1. Uvod
Lijevani aluminij je svestran materijal stvoren izlijevanjem rastaljenog aluminijske legure u kalup i omogućavajući mu da se učvrsti.
Široko korištena u industrijama, Nudi spoj laganih svojstava, dobra snaga, i otpornost na koroziju.
Od automobilskog motora do zrakoplovnih komponenti, Glumci aluminij igra ključnu ulogu u modernoj proizvodnji.
2. Što je lijevano aluminij?
Lijevanje aluminij odnosi se na dijelove proizvedene izlijevanje rastopljenog aluminija u šupljinu kalupa, omogućavajući da se metal očvrsne, a zatim vadi komponentu blizu mreže.
Za razliku od kovanog aluminija, koji nastaje kroz valjanje, istiskivanje, ili kovanje, lijevanje otključava složene geometrije, integrirana rebra, i unutarnje šupljine u jednom izliju.
Osnovna terminologija
| Termin | Definicija |
|---|---|
| Uzorak | Pozitivna replika dijela - izrađena od drveta, plastika, ili metal - koristi se za oblikovanje šupljine kalupa. |
| Kalup | Negativna šupljina (pijesak, metal, ili keramika) koji oblikuju lijevanje. |
| Sistem za gatiranje | Mreža SPUE, trkači, i vrata koja prevoze rastopljeni aluminij iz bazena za izlijevanje u kalup. |
| Uzgoj (Hranjivač) | Rezervoar tekućeg metala spojenog na šupljinu; opskrbljuje rastopljeni metal tijekom skupljanja učvršćivanja. |
| Dodatak za skupljanje | Dodatni materijal (Obično 1–2%) dodano dimenzijama uzorka za nadoknadu kontrakcije metala. |
| Srž | Umetak od pijeska ili keramike smješten unutar kalupa kako bi se stvorile unutarnje šupljine ili podrezane u lijevanje. |
3. Ključni postupci lijevanja aluminija
Svestranost aluminija sjaji kroz raspoloživu raspoloživu metodu lijevanja. Svaki postupak odgovara različitim geometrijama dijela, sveske proizvodnje, i zahtjevi za imovinu.
Aluminij za lijevanje pijeska
Lijevanje pijeska jedan je od najsvestranijih procesa lijevanja.
Dobro je prilagođen za proizvodnju velikih ili složenih oblika, kao što su blokovi motora za teške strojeve ili prilagođene arhitektonske komponente.
Proces je relativno jeftin za niske do srednje proizvodnje jer se kalupi s pijeskom mogu lako stvoriti i izmijeniti.
Međutim, Obično rezultira grubijom površinskom završnom obradom i manje preciznim dimenzijama u usporedbi s drugim metodama.
Aluminij
Kasting je postupak za proizvodnju velikih količina dijelova s tijesnim tolerancijama. Uključuje ubrizgavanje rastaljenog aluminija pod visokim tlakom u metalnu matricu.
To omogućava brze cikluse proizvodnje, često nekoliko sekundi po dijelu.
Dijeli koji su lijevani imaju izvrsne površinske završne obrade i mogu postići vrlo precizne dimenzije, čineći ih idealnim za automobilske komponente poput slučajeva prijenosa, motorni nosači, i ukrasna obloga.
Aluminij ulaganja
Investicijski lijev, Poznat i kao proces izgubljenog voska, izvrsno u stvaranju dijelova s zamršenim detaljima i visokom kvalitetom površine.
Obično se koristi u zrakoplovnoj industriji za proizvodnju lopatica turbina, U industriji nakita za detaljne dizajne, i u proizvodnji medicinskih uređaja za komponente sa složenim geometrijama.
Proces omogućuje proizvodnju dijelova s izuzetno finim značajkama i tijesnim tolerancijama.
Aluminij za trajno moto
Trajno-molbani lijevanje nudi bolju kontrolu nad mikrostrukturom lijevanog dijela.
Budući da se metalni kalup može precizno zagrijati i ohladiti, rezultira konzistentnijim mehaničkim svojstvima i smanjenom poroznošću.
Ova je metoda prikladna za proizvodnju dijelova s relativno jednostavnim geometrijama u srednjim do visokim količinama, kao što su određene vrste automobilskih klipova i kućišta crpki.
