JEZIK 
Dom / Vijesti / Vijesti o industriji / Niskotlačni lijev aluminija: proces, prednosti, legure i primjena
Što donosi aluminijsko lijevanje pod niskim pritiskom
Aluminijsko lijevanje pod niskim pritiskom stalni je proces kalupljenja koji koristi samo tlak plina 0,2 do 0,8 bara za guranje rastaljenog aluminija iz zatvorene peći kroz usponsku cijev u čelični kalup za višekratnu upotrebu. Rezultat je odljevak visoke gustoće, niske plinske poroznosti i mehaničkih svojstava koja dosljedno pobjeđuju gravitacijsko lijevanje i većinu tlačnog lijevanja pod visokim pritiskom. Ako vaša komponenta mora držati pritisak tekućine, nositi konstrukcijsko opterećenje ili proći rendgensku inspekciju, ovo je postupak koji treba prvo procijeniti.
Prednost izvedbe dolazi od kontrole protoka. Kalup se puni odozdo ravnomjernom, laminarnom brzinom, tako da front taline ostaje miran i ne zadržava zrak. Nakon punjenja ostaje pritisak na odljevku dok se skrućuje. Taj kontinuirani pritisak hrani zone u kojima bi se normalno otvorilo skupljanje, zbog čega aluminijski odljevci pod niskim pritiskom ostaju gusti i otporni na pritisak čak iu debelim dijelovima.
Podaci o proizvodnji idu u prilog tome. Tipično se razvija legura A356 u stanju T6 Granica razvlačenja 220 do 290 MPa s istezanjem od 3 do 10 posto, a optimizirani odljevci A357-T6 dosežu 280 MPa ili više. Budući da je sustav zatvarača malen i da se ostatak taline vraća u peć nakon svakog ciklusa, iskorištenje materijala doseže 85 do 95 posto, a stope otpada niže su nego kod gravitacijskog ili visokotlačnog lijevanja.
Zaključak: niskotlačni aluminijski lijev najbolje odgovara kada je čvrstoća važnija od brzine ciklusa. Kotači, glave cilindra, komponente ovjesa, tijela ventila i strukturna kućišta njegov su prirodni teritorij.
Kako funkcionira proces lijevanja pod niskim pritiskom, korak po korak
Cijeli niz obično teče kao zatvoreni ciklus 4 do 12 minuta po udarcu ovisno o veličini dijela i debljini stijenke. Evo što se događa u jednom potpunom ciklusu.
- Priprema taline. Aluminijski ingoti, povratni otpad i glavne legure pune se u električnu ili plinsku peć i drže se na 680 do 730 stupnjeva C. Fluksiranje i otplinjavanje argonom uklanja vodik, a provjera spektrometra potvrđuje kemijski sastav legure prije početka lijevanja.
- Predgrijavanje i premazivanje kalupa. Čelični trajni kalup prethodno se zagrije na 250 do 350 stupnjeva C, a na šupljinu se raspršuje premaz na bazi keramike. Premaz kontrolira brzinu hlađenja, poboljšava protok metala i štiti površinu kalupa tijekom desetaka tisuća ciklusa.
- Punjenje pod pritiskom. Zatvorena peć je pod tlakom suhim komprimiranim zrakom. Rastaljeni metal diže se kroz usponsku cijev od nehrđajućeg čelika u šupljinu kalupa kontroliranom brzinom. Vrijeme punjenja je obično 20 do 60 sekundi za kotač i 10 do 40 sekundi za manje kućište.
- Stvrdnjavanje pod pritiskom. Tlak se održava 2 do 8 minuta ili duže dok se odljevak skrućuje u smjeru od stijenke kalupa prema usponskoj cijevi. Taj stalni pritisak hrani zone skupljanja i ključ je za proizvodnju dijelova bez poroznosti.
- Otpuštanje tlaka i recikliranje metala. Peć se odzračuje, a preostali tekući metal u uzlaznoj cijevi pada natrag u peć za sljedeći hitac. Zbog toga iskorištenost LPC materijala doseže 85 do 95 posto.
- Otvaranje i vađenje kalupa. Hidraulički cilindar otvara kalup, igle za izbacivanje guraju odljevak van, a premaz se dodiruje prije nego što se kalup ponovno zatvori.
- Poslije lijevanja. Uspon je odrezan, odljevak je pjeskaren, a dijelovi koji trebaju veću čvrstoću prolaze kroz T6 toplinsku obradu, CNC obradu, ispitivanje tlakom i završnu obradu površine.
