Що таке штамповування під тиском?

Вступ

У сучасному виробництві існує дуже ефективний і точний процес формування металу, який може перетворити розплавлений метал на складні деталі з точною геометрією всього за кілька секунд — цей процес називається лиття під тиском . Від блоків двигунів автомобілів і корпусів ноутбуків до компонентів побутової техніки та деталей прецизійних приладів — лиття під тиском відіграє ключову роль у багатьох галузях.

Як працює лиття під тиском? Що робить його унікальним порівняно з іншими методами лиття? Які його переваги та обмеження? У цій статті наведено чіткий та професійний огляд технології лиття під тиском, щоб допомогти вам зрозуміти, чому саме воно стало основою сучасного металообробного виробництва.

Що таке штамповування під тиском?

Лиття під тиском , також відомий як тискова лівка , — це процес прецизійного лиття, при якому розплавлений або напіврозплавлений метал під тиском подається в металеву форму (матрицю) висока швидкість і високий тиск , де воно швидко затвердіває, утворюючи готове виливки.

Найхарактернішими ознаками лиття під тиском є високий Тиск та висока швидкість заливання . Тиск інжектування може коливатися від кількох мегапаскалей (МПа) до сотень МПа, тоді як швидкість заповнення металом зазвичай становить від 0,5 до 120 м/с . Увесь процес заповнення зазвичай триває лише 0,01 до 0,03 секунди .

Ці екстремальні умови процесу чітко відрізняють лиття під тиском від інших методів лиття і є основою його високої точності розмірів і якості поверхні.

Ключові характеристики процесу лиття під тиском

Основні переваги

Висока точність розмірів і відмінна якість поверхні

Литі під тиском деталі зазвичай досягають розмірних допусків IT11 –IT13 , з низькою шорсткістю поверхні. Часто деталі потребують мінімальної або взагалі не потребують додаткової механічної обробки і можуть бути змонтовані безпосередньо, що забезпечує відмінну взаємозамінність.

Висока ефективність використання матеріалу

Завдяки майже остаточній формі виробу, використання матеріалу зазвичай досягає 60–80%, тоді як використання заготовок може перевищувати 90%, що значно зменшує відходи матеріалу та витрати на механічну обробку.

Можливість виготовлення складних та тонкостінних конструкцій

Лиття під тиском ідеально підходить для виробництва компонентів із складною геометрією, чіткими контурами та тонкими стінками. Мінімальна товщина стінки може бути такою самою малою, як 0,3 мм для цинкових сплавів та 0,5 мм для алюмінієвих сплавів .

Вставити можливість лиття під тиском

Металеві або неметалеві вставки (наприклад, різьбові вставки) можуть бути безпосередньо відлиті в деталь, що спрощує конструкцію виробу та зменшує кількість складальних операцій.

Щільна мікроструктура та хороші механічні властивості

Швидке затвердіння під тиском забезпечує дрібнозернисту структуру та високу щільність, що призводить до покращення міцності, твердості, зносостійкості та корозійної стійкості.

Надзвичайно висока ефективність виробництва

Цикли лиття під тиском дуже короткі та добре підходять для автоматизації, що робить процес ідеальним для масового виробництва. Наприклад, невеликий ливарний автомат з гарячою камерою може виконувати 3,000–7 000 циклів за зміну .

Основні обмеження

Ризик пористості

Через надзвичайно високу швидкість заповнення повітря всередині форми може не повністю виходити, що призводить до внутрішньої пористості. У результаті типові виливки, отримані литтям під тиском, як правило, не придатні для термообробки або експлуатації при високих температурах.

Висока вартість оснащення та обладнання

Прес-форми та обладнання для лиття під тиском потребують значних початкових інвестицій, що робить процес менш економічно вигідним для виробництва невеликих обсягів.

Обмеження розміру деталей

Максимальний розмір виливка обмежений зусиллям затискання машини та розмірами форми, що обмежує можливість виготовлення дуже великих деталей.

Обмежений вибір сплавів

Через температурну стійкість матеріалу форми лиття під тиском використовується переважно для кольорових сплавів , таких як алюмінієві, цинкові, магнієві та мідні сплави. Лиття під тиском чорних металів поки залишається в основному на стадії досліджень та експериментів.

Основна схема процесу лиття під тиском

Типовий процес виробництва лиття під тиском включає такі етапи:

1. Підігрів форми - Нагрівання форми до робочої температури

2. Змащування матриці - Нанесення змащувальних та роз'єднувальних складів на порожнину матриці

3. Закриття матриці - Затискання рухомої та нерухомої частин матриці

4. Розлив металу - Подача розплавленого металу в камеру пресування

5. Впресування та затвердіння - Впресування металу в порожнину з високою швидкістю та тиском, а потім затвердіння під тиском

6. Відкриття матриці та видалення виливка - Відкриття матриці та виштовхування виливка

7. Обрізка та перевірка - Видалення литників та приливів із наступною перевіркою якості

Типи машин для лиття під тиском

Машини для лиття під тиском є основним обладнанням процесу та загалом поділяються на дві основні категорії:

1. Машина для гарячої камерної підтискової лиття

Працюючий принцип

Камера пресування інтегрована з плавильним горном і занурена безпосередньо в розплавлений метал.

