Алюминиевые детали для литья под давлением и литье алюминия в песчаные формы: процессы, применение и обслуживание
Алюминиевые компоненты покидают заводские цеха несколькими путями. Некоторые формируются под высоким давлением внутри штампа из закаленной стали, другие медленно формируются в слое связанного песка. Выбор между алюминиевые детали для литья под давлением и алюминиевые компоненты, отлитые в песчаную форму, зависят от толщины стенок, объема заказа, бюджета на оснастку и готовой поверхности, которая действительно необходима проекту. В разделах ниже рассказывается, как работает каждый метод, где он используется, что может пойти не так во время формовки и как следует очищать готовую алюминиевую фурнитуру после ее ввода в эксплуатацию.
Жесткие повторяемые допуски
Впрыск под высоким давлением заполняет полость матрицы за долю секунды, поэтому толщина стенок и положение отверстий практически повторяются от первого до десятитысячного выстрела. Именно эта последовательность является причиной алюминиевые детали для литья под давлением выбираются для корпусов и кронштейнов, которые должны крепиться болтами к сопрягаемым компонентам без ручной установки.
Тонкие стены
Поскольку расплавленный алюминий попадает в полость под давлением, а не заливается под действием силы тяжести, стенки толщиной всего в один миллиметр все еще могут полностью заполниться до того, как металл замерзнет, что сохраняет готовые детали легкими, не жертвуя при этом жесткостью.
Гладкая литая поверхность
Стальные штампы придают тонкую текстуру поверхности непосредственно на отливку, уменьшая или устраняя необходимость вторичной механической обработки косметических поверхностей и уменьшая объем последующей обработки корпуса или крышки перед отправкой.
Эффективность при объеме
Время цикла, измеряемое в секундах, а не в минутах, делает процесс подходящим для тысяч повторов одной и той же геометрии, поэтому кронштейны двигателя, корпуса трансмиссии и электронные корпуса полагаются на этот метод после завершения проектирования.
Преимущества литья в песчаные формы алюминиевых деталей
Литье в песок использует другой подход и занимает свое место по другим причинам. Вместо того, чтобы запрессовывать металл в закаленную матрицу, этот процесс набивает песок, смешанный со связующим, вокруг рисунка, а затем удаляет образец, оставляя полость, которую расплавленный алюминий заполняет под действием силы тяжести. Это меняет экономику и геометрию, которую можно практически произвести.
Низкие инвестиции в оснастку
Выкройки можно создавать из дерева, пенопласта или пластика, напечатанного на 3D-принтере, вместо закаленной стали, что снижает первоначальные затраты на создание нового номера детали и сокращает время между готовым чертежом и первым образцом.
Возможность большой секции
Гравитационная заливка не налагает таких ограничений по давлению, как при литье под давлением, поэтому корпуса насосов, корпуса коробок передач и основания машин с толщиной сечения, значительно превышающей ту, с которой может безопасно справиться матрица, без труда выходят из формы.
Гибкость проектирования между запусками
При изменении конструкции можно быстро переработать шаблон или вырезать новый, что позволяет избежать затрат времени и средств на модификацию или замену стальной матрицы каждый раз, когда требуется корректировка размеров во время разработки.
Подходит для пробежек с небольшим объемом
Там, где требуется всего несколько единиц или небольшой производственный цикл, распределение стоимости стальной матрицы на такое небольшое количество деталей редко имеет смысл, поэтому песчаные формы остаются более практичным способом создания прототипов и работ ограниченными сериями.
Сравнение параметров литья рядом
В таблице ниже три наиболее распространенных маршрута формовки алюминия сопоставлены с переменными, которые чаще всего определяют, по какому из них следует направить чертеж.
| Параметр | Литье под давлением | Литье в песок | Постоянное литье в форму |
|---|---|---|---|
| Стоимость оснастки | Высокий | Низкий | Средний |
| Точность размеров | ±0,05–0,1 мм (типичное значение) | ±0,5–1,5 мм (типичное значение) | ±0,2–0,5 мм (типичное значение) |
| Рекомендуемый размер партии | Тысячи и выше | От единичных единиц до нескольких сотен | От сотен до нескольких тысяч |
| Достижимая толщина стенки | от 1 мм до 4 мм | от 5 мм до 50 мм | от 3 мм до 20 мм |
| Шероховатость поверхности после литья | Ra от 1,5 до 3,0 микрометров | Ra от 6,0 до 12,5 микрометров | Ra от 3,0 до 6,0 микрометров |
| Типичное время цикла | От секунд до нескольких минут | Часы, включая подготовку пресс-формы | Минуты на кастинг |
Применение общих деталей для литья алюминия в песчаные формы
Поскольку песчаные формы выдерживают большие, тяжелые секции и неправильную форму без ограничений давления штампа, некоторые категории оборудования изготавливаются почти исключительно по этому пути.
