Впервые метод литья под давлением, правда не металлов, а целлулоида, запатентован в 1868 году и долго применялся именно для этого материала. Но вскоре прогрессивную технологию переняли металлурги и она стала основной для литья сложных отливок из цветных металлов и некоторых марок стали с низкой теплопроводностью. Рассмотрим подробнее теоретические и практические вопросы метода.
Основы технологии литья под давлением
Литье металлов под давлением (ЛПД) представляет собой процесс создания отливок из расплавленного металла путем принудительного заполнения металлической пресс-формы под высоким давлением. Процесс начинается с загрузки расплавленного металла из печи или другого источника в камеру прессования машины ЛПД. Под действием плунжера или пресса металл с высокой скоростью (до 100 м/с) заполняет полость пресс-формы, затем пресс-форма выдерживается под давлением, чтобы металл успел застыть. После застывания плунжер отходит назад, и отливка извлекается. Этот метод позволяет получать изделия с высокой точностью размеров и сложной геометрией, находит применение в различных отраслях, включая автомобильную, электронную и строительную промышленности, производстве ДВС.
Оборудование и методики литья под давлением
Оборудование для литья под давлением (ЛПД) может быть классифицировано на несколько основных групп. Машины ЛПД являются основным элементом комплекса и осуществляют непосредственно процесс литья. Они различаются по нескольким критериям:
- По типу привода — гидравлические, пневматические, электромеханические, электрогидравлические.
- По усилию запирания — малотоннажные (до 100 тс), среднетоннажные (100-630 тс), крупнотоннажные (свыше 630 тс).
- По способу загрузки металла — ручные, полуавтоматические, автоматические.
- По расположению прессующих элементов — горизонтальные, вертикальные.
Вспомогательное оборудование, поддерживающее работу машин ЛПД, включает:
- Печи для плавления металла, используемые для нагрева и расплавления металла.
- Дозаторы металла, предназначенные для подачи расплавленного металла в камеру прессования.
- Роботы-манипуляторы для извлечения отливок из пресс-форм и их обрезки.
- Системы охлаждения, используемые для охлаждения пресс-форм и отливок.
- Системы смазки пресс-форм и подвижных частей машин ЛПД.
- Системы управления, обеспечивающие работу машин ЛПД и вспомогательного оборудования.
Существует несколько различных методик ЛПД, которые отличаются по способу заполнения пресс-формы. Например, литье с подпором, где металл подается в форму под давлением плунжера, литье с вакуумом, где в форме создается вакуум для лучшего заполнения металлом, и литье с использованием газового давления, где в форму подается газ, вытесняющий воздух и помогающий наполнить ее металлом.
Также методы могут различаться по способу подвода расплавленного металла, например, литье из печи, где металл поступает в камеру прессования через литниковую систему, и литье из тигля, где расплавленный металл заливается в камеру прессования машины ЛПД из тигля.
Кроме того, существует деление по типу пресс-формы — холодноструйные, которые охлаждаются водой или другим хладагентом, и горячеструйные, которые не охлаждаются или охлаждаются незначительно. Выбор методики ЛПД определяется конкретными задачами, которые необходимо решить. При этом учитываются:
- Свойства металла — температура плавления, вязкость, склонность к образованию газовых пор.
- Сложность геометрии отливки.
- Требования к точности и чистоте поверхности отливки.
- Серийность производства.
Для массового производства отливок целесообразно использовать высокопроизводительные методики ЛПД, например, литье с подпором.
Преимущества и недостатки литья под давлением
Преимущества литья под давлением (ЛПД) включают высокую точность и чистоту поверхности отливок. Изделия, произведенные этим методом, обладают точными размерами, гладкой поверхностью и минимальными припусками на механическую обработку. ЛПД также позволяет создавать отливки сложной конфигурации с тонкими стенками, что делает этот метод полезным для производства деталей со сложной геометрией. Процесс ЛПД может использовать широкий спектр материалов, включая различные сплавы цветных металлов и некоторые сплавы стали. Еще одним значительным преимуществом является высокая производительность — ЛПД позволяет выпускать большие партии отливок в короткие сроки.
