Полное руководство по литью прототипов под давлением

В пластиковой и металлообрабатывающей промышленности, прототипы для литья под давлением считаются финансово затратными  с длительным сроком выполнения проектов по разработке деталей. Тем не менее, последние достижения в области создания прототипов литья под давлением привели к ускорению и повышению экономичности процессов создания прототипов.

Главным поворотным моментом стало появление компьютерной обработки с числовым программным управлением (ЧПУ), технологической инновации, которая полностью изменила способ изготовления инструментов для литья под давлением. Если при использовании традиционных методов на изготовление штампа с четырьмя направляющими требовалось от 8 до 10 недель, то теперь обработка с ЧПУ позволяет быстро выполнить ту же работу всего за 1-2 недели.

Наряду с этим внедряется программное обеспечение для 3D-проектирования и моделирования, что дает возможность многим людям создавать оснастку для литья под давлением. Использование технологии 3D Computer-Aided Design (CAD) позволило упростить проектирование оснастки, которая может быть создана всего за несколько часов. Кроме того, современное программное обеспечение позволяет создавать 3d или 3d виртуальные прототипы, что, в свою очередь, помогает выявить недостатки конструкции, которые в противном случае могли бы стать проблемой во время производства.

Различные виды прототипное литьё под давлением Среди методов - одногнездный штамп, гравитационное литье, быстрое прототипирование, прототипирование гипсовых форм и механическая обработка. Появление технологии 3D-печати значительно расширило сферу применения прототипирования. Кроме того, она открывает новый спектр методик, которые еще предстоит изучить. Одним словом, развитие прототипы для литья под давлением представляет собой образец эффективности производства. Снижение входных барьеров для создания прототипов литья под давлением объясняется появлением станков с ЧПУ и программного обеспечения для 3D-проектирования.

Синергия технологического превосходства не только повышает экономическую эффективность, но и сокращает время разработки продукта, что рассматривается как одна из трансформационных особенностей современных методов производства. В этой статье вы найдете полезную информацию о литье прототипов.

Как прототип литья под давлением произвел революцию в обрабатывающей промышленности?

Литье под давлением прототипов является фундаментальной частью современной производственной технологии. Она обеспечивает несравненную скорость и точность при изготовлении сложных металлических деталей. Эта технология широко используется во многих отраслях промышленности, таких как авиастроение и бытовая электроника, благодаря способности воспроизводить сложные формы с высокой точностью.

Литье под давлением прототипов является универсальным, поскольку в нем могут использоваться любые материалы - от прочных пластмасс до высокопрочных металлов, которые специально разработаны для удовлетворения различных требований к производительности. Прототипирование литья под давлением алюминия высоко ценится за его легкость и прочность, поэтому он широко используется в автомобиле- и самолетостроении. Цинк.

Кроме того, сплав обладает высокой стабильностью размеров и не подвержен коррозии, а потому считается важным элементом при производстве недорогих и сложных по конструкции компонентов для бытовой электроники и телекоммуникационных приложений. Магний, еще один сплав  Известный своим превосходным соотношением прочности и веса, он часто используется для создания легких конструкций в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Использование литья под давлением для создания прототипов имеет ряд преимуществ. Во-первых, литье под давлением обеспечивает экономию на масштабе, что позволяет производить сложные детали в больших объемах при низких удельных затратах. Эта экономическая эффективность еще более усиливается благодаря гладкому процессу литья под давлением, который обеспечивает быстрый производственный цикл, что является критическим фактором для соблюдения жестких графиков и сокращения времени выхода на рынок.

Различные стратегии изготовления прототипов методом литья под давлением:

Наиболее подходящая стратегия создания прототипов методом литья под давлением определяется многими факторами: от цены и времени выполнения заказа до возможности протестировать критически важные характеристики изделия. Среди множества доступных вариантов выделяются две стратегии: литье с одной полостью и гравитационное литье. Давайте рассмотрим каждую из этих технологий и оценим их положительные и отрицательные стороны. 

