Малые партии, высокие стандарты. Наша служба быстрого прототипирования делает проверку точнее и проще —
EN
Основы пресс-форм для литья под давлением: принцип работы и составляющие
Краткое содержание
Форма для литья под давлением — это высокоточный многоразовый инструмент, как правило, состоящий из двух половин из закалённой стали, который является основой процесса литья под давлением. Расплавленный металл под высоким давлением впрыскивается в полость формы, что позволяет массово производить сложные металлические детали. Этот метод известен тем, что обеспечивает исключительную точность размеров и гладкую поверхность готовых компонентов.
Что такое форма для литья под давлением? Основной принцип работы
Форма для литья под давлением, также известная как пресс-форма или оснастка, представляет собой сложный производственный инструмент, используемый для придания расплавленному металлу определённой желаемой формы. В основе формы лежат две основные половины: «неподвижная пластина», которая неподвижна, и «подвижная пластина», которая перемещается. Когда эти две половины зажимаются вместе под высоким давлением, они образуют внутреннюю полость, являющуюся точным отрицательным отображением изготавливаемой детали. Этот процесс концептуально схож с формой для литья пластмасс под давлением, но спроектирован так, чтобы выдерживать экстремальные температуры и давления расплавленных металлов.
Основной процесс заключается в впрыске расплавленного цветного металлического сплава в эту герметичную полость на высокой скорости и под высоким давлением. Это давление поддерживается в процессе затвердевания металла, обеспечивая заполнение всех деталей полости формы. Данный метод имеет решающее значение для производства деталей со сложной геометрией и тонкими стенками, которые было бы трудно изготовить другими способами литья. Как только металл охладится и затвердеет, выталкивающая часть формы отводится назад, и механизм выталкивания извлекает готовое отливаемое изделие.
Выбор металла является критически важным, и хотя данный процесс наиболее распространён для цветных сплавов, он не ограничивается исключительно ими. Наиболее часто используемые материалы в литье под давление включают:
- Алюминиевые сплавы
- Цинковые сплавы
- Магниевые сплавы
- Сплавы меди (например, латунь)
Эти материалы обладают различными свойствами — от лёгкости и прочности (алюминий и магний) до высокой коррозионной стойкости и литейных характеристик (цинк). Согласно Fictiv , этот процесс идеально подходит для серийного производства, где первостепенное значение имеют согласованность и точность.
Анатомия пресс-формы для литья под давлением: основные компоненты и их функции
Пресс-форма для литья под давлением — это не просто полый стальной блок; это сложная сборка точно спроектированных компонентов, работающих синхронно. Каждая часть играет важную роль в цикле литья — от направления расплавленного металла до охлаждения детали и её чистого извлечения. Понимание этих компонентов необходимо для оценки инженерных решений, лежащих в основе процесса. Основными компонентами являются основа пресс-формы, которая удерживает все остальные части, и полость, формирующая внешнюю форму детали.
Движение расплавленного металла контролируется сетью каналов. Оно начинается с литниковый канал , где металл поступает в пресс-форму из литейной машины. Оттуда он проходит через бегуны , которые представляют собой каналы, выполненные в половинах пресс-формы для распределения металла. Наконец, он проходит через врата , узкое отверстие, направляющее металл в полость формы. Конструкция системы литников и воротников имеет решающее значение для контроля скорости потока и давления, чтобы предотвратить дефекты.
Внутри формы ядро формирует внутренние элементы детали, в то время как кашель формирует её внешние поверхности. Чтобы извлечь готовую деталь, эжекторная система , состоящая из стержней и пластин, выталкивает затвердевшее литье из формы. Одновременно система охлаждения , включающая каналы, по которым циркулирует вода или масло, регулирует температуру пресс-формы. Этот контроль крайне важен для управления временем цикла и предотвращения термических повреждений инструмента. Также предусмотрены вентиляционные отверстия, позволяющие выходить захваченному воздуху при впрыске металла.
| Компонент | Основная функция |
|---|---|
| Полость и сердечник формы | Формирует внешнюю и внутреннюю форму готовой детали. |
| Литниковый канал | Первоначальный канал, через который расплавленный металл поступает в форму из сопла машины. |
| Бегуны | Система каналов, которая распределяет расплавленный металл от питателя к воротникам. |
| Врата | Конкретная точка входа, через которую расплавленный металл поступает в полость формы. |
| Эжекторная система | Механизм из штифтов и пластин, который выталкивает затвердевшее отливаемое изделие из формы. |
| Система охлаждения | Сеть каналов, по которым циркулирует жидкость для контроля температуры формы. |
| Вентиляционные отверстия | Мелкие каналы, позволяющие уловленному воздуху и газам выходить из полости во время впрыска. |
Распространённые типы пресс-форм и машин для литья под давлением
Пресс-формы для литья под давлением часто классифицируют по их конструкции или по типу машины, для которой они предназначены. По конструкции они могут быть однополостными, производящими одну деталь за цикл, или многополостными, производящими несколько одинаковых деталей одновременно для повышения эффективности. Однако более существенное различие связано с используемым оборудованием: литьё под давлением с горячей камерой и с холодной камерой.
Литье под давлением с горячей камерой используется для сплавов с низкой температурой плавления, таких как цинк, олово и свинец. В этом процессе механизм впрыска погружается в ванну расплавленного металла внутри печи. Это позволяет достичь очень коротких циклов, поскольку металл не нужно транспортировать из внешней печи. Процесс является высокомеханизированным и эффективным для массового производства небольших деталей.
