Коротко

Конструювання вакуумного лиття під тиском передбачає створення компонентів за допомогою процесу, при якому повітря та гази видаляються з форми за допомогою вакууму перед вливанням розплавленого металу. Цей важливий крок значно зменшує газопористість, забезпечуючи отримання більш щільних, міцних виливків із кращою поверхневою якістю. Правильне конструювання, включаючи врахування товщини стінок і герметизації форми, є обов’язковим для ефективного використання цього процесу при виготовленні складних, високоефективних та бездефектних компонентів.

Основи вакуумного лиття під тиском

Вакуумне дійсне лиття під тиском, яке іноді називають безгазовим литтям під тиском, є передовим технологічним процесом, що удосконалює традиційне лиття під високим тиском. Його основний принцип полягає в систематичному видаленні повітря та інших захоплених газів із порожнини форми та литникового каналу перед тим, як розплавлений метал буде впресований. Шляхом створення майже вакуумного середовища процес усуває одну з найпоширеніших проблем у традиційному литті під тиском — газопроникність. Цього досягають шляхом підключення потужної вакуумної системи до форми, яка викачує повітря з порожнини за мить до та під час впресування розплавленого сплаву.

Основна проблема, яку вирішує ця технологія, — це захоплення газів. У стандартному процесі лиття під тиском високоякісне впресування розплавленого металу може призводити до утворення бульбашок повітря всередині форми. Ці захоплені гази утворюють порожнини або пори всередині затверділого металу, що погіршує його структурну цілісність. Згідно з думкою експертів з виробництва в Ксометрія , ця пористість може призводити до нестабільних механічних властивостей і слабких місць. Вакуумний процес усуває це, видаляючи повітря, яке інакше потрапило б усередину, дозволяючи розплавленому металу заповнити кожну деталь форми без опору чи турбулентності.

Порівняно з традиційним литтям під тиском, метод із застосуванням вакууму забезпечує помітно вищу якість виробу. Викачування повітря з форми не лише запобігає утворенню бульбашок, але й ефективніше сприяє проникненню розплавленого металу в складні та тонкостінні ділянки форми. Це призводить до отримання більш щільних, міцних компонентів із значно кращою поверхневою обробкою. Як зазначає Асоціація виробників литих деталей Північної Америки, хоча вакуумна система є потужним доповненням, вона не замінює необхідності у правильних принципах проектування процесу лиття під тиском, зокрема при конструюванні литникових систем, воріт та перепусків. Саме поєднання якісного проектування та вакуумної допомоги дозволяє досягти найвищого рівня якості.

Основні переваги та покращення якості

Основна перевага використання вакууму в процесі лиття під тиском — це значне покращення якості та цілісності виробів. Завдяки мінімізації затримки газів процес забезпечує отримання деталей із суттєво зниженою пористістю. Це призводить до виливків, які не лише щільніші, але й мають більш стабільні та передбачувані механічні властивості, такі як підвищена межа міцності на розрив і подовження. Така надійність є критично важливою для компонентів, що використовуються в складних умовах експлуатації, зокрема в автомобільній та авіаційній промисловості.

Іншою значною перевагою є вищий ступінь обробки поверхні. Дефекти, такі як вздуття та пірчастість, які часто виникають через розширення затриманих газів поблизу поверхні, практично повністю усуваються. Це забезпечує чистіші поверхні безпосередньо з форми, зменшуючи потребу у дорогих і трудомістких вторинних операціях остаточної обробки. Як детально описано в Kenwalt Die Casting , це зменшення кількості дефектів призводить до меншої кількості відбракованих деталей, економлячи час, працю та матеріальні витрати. Крім того, рівномірне заповнення форми під вакуумом може продовжити термін служби інструменту за рахунок зниження високого внутрішнього тиску та зносу, пов’язаного з утриманим повітрям.

Покращення якості також відкриває нові можливості виробництва. Деталі, виготовлені методом вакуумного лиття під тиском, придатні для додаткової обробки, яка часто є проблематичною для деталей, отриманих традиційним литтям. Оскільки майже немає або зовсім немає затриманого газу, що може розширятися й спричинити дефекти, ці компоненти можна надійно піддавати термообробці, зварюванню чи нанесенню покриттів. Ця можливість є важливою для конструкційних деталей, які потребують підвищеної міцності або певних поверхневих характеристик.

Процес із вакуумним підсиленням: покроковий розбір

Хоча процес базується на традиційному технологічному процесі лиття під тиском, у ньому передбачено важливий додатковий етап. Розуміння цієї послідовності має ключове значення для оцінки її впливу на проектування та якість готових деталей. Процес, як правило, включає такі окремі етапи:

1. Підготовка та закриття форми Спочатку дві половини сталевої форми очищають, змащують розчином для зняття тиску та надійно закривають. Важливим аспектом конструкції є забезпечення ефективних ущільнень форми для підтримання вакууму після його створення. Будь-які витоки порушать процес.
2. Подача вакууму: Після закриття форми вмикається високопродуктивний вакуумний насос. Відкриваються клапани, що підключені до порожнини форми та системи литникових каналів, і насос викачує повітря та будь-які гази від змащувальних матеріалів, створюючи низький тиск всередині форми. Цей етап має бути точно витриманий за часом.
3. Вприскування розплавленого металу: Необхідний сплав металу, розплавлений у печі, переносять у камеру дозування машини. Потужний плунжер під високим тиском вприскує розплавлений метал у вакуумовану порожнину форми. Вакуум допомагає м’яко протягнути метал у форму, забезпечуючи заповнення всіх деталей без утворення турбулентності.
4. Затвердіння та охолодження: Після заповнення порожнини розплавлений метал починає охолоджуватися та затвердівати, набуваючи форми матриці. Матриця часто обладнана внутрішніми каналами охолодження для контролю швидкості затвердіння, що є критично важливим для досягнення потрібних металургійних властивостей.
5. Відкриття матриці та виштовхування деталі: Після затвердіння виливка вакуум знімається, а половинки матриці розкриваються. Потім виштовхувачі виштовхують готовий виливок із форми. Деталь тепер готова до необхідних додаткових операцій, таких як обрізка, обробка різанням або оздоблення поверхні.

Увесь цей цикл дуже швидкий і часто завершується за кілька секунд або кілька хвилин, що робить його вкрай придатним для виробництва великих обсягів. Інтеграція вакуумної системи додає складності, але є обов’язковою для досягнення високої якості, за яку відомий цей процес.

Основні принципи проектування для вакуумного лиття під тиском

Ефективний дизайн лиття під тиском з вакуумним уприскуванням виходить за межі просто створення форми; він передбачає оптимізацію геометрії деталі для повної реалізації переваг вакуумного середовища. Хоча багато принципів збігаються з традиційним литтям, деякі є особливо важливими. Для успішної реалізації критично важливо приділити особливу увагу таким параметрам, як товщина стінок і кути випуску.

Однією з найважливіших конструкторських переваг є можливість виготовлення деталей із тоншими стінками. Оскільки вакуум зменшує протитиск від затиснутого повітря, розплавлений метал може заповнювати значно тонші перерізи, ніж при традиційному литті під тиском. Найменша товщина стінки 1 мм до 1,5 мм часто є досяжною, хоча це залежить від розміру деталі та матеріалу. Бажано, за можливості, зберігати однакову товщину стінок, щоб забезпечити рівномірне охолодження та запобігти дефектам, таким як короблення або втягнуті місця. Якщо необхідні зміни товщини, переходи між ними мають бути плавними.

Інші важливі аспекти проектування є обов’язковими як для якості деталі, так і для її виготовлення:

• Кут випуску: Кут випуску, зазвичай принаймні 1–2 градуси, має бути передбачений на всіх стінках, паралельних напрямку витягування матриці. Це невелике конусоподібне розширення має вирішальне значення для того, щоб готову деталь можна було чисто виштовхнути з форми без пошкодження або деформації.
• Ребра та боси: Щоб підвищити міцність великих плоских ділянок без збільшення загальної товщини стінок, конструкторам слід передбачати ребра. Товщина ребра зазвичай має бути меншою за 60% від основної товщини стінки, щоб уникнути втяжок. Аналогічно, боси (використовуються для кріплення або центрування) мають дотримуватися таких самих правил щодо товщини.
• Закруглення та радіуси: Гострі внутрішні кути є джерелом концентрації напружень і можуть ускладнювати течію металу. На всіх кутах слід передбачати достатні фаски та радіуси, щоб покращити структурну цілісність деталі та забезпечити більш плавний і рівномірний потік розплавленого металу.
• Ущільнення матриці: З точки зору проектування оснастки, забезпечення герметичного закриття форми є обов'язковим. Це передбачає точну обробку половин форми та часто включає встановлення ущільнювальних кілець або інших ущільнювальних механізмів для запобігання втрати вакууму під час циклу.

Дотримуючись цих принципів, конструктори можуть створювати міцні, легкі та складні компоненти, які повною мірою використовують переваги процесу з вакуумним утриманням, що призводить до вищого виходу придатної продукції та кращої продуктивності.

Поширені запитання

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

Основна відмінність полягає у використанні вакууму для видалення повітря та газів із порожнини форми перед вливанням розплавленого металу. Традиційне лиття під тиском передбачає вприскування металу у форму, заповнену повітрям, яке може залишатися усередині й спричиняти утворення пор. Вакуумне лиття під тиском видаляє це повітря, внаслідок чого отримують більш щільні, міцні деталі з меншою кількістю дефектів і кращою поверхневою якістю.

2. Які метали підходять для лиття під тиском із вакуумною допомогою?

Цей процес найчастіше використовується з кольоровими сплавами, які мають помірну температуру плавлення. До них належать різноманітні алюмінієві сплави (наприклад, A380), магнієві сплави (для легких конструкційних елементів) та цинкові сплави. Чорні метали, такі як сталь і залізо, як правило, не підходять через їх високу температуру плавлення, що може пошкодити інструменти для лиття під тиском.

3. Чи може вакуумне лиття під тиском усунути всю пористість?

Хоча вакуумне лиття під тиском значно зменшує газопористість до майже нульового рівня, воно не завжди усуває всі форми пористості. Наприклад, усадочна пористість може виникати через зменшення об’єму металу під час охолодження та затвердіння. Проте правильна конструкція виробу та форми, включаючи оптимізовані системи литникових каналів та воронок, також допомагає зменшити цей тип пористості.