Материалы для литья алюминия под давлением: Исчерпывающее руководство 

Литье алюминия под давлением - это широко распространенный, высокоэффективный производственный процесс, позволяющий получать сложные, высокопрочные и легкие детали с хорошей точностью размеров. Он представляет собой массовое производство прочных и точных деталей и основан на принципе закачивание расплава алюминия в форму под высоким давлением. В тех отраслях, где производительность или долговечность зависят от свойств материала, эта техника используется в широком диапазоне. Алюминиевый сплав является ключевым фактором при выборе конечного продукта, который включает в себя прочность, коррозионную стойкость, тепловые свойства и обрабатываемость. Характеристики различных алюминиевых сплавов отличаются, некоторые из них включают A380 - баланс прочности и литейных свойств; A383 - превосходная текучесть для сложных деталей; A360 - высокая коррозионная стойкость. Кроме того, медь, марганец, магний и кремний могут дополнительно повысить механические свойства.

Помимо выбора сплава, производители также могут усилить литые под давлением алюминиевые детали путем обработки поверхности, такой как анодирование, гальваническое покрытие или порошковая окраска, для достижения более высокой износостойкости, защиты от коррозии и твердости. Кроме того, равномерная толщина стенок, углы вытяжки и ребра жесткости позволяют получить высококачественные и бездефектные детали по низкой цене. Благодаря правильному выбору алюминиевого сплава, подходящим методам усиления и учету размеров алюминиевых деталей, изготовленных методом литья под давлением, производители высокопроизводительных алюминиевых деталей под давлением могут быть специально приспособлены к решению требуемых промышленных задач. В этом руководстве мы рассмотрим лучшие материалы, свойства сплавов и методы укрепления и продумывания конструкции деталей, изготовленных методом литья алюминия под давлением, которые повысят их долговечность и эффективность.

В этой статье рассказывается о материалах для литья алюминия под давлением, свойствах сплавов, используемых в процессах литья под давлением, методах упрочнения и обработки поверхности, а также о конструктивных особенностях, позволяющих повысить производительность, долговечность и эффективность эксплуатации литых компонентов.

Что такое литье алюминия под давлением?  

Литье алюминия под давлением - это процесс впрыска расплавленного алюминия под высоким давлением в стальную форму (штамп) для получения точных сложных и прочных металлических деталей. Благодаря своим легким свойствам, прочности, коррозионной стойкости и отличной теплопроводности он широко используется в автомобильной, аэрокосмической, электронной и промышленной промышленности. Высокоскоростное производство, высокая экономичность и хорошая точность размеров возможны благодаря тому, что это технологический процесс.

Дизайн деталей из алюминиевого литья под давлением 3 фактора, которые необходимо учитывать 

Для получения высококачественных, прочных и экономичных деталей из алюминиевого литья под давлением необходимо тщательное планирование. Соответствующая конструкция может повысить эффективность производства, уменьшить количество дефектов и повысить общую производительность. Алюминиевые детали, изготовленные методом литья под давлением, имеют три параметра, среди которых ключевые факторы приведены ниже.

1. Толщина и однородность стенок

Почему это важно:

Правильное заполнение, охлаждение и затвердевание формы обеспечивается при неизменной толщине стенок.

Изменение толщины может произойти внезапно и привести к короблению, усадке и пористости готовой детали.

Лучшие практики

• Выровняйте толщину стенок, чтобы избежать внутренних напряжений и повреждений.
• Типичная толщина стенок варьируется от 1,5 мм до 4,0 мм в зависимости от размера детали и области применения.
• Перейдите от резкого перехода к постепенному, чтобы устранить слабые места.

Пример

Как и в случае с кронштейнами для автомобильных двигателей, толщина стенок должна быть постоянной для сохранения прочности и термостойкости всех материалов.

2. Черновые углы и филе

Почему это важно

Простые углы вытяжки помогают извлекать деталь из пресс-формы, предотвращая прилипание и дефекты поверхности. Филе (закругленные края) предотвращают концентрацию напряжений и более прочны в пресс-форме.

Лучшие практики

• Обеспечьте угол осадки не менее 1-3° для плавного выброса.
• Используйте галтели для острых углов, чтобы увеличить прочность и срок службы формы.
• Избегайте глубоких полостей без надлежащей осадки и армирования.