Корпуса насосов
Внутренние водяные каналы и монтажные фланцы отлиты за одну деталь, что позволяет избежать швов, которые в противном случае потребовали бы герметизации.
Корпуса клапанов
Толстые стенки вокруг резьбовых отверстий удерживают давление, а внутренние каналы потока формируются чисто во время разливки.
Фланцы и фитинги
Окружности болтов и уплотняющие поверхности отливаются близко к готовым размерам, оставляя для обработки только сопрягаемую поверхность.
Основания станков
Тяжелые, жесткие секции, гасящие вибрацию во время работы, размеры которых значительно превышают пределы литья под давлением.
Запчасти для сельскохозяйственного оборудования
Картеры и кронштейны коробки передач подвергаются внешним нагрузкам и повторяющимся ударам во время эксплуатации в полевых условиях.
Морское оборудование
Кронштейны, корпуса и фитинги, сочетающие коррозионную стойкость алюминия с возможностью литья в песчаные формы с возможностью литья в песчаные формы.
Как отливать алюминиевые детали
Независимо от того, какой тип формы используется, формирование алюминиевой детали происходит в одной и той же широкой последовательности от модели до готовой отливки.
Подготовка шаблона или штампа
Создается модель для литья в песчаную форму или изготавливается штамп из закаленной стали для литья под давлением, обеспечивающий соответствие конечной геометрии детали плюс припуск на усадку.
плавление
Алюминиевый сплав нагревают примерно до 660–720 градусов по Цельсию в тигле или индукционной печи, пока он не достигнет полностью жидкого, текучего состояния.
Дегазация и флюсование
Дегазирующий агент удаляет растворенный водород, а флюс вытягивает оксидные включения на поверхность, уменьшая пористость готовой отливки.
Заливка или инъекция
Расплавленный металл заливается под действием силы тяжести в полость для песка или впрыскивается под давлением в матрицу, заполняя форму до того, как поверхность начнет затвердевать.
Охлаждение и затвердевание
Контролируемое охлаждение позволяет отливке затвердевать от самых тонких участков к самым толстым, ограничивая усадочные полости и внутренние напряжения.
Демонтаж и отделка
Отливку отделяют от песка или матрицы, литники и стояки обрезают, и деталь при необходимости переходит к шлифованию, термообработке или механической обработке.
Как отливать алюминиевые детали at Home
Упрощенная версия того же процесса доступна в мастерской для любителей. Небольшая печь, работающая на пропане или угле, плавит алюминиевый лом в стальном или графитовом тигле, а полость образует деревянная или напечатанная на 3D-принтере модель, вдавленная во влажный литейный песок. После извлечения шаблона вручную вырезаются сливной затвор и вентиляционный канал, а затем половины формы закрываются и зажимаются. Расплавленный металл заливают плавно, чтобы избежать захвата воздуха, а затем оставляют в покое до тех пор, пока отливка не остынет достаточно, чтобы с ней можно было обращаться. Защитное оборудование имеет большее значение в этом масштабе, а не меньшее: защитная маска, термостойкие перчатки и длинные рукава защищают от брызг, а заливку всегда следует производить на сухую, негорючую поверхность, вдали от каких-либо следов влаги, поскольку вода, попавшая во влажный песок или мокрый инструмент, может превратиться в пар при контакте с расплавленным алюминием.
Что можно использовать для литья алюминия?
Выбор материала идет в двух направлениях: материал формы и сам алюминиевый сплав.
Материалы пресс-форм
Кварцевый песок, связанный с глиной или химическими связующими для одноразовых форм, обработанная сталь для повторяющихся циклов литья под давлением, а также графит или чугун для постоянных форм, повторно используемых в умеренном производственном цикле.
Распространенные марки сплавов
A356 и A357 для деталей, требующих более высокой прочности после термообработки, ADC12 и A380 для обычного литья под давлением и 6061, когда отливка будет позже подвергаться механической обработке и требует хорошей обрабатываемости.
Печное оборудование
Тигельные печи, работающие на пропане, природном газе или элементах электрического сопротивления для небольших партий, а также индукционные печи для более быстрой плавки, когда производительность важнее стоимости топлива.
Вспомогательные материалы
Таблетки для дегазации, покровный флюс, антиадгезионные покрытия и подъемные втулки, каждая из которых направлена на определенный риск возникновения дефектов во время плавки и заливки, а не на форму самой детали.
Что такое линия разъема алюминиевого литья?
