Коротко

Оптимізація місця розташування литникового отвору в ливарних формах є важливим інженерним рішенням, яке полягає у стратегічному розміщенні точки введення розплавленого металу для забезпечення бездоганного формування деталі. Основний принцип полягає в тому, щоб розташувати литниковий отвір у найтовстішому перетині виливка. Такий підхід сприяє повному та рівномірному заповненню форми, забезпечує напрямлену кристалізацію від тонких ділянок до товстих і має вирішальне значення для мінімізації критичних дефектів якості, таких як усадка, пористість та холодні заливи.

Основні принципи розташування литникового отвору в ливарних формах

У будь-якому процесі лиття під тиском система живлення — це сукупність каналів, які спрямовують розплавлений метал від системи інжекції до порожнини форми. Власне литник — це останній, ключовий отвір, через який метал надходить у форму деталі. Від конструкції та місця розташування литника критично залежить успішність лиття. Погано обране місце для литника може призвести до серії дефектів, що призведе до браку виробів і збільшення витрат на виробництво. Основною метою є контроль потоку металу для отримання якісного, щільного та точного за розмірами виливка.

Найбільш загальноприйнятим фундаментальним принципом є розміщення литника в найтовстішому перерізі компонента. Як детально описано експертами з лиття на CEX Кастинг , ця стратегія призначена для сприяння напрямленій кристалізації. Тверднення має починатися з ділянок, які найбільш віддалені від литникового отвору, і рухатися в його бік, причому найтовстіший переріз (біля литникового отвору) має затвердіти останнім. Це забезпечує постійну подачу розплавленого металу для заповнення виливки під час її усадки під час охолодження, ефективно запобігаючи усадковій пористості — поширеному та серйозному дефекту, при якому утворюються внутрішні порожнини через недостатню кількість металу.

Крім того, правильне розташування литникового виливу забезпечує плавне та рівномірне заповнення форми. Мета полягає в досягненні ламінарного потоку металу, уникнення турбулентності, яка може захоплювати повітря та оксиди всередині виливка, що призводить до газової пористості та включень. Шляхом спрямування потоку від товстіших ділянок метал може поступово рухатися в тонші зони, витискаючи повітря перед собою до вентиляційних отворів та переповнень. Неправильне розташування може призвести до передчасного затвердіння в тонких перетинах, блокуючи шляхи течії та призводячи до неповного заповнення — дефекту, відомого як холодний спай.

Ключові фактори, що впливають на стратегію розташування литникових виливів

Хоча правило «найтовщого перерізу» є надійною відправною точкою, оптимізація розташування литника для сучасних складних деталей вимагає багатофакторного аналізу. Інженери мають збалансувати кілька конкуруючих чинників, щоб досягти бажаного результату, адже ідеальне місце часто є компромісом між теоретичними принципами та практичними обмеженнями. Ігнорування цих змінних може призвести до неоптимальних результатів, навіть якщо дотримуватися базового правила.

Геометрія деталі є найважливішим чинником. Симетричні деталі часто вигривають від центрального литника, щоб забезпечити рівномірне розтікання металу назовні. Однак для деталей із складними елементами, тонкими стінками та гострими кутами одного литника може бути недостатньо. Як пояснюється в детальному посібнику від Anebon , складні геометрії можуть вимагати кілька виливкових лінз для зменшення відстані, яку повинен подолати метал, що дозволяє підтримувати температуру та забезпечує повне заповнення без передчасного затвердіння. Місце розташування та конструкція також повинні враховувати подальшу обробку; виливкові лінзи слід розміщувати там, де їх можна легко видалити, не пошкодивши функціональні або естетичні поверхні деталі.