Пример

В различных типах электронных корпусов используются скругленные края, черновые углы и т. д. для обеспечения технологичности и прочности.

3. Ребра жесткости и усиления 

Почему это важно

Благодаря добавлению ребер вес остается небольшим, но прочность увеличивается. Такое усиление также сохраняет форму и прочность под давлением.

Лучшие практики

• Чтобы увеличить жесткость, добавьте ребра жесткости вместо увеличения толщины стенок.
• Соблюдайте баланс: толщина ребер должна составлять 50-60% от толщины прилегающей стены.
• Следите за тем, чтобы ребра располагались на одинаковом расстоянии друг от друга, чтобы снизить риск возникновения напряжения в структуре ребер.

Пример

Ребра жесткости используются для поддержания легкой прочности корпусов автомобильных трансмиссий при уменьшении количества необходимого материала.

Основные характеристики алюминиевых сплавов для литья под давлением

Свойства материала алюминиевых сплавов для литья под давлением заключаются в высокой прочности, малом весе и отличной защите от коррозии. Каждый алюминиевый сплав обладает определенными свойствами материала, которые определяют его практическое применение.

В таблице 1 представлены литьевые изделия из алюминия, которые включают в себя основные характеристики материала.

Изделия, созданные методом литья алюминия под давлением, отличаются более высокой прочностью по сравнению с изделиями, изготовленными методом литья в песчаные формы, так как при этом способе производства происходит быстрое охлаждение и уточняется расположение зерен.

Распространенные алюминиевые сплавы, используемые в инди-литейном производстве

При литье под давлением обычно используются несколько алюминиевых сплавов, каждый из которых обладает определенными уникальными свойствами, определяющими в конечном итоге производительность и долговечность изделия. Наиболее широко используемыми сплавами для литья алюминия являются:

1. Алюминиевый сплав A380 

Свойства: А380 - один из наиболее широко используемых сплавов для литья под давлением из алюминия благодаря его превосходной "прочности, коррозионной стойкости и теплопроводности". Кроме того, он обладает хорошей текучестью, что позволяет отливать его в сложные формы.

Приложения: Этот сплав широко используется в автомобильных деталях, корпусах электроники, коробках передач и кронштейнах двигателей.

2. Алюминиевый сплав A383 

Свойства A383: Аналогичен A380, но обладает повышенной устойчивостью к горячему растрескиванию и улучшенными свойствами заполнения штампа. Это дает преимущества, когда конечные компоненты имеют сложную форму и требуют высокой точности.

Приложения: Применяется в тонкостенных и сложных деталях, при изготовлении корпусов электроники и компонентов бытовой техники.

3. Алюминиевый сплав A360

Свойства: A380 обладает лучшей пластичностью, более высокой коррозионной стойкостью и герметичностью, чем этот сплав. Однако его сложнее отливать.

Приложения: Подходит для высокопроизводительных применений, таких как аэрокосмические компоненты и морское оборудование.

4. Алюминиевый сплав ADC12 

Свойства: Широко используется в Японии и на других азиатских рынках, обладает хорошими литейными характеристиками, хорошей термической стабильностью и высокой прочностью. Он также обладает хорошей обрабатываемостью.

Приложения: Используется в компонентах автомобильных двигателей, деталях велосипедов и электроинструментах.

5. Алюминиевый сплав AlSi10Mg 

Свойства: Высокая прочность и хорошее сочетание механических свойств, хорошие термические и износостойкие характеристики. Часто используется в 3D-печати и литье под давлением.

Приложения: Используется в аэрокосмической, автомобильной и высокопроизводительной промышленности.

Свойства сплавов, влияющие на результат на выходе 

Выбор алюминиевого сплава - важный фактор, влияющий на качество, производительность и эффективность конечного литого изделия. Каждый из сплавов обладает уникальными физическими, механическими и химическими характеристиками, которые напрямую влияют на точность литья, долговечность и производительность процесса. Знание этих свойств позволяет производителям выбрать наилучший материал, соответствующий их потребностям.

