Ce este injectarea prin presare?

Introducere

În producția modernă, există un proces foarte eficient și precis de formare a metalelor care poate transforma metalul topit în piese complexe, cu dimensiuni exacte, în doar câteva secunde—acest proces este găsirea prin matriță . De la blocurile de motor ale autovehiculelor și carcasele laptopurilor, până la componentele electrocasnicelor și piesele instrumentelor de precizie, turnarea sub presiune joacă un rol esențial în diverse industrii.

Cum funcționează turnarea sub presiune? Ce o face unică în comparație cu alte metode de turnare? Și care sunt avantajele și limitările sale? Acest articol oferă o prezentare clară și profesională a tehnologiei de turnare sub presiune, ajutându-vă să înțelegeți de ce a devenit un pilon al fabricației moderne de piese metalice.

Ce este injectarea prin presare?

Găsirea prin matriță , cunoscută şi sub numele de presaj al die casting , este un proces de turnare de precizie în care metalul topit sau semitopit este injectat într-o formă metalică (matriță) la viteză mare și presiune ridicată , unde se solidifică rapid pentru a forma o piesă turnată finită.

Cele mai distinctive caracteristici ale turnării sub presiune sunt presiune Ridicată și viteză ridicată de injectare . Presiunea de injectare poate varia de la câțiva megapascali (MPa) până la sute de MPa, în timp ce vitezele de umplere cu metal se situează în mod tipic între 0,5 și 120 m/s . Întregul proces de umplere durează de obicei doar 0,01 până la 0,03 secunde .

Aceste condiții extreme de proces diferențiază în mod evident turnarea sub presiune de alte metode de turnare și reprezintă fundamentul preciziei dimensionale superioare și a calității ridicate a suprafeței.

Caracteristici cheie ale procesului de turnare sub presiune

Avantaje majore

Precizie dimensională ridicată și finisaj superficial excelent

Componentele turnate sub presiune ating în mod tipic toleranțe dimensionale de IT11 –IT13 , cu o rugozitate superficială scăzută. Componentele necesită adesea foarte puțină sau deloc prelucrare secundară și pot fi asamblate direct, asigurând o interschimbabilitate excelentă.

Utilizare înaltă a materialelor

Datorită producției aproape la formă finală, utilizarea materialului ajunge de obicei la 60–80%, în timp ce utilizarea necompletată poate depăși 90%, în timp ce utilizarea semifabricatelor poate depăși

Capacitatea de a produce structuri complexe și cu pereți subțiri

Turnarea sub presiune este ideală pentru fabricarea componentelor cu geometrii complexe, contururi ascuțite și pereți subțiri. Grosimea minimă a peretelui poate fi de doar 0,3 mm pentru aliajele de zinc și 0,5 mm pentru aliajele de aluminiu .

Capacitate de turnare sub presiune cu inserții

Inserții metalice sau nemetalice (cum ar fi inserții filetate) pot fi turnate direct în piesă, simplificând proiectarea produsului și reducând etapele de asamblare.

Microstructură densă și proprietăți mecanice bune

Solidificarea rapidă sub presiune produce structuri granulare fine și densitate ridicată, rezultând într-o rezistență, duritate, rezistență la uzură și rezistență la coroziune îmbunătățite.

Eficiență extrem de ridicată a producției

Ciclurile de turnare sub presiune sunt foarte scurte și se pretează bine pentru automatizare, făcând procesul ideal pentru producția de mare volum. De exemplu, o mașină mică de turnare sub presiune cu cameră caldă poate efectua 3,000–7.000 de injectări pe schimb .

Principalele limitări

Risc de porozitate

Datorită vitezei extreme de umplere, aerul din interiorul cavității matriței poate să nu fie complet evacuat, ceea ce duce la porozitate internă. Ca urmare, piesele obișnuite turnate sub presiune nu sunt în general potrivite pentru tratament termic sau utilizare la temperaturi ridicate.

Cost ridicat al sculelor și echipamentelor

Matrițele și mașinile de turnit sub presiune necesită o investiție inițială semnificativă, ceea ce face ca procesul să fie mai puțin rentabil pentru producția de volum redus.

Limitări ale dimensiunii pieselor

Dimensiunea maximă a turnului este limitată de forța de strângere a mașinii și de dimensiunile matriței, ceea ce restricționează fezabilitatea unor componente foarte mari.

Selecție limitată de aliaje

Datorită rezistenței la temperatură a materialului matriței, turnirea sub presiune este utilizată în principal pentru aliaje neferoase , cum ar fi aliajele de aluminiu, zinc, magneziu și cupru. Turnirea sub presiune a metalelor feroase se află încă în mare parte în stadiul de cercetare și experimentare.

Fluxul de bază al procesului de turnire sub presiune

Un proces tipic de turnare sub presiune include următorii pași:

1. Încălzirea matriței - Încălzirea matriței la temperatura de funcționare

2. Ungerea matriței - - Aplicarea agenților de eliberare și ungere pe cavitatea matriței

3. Închiderea matriței - - Fixarea semimatrițelor mobile și fixe

4. Turnarea metalului - - Introducerea metalului topit în camera de injectare

5. - Injectarea și solidificarea - Injectarea metalului în cavitate cu viteză și presiune mare, urmată de solidificare sub presiune

6. Deschiderea matriței și ejectarea - Deschiderea matriței și ejectarea piesei turnate

7. Debavurarea și inspecția - Îndepărtarea canalelor de turnare și a degajărilor, urmată de inspecția calității

Tipuri de mașini de turnat sub presiune

Mașinile de turnat sub presiune sunt echipamentul principal al procesului și sunt împărțite în general în două categorii principale:

1. Mașini de turnat sub presiune cu cameră caldă

Principiul de funcționare

Camera de injectare este integrată cu cuptorul tampon și este scufundată direct în metalul topit.

