Накратко

Изборът на подходящи материали за пресформоване включва две отделни категории. Формите, или матриците, се изработват от високопрочни, топлоустойчиви инструментални стомани като H13 и P20, за да издържат на екстремни температури и налягане. Детайлите сами по себе си се формират чрез впръскване на разтопени неметални сплави — предимно алуминий, цинк и магнезий — в тези форми. Разбирането на тази разлика е от съществено значение за успешното производство.

Материали за форми срещу материали за отливане: Важно разграничение

Често срещана точка на объркване при прецизното леене под налягане е разликата между материала, използван за създаване на формата, и материала, използван за създаване на крайния продукт. Изясняването на този въпрос е първата стъпка към вземането на обосновани инженерни решения. Двата материала изпълняват напълно различни функции и притежават фундаментално различни свойства. Формата е издръжлив, многократно използваем инструмент, докато материалът за отливката е суровината, която се превръща в готовия продукт.

Материалът за формата трябва да бъде изключително здрав. Основната му роля е да съдържа разтопен метал при огромно налягане и да издържи хиляди термични цикли, без да се деформира, пукне или износи. Поради тази причина производителите разчитат на специализирани инструментални стомани за гореща работа. Тези стомани са проектирани да имат висока твърдост, отлична устойчивост на термична умора и якост при високи температури. Както е описано в ръководствата на HLC Metal Parts , продължителността на живот и прецизността на цялата операция по прецизното леене под налягане зависят от качеството на стоманата за формата.

Напротив, материалът за отливане се избира въз основа на желаните характеристики на крайния компонент. Тези материали обикновено са цветни сплави, известни със свойствата си като отлична текучест в разтопено състояние, ниски температури на топене, лека тегловна маса и устойчивост на корозия. Целта е да се избере сплав, която лесно да се разлива в сложни формови полости, за да се получи прецизен по размери компонент с необходимата механична якост и качествена повърхност. Изискванията за производителност на материала за отливане са свързани изцяло с приложението на крайния продукт, а не с издръжливостта на производствената форма.

Приемането на едното за другото може да доведе до значителни грешки в проектирането и производството. Например, използването на обикновена сплав за отливане при изработка на форма би довело до незабавен провал, тъй като тя би се стопила при контакт с материала за отливане. Таблицата по-долу илюстрира тази основна разлика с често срещани примери.

Дълбоко погледнато: Високоефективни стомани за матрици при леене под налягане

Материалите, използвани за изработване на матрици при леене под налягане, са непознатите герои в производствения процес. Те трябва да работят надеждно при някои от най-тежките индустриални условия. Основната категория материали за тази задача е горещо работеща инструментална стомана – клас сплави, специално разработени да запазват якостта, твърдостта и размерната стабилност при много високи температури. Тези стомани са от съществено значение за осигуряване на дълъг живот на матрицата и производството на последователни, висококачествени детайли в рамките на десетки хиляди цикли.

Най-широко използваният материал за матрици при леене под налягане е H13 инструментална стомана. Според подробно разглеждане от Neway Precision , H13 предлага изключителен баланс между твърдост, якост и устойчивост на термична умора. Съставът му, който включва хром, молибден и ванадий, му позволява да издържа на термичния шок при многократно пълнене с разтопен метал. Това го прави предпочитания избор за отливане на сплави от алуминий и цинк. Друг често срещан материал е стоманата P20, която често се доставя предварително огърчена. Въпреки че не е толкова устойчива на високи температури като H13, P20 е по-лесна за машинна обработка и е икономически ефективен вариант за форми, използвани при приложения с по-ниски температури или за по-кратки производствени серии.

