Odlewanie die vs casting: Aluminiowe elementy odlewania

Aluminiowa technologia odlewów oferuje wiele tras produkcyjnych, z odlewem die w stosunku do odlewania grawitacji reprezentujące dwie z najczęściej przyjętych metod.

Oba procesy przekształcają stopione aluminium w precyzyjne, Funkcjonalne kształty, ale różnią się znacznie pod względem zastosowania ciśnienia, Projektowanie formy, Wyniki metalurgiczne, prędkość produkcji, i przydatność ekonomiczna.
Odlewanie die, wysoka objętość, i misternie szczegółowe komponenty o doskonałym wykończeniu powierzchni i konsystencji wymiarowej.

Odlewanie grawitacyjne - czy to trwałe odlewanie pleśni lub piasku - generalnie wytwarza części o niższej porowatości, Lepsze mikrostruktury obróbki cieplne, oraz poprawa wydajności mechanicznej zastosowań strukturalnych lub zawierających ciśnienie.

1. Co to jest casting dla komponentów aluminiowych

Die casting jest procesem produkcyjnym pod wysokim ciśnieniem, w którym stopione aluminium-typowo ogrzewane 650–700 ° C.—Typluje się do stalowej formy wielokrotnego użytku (umierać) pod intensywną presją, ogólnie 10–175 MPa (1,500–25 000 psi).
Zastosowane ciśnienie zmusza stopiony metal do skomplikowanych wnęk pleśni, Zapewnienie Szybkie wypełnienie w 0.01–0,5 sekundy i bardzo dokładna replikacja drobnych szczegółów.

Gdy metal zestala się - typowo w środku 5–60 sekund, w zależności od grubości ściany - otwiera się matryca, a część jest wyrzucona.
Ta kombinacja szybkiego napełniania i kontrolowanego chłodzenia umożliwia wytwarzanie komponentów o ścisłych tolerancjach, cienkie ściany, i doskonałe wykończenie powierzchni.

Warianty procesu:

• Casting na gorąco -Używa zanurzonej dyszy do wstrzykiwania stopów niskopasmowych (takie jak cynk lub magnez). Rzadko stosowane do aluminium, ponieważ wysoka temperatura topnienia aluminium może uszkodzić układ wtrysku.
• Casting na zimno - Standard dla aluminium. Stopiony metal jest obciążony osobnymi, nieogrzewany cylinder iniekcyjny, zanim został zmuszony do matrycy pod wysokim ciśnieniem.
  To chroni komponenty maszyny przed degradacją termiczną, jednocześnie umożliwiając precyzyjną kontrolę nad objętością i ciśnieniem strzału.

Wspólne stopy:

Odlewanie matrycy zwykle wykorzystuje stopy aluminium sformułowane do wysokiej płynności, Minimalny skurcz, i dobre właściwości mechaniczne. Popularne wybory obejmują:

• A380 -najczęściej stosowany aluminiowy stop odlewany, Oferowanie doskonałej kombinacji siły, Odporność na korozję, i stabilność wymiarowa.
• A383 - podobne do A380, ale z lepszą odpornością na korozję i lepszym przepływem dla złożonych kształtów.
• ADC12 - Japoński odpowiednik A383, z dobrymi właściwościami mechanicznymi i doskonałą maszyną.
• ALSI9CU3 - Wspólne w europejskich aplikacjach; Dobra odporność na zużycie i wysoka przewodność cieplna.

2. Czym jest odlewanie grawitacyjne dla komponentów aluminiowych

Casting grawitacyjny to proces odlewania metalowego, w którym stopione aluminium wlewa się do stałej pleśni lub formy piasku pod samą siłą grawitacji, bez presji zewnętrznej.

Pleśń jest zazwyczaj podgrzewana 150–250 ° C. Aby zapewnić prawidłowy przepływ metalu i zmniejszyć wstrząs termiczny.

Czasy wypełnienia są wolniejsze niż w odlewaniu matrycy - często 2–20 sekund—Nienie stopionego metalu, aby naturalnie żywi się wnęką i zestalić się pod ciśnieniem atmosferycznym.

