ЯЗЫК 
English
русский
Español
дом / Новости / Новости отрасли / Литье алюминия под низким давлением: процесс, преимущества, сплавы и применение
Контент
- 1 Что дает литье алюминия под низким давлением
- 2 Как работает процесс литья под низким давлением, шаг за шагом
- 3 Литье под низким давлением и под высоким давлением
- 4 Алюминиевые сплавы, используемые при литье под низким давлением
- 5 Преимущества и ограничения, которые вы должны знать
- 6 Промышленное применение литья алюминия под низким давлением
- 7 Дефекты и контроль качества при литье под низким давлением
- 8 Соображения стоимости литья алюминия под низким давлением
- 9 Как выбрать поставщика алюминиевого литья низкого давления
- 10 Часто задаваемые вопросы
- 10.1 Какой уровень давления используется при литье алюминия под низким давлением?
- 10.2 Чем литье под низким давлением отличается от литья под давлением?
- 10.3 Какие сплавы можно использовать для литья алюминия под низким давлением?
- 10.4 Можно ли подвергать термической обработке алюминиевые отливки низкого давления?
- 10.5 Какова минимальная толщина стенки при литье под низким давлением?
- 10.6 Полностью ли устраняет пористость литье под низким давлением?
Что дает литье алюминия под низким давлением
Литье алюминия под низким давлением — это процесс постоянной формовки, при котором используется давление газа всего лишь от 0,2 до 0,8 бар проталкивать расплавленный алюминий из герметичной печи вверх по подъемной трубе в стальную форму многоразового использования. В результате получается отливка с высокой плотностью, низкой газовой пористостью и механическими свойствами, которые неизменно превосходят гравитационное литье и большинство видов литья под высоким давлением. Если ваш компонент должен выдерживать давление жидкости, выдерживать структурную нагрузку или проходить рентгеновский контроль, этот процесс необходимо оценить в первую очередь.
Преимущество в производительности достигается за счет управления потоком. Форма заполняется снизу с постоянной ламинарной скоростью, поэтому фронт расплава остается спокойным и не захватывает воздух. После заполнения на отливку сохраняется давление, пока она затвердевает. Это постоянное давление питает зоны, где обычно происходит усадка, поэтому алюминиевые отливки под низким давлением остаются плотными и герметичными даже в толстых секциях.
Данные производства подтверждают это. Сплав А356 в состоянии Т6 обычно развивается Предел текучести от 220 до 290 МПа с удлинением от 3 до 10 процентов, а оптимизированные отливки А357-T6 достигают 280 МПа и более. Поскольку литниковая система небольшая и остатки расплава возвращаются в печь после каждого цикла, выход материала достигает 85–95 процентов, а процент брака ниже, чем при гравитационном литье или литье под высоким давлением.
Итог: Литье алюминия под низким давлением лучше всего подходит, когда надежность важнее скорости цикла. Колеса, головки цилиндров, компоненты подвески, гидроблоки и корпуса конструкций — это его естественная территория.
Как работает процесс литья под низким давлением, шаг за шагом
Вся последовательность выполняется как замкнутый цикл, обычно От 4 до 12 минут на выстрел в зависимости от размера детали и толщины стенки. Вот что происходит за один полный цикл.
- Подготовка расплава. Алюминиевые слитки, возвратный лом и лигатуры загружаются в электрическую или газовую печь и выдерживаются при температуре от 680 до 730 градусов C. Флюсование и дегазация аргоном удаляют водород, а проверка спектрометром подтверждает химический состав сплава перед началом разливки.
- Предварительный нагрев и покрытие формы. Стальную постоянную форму предварительно нагревают до 250–350 градусов Цельсия, и на полость напыляют покрытие на керамической основе. Покрытие контролирует скорость охлаждения, улучшает текучесть металла и защищает поверхность формы в течение десятков тысяч циклов.
- Заполнение под давлением. Герметичная печь находится под давлением сухого сжатого воздуха. Расплавленный металл поднимается по подъемной трубе из нержавеющей стали в полость формы с контролируемой скоростью. Время заполнения обычно составляет от 20 до 60 секунд для колеса и от 10 до 40 секунд для корпуса меньшего размера.
- Затвердевание под давлением. Давление поддерживается в течение 2–8 минут или дольше, пока отливка затвердевает в направлении от стенки формы к стояку. Это постоянное давление питает зоны усадки и является ключом к производству деталей без пор.
