Для инженеров и менеджеров по закупкам, оценивающих литьё под давлением для деталей среднего и высокого объема, гравитационное литьё в кокиль занимает практическую середину. Он уравновешивает инвестиции в оснастку, точность размеров, качество поверхности и целостность детали.
В этом блоге мы рассмотрим процесс и материалы гравитационное литьё в кокиль, а что важнее, его преимущества, ограничения и факторы стоимости.
Содержание
[Нажмите на заголовок ниже, чтобы перейти по этой записи блога].]
- Процесс гравитационное литьё в кокиль
- Материалы
- Преимущества и ограничения
- Приложения и продукты
- Расчет стоимости
- Поиск сквозного производственного партнёра
Как работает процесс гравитационное литьё в кокиль
Процесс литья гравитационным методом следует определённой последовательности этапов, и решения, принимаемые на каждом этапе, напрямую влияют на качество отливки, точность размеров и последующие требования к обработке.
Подготовка штампа и покрытие штампа
Перед любой операцией матрица предварительно нагревается до контролируемой температуры, обычно между 150 и 300 градусами Цельсия в зависимости от сплава.
Предварительный нагрев устраняет холодные зоны в полости пресс-формы, которые в противном случае могли бы вызвать преждевременное застывание и плохое заполнение.
После предварительного нагрева на поверхности полости пресс-формы наносится огнеупорное покрытие или разделительный агент. Это покрытие выполняет две функции:
- Помощь в чистом освобождении готового литья без повреждения поверхности
- Защита инструментальная сталь от эрозии, вызванной многократным контактом с расплавленным металлом
Толщина и тип покрытия влияют как на качество поверхности, так и на скорость теплопередачи во время затвердевания.
Вентиляция также устанавливается на этом этапе. Небольшие вентиляционные отверстия, размещенные на штампе плоскость разъёма и в областях, подверженных захвату воздуха, позволяют вытесняемому воздуху выходить по мере заполнения металлом полости пресс-формы.
Литьё расплавленного металла через систему литников
Расплавленный металл затем заливается из ковша в систему желобов, которая направляет металл в полость пресс-формы через литниковую систему.
Геометрия литников и ворот управляет скоростью потока, направлением заполнения и тем, насколько турбулентным будет металл при попадании в полость пресс-формы.
Подпорки часто включаются в конструкцию формы для подачи расплавленного металла в отливку по мере её усадки при затвердевании, предотвращая образование усадочных пустот в толстых участках.
Затвердевание, охлаждение и извлечение
Как только полость пресс-формы заполнен, металл начинает твердеть. Охлаждение начинается у стенок формы, где тепло передается быстрее всего, и продвигается внутрь.
Время охлаждения варьируется в зависимости от толщина стенки, сплава и температуры формы, и когда отливка достаточно затвердеет, форма открывается, а деталь выталкивается из полости пресс-формы с помощью выталкиватели без деформации ещё тёплой отливки.
Обрезка, CNC-обработка и постобработка
Сначала выполняется обрезка заготовки на плоскость разъёма. Затем отливки могут проходить через CNC-обработка для получения деталей с точными допусками, таких как отверстия, резьбовые отверстия или сопрягаемые поверхности, которые пресс-форма не может обеспечить самостоятельно.
Этапы отделки поверхности, включая дробеструйную обработку, порошковое покрытие, анодирование или окраску, выполняются в зависимости от требований к конечному использованию детали.
Gravity материалы для литья под давлением, сплавы и характеристики деталей
Выбор сплава в гравитационное литьё в кокиль не является второстепенным решением. Выбор литейного материала влияет на текучесть при заливке, поведение при затвердевании, механические свойства, качество поверхности и возможность термообработки детали после литья.
Алюминий гравитационное литьё в кокиль для конструкционных и тепловых применений
Гравитационное литьё алюминия является одной из самых распространённых техник гравитационного литья по практическим причинам: низкая плотность, хорошая текучесть, разумная теплопроводность и высокая механическая прочность после литья.
Они также хорошо реагируют на термическую обработку, что делает их полезными для конструктивных и силовых агрегатов.
Обычные алюминиевые сплавы гравитационное литьё в кокиль включают следующие:
Термическая обработка, конкретно цикл T6, который включает растворяющую закалку с последующим искусственным старением, доступна для нескольких из этих сплавов и значительно повышает предел текучести и твердость по сравнению с литыми состояниями.