Nove i hibridne metode
- Vakuumsko lijevanje: Izvođenjem postupka lijevanja u vakuumskom okruženju, smanjuje prisutnost plinova u rastopljenom metalu, minimiziranje poroznosti i poboljšanje kvalitete lijevanja.
- Stisnuti lijevanje: Primjenjuje vanjski tlak tijekom postupka očvršćivanja, Poboljšanje gustoće i snage lijevanja.
Ova je metoda korisna za proizvodnju dijelova koji zahtijevaju visoke mehaničke performanse. - Polu-čvrsto lijevanje: Uključuje bacanje djelomično učvršćene aluminijske legure, koji nudi jedinstvene prednosti u smislu formabilnosti i mogućnost stvaranja dijelova s poboljšanim mehaničkim svojstvima.
| Proces | Volumen | Tolerancija | Jačine | Ograničenja |
|---|---|---|---|---|
| Lijevanje pijeska | Slabo | ± 0,5–1,5% | Veliki dijelovi (do 50t), niski trošak alata | Grubi završetak (RA 6–12 µm), sporiji ciklus |
| Lijevanje pod pritiskom | Visok | ± 0,1–0,3% | Brzi ciklusi, uske tolerancije, glatka završna obrada (RA 1-3 µm) | Visoki trošak matrice ($10 K - $ 100K) |
| Investicijski lijev | Slabo | ± 0,1–0,3% | Složena geometrija, fini detalj (Ra ≤1µm) | Skupi alat, sporiji protok |
| Trajni kasting | Srednji | ± 0,2–0,5% | Kontrolirana mikrostruktura, dobra snaga | Ograničenja nošenja kalupa složenost |
| Poluzolid / stisak / vakuum | Rastući | ± 0,1–0,3% | Smanjena poroznost, visoki integritet | Specijalizirana oprema |
4. Odabir legura od lijevanog aluminija
Odabir prava aluminijska legura za lijevanje šarki na balansiranje mehanička čvrstoća, otpor korozije, fluidnost, i toplinska svojstva.
Legure bogate silicijum (3xx.x serija)
Ove legure nude izvrsnu fluidnost, nisko skupljanje, i dobra otpornost na koroziju - idealna za lijevanje i pijesak.
| Legura | Ključni sastav | Zatečna čvrstoća | Tipične uporabe |
|---|---|---|---|
| A380 | 8–12% i, 3–4% cu | 180–240MPa | Kućišta za die -karike, mali zamršeni dijelovi |
| A383 | 9–12% i, 1–2% cu | 190–240MPa | Tijela ventila, Kućiva pumpe |
| A413 | 10–13% i, 0.8–1,5% cu | 210–260MPa | Slučajevi prijenosa visokog tlaka |
| A360 | 7–11% i, <1% Mg | 150–220mPa | Tanko zidove komponente karikata |
Legure koje se nose bakra (4xx.x serija)
Bakar jača leguru i poboljšava strojnost, Po nekim troškovima otpornosti na koroziju.
| Legura | Ključni sastav | Zatečna čvrstoća | Tipične uporabe |
|---|---|---|---|
| A319 | 3–5% cu, 5–7% i | 240–280MPa | Glave motora motora, Slučajevi prijenosa |
| A356 -T6 | 7% I, 0.3% Mg | 260–320mPa | Automobilski kotači, Kućiva pumpe |
| A357 -T6 | 7% I, 0.5% Mg | 280–330mPa | Automobilski dijelovi visokog posla |
| A354 | 3–5% cu, 8–12% i | 220–270MPa | Općenito diek -a zahtijeva snagu |
Magnezijski naleti odliveni (5xx.x serija)
Magnezij omogućuje jačanje čvrste otopine i izvrsnu otpornost na koroziju u morskim okruženjima.
| Legura | Ključni sastav | Zatečna čvrstoća | Tipične uporabe |
|---|---|---|---|
| A535 | 5–6% mg, 0.3% MN | 290–340MPa | Morski hardver, plovila za pritisak |
| A356.2 -T6 | 7% I, 0.3% Mg | 260–320mPa | Zrakoplovni odljevi, strukturni zagrada |
Specijalne i visoke performanse legure
Ove legure guraju omotnicu za snagu, toplinska stabilnost, ili preciznost.