Линия разъема отмечает место, где две половины формы или штампа встречаются и разделяются, освобождая готовую отливку. Его положение выбирается в самом широком поперечном сечении детали таким образом, чтобы обе половинки могли аккуратно отойти, не зацепляясь за подрез. Плохо расположенная линия разъема требует дополнительной основной работы, добавляет углы уклона, которые в противном случае не были бы необходимы, или оставляет лишний заусенец, который необходимо сошлифовывать вручную. На готовой отливке линия разъема обычно проявляется в виде слабого шва или слегка приподнятой линии, проходящей вокруг детали, и во время окончательного контроля можно увидеть легкую механическую обработку или шлифовку вдоль этого шва, а не рассматривать это как дефект.
Насколько сложно отлить алюминий?
Алюминий находится в середине диапазона сложности литья металлов. Его умеренная температура плавления и хорошая текучесть делают его более щадящим, чем железо или сталь, но некоторые типы дефектов по-прежнему требуют внимания на каждом этапе разливки.
Газовая пористость
Расплавленный алюминий легко поглощает водород при высокой температуре, и этот газ выходит из раствора по мере охлаждения металла, оставляя небольшие пустоты, если перед разливкой не провести должным образом дегазацию.
Усадочные полости
Алюминий заметно сжимается по мере затвердевания, поэтому толстые секции, остывающие после того, как окружающий металл уже затвердел, могут втягиваться внутрь и оставлять внутреннюю пустоту.
Холодное закрытие
Два потока металла, встретившиеся после того, как один из них начал покрываться коркой, не могут полностью расплавиться, оставляя видимую линию слабости на поверхности отливки.
Горячее разрывание
Тонкие участки, примыкающие к гораздо более толстой массе, могут треснуть, будучи еще частично расплавленными, если форма сдерживает естественное сжатие во время охлаждения.
Варианты обработки поверхности и допусков для компонентов из литого алюминия
Необработанная отливка редко покидает цех в том виде, в каком она выходит из формы. Механически обработанные монтажные поверхности, анодированное покрытие для защиты от коррозии, порошковое покрытие для корпусов соответствующего цвета и дробеструйная обработка для получения однородной матовой текстуры — все это применяется в зависимости от того, где деталь будет эксплуатироваться. Классы допусков обычно варьируются от общих размеров отливки на некритических поверхностях до прецизионных отверстий и расположения болтов, выдерживаемых в пределах нескольких сотых миллиметра там, где этого требуют сопрягаемые детали. Проверка толщины стенок, рентгеновский контроль на внутреннюю пористость и испытание под давлением деталей, которые будут удерживать жидкость, — это обычные этапы окончательной проверки перед выпуском партии.
Как очистить детали из литого алюминия
Генеральная очистка детали из литого алюминия начинается с теплой воды и мягкого неабразивного моющего средства, наносимого мягкой щеткой для удаления пыли и грязи с поверхности. Следует избегать использования сильных кислот и щелочных чистящих средств, поскольку они разрушают естественный оксидный слой, защищающий алюминий от коррозии. Стойкие остатки можно удалить путем кратковременного замачивания в очистителе, предназначенном для алюминия, перед окончательным ополаскиванием и полной сушкой безворсовой тканью, поскольку захваченная влага, оставшаяся в углублениях или резьбовых отверстиях, приводит к новому окислению.
Очистка литых алюминиевых деталей автомобиля
Колеса, впускные коллекторы и корпуса трансмиссии со временем собирают дорожную пыль и остатки тормозной системы. Сначала смойте рыхлый песок, а затем нанесите на утопленные спицы безопасное для колес средство для очистки алюминия и мягкую щетку, чтобы абразивные частицы не поцарапали поверхность. Последующий легкий слой защитного воска замедляет возвращение окисления между стирками.
Очистка литых алюминиевых деталей двигателя
На компонентах двигателя имеется запекшаяся масляная пленка и нагар, которые обычная вода не смоет. Дайте детали полностью остыть, распылите обезжириватель и обработайте ребра и втулки болтов нейлоновой щеткой, а не металлической, чтобы избежать царапин на поверхности. Тщательная продувка глухих отверстий сухим и сжатым воздухом предотвращает попадание остатков очистителя в уплотнительную прокладку при повторной сборке.
Регулярное техническое обслуживание Очистка
Для деталей, эксплуатируемых на открытом воздухе или в промышленности, простая ежемесячная мойка мягким мылом и мягкой тканью с последующей проверкой на наличие точечной коррозии или белого оксидного налета позволяет выявить раннюю коррозию до того, как она перерастет в точечную коррозию, для удаления которой потребуется механическая полировка.
Выбор правильного процесса для новой детали
Чертеж редко приходит с уже выбранным методом отливки. Толщина стенок, ожидаемый объем заказа, требования к допускам на сопрягаемых поверхностях и размер детали — все это указывает на матрицу, песчаную форму или постоянную форму, прежде чем будет расплавлен хотя бы один грамм алюминия. Заблаговременный анализ этих факторов, а также марки сплава, наиболее подходящей для механических и коррозионных требований детали, сводит к минимуму доработки и изменения в инструментах после начала производства.