Повышение прочности деталей из алюминиевого литья под давлением 

Естественный уровень прочности литьё алюминия под давлением Существует множество деталей. Тем не менее, их прочность и механические свойства могут быть улучшены с помощью легирующих элементов и обработки поверхности. Правильно выбранный метод позволяет повысить твердость, коррозионную стойкость и эксплуатационные характеристики в целом.

1. Легирующие элементы для повышения прочности

Для повышения прочности, коррозионной стойкости и обрабатываемости в процессе литья под давлением добавляют некоторые специфические легирующие элементы. Часто используемые элементы и их влияние показаны в таблице ниже.

Таблица 1: Легирующие элементы для повышения прочности 

2. Обработка поверхности для повышения прочности

Они также повышают твердость, износостойкость и коррозионную стойкость. Ниже я описал наиболее эффективные способы обработки:

Таблица 2 Преимущества и способы обработки поверхности

Ниже перечислены основные свойства сплава при литье алюминия под давлением, которые влияют на результаты производства.

1. Прочность и твердость

Воздействие: Помимо повышенной прочности и твердости, это повышает способность изделия противостоять деформации, износу и ударам.

Пример: Сплав A380 хорошо известен своей высокой прочностью, и его следует использовать для изготовления автомобильных и конструкционных деталей.

Учтивый:  Более твердые сплавы трудно поддаются обработке и финишной обработке.

2. Текучесть и отливаемость

Результат: Сплавы с хорошей текучестью легко усаживаются в сложные формы, что сводит к минимуму такие дефекты, как пористость и усадка.

Например:  Сплав A383 обладает лучшей текучестью, чем A380, и подходит для тонкостенных деталей.

Рассматривая: Стоит обратить внимание на полное заполнение и поверхностные дефекты из-за плохой текучести.

3. Устойчивость к коррозии

Воздействие: Срок службы изделия увеличивается благодаря использованию коррозионно-стойких сплавов при наружном и морском применении.

Например: Сплавы A360 и AlSi10Mg демонстрируют очень хорошую коррозионную стойкость, поэтому являются хорошими кандидатами для использования в морской и аэрокосмической промышленности.

Соображения: Может потребоваться нанесение дополнительных покрытий или обработка сплавов, которые менее устойчивы к коррозии.

4. Тепловая и электрическая проводимость

Рассеивание тепла: Улучшение теплоотвода выражается в высокой проводимости, необходимой для электронных и моторных компонентов.

Например: Сплав AlSi10Mg обладает отличными тепловыми свойствами и может использоваться для изготовления радиаторов и деталей двигателей.

Теплопроводность: Высокая теплопроводность может быть компенсирована снижением прочности и требовать усиления.

5. Пластичность и вязкость

Характеристики: Компоненты, изготовленные из более пластичного материала, способны выдерживать изгиб и деформацию без образования трещин.

Пример: Сплав А380 не такой вязкий, как сплав А360, поэтому его можно использовать и в ударопрочных изделиях.

Твердость и износостойкость: Они становятся тем ниже, чем более пластичными считаются сплавы.

6. Обрабатываемость и финишная обработка

Воздействие: Сплавы, которые легче обрабатывать, повышают производительность, снижают производственные затраты и улучшают качество обработки по сравнению со шлифованием.

Пример: Сплав ADC12 является одним из широко используемых материалов для изготовления прецизионных деталей благодаря своей хорошей обрабатываемости.

Соображения по обработке: Для некоторых сплавов поверхность может потребоваться отполировать, как есть, или, например, нанести покрытие, чтобы она была гладкой.

7. Устойчивость к усадке и пористости

Сплавы:  Чем меньше усадка сплава, тем точнее размеры детали и меньше дефектов.

A380 имеет меньшую усадку: чем сплав A383, и хотя усадка сплава A380 выше, чем у железа, он лучше подходит для применения в условиях жестких допусков, чем железо, которое имеет самую низкую усадку из всех трех сплавов.

Преимущества: Высокая пористость может снизить эффективную плотность среды и повысить прочность на сжатие за счет эффекта армирования.

