Полутвердое литье под давлением (SSDC) предполагает впрыскивание металлической суспензии (20-60%) при температуре 580-620°C под давлением 50-100 МПа. При этом формируется глобулярная микроструктура, повышающая прочность до 20%. Скорость сдвига обычно не превышает 10 с¹, что обеспечивает контролируемое заполнение пресс-формы для изготовления точных деталей. Распространенные сплавы включают алюминий A356 и магний AZ91D.

Узнайте, почему SSDC предпочтительнее для получения точных результатов. Узнайте, как он работает, каковы его основные методы, области применения и преимущества.

Что такое полутвердое литье под давлением?

Полутвердые литьё под давлением это производственный процесс. Он используется для придания металлу полутвердого состояния. Такие детали похожи на тесто, в них в равной степени присутствуют как жидкие, так и твердые формы. Такая суспензия помогает производителю изготавливать высококачественные детали сложной формы. Он широко используется в различных отраслях промышленности, будь то автомобилестроение или бытовая электроника. Детали SSDC прочнее и практически не имеют дефектов по сравнению с традиционным литьем.

 Тиксотропия и реопексия

1. Реокастинг (тиксотропное поведение)

Процесс реокастинга начинается после получения стандартного металлического слитка. Это может быть алюминиевый сплав A356. Металлурги расплавляют эти слитки при начальной температуре 650°C в печи.

Когда расплавленный материал начинает остывать до полутвердой температуры 580°C, рабочие используют механическую мешалку, вращая ее со скоростью 500 оборотов в минуту. При этом твердые частицы разбиваются на крошечные глобулы. Их размер составляет 50-100 микрон.

Перемешивание обеспечивает тиксотропное поведение. Это полутвердое состояние литья с твердыми частицами 40%. При надавливании оно течет очень плавно.

В дальнейшем этот шлам используется для литья различных компонентов, таких как детали подвески автомобилей.

2. Тиксокастинг (реопектическое поведение)

При тиксолитье производители используют готовые заготовки. Это такие сплавы, как магний AZ91D. Обычно в этом материале уже есть правильная глобулярная микроструктура.

Металлисты впервые увидели эти заготовки. Их длина во многих случаях варьируется, но обычно составляет от 150 мм. Они переплавили эти заготовки, применяя температуру 575°C. Это соответствует стандартному тиксованию. Процесс длится 15 минут в индукционной печи, пока материал не примет идеальную полутвердую форму.

Производители подают этот материал в форму со скоростью 1 м/с. Он отличается от тиксотропного тем, что не является более тонким. Напротив, это своего рода реопексия.

Этот процесс повышает вязкость при сдвиге (10%). В результате снижается риск возникновения турбулентного потока и захвата воздуха. При литье таких компонентов, как корпуса ноутбуков, эти характеристики позволяют получить более гладкие поверхности.

Как скорость сдвига регулирует поток?

Полутвердые металлы имеют скорости сдвига ниже типичного диапазона 10 с-¹. Будучи густой, она медленно перемещается в полость формы, заполняя каждую секцию должным образом, что особенно необходимо при тонком литье.

Стрижка увеличивается, когда узкие затворы толкают металл с высокой скоростью. Он заполняет форму за 0,5 секунды, изготавливая точные изделия.

Параметром является утончение при сдвиге. Это позволяет рабочим контролировать течение металла на различных этапах литья.

Твердая фракция

Твердая фракция (fₛ) - это доля твердого содержимого в SSDC. Это то, что производители держат в пределах возможного диапазона 20% и 60%.

При более низких условиях ниже 20% металл становится текучим, а слишком высокие, более 60%, приводят к образованию более твердой формы. Это вызывает проблемы в пресс-форме.

Эволюция микроструктуры

В отличие от старой дендритной структуры, полутвердый металл имеет глобулярную или розеткообразную микроструктуру. Частицы имеют круглую форму, что обеспечивает более плавное течение и минимизацию дефектов. Повышенная прочность и высокое качество - вот основные результаты этого процесса в конечной продукции.

Процесс полутвердого литья под давлением

Методы получения шлама

1. Активация расплава, вызванная деформацией (SIMA):

После покупки стандартных заготовок производители деформируют их при температуре 300 °С. Затем они помещают их в печи для повторного нагревания при температуре 580 °С. В этой жидкой матрице образуются сферические частицы (50 мкм). Этого вполне достаточно для полутвердой обработки.