| Legura | Ključni sastav | Zatečna čvrstoća | Tipične uporabe |
|---|---|---|---|
| A206 -T7 | 6% Pokrajina, 4% U, 0.5% V | 300–350mPa | Zrakoplovno kovanje zamjena |
| A390 | 17–21% SI, 3–4% cu | 260–300mPa | Komponente kočenja, odljevi otporni na nošenje |
| ADC12 (On je) | 10–13% i, 2–4% cu | 200–260MPa | Japanske kućice za elektroniku |
5. Fizička i mehanička svojstva lijevanog aluminija
Lijeva aluminij nudi uvjerljiv spoj lagane strukture, dobre toplinske karakteristike,
i umjerena do visoka mehanička čvrstoća, što ga čini idealnim za širok niz industrijskih, automobilski, i zrakoplovne komponente.
Međutim, Njegova se svojstva značajno razlikuju ovisno o sastavama legura, metoda lijevanja, i liječenje nakon lijevanja.
Fizička svojstva lijevanog aluminija
| Vlasništvo | Tipična vrijednost (Raspon) | Bilješke |
|---|---|---|
| Gustoća | 2.63–2.80 g/cm³ | ~ 1/3 Gustoća čelika |
| Talište | 565–770 ° C | Varira od legirajućih elemenata (I, Pokrajina, Mg) |
| Toplinska vodljivost | 80–170 w/m · k | Visoko u čistom aluminiji, niže s dodanim legirajućim elementima |
| Koeficijent toplinske ekspanzije | 21–25 × 10⁻⁶ /k | Važno u zajedničkom dizajnu (neusklađenost širenja) |
| Električna vodljivost | 20–45% IAC -a | Mnogo niži od čistog aluminija zbog legiranja |
Mehanička svojstva lijevanog aluminija
Mehaničke performanse varira od legure, metoda lijevanja, i toplinska obrada. Tablica u nastavku prikazuje tipično zatezanje, prinos, i svojstva umora odabranih legura.
| Legura | Proces | Zatečna čvrstoća (MPA) | Snaga popuštanja (MPA) | Produženje (%) | Ograničenje zamora (MPA) |
|---|---|---|---|---|---|
| A356 (lijevan) | Lijevanje pijeska | 180–220 | 120–160 | 3–5 | ~ 50 |
| A356-T6 | Lijevanje pijeska + toplinski tretiran | 250–310 | 170–230 | 5–10 | 90–110 |
| A319 | Kasting | 210–260 | 140–180 | 2–4 | ~ 60 |
| A380 | Kasting | 180–240 | 120–170 | 1–3 | ~ 50 |
| A206-T7 | Stalni kalup | 320–370 | 250–300 | 3–5 | 100+ |
Tvrdoća i otpornost na habanje
Tvrdoća se obično mjeri pomoću Brinell broja tvrdoće (Bnn).
| Legura | Tvrdoća (Bnn) | Nositi otpor |
|---|---|---|
| A356 (lijevan) | 65–75 | Umjeren |
| A356-T6 | 80–90 | Dobro |
| A390 | 100–120 | Izvrstan (Visoki SI sadržaj) |
| A206-T7 | 100–110 | Dobro |
6. Prednosti i ograničenja lijevanog aluminija
Lijevani aluminij postao je kamen temeljac u modernoj proizvodnji zbog svoje jedinstvene kombinacije laganih karakteristika, Oblikovanje, i snaga.
Prednosti lijevanog aluminija
Složene geometrije s minimalnom obradom
Lijevanje omogućava stvaranje zamršenih oblika - uključujući unutarnje šupljine, peraje, i rebra - to bi bilo skupo ili nemoguće proizvesti koristeći subtraktivne metode.
To značajno smanjuje vrijeme obrade i materijalni otpad.
Lagan i visoka omjer snage i težine
S gustoćom od ~ 2,7 g/cm³, lijevane aluminijske komponente mogu smanjiti strukturnu težinu do 60% u usporedbi s lijevanim željezom,
uz održavanje ugledne snage (Npr., A356-T6: 260–310 MPa Vremenska čvrstoća).