Факторы, которые следует учитывать при выборе материала для литья алюминия под давлением 

При выборе подходящего алюминиевого сплава для литья под давлением, обеспечивающего максимальную производительность при минимальных затратах, необходимо учитывать несколько аспектов:

• Прочность и долговечность: В зависимости от области применения такие сплавы обладают повышенной прочностью на разрыв и ударопрочностью.
• Устойчивость к коррозии: Сплавы с хорошей коррозионной стойкостью подходят для использования на открытом воздухе или в море.
• Тепло- и электропроводность: Другие могут быть подходящим выбором для высокотемпературных сред, таких как радиаторы или электрические шкафы.
• Простота обработки: (обрабатываемость) относится к процессу после литья, включая сверление, фрезерование и отделку.
• Стоимость и доступность: Некоторые сплавы могут быть более дорогими и менее доступными, чем другие, что влияет на общую стоимость производства.

Области применения материалов для литья алюминия под давлением

Причина широкого применения алюминиевых материалов для литья под давлением во многих отраслях промышленности заключается в том, что помимо малого веса, высокой прочности и устойчивости к коррозии, они обладают отличной тепло- и электропроводностью. Благодаря этим качествам алюминий является отличным материалом для производства сложных высокопроизводительных деталей, обладающих необходимой прочностью и точностью. Ниже перечислены некоторые из основных отраслей промышленности, в которых используются материалы для литья алюминия под давлением:

Автомобильная промышленность

В автомобильной промышленности литье алюминия под давлением является одной из наиболее важных деталей, где снижение веса автомобиля имеет решающее значение для повышения эффективности использования топлива, снижения выбросов и улучшения эксплуатационных характеристик. Алюминий - это материал, который предпочитают использовать производители, поскольку из него можно изготавливать прочные, но легкие детали. Некоторые распространенные области применения включают:

• Компоненты двигателя (головки блока цилиндров, блоки цилиндров, поршни и масляные поддоны).
• Трансмиссии и корпуса редукторов, плавно передающие энергию.
• Конструктивные элементы, такие как детали шасси, подвески и кронштейны.
• Высокая теплопроводность и легкие свойства необходимы для оптимальной эффективности корпусов батарей электромобилей (EV).

Промышленное оборудование

Важно знать, что материалы для литья алюминия под давлением используются в тяжелых промышленных условиях, где прочность и долговечность имеют первостепенное значение. Эти материалы обладают высокой износостойкостью и способны выдерживать жесткие условия эксплуатации:

• Используется в производстве и автоматизации деталей машин.
• Плавная передача жидкости и эффективная работа корпусов насоса и компрессора.
• Инструменты и оборудование для тяжелых условий эксплуатации, требующие длительной работы при минимальном обслуживании.
• Компоненты гидравлических и пневматических систем для мощной и надежной работы в промышленных условиях.

Электроника и электротехническая промышленность

Материалы для литья алюминия под давлением обладают отличной теплоотдачей, электропроводностью и коррозионной стойкостью, что делает их очень полезным материалом для электронной промышленности. Распространенные области применения включают:

• Теплоотводы, эффективно рассеивающие тепло в компьютерах, светодиодных лампах и преобразователях питания.
•  Защитите чувствительные компоненты, такие как электронные корпуса и кожухи.
• Разъемы и кронштейны используются в бытовой электронике, блоках питания и коммуникационных устройствах.
• Прочность без увеличения веса корпусов смартфонов и ноутбуков.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

В аэрокосмической и оборонной промышленности легкий, но прочный материал играет важную роль в повышении эффективности использования топлива, увеличении грузоподъемности и общей производительности. Литье алюминия под давлением обеспечивает высокую точность и структурную целостность для следующих целей.

• Они используются для деталей авиационных двигателей и турбин, которые должны выдерживать нагрев и коррозию.
• Снижение общего веса конструктивных элементов планера без ущерба для прочности.
• Корпуса систем навигации и управления, обеспечивающие надежность в экстремальных условиях.
• Используется в оборудовании военного класса, поскольку требует прочности и точности, необходимых для обеспечения требуемой производительности и безопасности.