2. Магнитогидродинамическое (МГД) перемешивание

Электромагнитные катушки используют ток 500А. Это позволяет осуществлять бесконтактное перемешивание со скоростью 600 об/мин. В результате этого процесса образуется идеальное твердое состояние 40%, исключающее загрязнение.

3. Отливка охлаждающего склона

Производитель спускает расплавленное состояние металла при температуре 620°C на скат. Обычно это медный скат с положением 60°.

Они используют ускоренное охлаждение для получения полутвердой суспензии более чем за 3 секунды.

Модификации инжекторных агрегатов

Используйте специальный тип коротких рукавов с керамическим термопокрытием. Они поддерживают температуру суспензии на уровне 570°C. Таким образом, вы можете лить без опасений на протяжении всей фазы впрыска.

Кроме того, точно сконструированные плунжеры обеспечивают равномерное заполнение формы. Критическая скорость составляет 0,3-0,8 м/с. Это позволяет сбалансировать работу и уменьшить вредное разделение фаз. Это происходит между жидкими и твердыми частицами суспензии.

Конструкция штампа

В случае с шиберными системами необходимо использовать штампы с большей площадью сечения 30%, чем обычные штампы. Это поможет поддерживать надлежащий поток полутвердых металлов.

Для систем бегунков следует предусмотреть плавные изгибы. Их радиус должен составлять не менее 20 мм. Это позволит поддерживать ламинарный поток металла и минимизировать турбулентность.

Что касается вентиляционных отверстий, то они точно обработаны до ширины 0,1 мм. Это позволяет контролировать захват воздуха во время литья. Кроме того, они решают проблему протечек.

Преимущества полутвердого литья под давлением

Более гладкие поверхности и точные размеры

Полутвердый металл поступает в секции штампа с контролируемой скоростью. Это намного медленнее, чем жидкий металл. Это также уменьшает количество воздушных пузырьков на 90 %.

По сравнению с обычным литьем, этот процесс уменьшает усадку (0,5%), что меньше, чем 1,2% при охлаждении. Это также помогает в изготовлении деталей, которые защелка.

Более прочная металлическая конструкция

Маленькие частицы круглой формы в полутвердом состоянии достаточно плотно упакованы друг с другом. Это означает, что они имеют более плотную структуру и 20% большую прочность при растяжении.

Вы можете согнуть его с большим усилием 15%, прежде чем он сломается. Такие детали служат дольше 30%, выдерживая многократные нагрузки.

Меньше отверстий и дефектов

Внутри SSDC почти нет пустых мест (от 1 до 2 %). В то время как при обычном литье под давлением вероятность этого составляет от 5 до 8 процентов.

Благодаря этому процессу устраняются пузырьки воздуха, отверстия, усадка, трещины и неровности поверхности.

Экономия энергии

Вы должны знать, что еще одна особенность или преимущество этого процесса - экономия энергии. Он снижает потребление энергии различными способами. Например:

• Металл нагревается при температуре 580°C вместо 680°C.
• Более быстрые потоки (25%) потребляют меньше энергии.
• В процессе работы он сокращает отходы материала на 15 процентов.

Снижение производственных затрат

Поскольку для полутвердых деталей требуется меньше полировальных станков, на них экономится до 40%.

Из всего объема выпускаемой продукции 5% деталей может быть забраковано. Это меньше, чем 15 % нормальных процессов.

Вы можете использовать формы SSDC не 30000, а 50000 раз.

Области применения полутвердого литья под давлением

Важнейшие автомобильные компоненты

Части полутвердого литья под давлением в автомобильной промышленности:

• Рулевые наконечники
• Опоры двигателя
• Корпуса трансмиссии
• Тормозные суппорты

Этот процесс позволяет получать очень сложные детали с конструктивными особенностями. Например, подрамники и рычаги подвески с полыми конструкциями.

В EV (электромобилях) такими деталями являются корпуса аккумуляторов и моторов. Они легкие и прочные. Кроме того, они выдерживают постоянные вибрации и тепловые нагрузки.