- Сброс давления и рециркуляция металла. Печь вентилируется, и оставшийся в вертикальной трубе жидкий металл попадает обратно в печь для следующего выстрела. Поэтому коэффициент использования материала ЛПК достигает 85–95 процентов.
- Открытие и извлечение формы. Гидравлический цилиндр открывает форму, выталкивающие штифты выталкивают отливку, и покрытие подкрашивается, прежде чем форма снова закрывается.
- Послелитьевые операции. Стояк отрезается, отливка подвергается дробеструйной очистке, а детали, требующие более высокой прочности, проходят термообработку Т6, обработку на станке с ЧПУ, испытания под давлением и чистовую обработку поверхности.
Одна камера литья под низким давлением с двумя станциями может производить от 10 до 30 отливок в час в зависимости от массы детали. Это медленнее, чем литье под высоким давлением, но профиль качества другой, и эти два процесса редко взаимозаменяемы для одной и той же детали.
Литье под низким давлением и под высоким давлением
Покупатели часто спрашивают, какой процесс выбрать. Приведенное ниже сравнение охватывает параметры, влияющие на конструкцию детали, ее качество и стоимость.
| Параметр | Литье алюминия под низким давлением | Литье под высоким давлением |
|---|---|---|
| Давление заполнения | 0,2-0,8 бар | 200–1000 бар |
| Скорость фронта расплава | 0,1-1 м/с, ламинарный | 20-100 м/с, турбулентный |
| Риск газовой пористости | Низкий | От умеренного до высокого |
| Термическая обработка Т6 | Можно без вздутий | Обычно невозможно |
| Минимальная толщина стенки | 3-4 мм | 0,8-1,5 мм |
| Типичное время цикла | 4–12 минут | 1-3 минуты |
| Формируйте и умирайте жизнь | 80 000–150 000 выстрелов | 60 000–150 000 выстрелов |
| Типичный вес детали | 1-30 кг | 0,05-10 кг |
| Герметичность под давлением | Отлично | Ограничено пористостью |
| Типичные продукты | Колеса, головки цилиндров, поворотные кулаки, гидроблоки | Картеры коробки передач, кронштейны, тонкие корпуса |
Выбирайте низкое давление, если деталь является конструкционной, находится под давлением или термически обработана, а объем производства находится в диапазоне от 1000 до 100 000 деталей в год. Выбирайте высокое давление, когда вам нужны тонкие стенки и короткие циклы при очень больших объемах, а деталь не требует жесткого давления или удлинения. Автомобильная промышленность часто использует оба процесса на одном и том же автомобиле.
Алюминиевые сплавы, используемые при литье под низким давлением
Выбор сплава определяет, как деталь будет отлита, обработана и будет работать в эксплуатации. Четыре приведенные ниже группы охватывают подавляющее большинство коммерческих работ по литью алюминия под низким давлением.
| Сплав | Ключевой состав | Типичный предел текучести (T6) | Лучшее для |
|---|---|---|---|
| А356 (АлСи7Мг0,3) | 6,5-7,5% Si, 0,25-0,45% Mg | 220-260 МПа | Колеса, рычаги подвески, общеконструкционное литье |
| A357 (АлСи7Мг0,6) | 6,5-7,5% Si, 0,45-0,70% Mg | 250-300 МПа | Конструкционные и аэрокосмические детали, выдерживающие высокие нагрузки. |
| А413 (АлСи12) | 11-13% Si | Умеренный | Корпуса гидравлических клапанов, корпуса насосов, требующие герметичности |
| АлСи9Су3 | 8-11% Si, 2-4% Cu | Хорошо при повышенной температуре | Детали двигателя и трансмиссии, работающие при температуре 150-200 градусов С. |
Для герметичных корпусов клапанов выбирайте A413 с более высоким содержанием кремния. Для свариваемых и термообрабатываемых конструкционных деталей A356 является «рабочей лошадкой». Для деталей рядом с двигателем, которые должны сохранять прочность при рабочей температуре, AlSi9Cu3 является более безопасным выбором. Сплавы магния и цинка также можно использовать в тех же машинах низкого давления, но на практике в этом процессе доминирует алюминий.
