Алатирање ливених под притиском алата, као што му име говори, обухвата калупе и матрице процеса ливења под притиском. Када је добро пројектовано, пружа јасне карактеристике, мале толеранције и стабилна времена циклуса током стотина хиљада, понекад и милиона, снимака.
У овом чланку, ми у Молдију ћемо издвојити основне информације о алатима за ливење под притиском и помоћи вам да стекнете бољи увид у њихов механизам рада, решења за алате и друге факторе који су релевантни у технологији ливења под притиском.
Шта је алат за ливење под притиском и како функционише
У својој суштини, алат за ливење под притиском је сложен калуп од челика високе чврстоће састављен од две или више половина. Његова примарна функција је обликовање растопљеног метала под огромним притиском у део мрежастог облика.
Стандардни алат за ливење под притиском састоји се од две главне половине:
- Поклопац матрице (фиксна половина): Ова половина је монтирана на фиксну плочу машине за ливење под притиском и садржи систем за убризгавање - или гушчји врат (у врућа комора) или чаура за сачму (у хладној комори).
- Избацивачка матрица (покретна половина): Ова половина је монтирана на покретну плочу и садржи систем за избацивање како би се очврсли одливак избацио напоље након циклуса.
Циклус ливења под притиском у четири кључна корака:
-
Стезање: Две половине матрице су хидраулично стегнуте заједно огромном силом (често стотинама до хиљадама тона) како би издржале висок притисак убризгавања.
-
Инјекција: Растопљени метал се убризгава у шупљину калупа великом брзином и под великим притиском. Овде се разликује врућа комора и хладна комора системи постају критични, као што је детаљно описано у следећем одељку.
-
Хлађење: Метал се стврдњава унутар шупљине, попримајући свој коначни облик. Алат је опремљен сложеним унутрашњим каналима за хлађење који циркулишу воду или уље како би се контролисао процес стврдњавања и управљало екстремним термичким циклусима.
-
Избацивање: Стезаљка се отвара, а плоча за избацивање у покретној половини се креће напред, гурајући игле за избацивање уз одливак да би га ослободила из калупа.
Овај циклус се понавља сваких неколико секунди током животног века алата, излажући га екстремном термичком напрезању (од растопљеног метала), механичком напрезању (од стезања и притиска убризгавања) и абразивном хабању. Дизајн, материјали и одржавање алата су оптимизовани да издрже ово сурово окружење.
Дизајн калупа по мери за алате за ливење под притиском
Нацрт, радијуси и дебљина зида
Примена адекватан нацрт је први корак ка чистим избацивању и дужем веку трајања. За оптималне резултате, користите угао нагиба од 0,5 до 1,0 степена на спољашњим површинама и нешто стрмији од 1,0 до 2,0 степена на унутрашњим језгрима. Такође, ако је површина текстурирана, мораћете да додате још већи нагиб, обично додатни степен или више, да бисте га прилагодили и спречили да се део залепи током избацивања.
Поред углова нагиба, укључујући издашни филети је критично за издржљивост и квалитет дела. Коришћење заобљења са радијусом од најмање 0,5 до 1,0 мм за цинк и 1,0 до 2,0 мм за алуминијум помаже у расподели напрезања и спречава пуцање смањењем оштрих углова. Овај поступак такође побољшава проток растопљеног метала.
Штавише, дизајни треба да одржавају једнолика дебљина зида, користите стратешки постављена ребра и избочине и избегавајте изузетно танке зидове — генерално изнад 0,8 до 1,0 мм за алуминијум — осим ако се не докаже да их специфична поставка може поднети.
Толеранције и критичне тачке
Успоставити обрисати референцу датума оквир користећи чврсте, приступачне површине које су кључне за функцију и мерење дела. Примените Геометријско димензионисање и толеранција (GD&T) за контролу облика, оријентације и локације — као што су равност, положај и профил. Овај систем дефинише функционална ограничења дела. Избегавајте прекомерно ограничавање дизајна дозвољавањем лабавијих толеранција на некритичним површинама, што поједностављује израду алата и производњу без утицаја на перформансе.
Референтне мете морају бити постављене на стабилне, ливене подлоге које су лако доступне сондама. Никада не дефинишите мету преко линије раздвајања, јер ће мала одступања између половина калупа проузроковати грешке у мерењу и угрозити референтни оквир.