Цинк и марки Zamak для прецизионных компонентов
Цинковые сплавы, включая семью Zamak, обладают низкой температурой плавления и отличной текучестью, что позволяет им точно заполнять мелкие детали. Zamak 3 является наиболее распространённым сортом, предлагая хороший баланс прочности, пластичности и стойкости к деформации.
Цинковые отливки обладают точными размерами и обеспечивают гладкую натуральную качество поверхности поверхность, что уменьшает необходимость постобработки для декоративной и точной фурнитуры. Их электропроводность и легкость гальванического покрытия также делают их полезными в электронике и корпусах разъемов.
Компромисс заключается в плотности. Цинк значительно тяжелее алюминия, что ограничивает его использование в приложениях, чувствительных к весу.
Магниевые сплавы для специализированных требований
Магниевые сплавы такие как AZ91D и AM60B предлагают наименьшую плотность среди конструкционных литейных материалов. AM50 обеспечивает хорошее поглощение энергии для автомобильных частей, важных при аварии.
Когда снижение веса является жестким требованием, литейное производство из магния обеспечивает соотношение прочности и веса, которого не может достичь алюминий.
Преимущества, ограничения и качество результатов
Gravity литьё под давлением приносит пользу производственной программе своими уникальными преимуществами, но также ограничен своими ограничениями. Понимание этих компромиссов особенно важно в отношении стоимость инструментов, объем производства и качество отливки — это то, что отличает хорошее решение по закупкам от дорогого.
Почему многоразовые штампы повышают повторяемость
Гравитация литьё под давлением является литьё в постоянные формы (кокиль) процессом, и та же стальная форма используется для тысяч заливок. Геометрия полость пресс-формы остаётся фиксированной, что означает, что точность размеров и качество поверхности остаются стабильными от первой отливки до десятитысячной.
Многоразовые штампы также позволяют оптимизировать конструкцию штампа со временем. Размещение охлаждающих каналов, геометрия впускного окна и вентиляция могут быть улучшены на основе данных первой проверки изделия (FAI), что повышает выход продукции без необходимости полного восстановления оснастки.
Низкая пористость газа — это еще одно структурное преимущество. Поскольку заливка силой тяжести происходит медленнее и менее турбулентно, чем инъекция под высоким давлением, металл заполняет полость пресс-формы с меньшим захватом воздуха. Контролируемое направленное затвердевание затем создает более плотную микроструктуру, что способствует термообработке и улучшает сопротивление усталости в эксплуатации.
Где процесс подводит
Инвестиции в оснастку являются самым значительным барьером для входа на рынок. Gravity пресс-формы для литья под давлением изготавливаются из инструментальная сталь и стоят дороже в производстве, чем шаблоны литьё в песчаные формы. Для программ с малым объёмом производства стоимость оснастки на деталь остаётся высокой, и процесс теряет своё экономическое преимущество.
Конструкция формы для литья с гравитацией также ограничивает геометрическую сложность. Подрезы и выступающие внутрь элементы требуют песчаных сердечников или раздвижных частей формы, что увеличивает стоимость и время цикла. Детали с глубокими внутренними каналами или крайне сложной геометрией могут быть лучше приспособлены для точное литьё по выплавляемым моделям or литьё под низким давлением (LPDC).
Темпы производства также ниже, чем у высоких литьё под давлением. Наполнение гравитацией занимает больше времени, чем давление при впрыске, что ограничивает выпуск продукции на смену машины.
Факторы контроля качества, которые имеют наибольшее значение
Размерная точность в гравитационное литьё в кокиль зависит от качества инструментальная сталь, последовательного управления температурой штампа и стабильной практики литья. Изменения в любом из этих факторов вызывают отклонение размеров в течение производственного цикла.
Внутренний контроль качества, включающий в себя, в частности, рентгеновское обследование для выявления усадочных пустот и проверку критических размеров с помощью координатно-измерительной машины (КИМ), должен быть частью стандартного процесса любого поставщика. Полные отчёты по инспекции после пробных испытаний оснастки помогают подтвердить, что штамп производит детали в соответствии с техническими требованиями до начала серийного производства.
Поверхностная отделка напрямую зависит от состояния покрытия штампа и температуры штампа. По мере износа покрытий или изменения температуры штампа качество поверхности ухудшается. Регулярное техническое обслуживание и мониторинг процесса являются практическими средствами контроля, предотвращающими это.
