Процес лиття під тиском у автомобільній промисловості: точні деталі, пояснення

Коротко

Процес дійкового лиття в автомобільній промисловості — це технологія виробництва під високим тиском, при якій розплавлений кольоровий метал впресовується в багаторазову стальну форму, що називається матрицею. Цей метод є важливим для сучасної автомобільної промисловості у виготовленні міцних, легких і складних компонентів із високою точністю. Використання сплавів, таких як алюміній, цинк та магній, робить дійкове лиття критичним для покращення робочих характеристик транспортних засобів, підвищення паливної ефективності та забезпечення масового виробництва деталей із чудовою розмірною точністю.

Основи дійкового лиття: що це таке і чому це важливо в автомобільній галузі

Дійкове лиття — це процес лиття металів, який полягає у примусовому впресовуванні розплавленого металу в порожнину форми під високим тиском. Згідно з Вікіпедія , цей тиск може варіюватися від 10 до 175 мегапаскалей (МПа), забезпечуючи заповнення металом кожного найменшого елемента складної двочастинної прес-форми зі сталі. Як тільки метал охолоджується і затвердіває, форму розкривають, і деталь, відому як лиття, виштовхують. Цей процес має багато спільного з формуванням пластмасових виробів методом ін’єкції, але використовується для кольорових металів, що робить його основою сучасного виробництва.

У автомобільній промисловості значення лиття під тиском важко переоцінити. Виробники постійно стикаються з тиском, пов’язаним із необхідністю покращення економії палива та зменшення викидів, що значною мірою залежить від зниження ваги транспортних засобів. Лиття під тиском забезпечує ефективне рішення, дозволяючи виготовляти легкі компоненти без втрати міцності чи довговічності. Як зазначено RapidDirect , ця техніка є ключовою альтернативою для виробництва металевих виробів, яка дозволяє створювати тонкі стінки та складні геометрії, важкодоступні іншими методами. Це призводить до зменшення ваги транспортних засобів, кращого пробігу на паливі та покращення загальної продуктивності.

Здатність процесу виготовляти деталі, близькі за формою до готового виробу, з чудовим станом поверхні та стабільністю розмірів, є ще однією великою перевагою. Це зменшує необхідність у трудомістких вторинних операціях механічної обробки, економлячи час і кошти у середовищах масового виробництва. Хоча лиття під тиском ідеально підходить для виготовлення складних деталей, інші високоефективні методи, такі як кування, також мають важливе значення у виробництві автомобілів. Наприклад, деякі компанії спеціалізуються на деталі кузовного листка , процесі, відомому своєю здатністю виготовляти компоненти з надзвичайною міцністю, який часто використовується для критичних навантажуваних застосувань, таких як підвіска та елементи трансмісії.

Основні переваги автомобільного лиття під тиском включають:

• Зменшення ваги: Використання легких металів, таких як алюміній і магній, допомагає зменшити загальну вагу транспортного засобу, безпосередньо сприяючи підвищенню паливної ефективності.
• Складність та точність: Високотискове лиття дозволяє виготовляти складні деталі з тонкими стінками і вузькими допусками, що забезпечує більш досконалі та компактні конструкції транспортних засобів.
• Висока швидкість виробництва: Лиття під тиском — це швидкий процес, при якому автоматизовані верстати здатні виготовляти тисячі однакових деталей за один сеанс, що робить його надзвичайно економічно вигідним для масового виробництва.
• Прочність і тривалість: Деталі, виготовлені литтям під тиском, мають чудове співвідношення міцності до ваги та добру стійкість до корозії, забезпечуючи довговічність і надійність критичних автомобільних компонентів.

Поетапний процес лиття під тиском: від розплавленого металу до готової деталі

Процес лиття під тиском в автомобільній промисловості — це високоточний багатоетапний процес, який перетворює розплавлений метал у готовий компонент із дивовижною швидкістю та точністю. Увесь робочий процес можна розділити на чотири основні етапи: підготовка форми, заповнення (ін’єкція), витягування та обрізка (видалення ливникових систем). Кожен крок має важливе значення для забезпечення того, щоб готова деталь відповідала суворим стандартам якості щодо розмірної точності та якості поверхні.

Спочатку необхідно підготувати форму. Дві половинки з формувального інструменту з високоміцної сталі очищають, а потім обприскують змащувачем. Цей змащувач виконує дві функції: допомагає контролювати температуру форми та діє як засіб для випуску виливка, забезпечуючи легке вилучення затверділого виливка без пошкоджень. Після нанесення змащувача дві половинки форми міцно закриваються та стягуються разом із величезним зусиллям, щоб витримати наступне ін’єкційне лиття під високим тиском.