Efikasnost troškova pri srednjim i visokim količinama
Procesi poput lijevanja visokog tlaka (HPDC) a trajno lijevanje plijesni nude niske troškove po dijelu kada se skaliraju. Umrijeti život u HPDC -u može premašiti 100,000 Ciklusi s pravilnim održavanjem.
Izvrsna toplinska i električna vodljivost
Idealno za komponente poput hladnjaka, kućište, i električni motorni dijelovi - termalna vodljivost se kreće od 90–170 w/m · k, ovisno o leguri.
Otpor korozije
Aluminij prirodno tvori zaštitni oksidni sloj. Legure sa silicijumom i magnezijem (Npr., A356) Pokažite dobru otpornost na koroziju čak i u morskim okruženjima.
Kompatibilnost s postprocesiranjem
Lijeva aluminij prihvaća širok raspon površinskih tretmana i premaza (Anodirajući, praškasti premaz) i može se liječiti toplinom (T5, T6) povećati snagu i tvrdoću.
Ograničenja lijevanog aluminija
Poroznost i nedostaci skupljanja
Ugradnju na plin, vodikov topljivost, i skupljanje učvršćivanja često uzrokuje mikroporoznost - smanjujući mehaničku čvrstoću i sposobnost brtvljenja.
Čak i s optimizacijama dizajna i kalupa, neka je poroznost svojstvena lijevanju.
Niža duktilnost u usporedbi s kovanim legurama
Lijevane strukture pokazuju grube dendritičke žitarice i ograničeno izduživanje (tipično <10%). Na primjer, A356-T6 ima produženje od ~ 5–9%, Dok je kovan 6061-T6 doseže ~ 12–17%.
Izazovi tolerancije dimenzija
U usporedbi s obrađenim ili kovanim dijelovima, Lijevane aluminijske komponente mogu imati šire dimenzijske tolerancije zbog trošenja plijesni, toplinsko širenje, i kalup ispunjava varijacije - posebno u lijevanju pijeska.
Debljina stijenke i ograničenja protoka
Aluminij od lijevanog lijevaca obično zahtijeva minimalnu debljinu stijenke od 1,5–2,5 mm kako bi se osigurao puni plijesni i strukturni integritet.
Tanki zidovi u složenim dijelovima mogu uzrokovati nepotpuno punjenje ili hladnoće.
Ograničeni umor i otpornost na udarce
Površinski nedostaci, pore, a grube strukture zrna smanjuju život umora. Snaga lijevanog aluminijskog umora općenito je 25–40% niža od kovanih ili kovanih ekvivalenta.
Ograničenja legura postupkom
Nisu sve aluminijske legure prikladne za svaku metodu lijevanja.
Na primjer, 7075 i 2024 Kovane legure visoke čvrstoće ne mogu biti odliveni zbog svoje loše fluidnosti i tendencije vrućeg pucanja.
7. Površinski završeci i tretmani nakon gatiranja
Toplinski tretmani
- T5 Starenje: Uključuje umjetno starenje nakon zračnog hlađenja od temperature lijevanja.
Ovaj postupak poboljšava snagu i tvrdoću lijevanja promičući oborine legirajućih elemenata. - T6 Starenje: Sastoji se od toplinske obrade otopine (zagrijavanje lijevanja na određenu temperaturu i držeći ga tijekom razdoblja), nakon čega slijedi gašenje (Brzo hlađenje) i umjetno starenje.
Starenje T6 rezultira još većom snagom i tvrdoćom u usporedbi s starenjem T5.
Čišćenje površine
- Pucanj: Koristi male pelete (poput čeličnih pucanja ili staklenih perlica) pokrenut velikom brzinom kako bi se raznijelo površinu lijevanja.
Ovaj postupak uklanja ljestvicu, hrđa, i ostali onečišćenja, a također može poboljšati hrapavost površine za bolju prianjanje premaza. - Kemijska jetka: Uključuje uranjanje lijevanja u kemijsku otopinu koja je utisnuo površinski sloj, Uklanjanje oksidacije i drugih nečistoća.
- Deoksidacija: Specifični tretmani za uklanjanje prirodnog oksidnog sloja na aluminijskoj površini, Priprema za daljnju obradu ili premaz.