Высокопроизводительные детали для аэрокосмической промышленности

В полутвердом состоянии производятся аэрокосмические компоненты с прецизионным качеством. К ним относятся:

• Кронштейны крыльев
• Компоненты шасси
• Запчасти для турбинных двигателей
• Корпуса радаров
• Корпуса для авионики
• Спутник

Они долговечны и имеют меньший вес. Корпус системы наведения ракеты использует их для своих возможностей. Они обеспечивают жесткие допуски в критических условиях.

Измеренные достижения в производительности

В ходе полевых испытаний полутвердосплавные литые тормозные суппорты служат 80000 км до износа по старому методу. Кроме того, авиационные литые детали обладают 25% большей усталостной прочностью.

Детали автомобильных секторов приобретают повышенную ударопрочность (15%) при проведении краш-тестов.

Растущий рынок применения

Со временем растущий рынок приложений использует SSDC для создания:

• Точные корпуса антенн 5G с волноводами диаметром 0,05 мм.
• Лоток для медицинских имплантатов с поверхностью, устойчивой к бактериям.
• Корпуса двигателей дронов с улучшенным теплоотводом.

Более того, в электромобилях этот процесс используется для получения плоскостности 0,2 мм. Это на 300-миллиметровых участках охлаждающих пластин батареи.

Материалы, используемые при полутвердом литье под давлением

Особые обозначения сплавов

Алюминий A356 (AlSi7Mg) и магний AZ91D - это сплавы, которые лучше всего подходят для полутвердого литья под давлением. Они плавятся быстрее и равномернее, создавая идеальную текстуру.

Поскольку сплав A356 обладает высокой прочностью, именно поэтому автомобильные компании обычно используют его 70%. Между тем, сплав AZ91D хорошо сочетается с литьем легких корпусов электроники.

Реологические свойства

На графиках показано, как работают сплавы SSDC на разных стадиях и при разных твердых фракциях (Fs). При Fs=0,37. Наблюдается снижение вязкости при увеличении скорости сдвига от 1 до 10 с-¹.

Фракции типа Fs=0,48, которые выше, способствуют сгущению потока. Они используют большее усилие для заполнения фильеры. Этот график демонстрирует ситуацию, почему производители используют Fs между 0,40 и 0,45 для получения наилучшей продукции.

Поведение при затвердевании

Температура остывания отливок A356 в диапазоне 50°C. Они дают достаточно времени для распределения металла внутри формы.

Чтобы увеличить этот диапазон, вы можете добавить 0,3% магния. Это позволит увеличить температуру до 15°C для лучшего потока.

Напротив, сплав AZ91D быстрее принимает полностью твердую форму. Однако из него получаются детали с более прочными и тонкими стенками. Их толщина достигает 2 мм.

Вторичная обработка

Часто детали требуют меньшего количества этапов вторичной обработки. Это объясняется тем, что для них требуется удаление 0,1 мм поверхности против 0,5 мм для обычных отливок.

Кроме того, прохождение сплава A356 через термическую обработку позволяет повысить прочность до 20% без деформации.

Полутвердое литье под давлением в сравнении с традиционным литьем под давлением

Сравнение параметров процесса

Структура материала

Глобулярная структура полутвердого литья обеспечивает прочность на 20 % выше, чем структура старого литья. Она содержит около 2 % пористости; и наоборот, 5,8%.

Факторы стоимости

Однако первоначальная стоимость выше до 20%. Тем не менее, он может быть экономически эффективным, поскольку сокращает отходы материала примерно на 15% и затраты на обработку до 40%. Это компенсирует его первоначальные затраты.

Когда выбирать

При необходимости выбирайте полутвердые:

При производстве выбирайте полутвердое литье под давлением:

• Тонкие стенки (<3 мм)
• Высокая прочность (>250 МПа)
• Объемы >20,000 единиц/год
• Гладкие поверхности (<3,2 мкм Ra)

Заключение:

Полутвердое литье под давлением отличается более высоким качеством прочности. Оно также обеспечивает превосходную обработку поверхности с минимальной пористостью, примерно на 30% меньше, чем при обычном процессе.

Несмотря на то, что этот метод требует использования особых сплавов и дорогостоящих начальных установок, он становится экономически эффективным при изготовлении деталей, превышающих 20000 единиц.

Будущий рынок ожидает расширения применения SSDC в автомобильной и аэрокосмической промышленности, а также в новых технологиях. Он также сосредоточен на выявлении достижений в области управления технологическими процессами и оснастки.