Далі йде етап заповнення або вливання. Розплавлений метал, який був розплавлений у окремій плавильній печі (для процесу з холодною камерою) або безпосередньо в машині (для процесу з гарячою камерою), примусово подається в порожнину форми. Поршень впорскує метал із високою швидкістю та під тиском, забезпечуючи заповнення всіх порожнин пральної форми до початку її затвердіння. Тиск підтримується протягом фази охолодження, щоб мінімізувати усадку та пористість. Після затвердіння металу половинки форми розкриваються, і виливок виштовхується виштовхувачами. Нарешті, на етапі видалення виливка зайвий матеріал, такий як литникові системи, прибійники та заливи (тонкий матеріал, що просочився по лінії роз’єму форми), вирізається. Цей відходовий матеріал зазвичай збирають і переплавляють для повторного використання, що робить процес дуже стійким.

Два основні методи лиття під високим тиском — це процеси з гарячою та холодною камерами, які застосовуються для різних металів і сфер використання.

Основні матеріали у литті під тиском для автомобілебудування: алюміній, цинк та магній

Вибір матеріалу у литті під тиском для автомобілебудування має вирішальне значення, оскільки безпосередньо впливає на вагу, міцність, стійкість до корозії та вартість готового компонента. Найпоширенішими є кольорові сплави алюмінію, цинку та магнію, кожен з яких має унікальний набір властивостей, адаптованих до певних застосувань.

Алумінієвими сплавами є найпоширенішими в автомобільній промисловості, переважно завдяки їх чудовому поєднанню легкості та міцності. Як детально описано в Fictiv , сплави, такі як A380, цінуються за свої хороші механічні властивості, високу теплопровідність і стійкість до корозії, що робить їх ідеальними для деталей, які працюють під навантаженням і при високих температурах. Поширені сфери застосування включають блоки двигунів, картери коробки передач, масляні пани, а також конструктивні елементи, наприклад, деталі шасі. Використання алюмінію є ключовою стратегією зменшення ваги транспортних засобів задля покращення паливної економічності.

Сплави цинку , такі як сплави родини Zamak, є ще одним популярним варіантом. Цинк цінується за надзвичайну рухливість у литті, що дозволяє йому точно заповнювати складні та тонкостінні частини форми. Він забезпечує відмінну стабільність розмірів, високу міцність на удар і легко піддається металізації для декоративних чи захисних покриттів. Згідно з Bruschi , цинк часто використовується для деталей, які потребують високоякісної поверхневої обробки та жорстких допусків, наприклад, ручки дверей, корпуси замків, шестерні ременів безпеки та корпуси електронних датчиків.

Сплави магнію є найлегшими з звичайних металів лиття на штампову, що забезпечують вищий співвідношення міцності і ваги. Магній приблизно на 33% легший за алюміній і на 75% легший за сталь. Це робить його ідеальним матеріалом для застосування, де зниження ваги є найвищим пріоритетом. Як пояснив 3ERP , магній використовується для таких компонентів, як рами керма, рами сидінь, панелі приладів та корпуси для передачі. Його відмінна обробка і знешкодження також є значними перевагами в автомобільній конструкції.

Порівняння злюд для лиття на друку

• Вага: Магній є найлегшим, а потім алюміній, а цинк - найважчим з трьох.
• Сила: Цинкові сплави, як правило, мають вищу міцність на тягу при кімнатній температурі, але алюмінієві сплави краще зберігають свою міцність при підвищених температурах.
• Стійкість до корозії: Всі три пропонують хорошу корозійну стійкість, з специфічними характеристиками, що залежать від сплаву та обробки поверхні.
• Вартість: Цинк і алюміній, як правило, є економічно вигіднішими для виробництва великих обсягів, тоді як магній може бути дорожчим.
• Процес литья: Цинк і магній можна лити за допомогою швидкісного гарячекамерного процесу, тоді як алюміній потребує повільнішого холоднокамерного процесу через його вищу температуру плавлення та корозійний вплив на сталеві деталі устаткування для лиття.

Основні техніки лиття під тиском та їх застосування

Хоча лиття під високим тиском (HPDC) є найпоширенішим методом, було розроблено кілька його варіантів для задоволення конкретних виробничих потреб, особливо для важливих автомобільних компонентів, де першорядне значення має структурна цілісність. До таких технік належать лиття під низьким тиском і вакуумне лиття під тиском, кожне з яких має чіткі переваги для різних сфер застосування.

Ливарне виливання під високим тиском (HPDC) залишається стандартом для виробництва більшості автомобільних деталей завдяки швидкості та можливості створення складних компонентів близьких до остаточної форми. Цей метод використовується для виготовлення всього — від елементів двигуна та корпусів трансмісій до менших деталей, таких як корпуси датчиків і кріплення. Однак поширеною проблемою при HPDC є можливість затраплювання повітря під час швидкого вприскування розплавленого металу, що може призводити до утворення пористості у готовому виливку. Ця пористість може погіршувати механічні властивості деталі та перешкоджати термообробці.

