Коротко

Вибір правильних матеріалів для лиття під тиском включає дві окремі категорії. Форми, або матриці, виготовляються з високоміцних жароміцних інструментальних сталей, таких як H13 та P20, щоб витримувати екстремальні температури та тиски. Самі деталі утворюються шляхом впресовування розплавлених кольорових сплавів — переважно алюмінію, цинку та магнію — в ці форми. Розуміння цієї відмінності є важливим для успішного виробництва.

Матеріали для форм проти матеріалів для лиття: важлива відмінність

Поширеною точкою непорозуміння у литті під тиском є різниця між матеріалом, який використовується для створення форми, і матеріалом, який використовується для виготовлення кінцевої деталі. Усунення цієї плутанини — перший крок до прийняття обґрунтованих інженерних рішень. Ці два матеріали виконують абсолютно різні функції та мають принципово різні властивості. Форма є міцним, багаторазовим інструментом, тоді як матеріал виливки — це сировина, з якої виготовляють готовий продукт.

Матеріал форми має бути надзвичайно міцним. Його основне призначення — утримувати розплавлений метал під величезним тиском і витримувати тисячі термоциклів без деформації, тріщин або зносу. Саме тому виробники використовують спеціальні інструментальні сталі гарячої роботи. Ці сталі розроблені для досягнення високої твердості, чудової стійкості до термовтомлення та міцності при підвищених температурах. Як зазначено в посібниках від HLC Metal Parts , довговічність і точність усієї операції лиття під тиском залежать від якості сталі форми.

Навпаки, матеріал для лиття вибирають залежно від бажаних характеристик кінцевої деталі. Як правило, це кольорові сплави, які відрізняються чудовою рухливістю в розплавленому стані, низькою температурою плавлення, легкістю та стійкістю до корозії. Мета — підібрати сплав, який легко заповнює складні порожнини форми, забезпечуючи точність розмірів, необхідну міцність та якість поверхні виробу. Вимоги до експлуатаційних характеристик матеріалу лиття пов'язані виключно з призначенням кінцевого продукту, а не з довговічністю інструменту для виробництва.

Плутанина між цими двома поняттями може призвести до серйозних помилок у проектуванні та виробництві. Наприклад, використання звичайного ливарного сплаву для форми призведе до негайного виходу її з ладу, оскільки він розплавиться при контакті з матеріалом виливки. У таблиці нижче наведено цю принципову відмінність на поширених прикладах.

Глибоке дослідження: сталі високої продуктивності для литтєвих форм у виливці під тиском

Матеріали, що використовуються для виготовлення литтєвих форм у виливці під тиском, є непоміченими героями виробничого процесу. Вони повинні надійно працювати в одних із найскладніших промислових умов. Основною категорією матеріалів для цього завдання є гарячеобробна інструментальна сталь — клас сплавів, спеціально розроблених для збереження міцності, твердості та розмірної стабільності при дуже високих температурах. Ці сталі мають вирішальне значення для забезпечення довгого терміну служби форми та виробництва стабільних, високоякісних деталей протягом десятків тисяч циклів.

Найпоширенішим матеріалом для литтєвих форм у виливці під тиском є інструментальна сталь H13. Згідно з детальним аналізом від Neway Precision , H13 пропонує винятковий баланс твердості, міцності та стійкості до термічної втоми. Його склад, який включає хром, молібден і ванадій, дозволяє витримувати тепловий удар під час багаторазового заповнення розплавленим металом. Це робить його найкращим вибором для лиття алюмінієвих та цинкових сплавів. Іншим поширеним матеріалом є сталь P20, яку часто постачають у попередньо загартованому стані. Хоча P20 не такий стійкий до високих температур, як H13, його легше обробляти, і це є економічно вигідним варіантом для форм, що використовуються при нижчих температурах або для коротких серій виробництва.