Wolniejsza szybkość chłodzenia, w porównaniu z metodami wysokociśnieniowymi, ogólnie produkuje gęstsza struktura ziarna z mniejszymi uwięzionymi porami gazowymi, co poprawia właściwości mechaniczne i leczenie cieplne.

Warianty procesu:

• Stałe odlewanie grawitacji pleśni - Używa stali wielokrotnego użytku lub pleśni żelaznej; odpowiednie dla objętości średniego i wysokiego produkcji o spójnych wymiarach i wykończeniu powierzchni.
• Odlewy grawitacyjne piasku - wykorzystuje wydatkowe formy piaskowe dla większych, złożony, lub części o niskiej objętości; oferuje elastyczność projektową, ale wymaga wtórnej obróbki dokładności.
• Pochylenie odlewy grawitacji - Forma jest przechylona podczas nalewania do sterowania przepływem metalu i zmniejszenia turbulencji, Minimalizacja utleniania i uwięzienia gazu.

Wspólne stopy:

Odlewanie grawitacyjne często wykorzystuje stopy aluminium zoptymalizowane wytrzymałość, plastyczność, i odporność na korozję, z których wiele jest traktowanych ciepłem:

• ALSI7MG (A356) - Doskonała odporność na korozję, Wysoka plastyczność, i idealny do obróbki cieplnej T6; Powszechnie stosowane w komponentach lotniczych i motoryzacyjnych.
• ALSI9MG - Dobra płynność i właściwości mechaniczne; Nadaje się do zastosowań strukturalnych o średniej wytrzymałości.
• ALSI12 - Wysoka zawartość krzemu dla doskonałej odporności na zużycie i płynności; powszechnie stosowane do złożonych geometrii.
• Alcu4Timg (206) -wysoka siła, Stop z traktowaniem cieplnym do żądania części lotniczych i wojskowych.

3. Właściwości metalurgiczne: Die casting vs.. Casting grawitacyjny

Porowatość i gęstość

• Die casting - Wysokie ciśnienia wtrysku mogą uwięzić gazy (powietrze, wodór), Tworzenie zdyspergowanych poziomów porowatości zwykle 3–8% objętości, Często skoncentrowane bliskie grube skrawki lub warstwy powierzchniowe.
  Choć dopuszczalne dla wielu zastosowań strukturalnych, Ta porowatość może zagrozić wycieku w układach hydraulicznych lub pneumatycznych.
• Casting grawitacyjny - Powolny, Bez ciśnienia napełnianie znacznie zmniejsza uwięzienie gazu, osiągnięcie poziomów porowatości <2% W objętości.
  Kontrolowane zestalanie promuje wzrost ziarna kierunkowego i wyższą ogólną gęstość, sprawiają, że te części są dobrze nadawane Zastosowania związane z przyciskiem ciśnienia takie jak głowice cylindra, bloki silnika, i obudowy paliwowe.

Siła mechaniczna

• Die casting -Szybkie chłodzenie wytwarza drobnoziarnistą mikrostrukturę, dostarczanie wysokich mocnych stron rozciągających 200–300 MPa.
  Jednakże, nieodłączna porowatość ogranicza plastyczność (wydłużenie 2–8%) i odporność na uderzenie, Uczynienie części bardziej podatnych na pękanie zmęczeniowe w obciążeniach dynamicznych.
• Casting grawitacyjny -Wytrzymałość na rozciąganie jako odlewana jest ogólnie niższa (180–250 MPa), Ale zabiegi cieplne, takie jak T6 może zwiększyć wytrzymałość na rozciąganie ~ 240 MPa i wydłużenie do 10–12%, przewyższanie stopów odlewanych w ogóle wytrzymałość i odporność na zmęczenie.