Одногнездное литье по прототипам:

Если необходимо провести строгие испытания и оценить критически важные характеристики изделия, то наиболее подходящим будет одногнездный прототипный штамп. При использовании этого метода производство является полным, при этом тщательно проверяются такие факторы, как качество поверхности, что имеет большое значение во многих областях применения. Кроме того, он обеспечивает гибкость при внесении различных изменений в конструкцию, что позволяет избежать риска дорогостоящих переделок на следующих этапах производства.

Процесс литья одногнездных прототипов имеет одно существенное преимущество, заключающееся в возможности повторного использования оригинальной вставки в пресс-форму на финальной стадии производства. Он также позволяет сократить время от создания прототипа до производства и сэкономить средства на разработку оснастки. Кроме того, сокращение времени на создание окончательных штампов и вторичной оснастки приводит к повышению эффективности производственного процесса, что очень важно для производственных отраслей, характеризующихся высоким уровнем конкуренции.

Тем не менее, процесс изготовления одногнездных прототипов штампов имеет свои достоинства, но он также может создавать проблемы в ситуациях, когда основными факторами являются ограничения по времени или неопределенность конструкции. Капитальные затраты и время, необходимое для проектирования и создания штампа, требуют правильного планирования и оценки спецификаций проекта для обеспечения наилучших результатов. 

Гравитационное литье:

Однако при небольших объемах производства предпочтение отдается гравитационному литью, которое является недорогим вариантом. Гравитационное литье получило высокую оценку благодаря своей экономичности и быстрым срокам изготовления в отличие от однополостного прототипирования.  В результате гравитационное литье доминирует в области создания прототипов литья под давлением.

У гравитационного литья есть и другая сторона медали: его преимуществом является более высокая усталостная прочность за счет меньшей пористости. Кроме того, у него есть и свои недостатки. Необходимость в дополнительных операциях механической обработки, приводящая к частичной потере первоначального преимущества в стоимости, характерна для процесса литья под давлением, который отличается высокой точностью. Кроме того, отсутствие возможности воспроизведения сверхтонкой толщины стенок, как при литье под давлением, может ограничить применение технологии 3D-печати в некоторых областях.

Стереолитография и литье под давлением:

Существуют различные методы быстрого прототипирования литья под давлением, включая стереолитографию, лазерное спекание и моделирование методом наплавленного напыления - стереолитографию, лазерное спекание и моделирование методом наплавленного напыления. Комбинируя методы стереолитографии, эти методы обеспечивают быстрое время выполнения заказа, которое обычно составляет от 5 до 8 недель. В отличие от гравитационного литья под давлением, эти методы изготовления прототипов используют литьё под высоким давлениемВ то время как штампы из стали H-13 используются для воспроизведения сложной геометрии деталей с высочайшей точностью.

Главное преимущество быстрое прототипирование алюминия является то, что он очень близок к свойствам и материалам, используемым в производстве. Легирование материалов с физическими и термическими свойствами, аналогичными тем, что используются в полномасштабном производстве, позволяет создавать прототипы с тщательным и точным анализом изделия, не требующим дорогостоящего изготовления штампов. Это одна из причин, по которой данная технология особенно подходит для производства небольших партий в десятки тысяч единиц, пока изготавливается оснастка.

Тем не менее, необходимо отметить, что быстрое прототипирование методом литья под давлением, широко известное как "стальной процесс", может оказаться непригодным для деталей с тонкими или высокими стоячими деталями из-за естественных ограничений этого процесса. 

Прототипирование гипсовых форм:

Кроме того, его можно отнести к литью в резинопластиковые формы (RPM), использующие гравитационный метод литья, который подходит для различных сплавов, включая алюминий, магний, цинк и сплавы ZA. Стереолитографические модели - лучший способ быстрого изготовления прототипов в течение нескольких недель, что является очень важным фактором для быстрой итерации и модификации геометрии деталей.