Інші важливі фактори, що впливають на остаточне рішення, включають:

• Властивості матеріалів: Різні сплави мають унікальні характеристики течії та швидкості затвердіння. Наприклад, цинкові сплави остигають швидше, ніж алюмінієві, і можуть вимагати більших виливкових лінз або коротших шляхів течії, щоб запобігти холодним споям.
• Товщина стіни: Виливкова лінза повинна подавати метал від товстої до тонкої ділянки. Різкі зміни товщини стінок є проблемними і вимагають ретельного розміщення виливкової лінзи, щоб уникнути турбулентності та забезпечити правильне заповнення обох ділянок.
• Розподіл потоку: Ворота мають бути розташовані так, щоб забезпечити збалансований шаблон заповнення, запобігаючи явищу «фонтанування», коли метал розпорошується прямо по порожнині та еродує стінки форми. Мета — створити плавний, безперервний фронт потоку.
• Вентиляція та переливи: Розташування воріт має узгоджуватися з повітряними вентиляційними отворами та приймачами переливу. Шаблон заповнення, створений воротами, має ефективно виводити повітря та домішки до цих виходів, забезпечуючи, щоб вони не залишалися упійманими всередині готового виливка.

У галузях високих технологій, таких як автомобілебудування, де компоненти мають витримувати екстремальні навантаження, вибір матеріалу та технології є вирішальним. Хоча лиття під тиском чудово підходить для складних форм, для окремих конструкційних деталей, які вимагають максимальної міцності, застосовують такі процеси, як прецизійна кування. Компанії, такі як Shaoyi (Ningbo) Metal Technology спеціалізуємося на цих міцних кованних автозапчастин, де принципи течії металу та конструкції матриць є такими ж важливими. Це підкреслює, що глибоке розуміння інструментального оснащення та науки про матеріали є обов’язковим для всіх сучасних процесів формування металу.

Сучасні методології: використання моделювання для оптимізації розташування литникових отворів

У сучасному виробництві лише емпіричні правила та попередній досвід більше не є достатніми для оптимізації розташування литникових отворів, особливо в застосунках із високими ризиками. Галузь все частіше використовує сучасні обчислювальні інструменти, такі як програмне забезпечення для моделювання лиття, щоб передбачити та вдосконалити процес лиття під тиском ще до того, як буде оброблено будь-яку сталь для форми. Такий підхід, заснований на даних, значно економить час і кошти, зменшуючи необхідність у проб і помилок на виробництві.

Ці програмні пакети використовують такі методи, як метод скінченних елементів (FEA) та обчислювальна гідродинаміка (CFD), щоб створити віртуальну модель процесу лиття під тиском. Як зазначено в анотаціях досліджень на платформах, таких як ScienceDirect і Springer, ці комп'ютерно-інтегровані системи дозволяють точно та швидко визначати оптимальне розташування литникових каналів. Інженери можуть завантажити 3D-модель деталі, вибрати сплав і задати параметри процесу, такі як швидкість вливання та температура. Програмне забезпечення потім моделює, як буде текти розплавлений метал, заповнювати порожнину та затвердівати.

Типовий процес оптимізації на основі моделювання включає такі кроки:

1. Підготовка моделі: 3D CAD-модель деталі та початковий варіант конструкції литникової системи імпортуються в програмне забезпечення для моделювання.
2. Введення параметрів: Задаються властивості конкретного сплаву, температури матриці та металу, а також параметри вливання (швидкість плунжера, тиск).
3. Запуск моделювання: Програмне забезпечення моделює процеси заповнення та затвердіння, розраховуючи такі змінні, як швидкість потоку, розподіл температури, тиск і зони можливого захоплення повітря.
4. Аналіз результатів: Інженери аналізують результати моделювання, щоб виявити потенційні дефекти. Це включає визначення гарячих точок (ризик усадки), відстеження фронту потоку для знаходження можливих ліній сплавлення та виявлення ділянок, де може захоплюватися повітря (ризик пористості).
5. Ітерація та удосконалення: На підставі аналізу коригуються місце, розмір або форма литника в CAD-моделі, після чого моделювання запускається знову. Цей ітераційний процес повторюється до досягнення такого проекту, який мінімізує прогнозовані дефекти та забезпечує якісне виливок.

Такий аналітичний підхід перетворює проектування литників з мистецтва на науку. Він дає змогу інженерам візуалізувати та вирішувати проблеми, які були б непомітними до початку виробництва, роблячи цей інструмент незамінним для виготовлення високоякісних і надійних деталей, відлитих під тиском.