Spawalność i maszyna

• Die casting - Wspólne stopy, takie jak A380, mają wysoką zawartość krzemową, Który, w połączeniu z porowatością, zmniejsza niezawodność spoiny z powodu rozszerzenia gazu podczas ogrzewania.
  Maszyna jest doskonała, z wskaźnikami zużycia narzędzia 10–15% niższe niż w elementach grawitacji z powodu grzywny, Jednoliczna mikrostruktura.
• Casting grawitacyjny - Niska porowatość i odpowiednie wybory stopu umożliwiają silne, Niezawodne spoiny - często zachowanie 80–90% siły metalu bazowego.
  Maszyna jest dobra, ale wymaga ostrzejszych narzędzi do cięcia i zoptymalizowanych kanałów do zarządzania grubszymi strukturami zbóż.

4. Zdolność geometryczna & Zasady projektowania

Częściowe złożoność

• Die casting - zdolny do produkcji wysoce skomplikowane geometrie o grubości ściany tak niskiej 0.5–6 mm, zawierające drobne funkcje, takie jak 0.5 żebra mm Lub 1 Otwory MM, a także złożone podcięcia.
  Wysokie ciśnienie wtrysku zapewnia całkowite wypełnienie cienki i szczegółowych sekcji, czyniąc to preferowanym wyborem dla Precyzyjne elementy takie jak ciała zaworów z fragmentami wewnętrznymi, obudowy elektroniczne, i skomplikowane wsporniki.
• Casting grawitacyjny - ograniczone wolniej, bez ciśnienia przepływ metalu, trudne jest wypełnienie cienki (<3 mm) lub bardzo złożone sekcje.
  Najlepiej nadać Umiarkowana złożoność I gruba ściana strony (3–50 mm), takie jak obudowy pompowe, Obudowy skrzyni biegów, lub wsporniki silnika.

Możliwość wielkości

• Die casting - Ograniczone pojemność prasową; Optymalne dla ważących komponentów 5 G - 10 kg.
  Wytwarzanie bardzo dużych części (NP., 50 KG Automotive Substrere) staje się trudny ekonomicznie i technicznie z powodu wymagań dotyczących masy i siły wtrysku.
• Casting grawitacyjny -Dobrze nadawany dla duży, Ciężkie komponenty aż do 100 kg lub więcej.
  Powszechnie używane do obudowa maszyn przemysłowych, Morskie piasty śmigła, i duże odlewy strukturalne, w których rozmiar przewyższa wymagania dotyczące drobnych szczegółów.

5. Dokładność wymiarowa & Wykończenie powierzchni

Tolerancje wymiarowe

• Die casting - osiąga Najwyższa precyzja wymiarowa Dzięki sztywnym stalowym umieraniu, stabilne warunki termiczne, i kontrolowane zestalenie.
  Typowe tolerancje są ± 0,02–0,1 mm na 100 mm, nawet w przypadku złożonych geometrii.
  Ten poziom dokładności pozwala na wiele funkcji (wątki, uszczelniające rowki, lokalizacja bossów) Aby uzyskać kształt sieci, Zmniejszenie lub wyeliminowanie po maszynarstwie.
• Casting grawitacyjny - eksponaty Luźniejsze tolerancje z ± 0,1–0,5 mm na 100 mm, głównie z powodu rozszerzenia/skurczu/skurczu w piasku lub stałej formy podczas ogrzewania i chłodzenia.
  Zmiana wymiarowa wzrasta wraz z większym, grubsze sekcje. Obróbka jest często wymagana, aby powierzchnie funkcjonalne w celu spełnienia wymagań dotyczących montażu i uszczelnienia.

Wykończenie powierzchni

• Die casting - produkuje gładki, wysokiej jakości powierzchnie z typowymi wartościami chropowatości RA 1,6-3,2 μm bezpośrednio z formy.
  Drobne tekstury, Logos, a dekoracyjne szczegóły można zintegrować z matrycą, dzięki czemu jest idealny do części widocznych lub kosmetycznych bez dodatkowego wykończenia.
• Casting grawitacyjny - Wykończenie powierzchni zależy w dużej mierze od typu formy:

• • Pleśń piasku: RA 6,3-12,5 μm (Wymaga obróbki lub uderzenia strzału na powierzchnie kosmetyczne).
  • Stała pleśń: RA 3,2-6,3 μm (lepsza, ale wciąż nie tak gładkie jak casting).
    Porowatość powierzchniowa jest na ogół niższa niż w odlewaniu matrycy, które mogą poprawić przyczepność do lakierów i anodowanie.

