Краткое содержание

Оптимизация расположения литникового канала при литье под давлением — это важное инженерное решение, которое заключается в стратегическом размещении точки входа расплавленного металла для обеспечения безупречного формирования детали. Основополагающий принцип состоит в том, чтобы располагать литниковый канал в самой толстой части отливки. Такой подход способствует полному и равномерному заполнению формы, обеспечивает направленную кристаллизацию от тонких участков к более толстым и имеет решающее значение для минимизации критических дефектов качества, таких как усадка, пористость и холодные спайки.

Основные принципы выбора расположения литникового канала при литье под давлением

В любом процессе литья под давлением литниковая система представляет собой сеть каналов, которые направляют расплавленный металл из системы впрыска в полость формы. Сам литник — это последнее, ключевое отверстие, через которое металл поступает в форму детали. Его конструкция и расположение имеют первостепенное значение для успешного литья. Неправильно расположенное литниковое отверстие может привести к целому ряду дефектов, в результате чего детали придется браковать, а производственные затраты возрастут. Основная цель заключается в контроле потока металла для получения качественного, плотного и точного по размерам отливка.

Наиболее широко признанный базовый принцип заключается в том, чтобы размещать литник в самой толстой части компонента. Как подробно описано экспертами по литью в CEX Casting , эта стратегия предназначена для обеспечения направленной кристаллизации. Затвердевание должно начинаться с участков, наиболее удаленных от литникового входа, и распространяться в его сторону, при этом самая толстая часть (у литникового входа) должна затвердевать последней. Это гарантирует постоянную подачу расплавленного металла для питания отливки по мере ее усадки при охлаждении, что эффективно предотвращает образование усадочной пористости — распространенного и серьезного дефекта, при котором внутренние пустоты формируются из-за недостатка металла.

Кроме того, правильное расположение литникового канала обеспечивает плавное и равномерное заполнение полости формы. Цель состоит в достижении ламинарного потока металла, чтобы избежать турбулентности, которая может удерживать воздух и оксиды внутри отливки, вызывая газовую пористость и включения. Направляя поток от более толстого сечения, металл может постепенно перемещаться в более тонкие участки, вытесняя перед собой воздух к вентиляционным каналам и перепускам. Неправильное размещение может привести к преждевременной кристаллизации в тонких сечениях, блокируя пути течения и вызывая неполное заполнение — дефект, известный как холодный спай.

Ключевые факторы, влияющие на стратегию размещения литниковых каналов

Хотя правило «наиболее толстого сечения» обеспечивает надежную отправную точку, оптимизация расположения литников для современных сложных деталей требует многоаспектного анализа. Инженеры должны учитывать несколько конкурирующих факторов для достижения желаемого результата, поскольку идеальное расположение зачастую представляет собой компромисс между теоретическими принципами и практическими ограничениями. Игнорирование этих переменных может привести к неоптимальным результатам, даже если соблюдается базовое правило.

Геометрия детали является наиболее значимым фактором. Симметричные детали часто выигрывают от центрального литника, чтобы металл равномерно распространялся наружу. Однако для деталей со сложными элементами, тонкими стенками и острыми углами одного литника может быть недостаточно. Как объясняется в подробном руководстве от Anebon , сложные геометрии могут потребовать использования нескольких впускных каналов, чтобы сократить расстояние, которое должен пройти металл, тем самым поддерживая температуру и обеспечивая полное заполнение без преждевременной кристаллизации. Местоположение и конструкция также должны учитывать последующую обработку; впускные каналы следует размещать там, где их можно легко удалить, не повредив функциональные или эстетические поверхности детали.