Для усунення цього недоліку Лиття під вакуумом застосовується процес вакуумного ливарного виливання під високим тиском. У цьому процесі вакуум використовується для видалення повітря та газів із форми перед вприскуванням металу. Це значно зменшує пористість, забезпечуючи щільніші, міцніші деталі з поліпшеним станом поверхні. Ця технологія ідеально підходить для критичних з точки зору безпеки компонентів і деталей, які потребують подальшого зварювання або термообробки, наприклад, структурних вузлів, опор двигуна та елементів підвіски.

Лиття під низьким тиском (LPDC) є ще однією альтернативою, при якій розплавлений метал обережно подається в форму знизу за допомогою низького тиску (зазвичай 7–30 psi). Повільне та більш контрольоване заповнення мінімізує турбулентність і затримання повітря, що призводить до виробів із відмінними механічними властивостями та низькою пористістю. LPDC часто вибирають для великих симетричних деталей, таких як колеса та певні блоки двигунів, де важливіша структурна цілісність, ніж швидкий цикл виробництва.

Переваги та недоліки лиття під тиском

Як і будь-який виробничий процес, лиття під тиском має чітко визначений набір компромісів, що робить його придатним для певних застосувань, але не всіх.

Переваги

• Висока швидкість виробництва: Процес є високомеханізованим і дозволяє виготовляти деталі дуже швидко, знижуючи вартість кожної одиниці при масовому виробництві.
• Відмінна точність розмірів: Лиття під тиском забезпечує виготовлення деталей із дуже вузькими допусками, що часто усуває необхідність у подальшій механічній обробці.
• Складні геометрії: Цей процес дозволяє створювати складні форми та тонкі стінки, які важко отримати іншими методами.
• Гладке поверхневе завершення: Виливки мають природно гладку поверхню, яку можна легко покрити або обробити з естетичних міркувань.

Недоліки

• Висока початкова вартість: Інструменти (форми) та обладнання, необхідні для лиття під тиском, є дуже дорогими, що робить цей процес недоцільним за низького обсягу виробництва.
• Обмеження щодо матеріалів: Процес, як правило, обмежується кольоровими металами з високою рухливістю, такими як алюміній, цинк і магній.
• Можливість утворення пористості: У стандартному HPDC ув’язнене повітря може спричиняти внутрішні пори, що може вплинути на міцність деталі та перешкоджати термообробці.
• Тривалі строки виготовлення оснащення: Проектування та виготовлення нової форми — це складний і трудомісткий процес.

Остаточні висновки щодо процесу лиття під тиском у автомобільній промисловості

Процес лиття під тиском у автомобільній промисловості є базовою технологією, яка дозволяє виготовляти легкі, складні та надійні компоненти, необхідні для сучасних транспортних засобів. Від підвищення паливної ефективності за рахунок зменшення ваги до реалізації складних конструкцій із високоточними деталями — його вплив неможливо заперечити. Використовуючи унікальні властивості сплавів алюмінію, цинку та магнію, виробники можуть адаптувати компоненти для досягнення конкретних показників продуктивності, безпеки та вартості. Оскільки автомобільна промисловість продовжує розвиватися в напрямку електричних та автономних транспортних засобів, попит на передові методи лиття під тиском, що дозволяють виготовляти ще більші та інтегровані структурні деталі, буде лише зростати, закріплюючи цю технологію як ключовий виробничий процес майбутнього.

Поширені запитання

1. У чому полягає основна відмінність між литтям під тиском і штампуванням?

Основна відмінність полягає в стані металу. Під час лиття під тиском метал нагрівають доти, поки він не стане розплавленим (рідким), а потім впресовують у форму для затвердіння. Під час кування метал нагрівають до стану пластичності, але він залишається у твердому стані. Потім його формують шляхом прикладання величезного тиску за допомогою молота або преса. Як правило, кування забезпечує отримання міцніших і довговічніших деталей, тоді як лиття під тиском краще підходить для створення складних, заплутаних форм.

2. Чому пористість є проблемою при литті під тиском?

Пористість означає наявність дрібних порожнин або бульбашок газу, які залишаються всередині виливка під час його затвердіння. Це є проблемою, оскільки може послабити компонент, роблячи його схильним до тріщин під навантаженням. Пористість також перешкоджає безпечному піддачі деталей термічній обробці чи зварюванню, оскільки захоплений газ розширюється під час нагрівання, що може призвести до утворення пухирів на поверхні та внутрішніх мікротріщин, що погіршує структурну цілісність деталі.

3. Чи можна використовувати сталь або залізо для лиття під тиском?

Хоча технічно це й можливо, лиття під тиском залізовмісних металів, таких як сталь і залізо, є дуже незвичайним. Їх надзвичайно високі температури плавлення призводили б до швидкого руйнування та зносу сталевих форм, через що процес став економічно невигідним через короткий термін служби інструменту. Тому цей процес майже виключно використовується для кольорових металів із нижчими температурами плавлення.