Jedna ćelija za lijevanje pod niskim pritiskom s dvije stanice može isporučiti otprilike 10 do 30 odljevaka na sat, ovisno o masi dijela. To je sporije od tlačnog lijevanja pod visokim pritiskom, ali profil kvalitete je drugačiji, a ta dva procesa rijetko su zamjenjiva za isti dio.
Niskotlačni nasuprot visokotlačnog lijevanja pod pritiskom
Kupci se često pitaju koji postupak odabrati. Usporedba u nastavku pokriva parametre koji utječu na dizajn, kvalitetu i cijenu dijela.
| Parametar | Aluminijski lijev pod niskim pritiskom | Visokotlačni lijev pod pritiskom |
|---|---|---|
| Pritisak punjenja | 0,2-0,8 bara | 200-1.000 bara |
| Prednja brzina topljenja | 0,1-1 m/s, laminarno | 20-100 m/s, turbulentno |
| Rizik od plinske poroznosti | Niska | Umjereno do visoko |
| T6 toplinska obrada | Moguće bez stvaranja mjehura | Obično nije moguće |
| Minimalna debljina stijenke | 3-4 mm | 0,8-1,5 mm |
| Tipično vrijeme ciklusa | 4-12 minuta | 1-3 minute |
| Ukalupi i umri život | 80.000-150.000 udaraca | 60.000-150.000 udaraca |
| Tipična težina dijela | 1-30 kg | 0,05-10 kg |
| Nepropusnost na pritisak | Izvrsno | Ograničena poroznošću |
| Tipični proizvodi | Kotači, glave cilindra, zglobovi, tijela ventila | Kućišta mjenjača, nosači, tanke ljuske |
Odaberite niski tlak kada je dio konstrukcijski, pod tlakom ili toplinski obrađen, a obujam proizvodnje je u rasponu od 1.000 do 100.000 dijelova godišnje. Odaberite visoki tlak kada trebate tanke stijenke i kratke cikluse pri vrlo velikim volumenima, a dio nema zahtjeve za visokim tlakom ili istezanjem. Automobilska industrija često koristi oba procesa na istom vozilu.
Aluminijske legure koje se koriste u niskotlačnom lijevanju
Odabir legure odlučuje kako će se dio lijevati, obrađivati i ponašati u uporabi. Četiri skupine u nastavku pokrivaju veliku većinu komercijalnih radova lijevanja aluminija pod niskim pritiskom.
| Legura | Sastav ključa | Tipična granica razvlačenja (T6) | Najbolje za |
|---|---|---|---|
| A356 (AlSi7Mg0.3) | 6,5-7,5% Si, 0,25-0,45% Mg | 220-260 MPa | Kotači, poluge ovjesa, opći strukturni odljevci |
| A357 (AlSi7Mg0.6) | 6,5-7,5% Si, 0,45-0,70% Mg | 250-300 MPa | Visokoopterećeni strukturni i zrakoplovni dijelovi |
| A413 (AlSi12) | 11-13% Si | Umjereno | Tijela hidrauličkih ventila, kućišta pumpi trebaju tlačnu nepropusnost |
| AlSi9Cu3 | 8-11% Si, 2-4% Cu | Dobar na povišenoj temperaturi | Dijelovi motora i mjenjača rade na 150-200 stupnjeva C |
Za tlačno nepropusna tijela ventila odaberite A413 s većim sadržajem silicija. Za zavarljive konstrukcijske dijelove koji se mogu toplinski obraditi, A356 je radni konj. Za dijelove u blizini motora koji moraju zadržati čvrstoću na radnoj temperaturi, AlSi9Cu3 je sigurniji izbor. Legure magnezija i cinka također mogu raditi na istim niskotlačnim strojevima, ali aluminij dominira procesom u praksi.
Prednosti i ograničenja koja biste trebali znati
Zašto kupci biraju lijevanje aluminija pod niskim pritiskom
- Gusta mikrostruktura. Laminarno punjenje i stalni tlak smanjuju i plinsku poroznost i mikroskupljanje, dajući odljevke koji mogu proći stroge X-zrake.
- Može se toplinski obraditi. Nizak sadržaj plina omogućuje T4 i T6 bez stvaranja mjehurića, što otključava granice razvlačenja od 220 do 300 MPa.
- Nepropusnost na pritisak. Tijela ventila, kućišta pumpi i spremnici izrađeni od strane LPC-a prolaze testove curenja zraka i helija pouzdanije od visokotlačnih tlačnih lijevaka.
- Visoki prinos materijala. Budući da je sustav zatvarača malen i neiskorišteni metal se vraća u peć, 85 do 95 posto kupljene legure postaje gotov odljevak.