Premazi i obrada
- Anodiziranje: Stvara zaštitni oksidni sloj na površini aluminija, Poboljšanje otpornosti na koroziju i pružanje estetskog završetka.
Debljina anodiziranog sloja može varirati ovisno o nanošenju. - Premazivanje prahom: Na površinu nanosi suhi premaz u prahu, koja se zatim izliječi pod toplinom kako bi nastao izdržljivo, zaštitni, i ukrasni završetak.
- Slika: Može se koristiti za pružanje zaštite i prilagođene boje ili izgleda.
- Obrada: Operacije poput glodanja, skretanje, i bušenje se izvodi kako bi se postigla uske tolerancije i željena površinska završna obrada,
posebno za dijelove s kritičnim dimenzijama ili funkcionalnim površinama.
8. Primjene lijevanog aluminija
Lijeva aluminij igra glavnu ulogu u širokom rasponu industrija, Zahvaljujući laganom, otpor korozije, dobra toplinska svojstva, i sposobnost da se formiraju u složene oblike.
Automobilska industrija
Automobilski sektor najveći je potrošač lijevanog aluminija na globalnoj razini.
Kako proizvođači nastoje smanjiti težinu vozila radi bolje učinkovitosti goriva i smanjenja emisija, Aluminijsko lijevanje je materijal za brojne kritične komponente.
Ključne aplikacije:
- Blokovi motora - Tradicionalno izrađene od legura A319 ili A356; Ponudite smanjenje težine od 40–50% u odnosu na lijevano željezo.
- Prijenosna kućišta - Iskoristiti toplinsku vodljivost i otpornost na aluminijsku koroziju.
- Kotači (alu felge) -Proizvedeno putem niskog tlaka ili gravitacije kastinga za performanse i estetiku.
- Komponente ovjesa - Kontrolne ruke, zglobovi, i nosači lijevani u aluminij smanjuju nesputanu masu.
- Električno vozilo (EV) čahure - Lijevani aluminijski kućišta za baterije i kućišta motora pružaju toplinsku i padsku zaštitu.
Zrakoplovstvo i zrakoplovstvo
Ključne aplikacije:
- Kućiva pumpe i tijela ventila
- Odjeli za instrumente i naslovnice avionike
- Komponente za slijetanje (U određenim konfiguracijama legura)
- Izmjenjivači topline i rashladni sustavi
Potrošačka elektronika i uređaji
Ključne aplikacije:
- Laptop i pametni telefoni - izdržljivo, ali lagano, Često propuhani pijeskom i anodizirani za završnu obradu.
- Televizijski okviri i unutarnji zagrada
- Toplinski sudoper za CPU -ove i elektroniku napajanja
- Mješavina, sredstvo za čišćenje vakuuma, obožavatelji, i mikseri -obično koristite aluminij od lijevanih za izdržljivost.
Industrijski strojevi
Ključne aplikacije:
- Kućišta mjenjača
- Tijela pumpe i ronilaca
- Okviri kompresora
- Kućice motora i spojne kutije
- Komponente transportnih sustava
Obnovljiva energija i električna infrastruktura
Ključne aplikacije:
- Sustavi za ugradnju solarnih ploča i nosači
- Električna kućišta vjetroagregata
- Okviri baterije i podrška kućišta
- Kućišta stanica za punjenje
Sustavi za arhitekturu i građevinski
Ključne aplikacije:
- Rasvjeta
- BALUSTRADE i ZINSKE ZINSKI
- Ploče fasade i natpise
- Prilagođene arhitektonske ukrase
Sektori u nastajanju
Električna vozila (EVS): Kućište baterije, Power Electronics Housings, i visokonaponski konektori kabela sve se više odlivaju iz aluminija.
Aditivna proizvodnja + Lijevanje: Procesi hibridnog lijevanja sada uključuju 3D printed pijeska za složene geometrije.
Robotika: Lagani i udarni dijelovi za bespilotne letjelice, egzoskeleti, i bespilotna vozila.