Имајте на уму да су толеранције у ливеном стању шире од оних у машински обрађеном стању. Примените дозвољене обраде само на критичне елементе као што су заптивне површине или налегања лежајева, остављајући остале области као што су одливене. Ово минимизира секундарне операције и смањује трошкове.
Стратегија раздвајања, минимизирање клизања и трошкови
Трошкови и сложеност ливених калупа првенствено су одређени њиховом линијом раздвајања и бројем клизача. Пошто сваки клизач додаје значајне трошкове, одржавање и време, кључни циљ дизајна је да се они минимизирају. То се може постићи преоријентацијом карактеристика у односу на главну раван раздвајања или редизајнирањем како би се уклонили подрези. Најбољи приступ је рана сарадња и ДФМ анализа, што може да консолидује клизаче, скрати време испоруке, смањи трошкове и побољша издржљивост алата.
Текстуре и логотипи
Дизајнирање текстура и логотипа захтева специфичне кораке како би се осигурао квалитет и трајност. Примена било које текстуре захтева повећане углове нагиба за правилно избацивање, тако да увек Консултујте се са својим добављачем за њихове тачне спецификације приликом додавања логотипа. Кад год је то могуће, логотипе треба поставити на некритичне, нефункционалне површине. Најбоље их је удубити у површину, а не издигнути, како би се спречило огреботине и хабање алата.
Материјали од алатног челика и површинска обрада
Уобичајени алатни челици (H13, H11, мараџинг)
- Х13Радна машина у индустрији за ливење алуминијума под притиском, са добром чврстоћом на топло, отпорношћу на термички замор и жилавошћу. Правилна термичка обрада и отпуштање нису неопходни.
- Х11Нуди добру жилавост и отпорност на термичке ударе, али се ређе користи од H13 за веће шупљине и језгра у ливењу алуминијума под притиском због ниже чврстоће на високе температуре.
- Мараџинг челициКорисно за уметке који захтевају високу чврстоћу и одличну обрадивост или за хибридне адитивно произведене уметке; обично упарено са површинским инжењерингом ради ублажавања лемљења.
Други уобичајени челици укључују P20 за легуре цинка и магнезијума, и челике високе тврдоће попут D2 за избациваче и друге компоненте отпорне на хабање.
Премази, нитрирање и инжењеринг површина
- НитрирањеСтвара тврд, дифузиони слој отпоран на хабање како би се одупрео ерозији и микролемљењу. Широко се користи на H13/H11.
- PVD/CVD премази (нпр. TiN, CrN, AlCrN)Смањите влажење, побољшајте мазивост и ограничите лемљење. Избор зависи од легуре и радне температуре.
- Тврди хром, никл-бор и специјални премази против лемљењаПримењује се на подручја капија, зоне удара велике брзине и језгра склона лепљењу. Припрема површине и квалитет основног челика одређују успех.
Термички замор, лемљење и отпорност на ерозију
- Термички замор манифестује се као загревање површине калупа изазвано брзим цикличним загревањем и хлађењем. Стратегије ублажавања првенствено укључују употребу алатних челика са високом отпорношћу на термички замор (као што је H13) и пројектовање уравнотежених система хлађења за управљање екстремним термичким циклусима. Предгревање калупа пре производње је кључна превентивна мера за смањење почетног термичког шока.
- Лемљење, нежељено лепљење растопљене легуре на челик калупа, погоршава се када локалне температуре челика падну у “лепљиви” опсег. Ово се може супротставити специјализованим премазима, средствима за одвајање и пажљивим контролисањем температуре зидова калупа како би се избегао овај критични опсег.
- Ерозија Обично се појављује у близини капија или подручја са оштрим заокретима тока, где растопљени метал великом брзином удара о површину. Да би се ово спречило, углови удара треба да се омекшају, радијуси повећају, а површине у овим критичним зонама могу се локално очврснути ради веће отпорности.
Израда, узорковање и одржавање алата
Ток рада и време израде алата
Типичан програм за израду алата за ливење под притиском обично се састоји од 8 корака:
Први чланак, пробе и итерације
Почетно узорковање проверава испуњење, порозност и димензионалну стабилност. Очекујте понављање величина капија, дубина отвора, рецепата за прскање и параметара убризгавања. Прва инспекција производа повезује измерене резултате са GD&T цртежа. Петље вођене подацима, термално снимање, трагови притиска у шупљини и нивои вакуума помажу у бржој конвергенцији од нагађања.