Вибір певної інструментальної сталі значною мірою залежить від сфери застосування. Для надзвичайно складних завдань, пов’язаних із комплексною геометрією або великими обсягами виробництва, виробники можуть звертатися до ще більш сучасних матеріалів, таких як марагінгові сталі або нікелеві суперсплави, які пропонують вищу міцність і довговічність за вищої вартості. У сфері автомобілебудування, де точність і міцність мають першорядне значення, вибір матеріалу є критичним. Спеціалізовані виробники, такі як Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. демонструють експертність у створенні високоточних штампувальних матриць для автомобілебудування — процесу, який ґрунтується на подібних міцних інструментальних сталях, щоб забезпечити узгодженість деталей і довговічність інструментів для OEM-виробників та постачальників першого рівня.

Для подальшого підвищення продуктивності поверхні форми часто піддають спеціальній обробці. Наприклад, нітрування створює дуже твердий поверхневий шар, який стійкий до зносу та ерозії від розплавленого металу. Також може застосовуватися хромування для підвищення твердості поверхні та полегшення випуску деталей. Ці обробки можуть значно продовжити термін експлуатації форми, захищаючи значні інвестиції, вкладені в її створення. Нижче наведено порівняння поширених інструментальних сталей, що використовуються для лиття під тиском.

Посібник з поширених сплавів для деталей, відлитих під тиском

Хоча форма надає деталі конфігурацію, литий сплав надає їй матеріальну основу та функціональність. Більшість деталей, виготовлених методом високоточного лиття під тиском, виконано з трьох основних сімейств немагнітних сплавів: алюмінію, цинку та магнію. Кожен із них має унікальний набір властивостей, що робить його придатним для різних застосувань. Вибір сплаву — це важливе проектне рішення, яке впливає на вагу, міцність, довговічність та вартість деталі.

Алумінієвими сплавами

Алюміній — найпоширеніший матеріал у литті під тиском, який цінують за чудове співвідношення міцності до ваги, стійкість до корозії та теплопровідність. Як зазначено в посібнику Ксометрія , такі сплави, як A380, є надзвичайно універсальними і використовуються в широкому спектрі продуктів — від блоків двигунів автомобілів до корпусів електроніки та електроінструментів. Ще один поширений ґатунок, ADC12, відомий своєю чудовою литтєвою здатністю, що дозволяє йому заповнювати складні форми з тонкими стінками. Алюмінієві сплави забезпечують економічно вигідне рішення для виробництва легких, але міцних компонентів.

Сплави цинку

Сплави цинку, зокрема ті, що належать до сімейства Zamak (наприклад, Zamak 3 та Zamak 5), є ще однією основою галузі виливки під тиском. Їхніми ключовими перевагами є дуже низька температура плавлення, що зменшує витрати енергії та подовжує термін служби форми, а також виняткову рухливість. Ця рухливість дозволяє виготовляти деталі із надзвичайно точними деталями та дуже тонкими стінками, часто з відмінною поверхневою якістю, яка потребує мінімальної вторинної обробки. Сплави цинку є щільнішими, ніж алюміній, проте їхня міцність і твердість роблять їх ідеальними для застосування у таких областях, як автомобільні ручки дверей, декоративна фурнітура, шестерні та електронні з'єднувачі.

Сплави магнію

Коли потрібна абсолютна мінімальна вага, конструктори звертаються до магнієвих сплавів. Як найлегший з усіх конструкційних металів, магній пропонує найкраще співвідношення міцності до ваги. Сплави, такі як AZ91D, широко використовуються в застосунках, де критично важливе зменшення ваги, наприклад, у компонентах літаків та ракет, високоякісних автомобільних деталях і портативній електроніці, як-от каркаси ноутбуків і корпуси камер. Хоча магній дорожчий за алюміній або цинк, його унікальні властивості виправдовують його використання в преміальних застосунках, де продуктивність і низька вага є обов'язковими.

Ключові критерії вибору: Вибір правильного матеріалу для вашого застосування

Вибір оптимального матеріалу як для форми лиття під тиском, так і для готового виробу вимагає ретельного аналізу механічних, термічних та економічних факторів. Цей процес прийняття рішень полягає не в пошуку єдиного «найкращого» матеріалу, а у визначенні найбільш відповідного матеріалу для конкретного застосування. Збалансований підхід забезпечує відповідність фінального продукту вимогам до експлуатаційних характеристик і одночасно економічну доцільність у виробництві.