Caracteristici

• Nivel ridicat de automatizare și operare simplă
• Temperatură stabilă a metalului și oxidare scăzută
• Camera de injectare și plungerul sunt predispuse la eroziune

Aplicații tipice

Utilizat principal pentru aliaje cu punct de topire scăzut cum ar fi aliajele de zinc, staniu și plumb

2. Mașini de turnat sub presiune cu cameră rece

La mașinile cu cameră rece, camera de injectare este separată de furnalul de topire, iar metalul topit este adus cu lingura în cameră pentru fiecare injectare

Mașini de turnat sub presiune cu cameră rece orizontală

• Tipul cel mai răspândit
• Traseu scurt al curgerii metalului, cu pierderi reduse de presiune
• Automatizare ușoară
• Potrivit pentru diverse aliaje neferoase, în special aliaje de aluminiu

Mașini de turnat sub presiune cu cameră rece verticală

• Cameră de injectare verticală
• Risc redus de pătrundere a impurităților în cavitate
• Ideal pentru piese care necesită un sistem de alimentare central

Mașini de turnat sub presiune complet verticale

• Atât sistemul de strângere, cât și cel de injectare sunt verticale
• Umplere de jos în sus cu curgere lină a metalului
• Închidere minimă a aerului
• Deosebit de potrivit pentru turnarea cu inserție, cum ar fi rotoarele motoarelor

Evoluția și dezvoltarea tehnologiei de turnare sub presiune

Turnarea sub presiune a apărut la începutul secolului al XIX-lea în industria tipografică, pentru producerea caracterelor din plumb. Pe parcursul celor peste o sută de ani de dezvoltare, au apărut câteva tendințe clare:

Echipamente mai mari și mai automate

Machinesle moderne de turnare sub presiune sunt din ce în ce mai mari, realizate în serie și controlate de calculator, permițând monitorizarea în timp real și producția automată.

Procese avansate de turnare sub presiune

Pentru a remedia problemele de porozitate, au fost dezvoltate tehnologii precum injectare cu vacuu , turnarea sub presiune asistată cu oxigen și turnarea prin presare care au îmbunătățit semnificativ densitatea pieselor turnate și au permis tratamentul termic.

Ascensiunea turnării sub presiune în stare semisolidă

Turnarea sub presiune în stare semisolidă utilizează un amestec metalic în stare semisolidă, reducând captarea gazelor și contracția, în același timp îmbunătățind proprietățile mecanice. Este considerată pe scară largă o tehnologie de formare a metalelor de generație următoare.

Gamă extinsă de aliaje

Datorită progreselor în materialele pentru matrițe (cum ar fi aliaje pe bază de molibden și wolfram), s-au realizat avansuri în turnarea sub presiune a metalelor feroase, inclusiv fontă și oțel.

Câmpuri de aplicare mai largi

Turnarea sub presiune a evoluat de la componente simple la piese de înaltă performanță utilizate în componentele structurale ale autovehiculelor și în aplicații aero-spațiale.

Aplicații ale pieselor turnate sub presiune

Turnarea sub presiune este unul dintre procesele cele mai rapide în creștere de formare precisă a metalelor și este utilizată pe scară largă în diverse industrii:

Industrii majore

Industria auto și motociclete reprezintă aproximativ 70–80%din producția totală de turnare sub presiune. Alte sectoare cheie includ instrumentația, echipamentele industriale, aparatele electrocasnice, mașinile agricole, telecomunicațiile și transportul.

Componente tipice

Piesele turnate sub presiune variază de la componente mici care cântăresc doar câțiva grami până la turnări mari din aluminiu care pot ajunge la 50 kg , inclusiv blocuri motor, chiulase, carcase, suporturi, roți și piese decorative.

Distribuția materialului

Între aliajele turnate neferoase:

• Aliaje de aluminiu : ~60–80% (performanță generală excelentă)
• Aleante de Zinci : al doilea cel mai mare segment
• Aleante de Magnesiu : în creștere rapidă datorită cerințelor de ușurare în industria auto și electronică

Concluzie

Ca o tehnologie avansată de prelucrare a metalelor care combină presiune ridicată, viteză mare și precizie înaltă , turnarea sub presiune a devenit un pilier indispensabil al producției moderne — în special în industria auto. Avantajele sale în eficiență, precizie și integrarea pieselor complexe joacă un rol crucial în proiectarea ușoară, reducerea costurilor și îmbunătățirea performanței produselor.

Deși provocările precum porozitatea și costurile ridicate ale matrițelor rămân, progresele continue în turnarea sub vid, formarea semisolidă, materialele pentru matrițe și tehnologia mașinilor dezvăluie un nou potențial. Privind în viitor, pe măsură ce cerințele pentru performanțe mai mari, greutate mai mică și eficiență sporită a producției continuă să crească, turnarea sub presiune va juca un rol din ce în ce mai important în aplicațiile de fabricație avansată și de înaltă calitate.