Изборът на определен инструментален стоман зависи в голяма степен от приложението. За изключително изискващи работни задачи, включващи сложни геометрии или високи обеми производство, производителите могат да използват още по-напреднали материали като марагинг стомани или суперсплави въз основа на никел, които предлагат по-висока якост и по-дълъг живот при по-висока цена. В автомобилния сектор, където точността и издръжливостта са от първостепенно значение, изборът на материал е от решаващо значение. Специализирани производители като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. демонстрират експертиза в създаването на високоточни штамповъчни матрици за автомобилна индустрия, процес, който разчита на подобни изключително здрави инструментални стомани, за да се гарантира последователност на детайлите и дълъг живот на инструмента за OEM и доставчици от първо ниво.

За още по-добра производителност повърхностите на формите често се подлагат на специализирани обработки. Нитрирането например създава много твърд повърхностен слой, който устойчив на износване и ерозия от течащия разтопен метал. Може да се приложи и хромово покритие, за да се повиши твърдостта на повърхността и да се улесни изваждането на детайлите. Тези обработки могат значително да удължат експлоатационния живот на формата, като защитят големите инвестиции, направени за нейното създаване. По-долу е дадено сравнение на често използваните инструментални стомани за форми при прецисно леене под налягане.

Ръководство за често използвани сплави за детайли, получени чрез прецисно леене под налягане

Докато формата осигурява формата, леярският сплав придава на окончателната детайл неговото съдържание и функция. Подавляващото мнозинство от пресформовани детайли се изработват от три основни групи неметални сплави: алуминий, цинк и магнезий. Всяка от тях предлага уникален набор от свойства, които я правят подходяща за различни приложения. Изборът на сплав е критично проектно решение, което влияе върху теглото, здравината, издръжливостта и разходите за детайла.

Алуминиеви сплавове

Алуминият е най-често срещаният материал при пресформоване, ценен заради отличното си съотношение между здравина и тегло, устойчивост към корозия и топлопроводимост. Както е описано в ръководство от Ксометрия , сплави като A380 са изключително универсални и се използват в огромен диапазон от продукти – от автомобилни блокове на двигатели до електронни кутии и електрически инструменти. Друг често срещан клас, ADC12, е известен с изключителната си леемост, която позволява запълване на сложни форми с тънки стени. Алуминиевите сплави предлагат икономически ефективно решение за производството на леки, но здрави компоненти.

Цинкови сплавове

Цинковите сплави, по-специално тези от групата Замак (напр. Замак 3 и Замак 5), са още един основен стълб на индустрията за прецизно леене под налягане. Основните им предимства включват много ниска температура на топене, която намалява разходите за енергия и удължава живота на формите, както и изключителна текучест. Тази текучест позволява изработването на детайли с изключително фини подробности и много тънки стени, често с превъзходна повърхностна обработка, изискваща минимална вторична обработка. Цинковите сплави са по-плътни от алуминиевите, но тяхната якост и твърдост ги правят идеални за приложения като автомобилни дръжки на врати, декоративни фурнитури, зъбни колела и електронни съединители.

Магниеви сплавове

Когато е необходимо абсолютно минимално тегло, проектиращите използват сплави на магнезия. Като най-лекият от всички конструкционни метали, магнезият предлага най-доброто съотношение между якост и тегло. Сплави като AZ91D се използват широко в приложения, където намаляването на теглото е от решаващо значение, например в аерокосмически компоненти, висококачествени автомобилни части и преносими електронни устройства като рамки за лаптопи и корпуси на камери. Въпреки че е по-скъп от алуминий или цинк, уникалните свойства на магнезия оправдават използването му в първокласни приложения, където високата производителност и ниското тегло са задължителни.

Основен критерий за избор: Избор на правилния материал за вашето приложение

Изборът на оптимален материал както за формата за преципитиране, така и за крайната част изисква внимателен анализ на механични, топлинни и икономически фактори. Този процес на вземане на решения не се стреми към намирането на един-единствен „най-добър“ материал, а по-скоро към най-подходящия материал за конкретно приложение. Балансиран подход гарантира, че крайният продукт ще отговаря на изискванията за производителност и в същото време ще бъде икономически изгоден за производство.