Преимущества и ограничения, которые вы должны знать
Почему покупатели выбирают литье алюминия под низким давлением
- Плотная микроструктура. Ламинарное заполнение и постоянное давление уменьшают как газовую пористость, так и микроусадку, позволяя отливкам соответствовать строгим рентгеновским классам.
- Поддается термообработке. Низкое содержание газа позволяет получить Т4 и Т6 без вздутий, что обеспечивает предел текучести от 220 до 300 МПа.
- Герметичность под давлением. Корпуса клапанов, корпуса насосов и резервуары, изготовленные методом LPC, выдерживают испытания на герметичность воздухом и гелием более надежно, чем отлитые под высоким давлением.
- Высокий выход материала. Поскольку литниковая система небольшая и неиспользованный металл возвращается в печь, от 85 до 95 процентов приобретенного сплава становится готовой отливкой.
- Длительный срок службы инструмента. Стальные постоянные формы служат от 80 000 до 150 000 и более циклов при регулярном обслуживании покрытия.
- Соответствие размеров. Автоматизированный профиль давления обеспечивает повторяемость наполнения и затвердевания от порции к порции.
Ограничения при проектировании
- Длительное время цикла. LPC, занимающий от 4 до 12 минут на отливку, не является процессом массового производства мелких деталей.
- Минимальная толщина стенки. Примерно от 3 до 4 мм для надежного заполнения; Легкие корпуса с тонкими ребрами предназначены для литья под высоким давлением.
- Инструментальные инвестиции. Постоянные формы и камеры печи под давлением требуют более крупных первоначальных инвестиций, чем простые гравитационные формы.
- Ограничения формы. Для внутренних подрезов требуются песчаные стержни, а большие изменения сечения стенки увеличивают время затвердевания и могут создавать горячие точки.
- Потолок частичного веса. Практическая масса детали составляет около 30 кг, если вы хотите сократить время цикла.
Промышленное применение литья алюминия под низким давлением
Литье алюминия под низким давлением не является универсальным процессом. Он выигрывает в конкретных применениях, где решающее значение имеют внутренняя надежность, герметичность и прочность конструкции. Это также почему производители автомобильной техники выбирают литье под низким давлением для легких компонентов над более быстрыми альтернативами.
Автомобили и транспортные средства на новых источниках энергии
Алюминиевые колеса являются самым массовым продуктом LPC в мире. В рамках этого процесса также производятся головки цилиндров, поворотные кулаки подвески, рычаги подвески, корпуса тормозных суппортов, корпуса компрессоров и рамы электромобилей. Общей нитью является потребность в усталостной прочности и герметичности, которую не может гарантировать гравитационное литье.
Сельскохозяйственная и малая техника
Редукторы рисопосадочных машин, трансмиссии микрокультиваторов, подшипниковые кронштейны и корпуса приводов проводят свой срок службы в пыли, вибрации и изменяющихся нагрузках. Литье под низким давлением придает этим деталям плотность, позволяющую выдерживать полевые условия без преждевременных усталостных трещин.
Гидравлические и пневматические системы
Корпуса клапанов, корпуса клапанов регулирования давления, корпуса редукторных клапанов и корпуса тормозных насосов требуют герметичности. A413, отлитый компанией LPC, является стандартной комбинацией для этих деталей, а низкий уровень пористости позволяет удерживать брак при тестировании на герметичность на приемлемом уровне.
Мотоциклы и силовая техника
Картеры, картеры трансмиссии, крышки приводов и муфты вентиляторов выигрывают от сочетания тонкого сечения деталей и виброустойчивости. Этот процесс также часто используется для колес двухколесных транспортных средств, поскольку та же структурная логика, которая применяется к автомобильным колесам, применима и к мотоциклам.
Умный дом, медицинское и телекоммуникационное оборудование
Литье под низким давлением все чаще используется для структурных панелей «умного дома», корпусов медицинского оборудования и компонентов базовых станций телекоммуникаций, где косметические поверхности и точность размеров должны сосуществовать с хорошей механической прочностью. Эти детали обычно меньше по размеру, но преимущество плотности по-прежнему оправдывает этот процесс при производстве средних объемов.
Дефекты и контроль качества при литье под низким давлением
Ни один процесс литья не обходится без дефектов, и литье алюминия под низким давлением не является исключением. Разница в том, что большинство дефектов LPC можно предотвратить путем обращения с расплавом, контроля температуры формы и профиля давления.