Фактори вибору матеріалу для прес-форми

Вибір інструментальної сталі для прес-форми в першу чергу залежить від умов лиття та вимог до виробництва. Основні аспекти, вказані експертами компанії Ace Mold включити:

• Температура сплаву для лиття: Чим вища температура плавлення сплаву (наприклад, алюміній порівняно з цинком), тим більшою мала б бути термостійкість матеріалу форми. Саме тому H13 є стандартним варіантом для алюмінію, тоді як P20 цілком підходить для цинку.
• Обсяг виробництва: Для масових партій у кількості сотень тисяч одиниць доцільно інвестувати в більш міцну й дорогу інструментальну сталь, оскільки вона матиме довший термін служби й зменшить час простою. Для прототипів або малих обсягів виробництва економічніше може виявитися менш міцна, але легше оброблювана сталь.
• Складність деталей: Складні геометрії з тонкими стінками можуть створювати ділянки з високим рівнем напруження в формі. Для запобігання передчасному утворенню тріщин і руйнуванню необхідна міцніша сталь із високою витривалістю до втоми.

Фактори вибору матеріалу для лиття

При виборі сплаву безпосередньо для деталі основна увага приділяється умовам експлуатації та вимогам до продуктивності. Основними факторами є:

• Механічні властивості: Чи буде деталь піддаватися високому навантаженню, ударним впливам або зносу? Цинкові сплави мають чудову твердість і міцність на удар, тоді як алюміній забезпечує кращий баланс для конструкційних компонентів.
• Умови експлуатації: Чи буде деталь піддаватися впливу вологи, хімічних речовин або екстремальних температур? Природна стійкість алюмінію до корозії робить його ідеальним для багатьох зовнішніх або агресивних умов. Магній може вимагати захисних покриттів.
• Вимоги до ваги: Чи є мінімізація ваги основною метою проектування? Магній є очевидним лідером для застосувань, таких як авіація та портативна електроніка, далі йде алюміній.
• Бюджет: Вартість однієї деталі є ключовим чинником. Цинкові та алюмінієві сплави, як правило, економніші, ніж магнієві. Складність деталі та необхідні операції оздоблення також суттєво впливають на кінцеву вартість.

Для керування цим процесом конструктор повинен поставити серію запитань перед тим, як остаточно визначити матеріал. Наведений нижче контрольний список може слугувати практичною точкою відліку для будь-якого проекту лиття під тиском.

• Який очікуваний загальний обсяг виробництва цієї деталі?
• Які максимальні та мінімальні робочі температури, які витримає деталь?
• Які структурні навантаження або удари повинна витримувати деталь протягом терміну її експлуатації?
• Чи є вага деталі критичним конструктивним обмеженням?
• Який рівень стійкості до корозії потрібен?
• Які вимоги до поверхневої обробки та естетичного вигляду кінцевого продукту?
• Яка цільова вартість однієї деталі?

Поширені запитання

1. З якого матеріалу виготовляють форми для лиття під тиском?

Форми для лиття під тиском переважно виготовляють із високоякісних інструментальних сталей, зокрема гарячоробочих інструментальних сталей. Найпоширенішим та найуніверсальнішим варіантом є сталь H13, яка має чудовий баланс міцності, зносостійкості та стійкості до термічної втоми. Для застосувань при нижчих температурах або при коротшому терміні виробництва популярним варіантом є також сталь P20.

2. Який матеріал є найбільш придатним для лиття під тиском?

Найбільш придатний матеріал для литих деталей повністю залежить від вимог застосування. Сплави алюмінію, такі як A380, є найпопулярнішими через їх чудкий баланс міцності, легкості, стійкості до корозії та вартості. Однак сплави цинку краще підходять для деталей, що потребують дрібних деталей і високої ударної міцності, тоді як магній є найкращим варіантом, коли мінімізація ваги є пріоритетом номер один.

3. Який із наведених нижче матеріалів зазвичай використовується для виготовлення форми для лиття під тиском?

Серед поширених матеріалів інструментальні сталі є стандартом для виготовлення форм для лиття під тиском. Марки, такі як H13 та P20, спеціально розроблені, щоб витримувати високий тиск і теплові удари, притаманні процесу лиття під тиском. Ці матеріали забезпечують довговічність форми та точність геометричних розмірів протягом багатьох тисяч циклів лиття.