Конструкція ливарної системи для складних та тонкостінних виливків

Хоча загальні принципи мають широке застосування, виливки з дуже складною геометрією або надто тонкими стінками створюють унікальні виклики, що вимагають спеціалізованих стратегій литтєвої системи. Для таких деталей, як складні корпуси електроніки або легкі автокомпоненти, традиційний одиничний литник у найтовщій частині може не забезпечити отримання придатного виливка. Довгі й заплутані шляхи течії можуть призвести до швидкої втрати тепла розплавленим металом, що спричинить передчасне затвердіння та неповне заповнення порожнини.

Для довгих тонкостінних деталей основною стратегією є використання кількох литників. Введення розплавленого металу в декількох точках уздовж довжини деталі значно скорочує шлях течії для кожного окремого потоку. Це допомагає зберегти температуру та рухливість металу, забезпечуючи повне заповнення всієї порожнини до початку затвердіння. Однак, як зазначив постачальник виробничих послуг Dongguan Xiangyu Hardware , розміщення кількох виливків необхідно ретельно регулювати, щоб контролювати утворення ліній зварювання — швів, де зустрічаються різні фронти потоку. Якщо вони недостатньо з’єднані, ці лінії можуть стати слабкими місцями у готовій деталі.

Інший поширений підхід полягає у використанні спеціалізованих типів виливків, призначених для регулювання потоку в складних ділянках. Наприклад, виливок у формі віяла має широке тонке отворення, яке розподіляє метал на великій площі, зменшуючи швидкість і запобігаючи ерозії, а також сприяє рівномірному фронту потоку. Виливок-таб — це невеликий допоміжний виливок, доданий до виливка; виливок подається в таб, який потім заповнює деталь. Цей дизайн допомагає поглинати початковий високий тиск розплавленого металу, дозволяючи порожнині заповнюватися м'якше та зменшуючи турбулентність.

Наведена нижче таблиця узагальнює типові проблеми зі складними деталями та відповідні рішення щодо виливків:

Поширені запитання

1. Що таке ворота у литті під тиском?

Ворота — це останній отвір у системі литникових каналів, через який розплавлений метал входить у порожнину форми. Їх основне призначення — контролювати швидкість, напрямок і характер потоку металу під час заповнення виробу. Розмір і форма воріт мають критичне значення для перетворення порівняно повільного руху металу в литниковому каналі на контрольований потік, який ефективно заповнює порожнину та мінімізує дефекти.

2. Як розраховують площу воріт у процесі лиття під високим тиском (HPDC)?

Розрахунок площі виливка — це багатоетапне інженерне завдання. Зазвичай воно передбачає визначення необхідного часу заповнення порожнини на основі середньої товщини стінки виробу, розрахунок необхідної швидкості потоку для досягнення цього часу заповнення та вибір максимально допустимої швидкості потоку через виливок, щоб запобігти ерозії форми та турбулентності. Площа виливка потім розраховується діленням швидкості потоку на швидкість виливка. Цей розрахунок часто уточнюється за допомогою програмного забезпечення для моделювання з метою підвищення точності.

3. Де розташовують виливок у процесі лиття під тиском?

Хоча лиття під тиском і лиття пластмасових виробів — це різні процеси, основний принцип розташування литникового отвору є подібним. У процесі лиття під тиском литниковий отвір зазвичай також розміщується в найтовстішому поперечному перерізі деталі. Це допомагає запобігти утворенню порожнин і усадкових раковин, оскільки товстий шар може бути додатково заповнений матеріалом під час охолодження та усадки. Литниковий отвір зазвичай розташовують на лінії роз'єму форми для полегшення обрізки, але його можна розмістити в іншому місці залежно від геометрії деталі та вимог до косметичного вигляду.

4. Яка формула для литникової системи в литті?

Ключовим поняттям у проектуванні системи живлення є «співвідношення живлення», тобто відношення площ поперечного перерізу різних частин системи. Зазвичай це виражається як Площа литника : Площа ливника : Площа виливка. Наприклад, співвідношення 1:2:2 — це поширена непресована система, в якій загальна площа ливника та виливка більша за площу основи литника, що зменшує швидкість потоку. Пресована система (наприклад, 1:0,75:0,5) має зменшувану площу поперечного перерізу, що зберігає тиск і збільшує швидкість. Вибір співвідношення залежить від металу, що лититься, та бажаних характеристик заповнення.