Изготовление прототипов гипсовых форм часто является экономически эффективным, а стоимость изготовления гипсовой формы обычно составляет лишь малую часть инвестиций, необходимых для изготовления производственной формы. Хотя затраты на изготовление прототипа гипсовой формы оцениваются примерно в 10% от затрат на традиционную оснастку, это экономически эффективное решение для прототипирования литья под давлением.

Прототипирование гипсовых форм имеет довольно широкий диапазон, но особенно хорошо оно подходит для геометрии от 2 до 24 кубических дюймов. Этот метод используется для получения рабочих прототипов от 10 до 100 штук, и он наиболее подходит для проектов, поскольку не требует высокой стоимости оснастки для литья под давлением.

Хотя это и является преимуществом прототипирования гипсовых форм, разработчики должны быть осторожны и не усложнять геометрию деталей, поскольку возможность воспроизведения любой геометрии может привести к увеличению стоимости литья под давлением и производственных проблем.

Использование обработки из аналогичного литья под давлением в процессе создания прототипов

Прототипы из тех же отливок могут быть сделаны прагматичным способом, с использованием существующих отливок, которые похожи по размеру и форме. Этот метод является наиболее практичным и может применяться для форм сложной формы.  Кроме того, она более целесообразна для небольших деталей, где обработка толстых участков одной большой отливки нецелесообразна. Это лучший выбор для производства небольших шестеренок, изделий с винтовым механизмом и других деталей, которые обрабатываются автоматически в процессе и материалах.

С другой стороны, литье под давлением, несомненно, удобно при создании прототипов, но, с другой стороны, оно не лишено своих ограничений. Во-первых, конструктивные параметры прототипа изначально ограничены размерами и формой доступных отливок. Обработка из отливки означает, что нам придется отказаться от твердой кожи, характерной для производственных отливок.

Проводятся исследования, направленные на изучение влияния удаления кожи на механические свойства отливок под давлением. Например, исследования компании Briggs & Stratton показали, что снижение предела текучести и усталостной прочности на 10% и 39%, соответственно, произошло, когда кожа была снята с литейной формы. алюминиевое литьё под давлением. Аналогичным образом, результаты исследования U.  S.  Национальная лаборатория энергетических технологий показала, что предел текучести цинковых отливок при удалении кожи снижается примерно на 10%.

Техники обработки деформируемых и листовых материалов

В контексте прототипирования литья под давлением обработка из кованых или листовых материалов становится альтернативным подходом к созданию прототипов из листового или экструдированного алюминия и магния. Литые кованые и листовые изделия более пластичны, чем отливки под давлением, но у них ниже предел текучести при сжатии, и они могут быть направленными из-за ориентации листовых или экструдированных сплавов.

Наряду с ограничениями, присущими обработке из деформируемых или листовых материалов, есть и некоторые преимущества, которые важны в особых случаях, например, когда требуются свойства материала или направленные характеристики. Благодаря тонкому анализу компромиссов, включающих пластичность, предел текучести при сжатии и направленные свойства, производители могут использовать обработку из деформируемых или листовых материалов для создания прототипов, отвечающих их строгим требованиям.

Совместимые материалы для прототипов Литье под давлением

Прототип литья под давлением основан на разнообразии материалов, которые тщательно подбираются для выполнения конкретных требований к уровню производительности и области применения. В этом параграфе рассматриваются наиболее часто используемые материалы для литья под давлением, определяются их отличительные свойства и показывается, как они могут применяться в различных отраслях промышленности.

1.Алюминий:

Алюминий остается самым популярным материалом, используемым при литье под давлением прототипов, благодаря своей превосходной прочности, легкости и устойчивости к коррозии. Этот материал является наиболее универсальным и используется в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая, бытовая электроника и телекоммуникации. На сайте прототипы, отлитые под давлением из алюминия обладают высокой стабильностью размеров и хорошей обработкой поверхности, что обуславливает их применение в производстве деталей и элементов конструкций. 