Литье под давлением с холодной камерой требуется для сплавов с высокой температурой плавления, в первую очередь алюминия и магния. В этом методе точное количество расплавленного металла зачерпывается из отдельной печи и заливается в «холодную камеру» или цилиндр перед тем, как плунжером впрыскивается в форму. Как указано Википедия , такое разделение необходимо для предотвращения повреждения компонентов впрыска при длительном контакте с высокотемпературными металлами. Хотя циклы длиннее, чем в процессе горячей камеры, этот метод позволяет производить литьем прочные и легкие конструкционные детали, применяемые в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
| Соотношение | Литье под давлением с горячей камерой | Литье под давлением с холодной камерой |
|---|---|---|
| Подходящие сплавы | Низкая температура плавления (например, цинк, олово, свинец) | Высокая температура плавления (например, алюминий, латунь, магний) |
| Скорость цикла | Быстрее (15 и более циклов в минуту) | Медленнее (меньше циклов в минуту) |
| Процесс | Инжекционный механизм погружается в расплавленный металл. | Расплавленный металл заливается в камеру прессования перед каждым циклом. |
| Типичные применения | Сложные детали с высокой детализацией, такие как сантехнические принадлежности, шестерни и декоративная фурнитура. | Конструкционные элементы, такие как блоки цилиндров, корпуса трансмиссий и корпуса электроники. |
Процесс литья под давлением и особенности проектирования пресс-форм
Процесс литья под давлением — это высокопроизводительный, автоматизированный цикл, преобразующий расплавленный металл в готовую деталь за считанные секунды. Основой этой операции является пресс-форма, которая может быть разделена на несколько ключевых этапов. Каждый этап должен тщательно контролироваться, чтобы обеспечить соответствие конечной детали строгим стандартам качества. Материал, используемый для изготовления пресс-формы, как правило, представляет собой высококачественную закалённую инструментальную сталь, например H13, которая выбирается благодаря своей способности выдерживать термоудар и износ в течение сотен тысяч циклов.
Производственный цикл следует чёткой последовательности:
- Подготовка пресс-формы и смыкание: Внутренние поверхности пресс-формы покрываются смазкой для облегчения охлаждения и выброса детали. Затем две половины пресс-формы надёжно зажимаются вместе литьевой машиной.
- Инъекции: Расплавленный металл под высоким давлением (в диапазоне от 1500 до более чем 25000 psi) впрыскивается в полость пресс-формы. Металл быстро заполняет полость, зачастую за миллисекунды.
- Охлаждение: Расплавленный металл охлаждается и затвердевает внутри водяной или масляной формы. На этом этапе деталь приобретает окончательную форму.
- Выброс: После затвердевания подвижная половина формы открывается, и выталкивающие штифты выталкивают отливку из полости.
- Стрижка: Заключительный этап включает удаление излишков материала, известных как заусенцы, а также литника и литниковых каналов с готовой детали. Это часто выполняется на вторичной операции с использованием обрезной матрицы.
Успешное производство деталей во многом зависит от первоначального проектирования формы. Инженеры должны учитывать несколько факторов, чтобы обеспечить качество деталей и максимально продлить срок службы формы. Правильный дизайн необходим для предотвращения типичных дефектов, таких как пористость и трещины. К основным проектным аспектам относятся:
- Угол извлечения: Поверхностям, параллельным направлению открытия формы, придаётся небольшой угол (конусность), чтобы деталь можно было извлечь без заклинивания или повреждений.
- Фаски и радиусы: Острые внутренние углы скругляются для улучшения течения металла и снижения концентрации напряжений в готовой детали.
- Толщина стенки: Стенки должны быть как можно более равномерными, чтобы обеспечить равномерное охлаждение и предотвратить деформацию или следы усадки.
- Разъединительная линия: Линия, по которой соединяются две половины формы, должна тщательно размещаться с целью минимизации её заметности на готовой детали и упрощения обрезки.
- Вентиляция: Должны быть предусмотрены небольшие каналы, позволяющие воздуху, попавшему в полость, выходить по мере впрыска металла, предотвращая образование газовых пор.
Часто задаваемые вопросы
1. В чём разница между литьём под давлением и другими методами литья?
Основное различие заключается в использовании многоразовой стальной пресс-формы (матрицы) и применении высокого давления. В отличие от песчаного литья, при котором для каждой детали используется одноразовая песчаная форма, литьё под давлением использует постоянную стальную форму для массового производства. По сравнению с литьём по выплавляемым моделям или литьём в постоянные формы, при литье под давлением металл вдавливается в форму под значительно более высоким давлением, что позволяет изготавливать детали с более тонкими стенками, более точными деталями и лучшей поверхностью.
2. Из каких материалов изготавливают пресс-формы для литья под давлением?
Пресс-формы для литья под давлением изготавливаются из высококачественных жаропрочных инструментальных сталей. Наиболее распространённым материалом является инструментальная сталь марки H13, которая выбирается благодаря отличному сочетанию твёрдости, вязкости и устойчивости к термической усталости. Для пресс-форм, требующих ещё большей долговечности, могут использоваться стали повышенного качества, например, мартенситно-стареющая сталь (Maraging steel). Материал должен выдерживать многократные термоциклы, связанные с заполнением расплавленным металлом и последующим охлаждением.
3. Как долго служит пресс-форма для литья под давлением?
Срок службы пресс-формы для литья под давлением, часто называемый «живучестью матрицы», значительно варьируется в зависимости от нескольких факторов. К ним относятся тип заливаемого металла (алюминий более абразивен и горяч по сравнению с цинком), сложность детали, длительность циклов и качество обслуживания. Хорошо обслуживаемая пресс-форма для литья цинка может прослужить более миллиона циклов, тогда как форма для литья алюминия может работать от 100 000 до 150 000 циклов до необходимости капитального ремонта или замены.