Распространенные дефекты и их предотвращение
| Дефект | Типичная причина | Профилактика |
|---|---|---|
| Газовая пористость | Поглощение водорода, влага на покрытии формы | Дегазировать расплавом до уровня ниже 0,15 мл H2 на 100 г алюминия; сохранять покрытие формы сухим |
| Усадочная пористость | Недостаточное давление подачи или давление сброшено слишком рано. | Поддерживайте давление до завершения затвердевания; оптимизировать диаметр стояка |
| Оксидные включения | Турбулентное обращение с расплавом, грязная печь | Используйте пенокерамический фильтр с плотностью 20–40 ppi; регулярно чистите печь |
| Холодное закрытие или сбой в работе | Слишком низкая температура плавления или формы | Поддерживать температуру расплава 680-720 градусов С; разогрейте форму до 250-350 градусов С. |
| Шероховатость поверхности | Изношенное покрытие формы, эродированная поверхность формы. | Повторное покрытие каждую смену; ежедневно осматривайте поверхность формы |
Проверки качества производства, которые имеют значение
- Спектрометрическая проверка химического состава сплава на каждой плавке перед началом разливки.
- Проверка первого изделия с разрезом и оценкой микроструктуры для проверки расстояния между плечами дендритов и распределения пор.
- Отбор проб рентгеновских лучей или компьютерной томографии на определенной частоте для подтверждения внутренней работоспособности.
- Испытание на утечку воздуха или гелия для деталей, которые будут выдерживать давление жидкости в процессе эксплуатации.
- Координатно-измерительная машина для проверки обработанных баз и критических монтажных интерфейсов.
Для более подробного технического обсуждения этой темы вы можете прочитать как литье под низким давлением уменьшает газовые поры и другие дефекты литья в нашем архиве новостей отрасли.
Соображения стоимости литья алюминия под низким давлением
От чего зависит цена за деталь
| Элемент затрат | Типичный диапазон и воздействие |
|---|---|
| Инструменты для постоянной пресс-формы | От 15 000 до 80 000 долларов США за форму, в зависимости от количества гнезд, размера детали и конструкции водяного охлаждения. |
| Инвестиции в машинные ячейки | От 250 000 до 750 000 долларов США за станцию литья под низким давлением. |
| Стоимость времени цикла | От 4 до 12 минут на выстрел; one cell produces 5 to 15 shots per hour |
| Использование материала | от 85 до 95 процентов, поскольку остатки расплава возвращаются в печь. |
| Постобработка с ЧПУ | Часто от 20 до 50 процентов стоимости готовой детали. |
| Термическая обработка и обработка поверхности | Добавляет от 5 до 15 процентов к стоимости детали. |
Экономика объема и решение о безубыточности
- Этап прототипа (10-100 штук): Обработка алюминиевых заготовок на станке с ЧПУ обычно дешевле, чем изготовление постоянной формы.
- Малый объем (100-1000 штук в год): Гравитационное литье с использованием простой стальной формы часто более экономично.
- Средний объем (1000-50000 штук в год): литье под низким давлением обеспечивает оптимальное соотношение цены и качества.
- Большой объем (50 000 штук в год): Литье под высоким давлением выигрывает для тонкостенных деталей, но конструкционные и герметичные детали остаются за LPC, что демонстрирует индустрия алюминиевых колес с миллионами отливок в год.
Сравнительное исследование, опубликованное LSRPF, поставщиком литья под давлением, сообщает, что переход от других способов литья к литью под низким давлением снижает стоимость деталей на от 20 до 35 процентов сохраняя при этом прочность на разрыв на уровне 280 МПа или выше благодаря меньшему количеству брака и более высокому выходу материала. Фактическая экономия во многом зависит от геометрии детали и годового объема.
Как выбрать поставщика алюминиевого литья низкого давления
Контрольный список оценки, который имеет значение
- Универсальная возможность. Охватывает ли одно предприятие проектирование пресс-форм, литье и обработку на станках с ЧПУ? Это устраняет споры о допусках между поставщиками и сокращает время выполнения заказа в цепочке поставок.
- Контроль качества плавки. Ищите собственный спектрометр, процедуру дегазации и документированные химические проверки при каждой плавке.
- Глубина проверки. Отбор проб рентгеновских снимков или компьютерной томографии, испытания под давлением и проверка КИМ должны быть частью стандартного предложения, а не дополнительных опций.