- Dugi vijek trajanja alata. Čelični trajni kalupi traju 80 000 do 150 000 ili više ciklusa uz redovito održavanje premaza.
- Konzistentnost dimenzija. Automatizirani profil pritiska proizvodi ponovljivo punjenje i skrućivanje od injekcije do injekcije.
Ograničenja dizajna okolo
- Dugo vrijeme ciklusa. S 4 do 12 minuta po lijevanju, LPC nije proces za ekstremno masovnu proizvodnju malih dijelova.
- Minimalna debljina stijenke. Oko 3 do 4 mm za pouzdano punjenje; tanka rebrasta laka kućišta pripadaju visokotlačnom tlačnom lijevanju.
- Ulaganje u alate. Trajni kalupi i ćelije peći pod tlakom zahtijevaju veće početno ulaganje od jednostavnih gravitacijskih kalupa.
- Ograničenja oblika. Unutarnja udubljenja zahtijevaju jezgre od pijeska, a velike promjene u presjeku stijenke produžuju vrijeme skrućivanja i mogu stvoriti vruće točke.
- Gornja granica težine dijela. Praktična težina dijela je otprilike 30 kg ako želite održati ekonomično vrijeme ciklusa.
Industrijske primjene niskotlačnog lijevanja aluminija
Lijevanje aluminija pod niskim pritiskom nije proces opće namjene. Pobjeđuje u specifičnim primjenama gdje su odlučujuća unutarnja čvrstoća, otpornost na pritisak i čvrstoća strukture. Ovo je također zašto proizvođači originalne opreme za automobile odabiru lijevanje pod niskim pritiskom za lagane komponente preko bržih alternativa.
Automobili i vozila na novu energiju
Aluminijski kotači najveći su LPC proizvod na svijetu, a proces također proizvodi glave cilindra, zglobove ovjesa, kontrolne ruke, tijela kočionih čeljusti, kućišta kompresora i strukturne okvire u električnim vozilima. Zajednička nit je potreba za čvrstoćom na zamor i otpornošću na curenje koje gravitacijsko lijevanje ne može jamčiti.
Poljoprivredna i mala mehanizacija
Mjenjači za presađivanje riže, mjenjači mikrokultivatora, nosači ležajeva i pogonska kućišta provode svoj život u prašini, vibracijama i promjenjivim opterećenjima. Lijevanje pod niskim pritiskom daje ovim dijelovima gustoću da prežive terenske uvjete bez preuranjenih pukotina uslijed zamora.
Hidraulički i pneumatski sustavi
Tijela ventila, tijela ventila za regulaciju tlaka, tijela reducir ventila i kućišta pumpe kočnice zahtijevaju nepropusnost pod pritiskom. A413 lijevani od strane LPC-a stiardna je kombinacija za ove dijelove, a niska stopa poroznosti održava odbacivanje pri ispitivanju nepropusnosti na prihvatljivoj razini.
Motocikli i pogonska oprema
Kućišta radilice, kućišta mjenjača, poklopci pogona i spojke ventilatora imaju koristi od kombinacije detalja tankog presjeka i otpornosti na vibracije. Proces se također često koristi za kotače na dva kotača jer ista strukturna logika koja se primjenjuje na kotače automobila vrijedi i za motocikle.
Pametni dom, medicinski i telekomunikacijski hardver
Lijevanje pod niskim pritiskom sve se više koristi za strukturne ploče pametnih kuća, kućišta medicinske opreme i komponente telekom baznih stanica gdje kozmetičke površine i točnost dimenzija moraju koegzistirati s dobrom mehaničkom čvrstoćom. Ti su dijelovi obično manji, ali prednost u gustoći još uvijek opravdava proces u proizvodnji srednjeg volumena.
Nedostaci i kontrola kvalitete kod lijevanja pod niskim pritiskom
Nijedan postupak lijevanja nije bez grešaka, a niskotlačno lijevanje aluminija nije iznimka. Razlika je u tome što se većina LPC defekata može spriječiti rukovanjem talinom, temperaturom kalupa i kontrolom tlaka.