9. Lijeva aluminij vs. Krivotvoreni aluminij vs. CNC aluminij
Pri odabiru aluminija za industrijske komponente ili strukturne primjene, lijeva aluminija, krivotvoreni aluminij,
i CNC obrada aluminija često se uspoređuju zbog različitih mehaničkih svojstava, Metode proizvodnje, i karakteristike performansi.
| Kriterij | Lijeva aluminija | Krivotvoreni aluminij | CNC (Obrađen) Aluminij |
|---|---|---|---|
| Metoda proizvodnje | Rastopljeni aluminij izliven u kalupe (Npr., pijesak, umrijeti, ili investicijsko lijevanje) | Čvrsta greda deformirana pod visokim tlakom bez taljenja | Subtraktivni postupak pomoću CNC alata za rezanje dijelova od čvrste aluminijske zalihe |
| Materijalna struktura | Često sadrži poroznost; Slučajna orijentacija zrna | Gust, usklađena struktura zrna bez unutarnjih praznina | Ovisi o sirovinama (Obično kovano); minimalne nedostatke ako se pravilno izvode |
Mehanička čvrstoća |
Nisko do umjeren (150–300 MPa Vremenska čvrstoća) | Visok (do 550 MPA zatezna čvrstoća) | Varira od legure i temperamenta; tipično jak ako je obrađen od serije 6xxx/7xxx |
| Otpornost na umor | Umjereno do nisko zbog oštećenja lijevanja | Izvrsno zbog poravnanja zrna i gustoće | Dobro, posebno s visokokvalitetnim kovanim aluminijem |
| Točnost dimenzije | Umjeren; može zahtijevati post-mahing | Dobro s sekundarnom obradom | Izvrstan; preciznost do ± 0,01 mm |
Složenost dizajna |
Visoki - podržava zamršeno, šupljina, i organske geometrije | Umjereno - ograničeno koštišnim dizajnom matrice | Nisko do umjereno - ograničeno pristupom alata i geometrijom |
| Površinska obrada | Fer do dobro (Poboljšano poliranjem ili premazima) | Fer - obično treba završiti | Izvrsna - glatka površina, Spremni za anodizaciju ili premaz |
| Korištene uobičajene legure | A356, A319, 380, 535 | 6061, 7075, 2011 | 6061-T6, 7075-T6, 2024 |
| Trošak alata/postavljanja | Nisko za lijevanje pijeska; Visoko za lijevanje | Visoke - skupe matrice | Umjereno - uglavnom trošak za postavljanje CAD/CAM -a i alata |
Prikladnost volumena proizvodnje |
Idealno za srednji do visoki volumen (Pogotovo kasting) | Najbolje za visoku količinu, Aplikacije visoke čvrstoće | Pogodno za nizak do srednji volumen ili prilagođenu jednokratnu proizvodnju |
| Prijave | Blokovi motora, Kućiva pumpe, složene naslovnice | Oružje za ovjes, okovi zrakoplova, Spajevi koji imaju opterećenje | Zrakoplovne zagrade, Precizna kućišta, prototipovi, Prilagođene komponente |
| Trošak po jedinici | Nizak (u velikom volumenu) | Srednje do visoke | Visok (posebno za nisku količinu) |
| Vrijeme olova | Umjereno do duge, ovisno o pripremi kalupa | Dugo - kovanje umiranja zahtijeva vrijeme | Kratko-posebno za niske ili prototipiranje |
| Otpor korozije | Dobro (Pogotovo s legurama s lijevanjem bogatih SI) | Varira - može zahtijevati prevlake ili anodizirati | Izvrsno s pravom legurom i anodizacijom |
10. Zaključak
Lijevani aluminij - ukorijenjen u drevnoj izradi, ali potaknut rezanim metodama - ostaje neophodan u svim industrijama.
Savladavanjem osnova kastinga, Odabir optimalnih legura, i provođenje stroge kontrole kvalitete, Inženjeri proizvode laganu, isplativ, i komponente visokih performansi.
Kao napredak u kontroli digitalnog procesa, održiva veziva, I pojavljuje se proizvodnja kalupa, Cast aluminij nastavit će voziti inovacije u sutrašnjim vozilima, zrakoplov, i elektronički uređaji.
Na Laga, Spremni smo za partnerstvo s vama u iskorištavanju ovih naprednih tehnika kako bismo optimizirali svoje dizajne komponente, odabir materijala, i proizvodni tijekovi rada.
Osiguravanje da vaš sljedeći projekt premaši svaku mjerilu performansi i održivosti.