Другие важные факторы, влияющие на окончательное решение, включают:

• Свойства материалов: Разные сплавы обладают уникальными характеристиками течения и скоростями затвердевания. Например, цинковые сплавы остывают быстрее, чем алюминиевые, и могут требовать более крупных впускных каналов или более коротких путей течения для предотвращения холодных спаев.
• Толщина стенки: Впускной канал должен подавать расплав из толстой в тонкую секцию. Резкие изменения толщины стенок являются сложными и требуют тщательного размещения впускных каналов, чтобы избежать турбулентности и обеспечить правильное заполнение обеих секций.
• Распределение потока: Ворота должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечивать сбалансированный рисунок заполнения, предотвращая такие проблемы, как «струйное литье», при котором металл распыляется непосредственно по полости и разрушает стенку формы. Цель — это плавный, непрерывный фронт потока.
• Вентиляция и переполнения: Расположение ворот должно согласованно работать с воздушными вентиляционными отверстиями и переливными карманами. Рисунок заполнения, определяемый воротами, должен эффективно вытеснять воздух и примеси к этим выходам, обеспечивая, чтобы они не оказались захваченными внутри готовой отливки.

В высокопроизводительных отраслях, таких как автомобильная промышленность, где компоненты должны выдерживать экстремальные нагрузки, выбор материала и процесса имеет первостепенное значение. Хотя литье под давлением отлично подходит для сложных форм, для некоторых конструкционных деталей, требующих максимальной прочности, применяются такие процессы, как точная штамповка. Компании, такие как Shaoyi (Ningbo) Metal Technology специализируемся на этих прочных автомобильных деталях, получаемых методом ковки, где принципы течения металла и проектирования штампов столь же важны. Это подчеркивает, что глубокое понимание инструментальной оснастки и науки о материалах необходимо для передовых процессов формования металла.

Передовые методологии: использование моделирования для оптимизации расположения литников

В современном производстве полагаться исключительно на эмпирические правила и прошлый опыт уже недостаточно для оптимизации расположения литников, особенно в высоконагруженных приложениях. Промышленность всё активнее внедряет передовые вычислительные инструменты, такие как программное обеспечение для моделирования литья, чтобы прогнозировать и совершенствовать процесс литья под давление ещё до того, как будет обработана первая заготовка пресс-формы. Такой подход, основанный на данных, позволяет значительно сэкономить время и средства, минимизируя метод проб и ошибок на литейном производстве.

Эти программные пакеты используют такие методы, как анализ методом конечных элементов (FEA) и вычислительная гидродинамика (CFD), чтобы создать виртуальную модель процесса литья под давлением. Как отмечается в аннотациях исследований на платформах, таких как ScienceDirect и Springer, эти компьютерные интегрированные системы позволяют точно и быстро определить оптимальное расположение литниковых систем. Инженеры могут загрузить 3D-модель детали, выбрать сплав и задать параметры процесса, такие как скорость впрыска и температура. Программное обеспечение затем моделирует, как расплавленный металл будет течь, заполнять полость и затвердевать.

Типичный процесс оптимизации на основе моделирования включает следующие этапы:

1. Подготовка модели: 3D-модель детали и предварительная конструкция литниковой системы импортируются в программное обеспечение для моделирования.
2. Ввод параметров: Определяются свойства конкретного сплава, температуры пресс-формы и металла, а также параметры впрыска (скорость плунжера, давление).
3. Запуск моделирования: Программное обеспечение моделирует фазы заполнения и затвердевания, рассчитывая переменные, такие как скорость потока, распределение температуры, давление и области потенциального задержания воздуха.
4. Анализ результатов: Инженеры анализируют результаты моделирования, чтобы определить возможные дефекты. Это включает в себя определение горячих точек (риск сокращения), отслеживание фронта потока для поиска потенциальных линий сварки и выявление областей, где воздух может быть застрял (риск пористости).
5. Итерация и усовершенствование: На основе анализа в CAD-модели корректируется расположение, размер или форма ворот, и моделирование выполняется снова. Этот итеративный процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнут дизайн, который минимизирует прогнозируемые дефекты и обеспечивает звуковой отлив.

Этот аналитический подход превращает дизайн ворот из искусства в науку. Он позволяет инженерам визуализировать и решать проблемы, которые были бы невидимыми до тех пор, пока не будет произведено оборудование, что делает его незаменимым инструментом для производства высококачественных, надежных деталей.