- Сплав и опыт применения. Поставщик, который регулярно отливает A356, A357 и A413, с меньшей вероятностью допустит с вашей стороны ошибку при литовании или обращении с расплавом.
- Инженерное обеспечение. Моделирует ли команда заполнение и затвердевание, и могут ли они порекомендовать толщину стенок, углы уклона и размещение стояков перед началом оснастки?
- Координация термообработки. Для конструкционных деталей поставщик должен иметь надежного партнера по термообработке Т6 с документированными печными циклами.
Производство машинного оборудования Youyuan в Нинбо Бэйлуне, Китай, является примером универсального предприятия, объединяющего изготовление пресс-форм, литье алюминия под давлением и обработку с ЧПУ под одной крышей. Их существующий диапазон низкого давления включает в себя Детали корпуса автомобильного цилиндра, отлитые под низким давлением , основания для литья под низким давлением и Корпуса клапанов регулирования давления , которые являются типичными примерами сложных структурных работ, с которыми LPC справляется лучше всего.
Производители корпусов клапанов регулирования давления по индивидуальному заказу. Поставщики OEM - Нинбо Бейл Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd является китайским производителем корпусов клапанов регулирования давления OEM/ODM и клапаном регулирования давления... Посмотреть продукт → 
Изготовление оснований для литья под низким давлением на заказ. Поставщики OEM - Нинбо Бэйлу Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd является китайским OEM/ODM производителем баз для литья под низким давлением и литьем под низким давлением... Посмотреть продукт → 
Производители корпусных деталей автомобильных цилиндров на заказ. Поставщики OEM - Нинбо Бейл Компания Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd является китайским производителем деталей кузова автомобильных цилиндров OEM/ODM и производителем автомобильных цилиндров ... Посмотреть продукт → Прежде чем отправить запрос на предложение, свяжитесь с командой инженеров с чертежом вашей детали, ожидаемым годовым объемом и любыми требованиями к испытаниям на утечки или рентгеновским исследованиям. Опытный поставщик обычно может сказать вам в течение нескольких рабочих дней, является ли литье алюминия под низким давлением правильным путем, и какой сплав и толщина стенок обеспечат надежность и доступность детали.
Часто задаваемые вопросы
Какой уровень давления используется при литье алюминия под низким давлением?
Процесс протекает при давлении от 0,2 до 0,8 бар над атмосферой. Точное значение зависит от плотности сплава, высоты стояка и желаемой скорости наполнения. Обычное колесо заполняется за 20–60 секунд, а корпус меньшего размера — за 10–40 секунд.
Чем литье под низким давлением отличается от литья под давлением?
При гравитационном литье форма заполняется только за счет веса расплава, тогда как при литье под низким давлением применяется давление газа снизу. Давление делает наполнение более медленным и контролируемым, способствует усадке во время затвердевания, уменьшает размер стояка и улучшает плотность и консистенцию детали. Оснастка LPC стоит дороже, но качество детали выше.
Какие сплавы можно использовать для литья алюминия под низким давлением?
А356 и А357 наиболее распространены для конструкционных и термообработанных деталей. A413 предпочтителен, когда приоритетом является герметичность под давлением, а AlSi9Cu3 подходит для деталей, работающих при повышенной температуре. Магниевые сплавы также хорошо отливаются на тех же машинах низкого давления.
Можно ли подвергать термической обработке алюминиевые отливки низкого давления?
Да. Поскольку газовая пористость низкая, обработка и старение растворами Т4 и Т6 не вызывают образования пузырей. Это главное преимущество перед литьем под высоким давлением для деталей конструкций, которым необходимо достичь предела текучести от 220 до 300 МПа.
Какова минимальная толщина стенки при литье под низким давлением?
Для обеспечения равномерного заполнения общая площадь должна оставаться на уровне 3,5–4 мм. Короткие участки могут достигать 2,5–3 мм при тщательно продуманном литнике. Ниже этого диапазона более подходящим процессом является литье под высоким давлением.
Полностью ли устраняет пористость литье под низким давлением?
Ни один процесс не устраняет пористость полностью. Литье под низким давлением значительно снижает газовую пористость и может соответствовать строгим рентгеновским классам, но качество расплава, температура формы и профиль давления должны контролироваться. Когда пористость все-таки появляется, она обычно связана с водородом в расплаве или недостаточным давлением подачи, а не с самим процессом.