2.Цинк:

Цинк также часто используется для отливки прототипов, которые известны своей высокой точностью размеров, большой прочностью и отличной коррозионной стойкостью. Литые детали из цинка хорошо подходят для сложных геометрических форм и высокой степени точности и используются в автомобильной, электронной, медицинской и аппаратной промышленности. Кроме того, низкая температура плавления цинка позволяет легко выполнять быстрые производственные циклы, что, в свою очередь, снижает общую стоимость создания прототипов.

3.Магний:

Магний - это материал, который обладает непревзойденным сочетанием прочности и веса, что делает его предпочтительным выбором для изготовления легких конструкционных компонентов в автомобильной, аэрокосмической промышленности и бытовой электронике. Магниевые литые детали характеризуются превосходными механическими свойствами, включающими высокую жесткость и ударопрочность, а также исключительную теплопроводность. Несмотря на то, что магний дороже алюминия и цинка, его исключительные свойства делают его предпочтительным для использования в прототипировании, где основными целями являются снижение веса и оптимизация производительности.

4. Латунь и медь:

Латунь и медные сплавы используются для нишевых применений в литье под давлением прототиповособенно в отраслях, где требуется лучшая электро- и теплопроводность. Этот вид металла высоко ценится за хорошую коррозионную стойкость, обрабатываемость и эстетические свойства. Такие детали используются в электрических разъемах, сантехнической арматуре, декоративной фурнитуре и точных приборах.

Как выбрать правильную технологию литья прототипов под давлением?

Выбор правильного литьевое прототипирование Процесс включает в себя понимание основных различий между методами литья под давлением на производстве и методами изготовления этих компонентов, обычно используемыми при производстве прототипов. Необходимо признать, что прототипы, созданные методом литья под давлением, отличаются от серийных аналогов из-за различий в составе сплава и способе изготовления.

Например, литые детали чаще всего покрыты слоем кожи толщиной около 0. Например, 5 мм, который является основным фактором, определяющим прочность на разрыв и усталостную долговечность изделия. Однако эта кожа создает проблему при обработке прототипов, когда для изготовления прототипа приходится удалять ее часть или всю кожу.

Несмотря на то, что механические свойства отливок могут отличаться от прототипов, изготовленных другими методами, использование литья под давлением в производственном процессе является оптимальным вариантом. Физические характеристики литья под давлением, такие как быстрое охлаждение, быстрое затвердевание и формовка под высоким давлением, являются факторами, которые отличают прототипы diecast от других типов прототипов.

Сплавы, получаемые методом литья под давлением, предназначены для конкретных методов литья, но они могут не подходить для гравитационного литья или механической обработки кованого или листового материала. Например, группа сплавов Zamak, широко используемая в литье по технологии diecasting, состоит из сплавов Zamak 3, 5 и 7, каждый из которых содержит алюминий 4% и имеет свои скорости затвердевания и механические свойства. Поэтому сплавы Zamak не рекомендуется использовать для создания прототипов гравитационного литья, так как механические свойства прототипов гравитационного литья могут отличаться от свойств диакаста. Вместо этого для создания прототипов гравитационного литья рекомендуется использовать сплавы ZA, чтобы максимально точно имитировать механические свойства литья под давлением.

Следует отметить, что Zamak 3, 5 и 7 не подходят для отливки прототипов, однако они могут быть использованы для декоративных элементов прототипа, если их механические свойства не влияют на функциональность прототипа.

Заключение

Что отличает производственные методы от методов создания прототипов, следует понимать при выборе наилучшего прототип литья под давлением. Несмотря на наличие вариаций, литье под давлением является основной причиной механических свойств прототипов, а правильный выбор сплава необходим для их совместимости с другими процессами литья под давлением. Используя эти знания, производители продукции могут сократить время, необходимое для изготовления прототипы до производства, что позволяет с уверенностью выпускать качественную продукцию.