6. Ciśnienie & Obróbka cieplna

Ciśnienie

• Die casting -Z powodu uwięzienia gazu podczas szybkiego wtrysku, Często często zawierają odlewane odlewane części mikro-właściwość (3–8% objętości), które mogą zagrozić integralności ciśnienia.
  Standardowe części odlewane mogą wytrzymać do 20–35 barów bez wycieku, Ale dla wyższych presji (NP., kolektory hydrauliczne przy >100 bar), impregnacja z żywicami jest często konieczne.
  W pełni eliminowanie porowatości jest trudne bez poświęcania czasu cyklu lub zwiększania wskaźników złomu.
• Casting grawitacyjny - Powolne, Proces napełniania laminarnego znacznie zmniejsza uwięzienie gazu, w wyniku Porowatość poniżej 2%.
  To sprawia, że elementy grawitacyjne z natury są bardziej ciśnione, z wieloma projektami zdolnymi Wytrzymały >150 bar w warunkach odbiorczych.
  Ta cecha ma kluczowe znaczenie dla bloków silników, głowice cylindra, i komponenty układu paliwowego.

Zdolność do obróbki cieplnej

• Die casting -wysokie stopy obciążające krzemion (NP., A380, ADC12) ogólnie nie można w pełni traktować ciepło do T6 Ze względu na ryzyko pęcherzy z uwięzionych gazów.
  Niektóre odlewy matrycy o niskiej porowatości (Używanie umierających od próżni lub odlewanie) można traktować T5 do umiarkowanych ulepszeń właściwości, Ale wzrost siły są ograniczone (~ 10–15% wzrost).
• Casting grawitacyjny - Kompatybilny z pełnym T6 Oczyszczanie cieplne, który obejmuje leczenie roztworu, gaszenie, i sztuczne starzenie się.
  Na przykład, A356-T6 Odlewy grawitacyjne mogą osiągnąć 240–280 MPa wytrzymałość na rozciąganie I 10–12% wydłużenie, sprawiając, że są odpowiednie do zastosowań strukturalnych o wysokiej stresce.

7. Obróbka: Koszt, Długość życia, i elastyczność

Koszt i złożoność narzędzi

• Die Casting umiera: Wymagana jest wysoka początkowa inwestycja, zazwyczaj $50,000- 500 000 $+ przez, w zależności od wielkości i złożoności.
  Umierają z precyzyjnego zysku stalowa stal narzędzi (NP., H13) i włączyć Kanały chłodzące, Piny wyrzucające, i złożone cechy wnęki.
  Ten wysoki koszt jest uzasadniony przede wszystkim Produkcja o dużej objętości Ze względu na szybki czas cyklu i minimalne wymagania po zamachu.
• Formy odlewające grawitację: Znacznie tańsze, ogólnie $10,000- 100 000 $, ponieważ nie wymagają one oporności pod wysokim ciśnieniem ani zintegrowanym systemom chłodzenia.
  Formy są powszechnie wykonane z żeliwo lub stal miękka, które są łatwiejsze do maszyny i modyfikowania. To sprawia, że casting grawitacyjny jest ekonomicznie opłacalny Niski- do produkcji średniej objętości.

Żywotność i konserwacja

• Die Casting umiera: Niezwykle trwały, z 100,000–1 000 000 cykli osiągalne dla części aluminiowych.
  Jednakże, Utrzymanie dokładności wymiarowej wymaga regularne polerowanie, Wymiana pinów wyrzutowych, i naprawa kanałów chłodzenia. Wysokie zużycie w cienkich lub skomplikowanych sekcjach może zwiększyć częstotliwość konserwacji.
• Formy odlewające grawitację: Krótsza żywotność, zazwyczaj 50,000–300 000 cykli, wskutek Zmęczenie termiczne od powtarzającego się ogrzewania i chłodzenia.
  Są, Jednakże, łatwiejsze do naprawy - często mogą być obszary Zabawane lub ponownie zamocowane- Większa elastyczność zmian w projektowaniu lub iteracjach.