Однако у ЛПД есть и свои недостатки. Оборудование для ЛПД является довольно дорогим, что может стать значительным барьером для его внедрения. Кроме того, существуют ограничения по размерам и массе отливок, так как они зависят от размеров пресс-форм. Во время процесса ЛПД образуется облой, который необходимо удалять механическим путем. Наконец, отливки, полученные методом ЛПД, подвержены дефектам, таким как газовые и усадочные поры, что может повлиять на качество конечного продукта. Еще один весомый недостаток — ограничение по форме. Отливки большой сложности выполнить невозможно, так как возникают проблемы с извлечением из формы.
Критерии к сплавам и стандарты качества в литье под давлением
При выборе сплава для ЛПД необходимо учитывать ряд факторов:
- Технологические свойства:
- Текучесть — сплав должен обладать достаточной текучестью, чтобы заполнить пресс-форму без образования дефектов.
- Усадка — при застывании расплава должна происходить минимальная усадка, чтобы избежать образования раковин и трещин.
- Газопроницаемость — сплав должен иметь низкую газопроницаемость, чтобы избежать образования газовых пор.
- Механические свойства:
- Сплав должен обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать нагрузки, действующие на отливку.
- Необходима достаточная твердость, чтобы противостоять износу.
- Пластичность — сплав должен быть пластичным, чтобы выдерживать деформации без разрушения.
- Физические свойства:
- Температура плавления шихты должна быть такой, чтобы ее можно было расплавить в печах, имеющихся в распоряжении.
- Плотность вещества влияет на массу отливки и ее стоимость.
- Теплопроводность влияет на скорость застывания отливки.
Сплав должен обладать достаточной коррозионной стойкостью в условиях эксплуатации, а стоимость должна быть экономически обоснованной. Наиболее распространенные сплавы и металлы для ЛПД:
- Алюминий, цинк и сплавы на его основе — обладают хорошей текучестью, низкой усадкой, высокой прочностью и коррозионной стойкостью, цинковые, к тому же, легко обрабатывать.
- Магниевые сплавы — обладают низкой плотностью, высокой прочностью при соотношении «вес-прочность», хорошей обрабатываемостью.
- Медные сплавы — высокая прочность, твердость, износостойкость, коррозионная стойкость.
Стандарты качества в литье под давлением
Качество отливок, полученных методом ЛПД, регламентируется различными стандартами.
В России используются следующие стандарты:
- ГОСТ 1583-85 "Отливки из алюминиевых сплавов. Технические условия".
- ГОСТ 2625-89 "Отливки из цинковых сплавов. Технические условия".
- ГОСТ 5172-85 "Отливки из магниевых сплавов. Технические условия".
- ГОСТ 17233-86 "Отливки из медных сплавов.
Применение смазочных материалов при литье под давлением
Смазочные материалы играют важную роль в процессе литья под давлением (ЛПД), выполняя несколько ключевых функций. Во-первых, они снижают трение между металлом отливки и пресс-формой, что облегчает заполнение формы металлом, уменьшает усилие, необходимое для выталкивания отливки из пресс-формы, и повышает производительность процесса. Кроме того, смазочные материалы защищают пресс-форму от износа, коррозии и прилипания металла, что продлевает срок ее службы.
Они также способствуют повышению качества поверхности отливки, помогая создать гладкую и чистую поверхность без пригарных мест и заусенцев. Улучшение теплообмена между металлом отливки и пресс-формой — еще одна важная функция смазки, которая способствует равномерному охлаждению изделия. Наконец, использование смазочных материалов помогает снизить образование газовых пор в отливке, что улучшает ее общие характеристики.