Фактори при избора на материала за форма

Изборът на инструментална стомана за формата се определя предимно от условията на преципитиране и изискванията за производство. Основни съображения, посочени от експерти в Ace Mold включват:

• Температура на сплавта за преципитиране: Колкото по-висока е точката на топене на сплавта за преципитиране (например алуминий спрямо цинк), толкова по-устойчив на топлина трябва да бъде материалът на формата. Затова H13 е стандартен за алуминий, докато P20 може да бъде достатъчен за цинк.
• Обем на производството: При производството на големи серии, достигащи стотици хиляди броя, по-издръжливата и скъпа инструментална стомана е разумно влагане, тъй като има по-дълъг живот и намалява простоюването. За прототипи или сериите с нисък обем по-малко издръжлива и по-лесно обработваема стомана може да бъде по-икономична.
• Сложност на детайла: Сложните геометрии с тънки стени могат да създадат области с високо напрежение в калъпа. Необходима е по-здрава стомана с висока устойчивост на умора, за да се предотврати ранно пукане и повреди.

Фактори при избора на леярски материал

Когато се избира сплавта за детайла, фокусът се пренася към условията на експлоатация и изискванията за работни характеристики. Основните фактори за разглеждане са:

• Механични свойства: Ще бъде ли детайлът подложен на високо напрежение, удар или износване? Цинковите сплави предлагат отлична твърдост и ударна якост, докато алуминият осигурява по-добро равновесие за конструктивни компоненти.
• Оперативна среда: Ще бъде ли частта изложена на влага, химикали или екстремни температури? Естествената устойчивост на алуминия срещу корозия го прави идеален за много външни или сурови среди. Магнезият може да изисква защитни покрития.
• Изисквания за тегло: Дали минимизирането на теглото е основна цел при проектирането? Магнезият е ясен победител за приложения като авиокосмическата промишленост и преносими електронни устройства, следван от алуминия.
• Бюджет: Цената на детайла е основен фактор. Цинковите и алуминиевите сплави обикновено са по-икономични от магнезия. Сложността на детайла и необходимите довършителни операции също имат значителна роля за крайната цена.

За да се насочи този процес, проектиращият трябва да си зададе серия от въпроси, преди да финализира избора на материал. Следният контролен списък може да послужи като практическа отправна точка за всеки проект за прецизно леене под налягане.

• Какъв е очакваният общ обем на производството за този детайл?
• Какви са максималните и минималните работни температури, които детайлът ще понася?
• Какви структурни натоварвания или удари трябва да издържи детайлът по време на експлоатацията си?
• Дали теглото на детайла е критично ограничение при проектирането?
• На какво ниво устойчивост на корозия се изисква?
• Какви са изискванията за повърхностна обработка и външен вид на крайния продукт?
• Каква е целевата цена на детайл?

Често задавани въпроси

1. От какъв материал се изработват матриците за прецизното леене?

Матриците за прецизното леене се изработват предимно от висококачествени инструментални стомани, по-специално горещоизработвани инструментални стомани. Най-честият и универсален избор е стомана H13, която предлага отлична комбинация от твърдост, устойчивост на износване и устойчивост на термична умора. За приложения при по-ниски температури или по-кратки производствени серии често се използва и стомана P20.

2. Кой е най-подходящият материал за прецово леене?

Най-подходящият материал за отливаната част напълно зависи от изискванията на приложението. Сплавите на алуминий, като A380, са най-популярни поради отличното им съотношение между якост, лекота, устойчивост на корозия и цена. Въпреки това, сплавите на цинк са по-добри за части, изискващи фини детайли и висока ударна якост, докато магнезиевите сплави са най-добрият избор, когато минимизирането на теглото е от първостепенно значение.

3. Кой от следните материали често се използва при подготовката на форми за прецизно отливане?

Сред обичайните материали инструменталните стомани са стандартни за изработване на форми за прецизно отливане. Марки като H13 и P20 са специално разработени да издържат на високите налягания и топлинния шок, присъщи на процеса на прецизно отливане. Тези материали гарантират дълготрайност и размерна точност на формата в продължение на хиляди цикъла отливане.