Превентивно одржавање, реновирање и поправка
Рутинско одржавање укључује чишћење отвора за вентилацију, реновирање затварача, проверу хабања избацивања и поновно постављање расхладних фитинга. Поновно нитрирање и поправке тачкастог завара продужавају век трајања. Придржавајте се стратегије резервних плочица за језгра и подручја капија која се веома хабају. Пратите циклусе од одржавања до одржавања и начине дефеката: алати говоре кроз своје обрасце хабања.
Уобичајени недостаци и њихова решења
Порозност, хладно затварање и погрешно цурење
- Порозност гасаПобољшајте вентилацију/вакуум, смањите турбуленцију путем геометрије капије и стабилизујте температуру матрице. Поново уравнотежите спреј и мазило како бисте избегли заробљене паре.
- Смањивање порозности: Згуснути локалне делове или додати доводе/преливе; подесити хлађење како би се избегло прерано замрзавање на врућим тачкама.
- Хладна затварања/прекиди рада: Повећајте температуру топљења и калупа у оквиру спецификације, повећајте капије или их преместите како би фронт протока остао врућ и континуиран.
Флеш, лемљење и лепљење
- Бљесак: Побољшајте равне површине за затварање, исправите закључавање матрице и проверите силу стезања. Прекомерно прскање такође може изазвати хидраулично клиновање.
- Лемљење: Повећајте температуру површине челика изнад опсега лепљења, нанесите премазе против лемљења и подесите хемијски састав мазива. Смањите директан удар преусмеравањем капија.
- Лепљење: Додајте промају, полирајте површине за избацивање, прерасподелите игле избацивача или пређите на чауре избацивача тамо где су избочине високе.
Искривљење и димензионални помак
- Искривљење: Потиче од неравномерног хлађења и заосталог напрезања. Уравнотежите расхладне кругове, користите конформне канале на асиметричним деловима и подесите параметре процеса отпуштања за постепено очвршћавање.
- Димензионално померање: Ово се може десити током дугих серија, сигнализирајући термички раст калупа. За тврдокорне карактеристике, пројектујте га калибрисаним након ливења или циљаном завршном обрадом.
Закључак
Алатирање под притиском је витална инвестиција која обезбеђује квалитет и ефикасност кроз прецизно инжењерство и стратешку сарадњу. Требало би да бирате партнере са добро успостављен процес производње калупа и богато искуство у DFM-у. Овај приступ трансформише изазове у поуздану производњу, пружајући конзистентну вредност и конкурентску предност.
Често постављана питања
Како се сложеност дела заправо преводи у већу цену алата? Да ли је само ствар величине?
Иако величина дела утиче на цену челика, цена алата је много више од саме количине утрошеног материјала. Свако подрезивање које захтева клизач, свако сложено језгро и свака карактеристика мале толеранције додаје време инжењеринга, прецизну обраду и будуће тачке одржавања. Једноставнији део са чистом линијом раздвајања и малим обимом производње често се може израдити у јефтинијем и поузданијем алату са једном шупљином. Део са много подрезивања захтеваће сложен алат са више клизача, без обзира на кавитацију.
Који су кључни индикатори током фазе узорковања/испробавања алата који предвиђају будуће проблеме у производњи?
Предлажемо да обратите пажњу на доследност. Ако мања подешавања параметара машине (као што су температура или брзина убризгавања) узрокују велике промене у квалитету делова или дефекте, дизајн алата може бити нестабилан. Остали упозоравајући знаци укључују тешкоће са доследним избацивањем делова, знаке лемљења при почетним убризгавањима или немогућност успостављања широког, стабилног “процесног прозора” где се производе добри делови. Квалификовани алат треба да буде толерантни и понављајући.
Када је исплативије дизајнирати “једноставнији” алат и користити секундарну машинску обраду за сложене елементе?
Овај приступ је често мудар за елементе које је изузетно тешко или скупо лити, као што су веома дубоке рупе малог пречника, навоји са беспрекорним коренима или изузетно оштри унутрашњи углови. Ливењем чврстог блока и бушењем/нарезивањем навоја у секундарној операцији, избегавате трошкове и потенцијалне тачке квара крхких језграстих клинова у калупу. То је компромис између трошкова обраде по делу и почетне сложености/ризика алата.