Существует множество различных видов смазочных материалов для ЛПД, которые можно разделить на следующие группы:
- Масляные — состоят из минерального или синтетического масла с добавлением различных присадок.
- Водные — из воды с добавлением эмульгаторов и других присадок.
- Твердые — из твердых смазочных веществ, таких как графит, дисульфид молибдена или тефлон.
- Полутвердые — из смеси твердых и жидких смазочных веществ.
Выбор смазочного материала зависит от ряда факторов — типа сплава, сложности геометрии отливки, температуры литья и требования к качеству поверхности отливки. Различные сплавы требуют разных типов смазок, для сложных отливок нужны смазочные материалы с высокими смазывающими свойствами, а при высоких температурах литья требуются смазки с высокой термостойкостью. Для отливок с высоким качеством поверхности используются смазочные материалы с низкой зольностью.
Смазочные материалы для ЛПД должны обладать высокими смазывающими свойствами, термостойкостью, химической стойкостью, нетоксичностью и экологичностью. Они должны обеспечивать низкое трение между металлом и пресс-формой, выдерживать высокие температуры, быть стойкими к воздействию расплавленного металла, не выделять вредных веществ при нагревании и быть безопасными для окружающей среды.
Смазочные материалы могут наноситься на поверхность пресс-формы вручную с помощью кисти или распылителя либо автоматически с помощью роботов или систем смазки.
Почему стоит выбрать нас для ваших проектов по литью под давлением
В сфере металлообработки, в частности литья, ЗАО «СОЭЗ» работает с 1956 года, не меняя профиля, но расширяя сферу деятельности. О наших возможностях говорит партнерство с АВТОВАЗ и ЯМЗ, с которыми мы работаем как официальный поставщик. На заводе установлена уникальная производственная литьевая линия «Gemko» (Голландия) и другое новейшее оборудование. Продукция соответствует требованиям ISO 9001:2000. Мы принимаем заказы на штучное, мелкосерийное и крупносерийное литье по всем видам технологии, гарантируя своевременность и качество выполнения договора.
Ответы на часто задаваемые вопросы по литью под давлением
Что такое литье под давлением металлов?
Литье под давлением металлов (ЛПД) — это технологический процесс, при котором расплавленный металл заливается в металлическую пресс-форму под высоким давлением. Метод позволяет получать отливки с высокой точностью размеров и чистотой поверхности, а также сложными геометрическими формами.
Какие материалы можно использовать для литья под давлением?
Для литья под давлением можно использовать различные сплавы цветных металлов, такие как алюминий, магний, цинк и медь, а также некоторые сплавы стали. Выбор материала зависит от требований к конечному изделию, таких как прочность, коррозионная стойкость и теплопроводность.
Какие преимущества имеет литье под давлением?
Литье под давлением обладает несколькими преимуществами, включая высокую точность и чистоту поверхности отливок, возможность получения сложных форм с тонкими стенками, высокую производительность процесса и минимальные припуски на механическую обработку. Этот метод также позволяет использовать широкий спектр материалов и обеспечивает стабильное качество изделий.
Какие недостатки связаны с литьем под давлением?
Одним из основных недостатков литья под давлением является высокая стоимость оборудования, что может стать значительным барьером для его внедрения. Также существуют ограничения по размерам и массе отливок из-за размеров пресс-форм. Кроме того, процесс может приводить к образованию облоя, который необходимо удалять, и отливки могут быть подвержены дефектам, таким как газовые и усадочные поры
Как происходит процесс литья под давлением?
Процесс литья под давлением включает несколько этапов. Сначала расплавленный металл загружается в камеру прессования. Затем под высоким давлением, с помощью плунжера или другого механизма, металл впрыскивается в полость пресс-формы. Пресс-форма выдерживается под давлением до тех пор, пока металл не застынет. После застывания плунжер отходит назад, и отливка извлекается из пресс-формы. Готовое изделие очищается от облоя и других возможных дефектов перед дальнейшей обработкой или использованием.