Типичные продукты гравитационное литьё в кокиль
Применение Gravity литьё под давлением охватывает широкий спектр типов деталей, размеров и требований к сплавам. То, что их объединяет, — это постоянная необходимость в точности размеров, механической прочности и качестве поверхности, которое ограничивает затраты на последующую обработку.
Автомобильные и трансмиссионные детали
Gravity литьё под давлением широко используется в автомобильный сектор из-за его способности производить алюминиевые компоненты высокой целостности, которые выдерживают экстремальные тепловые и механические нагрузки. Он в основном используется для производства:
- Головки цилиндров
- Блоки двигателя
- Поршни
- Корпуса коробок передач
- Компоненты подвески
- Тормозные суппорты
Электроника, освещение и тепловые компоненты
Алюминий гравитационное литьё в кокиль предпочтителен для производства электроники, освещения и компонентов теплового управления благодаря отличной теплопроводности алюминия и возможности процесса создавать геометрически стабильные, готовые к использованию корпуса. Вот несколько примеров:
- Электронные корпуса
- Радиаторы
- Корпусы светодиодных ламп
- Шасси для телекоммуникационной и промышленной электроники
Промышленное оборудование и комплектующие для обработки жидкостей
Гравитация литьё под давлением широко используется для промышленного оборудования и деталей для работы с жидкостями, особенно там, где герметичность под давлением, стойкость к коррозии и сложная внутренняя геометрия критически важны для работы системы. Эти продукты гравитационное литьё в кокиль включают:
- Корпуса клапанов
- Корпуса насосов
- Коллекторы
Вычисление стоимости гравитационное литьё в кокиль
Стоимость Gravity литьё под давлением — это сумма инвестиций в оснастку, стоимости производства одной детали, накладных расходов на контроль и последующей отделки и механической обработки, распределённых на объём производства. Понимание каждого фактора затрат помогает менеджерам по закупкам и инженерам вести лучшие переговоры и избегать неприятных сюрпризов после утверждения оснастки.
-
Инвестиции в оснастку является наибольшими первоначальными затратами и тем, на которую наиболее сильно влияет сложность детали. Простой двухкомпонентный штамп для кронштейна стоит значительно меньше, чем многоцелевая полость пресс-формы форма с песочными сердечниками для корпуса клапана или головки цилиндра. Класс стали для штампа, размер штампа, количество полостей и время обработки все влияют на эту стоимость.
-
Себестоимость единицы продукции зависит от времени цикла, цены сплава, уровня брака и труда. Стоимость сплава колеблется в зависимости от товарных рынков и напрямую влияет на цену детали для тяжелых или толстостенных отливок. Уровень брака определяется качеством проектирование пресс-форм, контролем процесса и состоянием формы со временем.
-
стоимость CNC-обработка растет с увеличением числа элементов с жесткими допусками, требуемых допусков и сложности приспособлений. Детали, которые требуют нескольких этапов обработки или точных поверхностей для позиционирования, стоят дороже в обработке.
-
Стоимость отделки поверхности зависит от типа процесса, области покрытия и размера партии. Порошковое покрытие, анодирование, окраска и подобные обработки каждая добавляет время и трудозатраты в зависимости от конечного требования к детали.
-
Стоимость инспекции зависит от объема инспекции первого образца, проверок в процессе и окончательной инспекции. Рентгеновское тестирование, проверка на КММ и составление размеров добавляют стоимость, но помогают снизить риск качества перед массовым производством.
Когда партнер по производству от начала до конца добавляет ценность
Для покупателей OEM и ODM, работающих с несколькими поставщиками, объединение проектирования штампов, литья, механической обработки, инспекции и отделки под одной крышей может сократить усилия по координации и уменьшить сроки выполнения заказов. Это также облегчает коммуникацию, потому что одна команда отвечает за весь процесс, от разработки инструментов до конечной доставки.
Поставщик с собственной системой моделирования потока пластика может выявлять проблемы с заполнением до того, как будет запущено оснащение, что помогает избежать дорогостоящих изменений штампа после проверки первого образца. Если тот же поставщик также обладает возможностями измерения координатным прибором (CMM) и рентгеновской инспекцией, а также внутренними возможностями CNC-обработка и отделки, он может предоставлять отчеты о размерах и внутреннем качестве гораздо быстрее, чем организация, зависящая от сторонних лабораторий.
Основное значение полный комплекс производства форм и производителя отливки литья под давлением это не только более низкая себестоимость единицы. Это более стойкая преемственность инженерии, более четкая ответственность и более быстрое решение проблем, когда во время производства возникают трудности.