. Размещая их вблизи зон повышенного нагрева, можно добиться постоянного охлаждения. Поэтому они не вызывают коробления, усадки и внутренних трещин.

Система шприцев и бегунков

Эти компоненты машины с холодной камерой помогают направить нагретый сплав из гильзы с дробью в полость штампа.

Часть литника обычно является точкой входа, откуда бегунки распределяют металл в стороны. Спроектируйте их соответствующим образом, чтобы устранить основные дефекты, такие как захват воздуха и блокировка потока.

Система выброса

На этапе удаления затвердевших отливок из формы без повреждений системы выталкивания обеспечивают бесперебойную работу. Эти системы включают в себя использование выталкивающих штифтов, разбрызгивание смазки, гидравлические приводы и выталкивающие коробки, напоминающие горячие камеры.

Когда деталь остывает, пресс-форма открывается, активируя выталкивающий механизм, и выталкивающие штифты выталкивают отлитую деталь.

Преимущества

• Она может отливать более широкий спектр сплавов, таких как алюминий, магний и медь.
• Тепловой удар меньше, так как гильза и плунжер не сталкиваются с расплавленным металлом, что снижает износ.
• С его помощью можно изготавливать детали с высокой точностью и тонкостью стенок.

Недостатки

• Этот процесс медленнее, чем процесс в горячей камере, и занимает 20-60 секунд на деталь.
• Из-за высоких температур и давления он требует больше энергии и обслуживания. Это делает его дорогостоящим.
• Использование ручного дозатора и обслуживание штампа часто увеличивает трудозатраты.

Сравнение горячего и холодного литья под давлением

Тематические исследования

Для изготовления пряжек и крепежа из цинкового сплава производители обычно используют горячее камерное литье под давлением. Они используют эту технологию из-за ее способности производить детали небольшого размера и массового производства.

В то время как штампы с холодной камерой, литье производит алюминиевые блоки двигателей. Эта деталь отличается большими размерами, сложной геометрией и необходимостью высокой прочности. Именно поэтому литье в холодную камеру является наилучшим вариантом.

Применение и отрасли

Автомобиль:

Автомобильная промышленность использует горячие камеры для производства деталей из цинкового сплава, таких как ремни безопасности, детали стеклоочистителей и корпуса автомобильных аудиосистем. Впечатляющие свойства цинка придают им гладкую поверхность и высокую прочность.

И наоборот, литье под давлением в холодной камере помогает в изготовлении алюминиевых кронштейнов двигателя, компонентов машинного отделения и деталей освещения. Это связано с тем, что оно позволяет создавать любые сложные конструкции с высокой прочностью.

Аэрокосмическая промышленность:

Литье под давлением с горячей камерой редко используется для изготовления деталей аэрокосмической промышленности. Это связано с тем, что литейный металл (цинк, магний) имеет более низкую температуру плавления. Но это не значит, что данный процесс не используется в этой отрасли. С его помощью изготавливается множество мелких магниевых деталей аэрокосмического назначения, таких как кронштейны, корпуса и разъемы. Это обеспечивает легкую прочность, коррозионную стойкость и долговечность.

Однако детали, изготовленные методом холодного камерного литья под давлением из магниевых сплавов, используются в авиации. Например, каркасы сидений и элементы кабины. Эти детали легче и прочнее.

Потребительские товары:

Производители изготавливают популярные в мире моды и аксессуаров изделия методом горячего камерного литья под давлением. Например, застежки, молнии и декоративные элементы из цинкового сплава.

Алюминиевые электронные корпуса и радиаторы широко используются в бытовой электронике. Они изготавливаются по технологии холодной камеры.

Новые приложения

Электромобили (EV):

Литье под давлением все чаще используется для производства легких корпусов батарей и структурных компонентов для EV.

Растущий спрос на легкие детали для EV-мобилей является причиной широкого использования технологии литья под давлением. Этот процесс позволяет создавать корпуса батарей и структурные компоненты, которые имеют меньший вес, чем обычно, и являются более прочными.

Технология 5G:

Литые под давлением алюминий и магний стали важными компонентами для инфраструктуры 5G. Например, корпуса антенн и системы управления нагревом.

Заключение

Литье под давлением в горячей камере выполняется быстро и является доступным вариантом. Оно работает с металлами с низкой температурой плавления, такими как цинк. С другой стороны, литье под давлением в холодной камере требует больше энергии, поскольку расплавляет сплав отдельно. Однако этот процесс эффективен для прочных материалов с высокой температурой плавления, таких как алюминий, медь и т. д. При выборе обращайте внимание на пригодность металла, сложность конструкции и объем производства. Таким образом, вы получите желаемый результат.