Потребительские товары и техника

Промышленность бытовой техники и товаров народного потребления также широко использует алюминиевое литье под давлением благодаря легкости алюминия, его эстетической привлекательности и устойчивости к коррозии. Некоторые распространенные области применения включают:

• Термостойкость высокая, используется для деталей холодильников и печей.
• Долговечные и антикоррозийные компоненты стиральной машины.
• Прочные и гладкие каркасы мебели и декоративная фурнитура.
• Например, дрели и пилы, где для повышения удобства использования можно использовать облегченную конструкцию.

Почему именно литье алюминия под давлением?

• Его популярность в нескольких отраслях промышленности для литья алюминия под давлением обусловлена:
• Легкий и прочный - необходим для снижения расхода топлива и увеличения радиуса действия.
• Устойчивость к коррозии - обеспечивает долговечность в суровых условиях.
• Тепло- и электропроводность - идеально подходит для электроники и энергетических приложений.
• Экономическая эффективность при массовом производстве - сокращение отходов материала и затрат на последующую обработку.
• Возможность формирования сложных форм - высокая степень сложности дизайна.

Литье алюминия под давлением будет оставаться ключевой технологией для таких инноваций, поскольку промышленность продолжает требовать более легких, прочных и эффективных материалов. Есть две основные причины роста литья под давлением: это возможность развития в области разработки сплавов, автоматизации и устойчивости, и это будет расти.

Заключение 

В наше время литье алюминия под давлением по-прежнему является основополагающей частью производства благодаря легким, прочным и экономически эффективным решениям, которые оно предлагает различным отраслям промышленности. Выбор алюминиевых сплавов, таких как A380, A383, A360, ADC12, а также AlSi10Mg, особенно важен благодаря их прочности, коррозионной стойкости и тепловым характеристикам. Каждый сплав уникален, обладает определенными преимуществами, которые найдут применение в автомобильной, аэрокосмической, промышленной и потребительской сферах. Выбор сплава не является полностью достаточным для улучшения механических свойств алюминиевых литых деталей, вместо этого для улучшения механических свойств могут быть использованы легирующие элементы и обработка поверхности. Цинкование, анодирование и порошковое покрытие повышают износостойкость и срок службы. Кроме того, тщательно продуманные детали должны иметь равномерную толщину стенок, правильные углы и ребра жесткости, чтобы уменьшить количество дефектов и повысить эффективность производства. Правильное сочетание материала, обработки и конструкторского подхода при использовании деталей, полученных методом литья алюминия под давлением, гарантирует, что производители выпускают высококачественные детали, отвечающие высоким эксплуатационным требованиям. Литье алюминия под давлением будет оставаться надежной и универсальной формой производственного процесса для компонентов автомобильных двигателей, аэрокосмических конструкций, прецизионной электроники и вышеперечисленных областей применения.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Какой алюминиевый сплав наиболее подходит для литья под давлением?

Алюминий А380 - один из наиболее часто используемых алюминиевых сплавов для литья под давлением, благодаря хорошему балансу прочности, коррозионной стойкости и литейных свойств. Он очень широко используется в автомобильной и промышленной промышленности.

2. Каковы способы повышения прочности деталей, изготовленных методом литья алюминия под давлением?

Прочность алюминиевых литых деталей может быть повышена за счет легирующих элементов, таких как медь, магний и кремний, или за счет обработки поверхности, такой как анодирование, гальваническое покрытие или порошковая окраска.

3. Каковы основные причины литья деталей штампов из алюминия?

Легкие и прочные детали, отличная тепло- и электропроводность, устойчивость к коррозии, возможность изготовления сложных форм с очень высокой точностью могут быть получены с помощью литья алюминия под давлением.

4. В каких отраслях промышленности обычно используются материалы для литья алюминия под давлением?

В зависимости от уникальных требований к формовке, алюминиевое литье под давлением используется при изготовлении всех видов деталей двигателей, корпусов трансмиссий, структурных компонентов, радиаторов, корпусов, насосов, компрессоров, автомобильной, аэрокосмической, электронной и промышленной техники.

5. Какой метод литья лучше литья алюминия под давлением по сравнению с другими методами литья?

Благодаря заполнению формы под высоким давлением и быстрому процессу охлаждения, литье алюминия под давлением обеспечивает более высокую точность и скорость производства, чем литье в песчаные формы и литье по выплавляемым моделям, а также более прочные детали.