Czas realizacji narzędzi

• Die Casting umiera: Długie czasy realizacji 8–16 tygodni Ze względu na precyzyjne wymagania dotyczące obróbki i złożone, sprawiając, że casting casting jest mniej odpowiedni dla Szybkie prototypowanie lub małe biegi produkcyjne.
• Formy odlewające grawitację: Szybciej do produkcji, zazwyczaj 4–8 tygodni, co pozwala Szybszy czas na rynek dla niskiego- do komponentów średniej objętości i ułatwia regulacje projektowe przed produkcją na pełną skalę.

8. Ryzyko wysokiej jakości & Sterownica

Wady porowatości i skurczów

• Die casting: Wysokie ciśnienie wtrysku może zatrzymać gazy i tworzyć porowatość, szczególnie blisko cienkich ścian lub zakrętów.
  Poziomy porowatości zwykle wahają się od 3–8% objętości, wpływający ciśnienie i odporność na zmęczenie. Wnęki skurczowe mogą również występować w grubych odcinkach, jeśli chłodzenie jest nierówne.
• Casting grawitacyjny: Powolny, Bez ciśnienia napełnianie zmniejsza uwięzienie gazu, w wyniku niższa porowatość (<2%).
  Jednakże, wady skurczowe może pojawić się w grubych odcinkach z powodu naturalnego zestalenia, Wymaganie piór i podajników do odszkodowania.

Wady powierzchniowe

• Die casting: Typowe problemy obejmują Zimne zamyka się, linie przepływu, i guzowanie, zwykle spowodowane niewłaściwą temperaturą matrycy, prędkość wtrysku, lub temperatura metalu.
  Wady te wpływają Wykończenie powierzchni i precyzja wymiarowa.
• Casting grawitacyjny: Typowe wady są błędnie ustępuje, wtrącenia, i chropowatość powierzchni Z powodu niepełnego napełniania pleśni lub złej czystości metalu.
  Często można je poprawić obróbka lub polerowanie, Ale krytyczne powierzchnie mogą wymagać wtórnego wykończenia.

Testy nieniszczące (Ndt) i kontrole

• Die casting: Zaawansowane metody NDT, jak na przykład Kontrola rentgenowska, Testy ultradźwiękowe, i testy penetracyjne barwnika, są używane do wykrywania wewnętrznej porowatości i pęknięć powierzchniowych.
  Kontrola procesu obejmuje Monitorowanie temperatury matrycy, Metal Rekasowanie, i optymalizacja ciśnienia strzału.
• Casting grawitacyjny: Metody NDT takie jak radiografia, Testy ultradźwiękowe, i testowanie ciśnienia Zapewnij integralność strukturalną.
  Użycie dreszcze, pióra, i kontrolowane zestalenie pomaga zminimalizować skurcz i wady wewnętrzne.

Kontrole procesu

• Die casting: Kluczowe parametry obejmują Temperatura metalu (650–700 ° C.), prędkość wtrysku, utrzymywanie presji, i umrzeć podgrzewanie.
  Zautomatyzowane czujniki i systemy sprzężenia zwrotnego pomagają zachować spójność w dużych przebiegach produkcyjnych.
• Casting grawitacyjny: Kontrola koncentruje się na nalewanie temperatury, Podgrzewanie pleśni, i projektowanie bramkowania Aby zapewnić pełne wypełnienie i jednolite zestalenie.
  Wolniejsze szybkości chłodzenia pozwalają Wzrost ziarna kierunkowego, Poprawa integralności mechanicznej.

9. Zastosowanie komponentów aluminiowych: Die casting vs.. Casting grawitacyjny

Zastosowania odlewania

Odlewanie matrycy jest idealne dla komponentów wymagających Wysoka precyzja, złożona geometria, i gładkie wykończenia powierzchniowe.