Uobičajeni nedostaci i njihova prevencija
| kvar | Tipičan uzrok | Prevencija |
|---|---|---|
| Poroznost plina | Prikupljanje vodika, vlaga na prevlaci kalupa | Degas talina ispod 0,15 ml H2 na 100 g aluminija; održavajte premaz kalupa suhim |
| Poroznost skupljanja | Nedovoljan pritisak hranjenja ili pritisak otpušten prerano | Održavajte pritisak dok skrućivanje ne završi; optimizirati promjer uspona |
| Uključci oksida | Turbulentno rukovanje talinom, prljava peć | Koristite pjenasti keramički filtar od 20-40 ppi; redovito čistite peć |
| Hladno se zatvara ili neispravno radi | Temperatura taline ili kalupa je preniska | Održavati taljenje na 680-720 stupnjeva C; zagrijte kalup na 250-350 stupnjeva C |
| Hrapavost površine | Istrošena prevlaka kalupa, erodirana površina kalupa | Ponovno premažite svaku smjenu; svakodnevno pregledavajte površinu kalupa |
Provjere kvalitete proizvodnje su važne
- Spektrometarska provjera kemije legure na svakom topljenju prije početka lijevanja.
- Prva inspekcija artikla s rezanjem i procjenom mikrostrukture za provjeru razmaka krakova dendrita i raspodjele pora.
- Uzimanje uzoraka rendgenskom ili kompjutoriziranom tomografijom na određenoj frekvenciji za potvrdu unutarnje ispravnosti.
- Ispitivanje curenja zrakom ili helijem za dijelove koji će držati tlak tekućine tijekom rada.
- Provjera koordinatnog mjernog stroja strojno obrađenih referenci i kritičnih montažnih sučelja.
Za detaljniju tehničku raspravu o ovoj temi, možete pročitati kako lijevanje pod niskim pritiskom smanjuje plinske pore i druge nedostatke lijevanja u našoj arhivi vijesti iz industrije.
Razmatranje troškova za lijevanje aluminija pod niskim pritiskom
Što pokreće cijenu po dijelu
| Troškovni element | Tipični domet i utjecaj |
|---|---|
| Alat za trajni kalup | 15.000 do 80.000 USD po kalupu, ovisno o broju šupljina, veličini dijela i dizajnu vodenog hlađenja |
| Ulaganje u strojnu ćeliju | 250.000 do 750.000 USD po stanici za lijevanje pod niskim pritiskom |
| Trošak vremena ciklusa | 4 do 12 minuta po udarcu; one cell produces 5 to 15 shots per hour |
| Iskorištenje materijala | 85 do 95 posto jer se ostatak taline vraća u peć |
| CNC naknadna obrada | Često 20 do 50 posto cijene gotovog dijela |
| Toplinska obrada i površinska obrada | Dodaje 5 do 15 posto trošku dijela |
Ekonomija obujma i odluka o pokriću
- Faza prototipa (10-100 komada): CNC obrada aluminijskih trupaca obično je jeftinija od izrade trajnog kalupa.
- Mala količina (100-1000 komada godišnje): gravitacijsko lijevanje s jednostavnim čeličnim kalupom često je ekonomičnije.
- Srednji volumen (1.000-50.000 komada godišnje): lijevanje pod niskim pritiskom najbolje je u omjeru kvalitete i cijene.
- Velika količina (50 000 komada godišnje): lijevanje pod visokim tlakom pobjeđuje za dijelove s tankim stijenkama, ali strukturni dijelovi i dijelovi otporni na pritisak ostaju s LPC-om, kao što industrija aluminijskih kotača pokazuje s milijunima odljevaka godišnje.
Usporedna studija koju je objavio LSRPF, dobavljač tlačnog lijevanja, izvještava da prelazak s drugih ruta lijevanja na niskotlačno lijevanje smanjuje troškove dijelova za 20 do 35 posto uz zadržavanje vlačne čvrstoće na 280 MPa ili više, zahvaljujući manjem broju otpadaka i većem iskorištenju materijala. Stvarna ušteda uvelike ovisi o geometriji dijelova i godišnjoj količini.
Kako odabrati dobavljača niskotlačnog lijevanja aluminija
Kontrolni popis za procjenu koji je važan
- Mogućnost sve na jednom mjestu. Pokriva li jedan objekt dizajn kalupa, lijevanje i CNC strojnu obradu? Time se eliminiraju sporovi o toleranciji među dobavljačima i skraćuje vrijeme potrebno u lancu opskrbe.
- Kontrola kvalitete taline. Potražite interni spektrometar, rutinu otplinjavanja i dokumentirane kemijske provjere na svakom topljenju.
- Dubina pregleda. Uzimanje uzoraka rendgenskim ili CT-om, testiranje tlaka i verifikacija CMM-a trebali bi biti dio standardne ponude, a ne dodatni dodaci.
- Legura i iskustvo primjene. Dobavljač koji redovito lijeva A356, A357 i A413 manje je vjerojatno da će s vaše strane napraviti pogrešku u postavljanju ili rukovanju taljenjem.
- Inženjerska podrška. Simulira li tim punjenje i skrućivanje i mogu li preporučiti debljinu stijenke, kutove gaza i postavljanje uspona prije početka izrade alata?
