Краткое содержание

Конструирование вакуумного литья под давлением ориентировано на создание компонентов с использованием процесса, при котором воздух и газы удаляются из полости пресс-формы с помощью вакуума перед введением расплавленного металла. Этот важный этап значительно снижает газовую пористость, обеспечивая получение более плотных, прочных деталей с превосходной отделкой поверхности. Правильное проектирование, включая учёт толщины стенок и герметизации пресс-формы, имеет решающее значение для эффективного использования данного процесса при производстве сложных, высокопроизводительных и бездефектных компонентов.

Основы вакуумного литья под давлением

Вакуумное литье под давлением, иногда называемое газобезопасным литьем под давлением, — это передовой производственный процесс, улучшающий традиционное литье под высоким давлением. Его основной принцип заключается в систематическом удалении воздуха и других захваченных газов из полости формы и камеры прессования до того, как туда будет подаваться расплавленный металл. Создавая среду, близкую к вакууму, данный процесс решает одну из самых стойких проблем традиционного литья под давлением: газовую пористость. Это достигается путем подключения мощной вакуумной системы к пресс-форме, которая откачивает газы из полости непосредственно перед заполнением формы и во время впрыска расплавленного сплава.

Основная проблема, которую решает данная технология, — это захват газов. В стандартном процессе литья под давлением быстрое впрыскивание расплавленного металла может привести к образованию пузырьков воздуха внутри пресс-формы. Эти захваченные газы создают пустоты или поры внутри затвердевшего металла, что снижает его структурную целостность. По словам экспертов по производству в Ксометрия , такая пористость может привести к нестабильным механическим свойствам и слабым участкам. Вакуумный процесс устраняет это, удаляя воздух, который в противном случае остался бы внутри, позволяя расплавленному металлу заполнить каждую деталь формы без сопротивления и турбулентности.

По сравнению с традиционным литьем под давлением метод с вакуумной поддержкой обеспечивает заметно более высокое качество детали. Удаление воздуха из пресс-формы не только предотвращает образование пузырьков, но и способствует более эффективному заполнению расплавленным металлом сложных и тонкостенных участков формы. В результате получаются более плотные, прочные компоненты с гораздо более чистой поверхностью. Как отмечает Ассоциация производителей литья под давлением Северной Америки, хотя вакуумная система является мощным дополнением, она не заменяет необходимость в правильных принципах проектирования литья под давлением при разработке литниковых систем, ворот и перепусков. Именно сочетание качественного проектирования и вакуумной поддержки позволяет достичь наивысшего уровня качества.

Ключевые преимущества и улучшения качества

Основное преимущество использования вакуума в процессе литья под давлением — это значительное улучшение качества и целостности деталей. За счёт минимизации захвата газов процесс обеспечивает получение компонентов с существенно сниженной пористостью. Это приводит к тому, что отливки не только более плотные, но и обладают более стабильными и предсказуемыми механическими свойствами, такими как повышенная прочность на растяжение и удлинение. Такая надёжность критически важна для компонентов, используемых в ответственных областях, включая автомобильную и аэрокосмическую промышленность.

Ещё одно важное преимущество — превосходная отделка поверхности. Дефекты, такие как вздутия и точечные отверстия, которые зачастую вызваны расширением газов, захваченных вблизи поверхности, практически устраняются. В результате поверхность получается более чистой непосредственно из формы, что снижает необходимость в дорогостоящих и трудоёмких вторичных операциях по отделке. Как подробно описано в Kenwalt Die Casting , это снижение количества дефектов приводит к уменьшению числа отбракованных деталей, экономии времени, затрат на рабочую силу и материалов. Кроме того, равномерное заполнение формы под вакуумом может продлить срок службы инструментов за счёт снижения высоких внутренних давлений и износа, связанных с задержанным воздухом.

Улучшение качества также открывает новые возможности для производства. Детали, изготовленные методом литья под давлением с вакуумом, подходят для дополнительной обработки, которая часто вызывает проблемы при традиционном литье. Поскольку практически нет задержанного газа, который мог бы расширяться и вызывать дефекты, эти компоненты можно надёжно подвергать термообработке, сварке или покрытию. Эта возможность имеет решающее значение для конструкционных деталей, требующих повышенной прочности или определённых характеристик поверхности.

Процесс с вакуумным усилением: пошаговое описание

Хотя процесс основан на традиционной технологии литья под давлением, вакуумный метод включает в себя важный дополнительный этап. Понимание этой последовательности имеет ключевое значение для оценки его влияния на конструкцию и качество готовой детали. Процесс, как правило, включает следующие отдельные шаги:

1. Подготовка и закрытие формы Две половины стальной пресс-формы сначала очищают, смазывают разделительным составом и надежно закрывают. Важным аспектом конструкции здесь является обеспечение эффективных уплотнений пресс-формы для поддержания вакуума после его создания. Любые утечки нарушат процесс.
2. Создание вакуума: После закрытия пресс-формы включается вакуумный насос высокой мощности. Открываются клапаны, соединенные с полостью пресс-формы и системой литников, и насос откачивает воздух и любые газы из смазочных материалов, создавая внутри формы среду с низким давлением. Этот этап должен быть точно выдержан по времени.
3. Впрыск расплавленного металла: Необходимый сплав металла, расплавленный в печи, переносится в камеру прессования машины. Затем плунжер высокого давления впрыскивает расплавленный металл в эвакуированную полость пресс-формы. Вакуум способствует плавному заполнению металлом формы, обеспечивая заполнение всех деталей без возникновения турбулентности.
4. Затвердевание и охлаждение: После заполнения полости расплавленный металл начинает охлаждаться и затвердевать, принимая форму пресс-формы. Пресс-форма часто оснащена внутренними каналами охлаждения для контроля скорости затвердевания, что имеет решающее значение для достижения требуемых металлургических свойств.
5. Открытие пресс-формы и выталкивание детали: После затвердевания отливки вакуум снимается, и половины пресс-формы раздвигаются. Затем выталкивающие штифты выдвигают готовую отливку из формы. Деталь теперь готова к дополнительным операциям, таким как обрезка, механическая обработка или отделка поверхности.

Весь этот цикл происходит очень быстро и зачастую завершается за несколько секунд или пару минут, что делает процесс идеально подходящим для массового производства. Интеграция вакуумной системы добавляет сложности, но необходима для достижения высокого качества, за которое известен данный процесс.

Основные принципы проектирования для вакуумного литья под давлением

Эффективный дизайн литья под вакуумным давлением выходит за рамки простого создания формы; он включает оптимизацию геометрии детали для полного использования преимуществ вакуумной среды. Хотя многие принципы совпадают с традиционным литьем, некоторые из них особенно важны. Для успеха крайне важно уделять пристальное внимание таким параметрам, как толщина стенок и углы выталкивания.

Одним из наиболее значительных конструктивных преимуществ является возможность изготовления деталей с более тонкими стенками. Поскольку вакуум уменьшает противодавление от захваченного воздуха, расплавленный металл может заполнять значительно более тонкие участки, чем при традиционном литье под давлением. Достижимая минимальная толщина стенок обычно составляет от 1 мм до 1,5 мм, хотя это зависит от размера детали и материала. По возможности важно обеспечивать равномерную толщину стенок, чтобы гарантировать равномерное охлаждение и предотвратить дефекты, такие как коробление или усадочные следы. Если необходимо изменять толщину, переходы должны быть постепенными.

Другие важные аспекты проектирования имеют решающее значение как для качества детали, так и для ее технологичности:

• Угол извлечения: Угол извлечения, как правило, не менее 1–2 градусов, должен быть предусмотрен на всех стенках, параллельных направлению выталкивания из пресс-формы. Такой небольшой конус необходим для того, чтобы готовую деталь можно было легко извлечь из формы без повреждений или деформаций.
• Ребра и бобышки: Чтобы повысить прочность крупных плоских участков без увеличения общей толщины стенок, конструкторы должны использовать ребра. Толщина ребра, как правило, должна быть менее 60 % от основной толщины стенки, чтобы избежать образования усадочных раковин. Аналогичным образом, бобышки (используемые для крепления или центровки) должны соответствовать аналогичным правилам по толщине.
• Фаски и радиусы: Острые внутренние углы являются источником концентрации напряжений и могут затруднять течение металла. На всех углах следует предусматривать достаточные скругления и радиусы, чтобы повысить прочность детали и обеспечить более плавное и равномерное заполнение формы расплавленным металлом.
• Уплотнение пресс-формы: С точки зрения проектирования оснастки, обеспечение герметичности формы является обязательным условием. Это требует точной обработки половинок формы и зачастую включает использование уплотнительных колец или других механизмов уплотнения для предотвращения потери вакуума в ходе цикла.

Соблюдая эти принципы, конструкторы могут создавать прочные, лёгкие и сложные компоненты, в полной мере используя преимущества процесса с вакуумной поддержкой, что приводит к более высокому выходу годных изделий и лучшим эксплуатационным характеристикам.

Часто задаваемые вопросы

1. В чём основное различие между вакуумным литьём и традиционным литьём под давлением?

Основное различие заключается в использовании вакуума для удаления воздуха и газов из полости формы до впрыска расплавленного металла. При традиционном литье под давлением металл впрыскивается в форму, заполненную воздухом, который может оставаться внутри и вызывать пористость. Вакуумное литье под давлением удаляет этот воздух, в результате чего получаются более плотные, прочные детали с меньшим количеством дефектов и лучшей отделкой поверхности.

2. Какие металлы подходят для вакуумного литья под давлением?

Этот процесс наиболее часто используется с цветными сплавами, имеющими умеренные температуры плавления. Сюда входят различные алюминиевые сплавы (например, A380), магниевые сплавы (для легких конструкционных элементов) и цинковые сплавы. Черные металлы, такие как сталь и чугун, как правило, не подходят из-за их высоких температур плавления, которые могут повредить инструмент для литья под давлением.

3. Может ли литье под давлением с вакуумом устранить всю пористость?

Хотя литье под давлением с вакуумом значительно снижает газовую пористость практически до нуля, оно не может устранить все формы пористости. Например, усадочная пористость может возникнуть из-за уменьшения объема металла при его охлаждении и затвердевании. Однако правильная конструкция детали и формы, включая оптимизированные системы литников и каналов, также может помочь минимизировать этот тип пористости.