Характеристики

• Високий рівень автоматизації та простота у роботі
• Стабільна температура металу та низький рівень окислення
• Камеру пресування та плунжер схильні до ерозії

Типові застосування

Головним чином використовується для сплави з низькою температурою плавлення такі як сплави цинку, олова та свинцю.

2. Верстати для холодного камерного лиття під тиском

У верстатах з холодною камерою лиття камера заливки відокремлена від плавильної печі, і розплавлений метал зачерпують у камеру окремо для кожного лиття.

Горизонтальні верстати для холодного камерного лиття під тиском

• Найпоширеніший тип
• Короткий шлях руху металу з низькими втратами тиску
• Проста автоматизація
• Придатні для різних кольорових сплавів, особливо алумінієвими сплавами

Вертикальні верстати для холодного камерного лиття під тиском

• Вертикальна камера заливки
• Зменшено ризик потрапляння домішок у порожнину
• Ідеально підходить для деталей, що вимагають центральну систему живлення

Повністю вертикальні машини для лиття під тиском

• Системи затиску та ін’єкції розташовані вертикально
• Заповнення знизу вгору з плавним потоком металу
• Мінімальне ув’язнення повітря
• Особливо підходить для лиття вставок, наприклад, роторів електродвигунів

Еволюція та розвиток технології лиття під тиском

Лиття під тиском виникло на початку XIX століття в поліграфічній промисловості для виробництва свинцевих літер. За більш ніж столітній період розвитку виникло кілька чітких тенденцій:

Обладнання більшого розміру та з високим рівнем автоматизації

Сучасні машини для лиття під тиском стають все більш масштабними, серійними та керованими комп'ютером, що дозволяє здійснювати моніторинг у реальному часі та автоматизоване виробництво.

Сучасні процеси лиття під тиском

Для усунення проблем з пористістю були розроблені такі технології, як вакуумне формування , дійкове лиття з підтримкою кисню , а також прес-лиття що значно покращує густину виливків і дозволяє проводити термічну обробку.

Зростання напіврідкого дійкового лиття

Напіврідке дійкове лиття використовує металеву суспензію в напіврідкому стані, що зменшує захоплення газу та усадку, а також покращує механічні властивості. Ця технологія широко вважається технологією нового покоління для формування металів.

Розширений асортимент сплавів

Завдяки досягненням у галузі матеріалів для форм (таких як сплави на основі молібдену та вольфраму), вдалося досягти прогресу у дійковому литті чорних металів, зокрема чавуну та сталі.

Розширення сфер застосування

Дійкове лиття еволюціонувало від простих компонентів до високоефективних деталей, що використовуються в конструкційних елементах автомобілів та в авіаційно-космічній галузі.

Застосування деталей з литого під тиском

Лиття під тиском є одним із найшвидше розвиваючихся процесів прецизійного металоформування та широко використовується в різних галузях промисловості:

Головні галузі

Автомобільна та мотоциклетна промисловість становлять приблизно 70–80%від загального обсягу виробництва литих під тиском деталей. Інші ключові галузі включають приладобудування, промислове обладнання, побутову техніку, сільськогосподарську техніку, телекомунікації та транспорт.

Типові компоненти

Деталі з литого під тиском варіюються від невеликих компонентів вагою лише кілька грамів до великих алюмінієвих виливків вагою до 50 кг , включаючи блоки цилindrів, головки цилindrів, корпуси, кронштейни, колеса та декоративні елементи.

Розподіл матеріалів

Серед немагнітних сплавів для лиття під тиском:

• Алумінієвими сплавами : ~60–80% (чудові загальні характеристики)
• Сплави цинку : друге за розміром частка
• Сплави магнію : швидко зростає через вимоги до легкості у галузях автомобілебудування та електроніки

Висновок

Як передова технологія формування металу, що поєднує високий тиск, високу швидкість і високу точність , лиття під тиском стало незамінним стовпом сучасного виробництва — особливо в автомобільній промисловості. Його переваги в ефективності, точності та інтеграції складних деталей відіграють ключову роль у проектуванні легких конструкцій, зниженні вартості та покращенні продуктивності продуктів.

Хоча залишаються проблеми, такі як пористість і висока вартість оснащення, постійний розвиток вакуумного лиття під тиском, напіврідкого формування, матеріалів для форм і технології машин відкриває нові можливості. У майбутньому, із зростанням вимог до вищої продуктивності, меншої ваги та більшої ефективності виробництва, лиття під тиском відіграватиме все важливішу роль у передових та високотехнологічних виробничих застосуваннях.