- Koordinacija toplinske obrade. Za strukturne dijelove, dobavljač bi trebao imati pouzdanog T6 partnera za toplinsku obradu s dokumentiranim ciklusima peći.
Youyuan Machinery Manufacturing u Ningbo Beilunu, Kina, primjer je pogona na jednom mjestu koji kombinira izradu kalupa, lijevanje aluminija pod pritiskom i CNC strojnu obradu pod jednim krovom. Njihov postojeći raspon niskog tlaka uključuje dijelovi karoserije automobilskih cilindara niskotlačno lijevani , baze za tlačni lijev pod niskim pritiskom and tijela ventila za regulaciju tlaka , koji su tipični primjeri konstrukcijskih radova pod tlakom koje LPC najbolje podnosi.
Proizvođači kućišta ventila za regulaciju tlaka po narudžbi. OEM dobavljači - Ningbo Beil Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd je kineski OEM/ODM proizvođač kućišta ventila za regulaciju tlaka i V... Pogledajte proizvod → 
Proizvođači baza za niskotlačni lijev pod pritiskom. OEM dobavljači - Ningbo Beilu Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd je kineski OEM/ODM proizvođač baza za niskotlačni lijev pod pritiskom i niskotlačni Die Casti... Pogledajte proizvod → 
Proizvođači dijelova karoserije cilindara automobila po narudžbi. OEM dobavljači - Ningbo Beil Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd je kineski OEM/ODM proizvođač dijelova karoserije automobilskih cilindara i automobilskih cilindara B... Pogledajte proizvod → Prije nego što pošaljete zahtjev za ponudu, obratite se inženjerskom timu s vašim nacrtom dijela, očekivanim godišnjim volumenom i svim zahtjevima za provjeru nepropusnosti ili rendgenskim zrakama. Sposoban dobavljač vam obično može reći unutar nekoliko radnih dana je li niskotlačno lijevanje aluminija pravi put te koja će legura i debljina stjenke održati dio pouzdanim i pristupačnim.
Često postavljana pitanja
Koju razinu tlaka koristi lijevanje aluminija pod niskim pritiskom?
Proces radi na 0,2 do 0,8 bara iznad atmosfere. Točna vrijednost ovisi o gustoći legure, visini uspona i brzini punjenja koju želite postići. Tipični kotač se puni za 20 do 60 sekundi, dok se manje kućište puni za 10 do 40 sekundi.
Po čemu se lijevanje pod niskim pritiskom razlikuje od gravitacijskog?
Gravitacijsko lijevanje ispunjava kalup koristeći samo težinu taline, dok lijevanje pod niskim tlakom primjenjuje pritisak plina odozdo. Tlak čini punjenje sporijim i kontroliranijim, potiče skupljanje tijekom skrućivanja, smanjuje veličinu uspona i poboljšava gustoću i konzistenciju dijelova. LPC alat košta više, ali je kvaliteta po dijelu veća.
Koje se legure mogu koristiti za niskotlačno lijevanje aluminija?
A356 i A357 najčešći su za konstrukcijske i toplinski obrađene dijelove. A413 je poželjan kada je tlačna nepropusnost prioritet, a AlSi9Cu3 odgovara dijelovima koji rade na povišenoj temperaturi. Magnezijeve legure također se dobro lijevaju na istim niskotlačnim strojevima.
Mogu li se aluminijski odljevci pod niskim pritiskom toplinski obraditi?
Da. Budući da je plinska poroznost niska, obrada otopinama T4 i T6 i starenje ne uzrokuju stvaranje mjehurića. Ovo je glavna prednost u odnosu na visokotlačni lijev za konstrukcijske dijelove koji trebaju postići granice razvlačenja od 220 do 300 MPa.
Koja je minimalna debljina stijenke za niskotlačno lijevanje?
Opća područja trebaju ostati na 3,5 do 4 mm za dosljedno punjenje. Kratki odsječci mogu doseći 2,5 do 3 mm s pomno osmišljenim otvorom. Ispod tog raspona, lijevanje pod visokim pritiskom je prikladniji postupak.
Uklanja li niskotlačno lijevanje u potpunosti poroznost?
Nijedan proces ne uklanja u potpunosti poroznost. Niskotlačno lijevanje dramatično smanjuje poroznost plina i može proći stroge X-zrake, ali se kvaliteta taline, temperatura kalupa i profil tlaka moraju kontrolirati. Kada se poroznost ipak pojavi, obično je posljedica vodika u talini ili nedovoljnog pritiska punjenja, a ne samog procesa.