Конструкция литниковой системы для сложных и тонкостенных отливок

Хотя стандартные принципы применимы в целом, отливки со сложной геометрией или очень тонкими стенками создают уникальные задачи, требующие специализированных подходов к проектированию литниковой системы. Для таких деталей, как сложные корпуса электроники или легкие автомобильные компоненты, традиционный одиночный литник в самой толстой части может оказаться неэффективным. Длинные и извилистые пути течения могут привести к быстрой потере тепла расплавленным металлом, вызывая преждевременную кристаллизацию и неполное заполнение формы.

Для длинных тонкостенных деталей основной стратегией является применение нескольких литников. Подача расплавленного металла в нескольких точках вдоль длины детали значительно сокращает путь течения для каждого отдельного потока. Это помогает сохранить температуру и текучесть металла, обеспечивая полное заполнение всей полости до начала затвердевания. Однако, как отмечает поставщик производственных услуг Dongguan Xiangyu Hardware , необходимо тщательно управлять размещением нескольких ворот, чтобы контролировать образование следов сварки — швов, в которых встречаются различные фронты потока. Если они недостаточно хорошо сплавляются, эти линии могут стать слабыми местами в готовой детали.

Другой распространенный подход заключается в использовании специализированных типов ворот, предназначенных для управления потоком в труднодоступные области. Например, ворото в виде веера имеет широкое тонкое отверстие, которое распределяет металл по большой площади, снижая скорость и предотвращая эрозию, а также способствуя равномерному фронту потока. Вставное ворото представляет собой небольшую вспомогательную перемычку, добавляемую к отливке; ворото подает металл в эту перемычку, которая затем заполняет деталь. Такая конструкция помогает поглотить первоначальное воздействие высокого давления расплавленного металла, позволяя полости заполняться более плавно и уменьшая турбулентность.

В следующей таблице приведены типичные проблемы со сложными деталями и соответствующие решения по системе литниковых ворот:

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое литниковое отверстие в литье под давлением?

Литниковое отверстие — это конечное отверстие в системе литниковых каналов, через которое расплавленный металл поступает в полость пресс-формы. Его основная функция — контроль скорости, направления и характера потока металла при заполнении детали. Размер и форма литника имеют критическое значение для преобразования относительно медленного потока металла в литниковой системе в контролируемую струю, которая эффективно заполняет полость и минимизирует образование дефектов.

2. Как рассчитывается площадь литникового отверстия при литье под высоким давлением (HPDC)?

Расчет площади литника — это многоступенчатая инженерная задача. Обычно она включает определение требуемого времени заполнения полости на основе средней толщины стенки детали, расчет необходимого расхода для достижения этого времени заполнения и выбор максимально допустимой скорости потока через литник для предотвращения эрозии формы и турбулентности. Площадь литника затем рассчитывается путем деления расхода на скорость литника. Этот расчет зачастую уточняется с помощью программного обеспечения для моделирования с целью повышения точности.

3. Где размещают литник при литье под давлением?

Хотя литье под давлением и литье пластмасс под давлением — это разные процессы, основной принцип выбора места расположения литникового канала аналогичен. При литье под давлением литниковое отверстие также обычно размещается в самой толстой части изделия. Это помогает предотвратить образование пустот и усадочных следов, позволяя уплотнить толстую часть материалом по мере его охлаждения и усадки. Литниковое отверстие обычно располагается на линии разъема формы для более легкого удаления облоя, однако его можно разместить и в другом месте в зависимости от геометрии детали и требований к внешнему виду.

4. Какова формула системы питания при литье?

Ключевым понятием при проектировании литниковой системы является «соотношение сечений», представляющее собой отношение площадей поперечных сечений различных частей системы. Обычно оно выражается как Площадь литника : Площадь распределительного канала : Площадь внутреннего литника. Например, соотношение 1:2:2 — это распространённая неразгруженная система, в которой суммарная площадь распределительного канала и внутреннего литника больше, чем площадь основания литника, что замедляет поток. В разгруженной системе (например, 1:0,75:0,5) площадь поперечного сечения уменьшается, что поддерживает давление и увеличивает скорость течения. Выбор соотношения зависит от типа заливаемого металла и требуемых характеристик заполнения формы.