Jego pod wysokim ciśnieniem wtrysku pozwala cienkie ściany, wąskie tolerancje, i skomplikowane cechy, sprawiając, że jest odpowiedni dla:

Przemysł motoryzacyjny

• Komponenty silnika: Pokrywa zaworu, Korekty wlotowe, wsporniki
• Obudowy transmisyjne: lekki, wysoka siła, i precyzyjnie wymiarowo
• Części pojazdu elektrycznego: obudowy akumulatora i obudowy silnikowe

Produkty elektroniczne i konsumenckie

• Obudowy smartfonów i laptopów
• Ciała aparatu
• Władzie cieplne dla urządzeń elektronicznych

Składniki przemysłowe i hydrauliczne

• Ciała zaworów, pompowanie obudowa, kolektory hydrauliczne
• Układy pneumatyczne i kontroli płynów

Zastosowania odlewania grawitacji

Casting grawitacyjny lepiej nadaje się duży, gruba ściana, i strukturalnie wymagające elementy.

To jest powolne, produkuje wypełnienie bez nacisku Niska porowatość, Gęste mikrostruktury, i niezawodna wydajność mechaniczna, Idealny do:

Maszyny motoryzacyjne i ciężkie

• Bloki silnika i głowice cylindrów
• Obudowy przenoszone na ciężarówki i pojazdy budowlane
• Obudowy pompowe i skrzynki biegów

Zastosowania lotnicze i morskie

• Składniki strukturalne samolotów
• Piasty śmigła morskie i osłonki

Sprzęt energetyczny i przemysłowy

• Obudowy hydrauliczne i pneumatyczne
• Ramki maszyn przemysłowych i wsporniki strukturalne

10. Matryca selekcji: Die casting vs.. Casting grawitacyjny

11. Wniosek

Odlewanie die w stosunku do odlewania grawitacji są procesami uzupełniającymi, Każdy doskonały w określonych scenariuszach.

Casting die dominuje w dużej objętości, skomplikowane zastosowania, w których ścisłe tolerancje i niskie koszty na części są krytyczne, Pomimo wyższej porowatości.

Odlewy grawitacyjne jest lepsze dla objętości o niskiej i średnich, Grube elementy, i zastosowania wymagające ciśnienia, Spawalność, lub leczenie cieplne.

Poprzez dostosowanie możliwości procesu z wymogami części -, złożoność, potrzeby mechaniczne, i budżet - producenci mogą zoptymalizować wydajność i koszty.

FAQ

Jaka jest główna różnica między odlewem die w stosunku do odlewania grawitacji?

Odlewanie matrycy wykorzystuje wtrysk pod wysokim ciśnieniem do wypełnienia stalowej formy, Produkowanie precyzyjnych, cienkościenne, złożone części.

Odlewanie grawitacyjne opiera się na naturalnym przepływie stopionego aluminium do formy, wytwarzanie grubszych, większy, oraz strukturalnie niezawodne komponenty o niższych kosztach narzędzi.

Czy odlewane elementy aluminiowe mogą być obróbki cieplne?

Tak, Aluminium odlewane może przejść obróbkę cieplną T5 lub T6, aby poprawić siłę.

Składniki grawitacyjne na ogół lepiej reagują na obróbkę cieplną z powodu niższej porowatości i grubszej mikrostruktury.

Który proces pozwala na bardziej złożone geometrie?

Odlewanie wyróżniające się w złożonych geometriach, w tym cienkie ściany, Dobre żebra, i skomplikowane podcięcia. Casting grawitacyjny lepiej nadaje się do umiarkowanie złożonych, grube części strukturalne.

Który proces jest bardziej odpowiedni do spawania?

Aluminium obciążone grawitacją jest bardziej odpowiednie do spawania ze względu na niższą porowatość i wyższą plastyczność.

Części odlewane, zwłaszcza te z wysoką zawartością krzemu, są bardziej podatne na pękanie i wymagają starannych procedur spawania.

Czy oba procesy mogą być stosowane w przypadku dużych komponentów aluminiowych?

Odlew grawitacyjny obsługuje duże komponenty (aż do 100 kg lub więcej) faktycznie.

Odlewanie matrycy jest ogólnie ograniczone do mniejszych komponentów (zazwyczaj pod 10 kg) Z powodu ograniczeń maszynowych i mat.