Накратко

Конструирането на вакуумно подпомагано пресоване се фокусира върху създаването на компоненти чрез процес, при който се отстранява въздухът и газовете от формата с помощта на вакуум, преди да се впрегне разтопеният метал. Този решаващ етап значително намалява газовата порестост, като води до по-плътни, по-здрави части с превъзходна повърхностна обработка. Правилното проектиране, включително изискванията за дебелина на стените и запечатване на формата, е от съществено значение за използване на този процес при производството на сложни, високоефективни и бездефектни компоненти.

Основи на вакуумно подпомагано пресоване

Заваряването с вакуумна помощ, понякога наричано още заваряване без газове, е напреднал производствен процес, който подобрява традиционното високото налягане при заваряване. Основният му принцип е системното отстраняване на въздуха и други уловени газове от формовата кухина и впръскващия цилиндър, преди разтопеният метал да бъде впръскан. Като създаде почти вакуумна среда, процесът решава един от най-настойчивите проблеми при конвенционалното заваряване – порестостта от газове. Това се постига чрез свързване на мощна вакуумна система към формата, която изсмуква въздуха от кухината в миговете преди и по време на впръскването на разтопения сплав.

Основният проблем, който тази технология решава, е задържането на газове. При стандартния процес на заваряване високата скорост на впръскване на разтопения метал може да улови мехурчета въздух вътре в формата. Тези уловени газове създават празнини или пори в затвърдения метал, което компрометира неговата структурна цялост. Според експерти по производство в Ксометрия , тази порьозност може да доведе до непостоянни механични свойства и слаби места. Вакуумният процес намалява този ефект, като премахва въздуха, който би се оказал уловен, позволявайки на разтопения метал да запълни всяка детайл от формата без съпротивление или турбулентност.

В сравнение с конвенционалното леене под налягане, методът с вакуумна помощ произвежда значително по-качествени части. Изпразването на формата не само предотвратява образуването на мехурчета, но също така помага разтопеният метал по-ефективно да се проникне в сложни и тънкостенни участъци на формата. Това води до компоненти, които са по-плътни, по-силни и имат много по-чиста повърхностна обработка. Както отбелязва Асоциацията за леене под налягане в Северна Америка, въпреки че вакуумната система е мощно допълнение, тя не заменя необходимостта от правилни практики при проектирането на формите, включително разработването на разливни системи, гейтове и преливи. Комбинацията от добро проектиране и вакуумна помощ е това, което осигурява най-високото ниво на качество.

Основни предимства и подобрения в качеството

Основното предимство при използването на вакуум в процеса на прецизно леене под налягане е значителното подобряване на качеството и цялостността на детайлите. Като се намали задържането на газове, процесът произвежда компоненти със значително по-ниска порьозност. Това води до отливки, които не само са по-плътни, но и проявяват по-еднородни и прогнозируеми механични свойства, като по-висока якост на опън и удължение. Тази надеждност е от решаващо значение за компоненти, използвани в изискващи приложения, включително автомобилната и аерокосмическата индустрия.

Друго голямо предимство е превъзходната повърхностна обработка. Дефекти като напуквания и точкови дупчици, които често се причиняват от разширяващи се задържани газове близо до повърхността, са почти напълно отстранени. Това води до по-чисти повърхности директно от формата, което намалява нуждата от скъпи и отнемащи време вторични довършителни операции. Както е описано от Kenwalt Die Casting , това намаляване на дефектите води до по-малко отхвърлени части, спестявайки време, труд и разходи за материали. Освен това равномерното запълване на формата под вакуум може да удължи живота на инструментите, като намали високото вътрешно налягане и износването, свързани с уловения въздух.

Подобренията в качеството също отварят нови възможности за производство. Частите, произведени чрез вакуумно леене под налягане, са подходящи за последващи обработки, които често са проблематични за обикновено леените части. Тъй като има много малко или никакъв уловен газ, който да се разширява и причинява дефекти, тези компоненти могат надеждно да се подлагат на термична обработка, заварка или галванизация. Тази възможност е от съществено значение за конструкционни части, които изискват повишена якост или определени повърхностни характеристики.

Процесът с вакуумна помощ: Стъпка по стъпка

Въпреки че се базира на традиционния работен процес при преципитно леене, процесът с вакуумна помощ включва критична допълнителна фаза. Разбирането на тази последователност е от съществено значение за оценката на нейното влияние върху конструкцията и крайното качество на детайлите. Процесът обикновено следва тези отделни стъпки:

1. Подготовка и затваряне на формата Двете половини на стоманената матрица първо се почистват, смазват със средство за отделяне и се затварят плътно. Ключов аспект при проектирането тук е осигуряването на ефективни уплътнения на матрицата, за да се запази вакуумът след неговото създаване. Всякакви течове ще наруши процеса.
2. Прилагане на вакуум: След като матрицата е затворена, се активира високопроизводителен вакуум-помпа. Отварят се клапани, свързани с кухината на матрицата и системата за разлива, като помпата изсмуква въздуха и всички газове от смазките, създавайки среда с ниско налягане вътре в формата. Този етап трябва да бъде точно синхронизиран.
3. Инжектиране на разтопен метал: Желаният метален сплав, стопен в пещ, се прехвърля в стрелковата камера на машината. Високонапорен бутален механизъм след това инжектира разтопения метал в евакуираната кухина на матрицата. Вакуумът помага да се изтегли метала гладко във формата, осигурявайки пълнене на всеки детайл без образуване на турбуленция.
4. Затвърдяване и охлаждане: След като формата се запълни, разтопеният метал започва да се охлажда и затвърдява, приемайки формата на матрицата. Матрицата често е оснастена с вътрешни охлаждащи канали, за да се контролира скоростта на затвърдяване, което е от решаващо значение за постигане на желаните металургични свойства.
5. Отваряне на матрицата и изхвърляне на детайла: След като отливката се затвърди, вакуумът се премахва и двете половини на матрицата се отварят. Избутващите щифтове изтласкват готовата отливка от формата. Детайлът вече е готов за необходимите вторични операции, като отрязване, механична обработка или повърхностна обработка.

Целият този цикъл е изключително бърз и често се завършва за няколко секунди до няколко минути, което го прави напълно подходящ за производство в големи серии. Интегрирането на вакуумната система добавя сложност, но е задължително за постигане на високото качество, с което този процес е известен.

Основни принципи за проектиране при вакуумно леене под налягане

Ефективният дизайн на вакуумно подпомагано прецизно леене надхвърля просто създаването на форма; той включва оптимизиране на геометрията на детайла, за да се използват напълно предимствата на вакуумната среда. Макар че много принципи съвпадат с традиционното леене, някои са особено важни. За постигане на успех е от решаващо значение вниманието към характеристики като дебелина на стените и ъгли на обработка.

Един от най-значимите конструктивни предимства е възможността да се произвеждат детайли с по-тънки стени. Тъй като вакуумът намалява обратното налягане от задържания въздух, разтопеният метал може да проникне и да запълни значително по-тънки участъци в сравнение с традиционното прецизно леене. Често е възможно да се постигне минимална дебелина на стената между 1 мм и 1,5 мм, макар че това зависи от размера на детайла и материала. Възможно най-много е важно да се поддържа еднородна дебелина на стените, за да се осигури последователно охлаждане и да се предотвратят дефекти като огъване или следи от усукване. Когато са необходими вариации в дебелината, преходите трябва да бъдат постепенни.

Други ключови аспекти на дизайна са от съществено значение както за качеството на детайлите, така и за възможността за производство:

• Ъгъл на извличане: Ъгълът на извличане, обикновено поне 1 до 2 градуса, трябва да бъде включен при всички стени, успоредни на посоката на извличане на матрицата. Този лек наклон е от решаващо значение, за да може готовият детайл да се изхвърля чисто от формата, без повреди или деформации.
• Ребра и издатини: За увеличаване на якостта на големи равнинни области, без да се увеличава общата дебелина на стената, проектирането трябва да включва ребра. Дебелината на реброто обикновено трябва да бъде по-малка от 60% от основната дебелина на стената, за да се избегнат следи от усукване. По същия начин издатините (използвани за монтиране или центриране) трябва да спазват подобни правила за дебелина.
• Закръгления и радиуси: Остри вътрешни ъгли са източник на концентрация на напрежение и могат да затруднят течението на метала. На всички ъгли трябва да се добавят достатъчно големи закръгления и радиуси, за да се подобри конструктивната цялостност на детайла и да се осигури по-плавно и равномерно течение на разтопения метал.
• Плътност на матрицата: От гледна точка на проектирането на инструменти, задължително е да се осигури херметично запечатване на матрицата. Това изисква прецизна обработка на двете половини на матрицата и често включва използването на уплътнения тип O-пръстен или други запечатващи механизми, за да се предотврати загубата на вакуум по време на цикъла.

Спазвайки тези принципи, проектирането може да създаде здрави, леки и сложни компоненти, които използват напълно вакуумно подпомагания процес, като резултатът е по-висока отдача и по-добре представяне.

Често задавани въпроси

1. Каква е основната разлика между вакуумно леене и традиционното леене под налягане?

Основната разлика е използването на вакуум за отстраняване на въздуха и газовете от кухината на матрицата, преди да бъде впръскан разтопеният метал. При традиционното леене под налягане металът се впръсква в матрица, пълна с въздух, който може да бъде затворен и да причини порестост. Вакуумното леене под налягане премахва този въздух, като се получават по-плътни, по-здрави частици с по-малко дефекти и по-добро качество на повърхността.

2. Кои метали са подходящи за вакуумно подпомагано леене под налягане?

Процесът най-често се използва с неелектромагнитни сплави с умерени температури на топене. Това включва широк спектър от алуминиеви сплави (като A380), магнезиеви сплави (за леки конструкционни елементи) и цинкови сплави. Черни метали като стомана и желязо обикновено не са подходящи поради високите им температури на топене, които биха повредили инструментите за прецизно леене.

3. Може ли прецизното леене под вакуум да премахне напълно порестостта?

Въпреки че прецизното леене под вакуум намалява значително газовата порестост почти до нула, то може да не премахне напълно всички видове порестост. Напрегнатостта от свиване например все още може да възникне поради намаляването на обема на метала при охлаждането и затвърдяването му. Въпреки това, правилният дизайн на детайла и формата, включително оптимизирани система за входни отвори и разпределителни канали, могат допълнително да намалят и този тип порестост.