Casting vs gravitačné odlievanie: Komponenty hliníka

Technológia obsadenia hliníka ponúka viac výrobných trás, s odliatím na odlievanie vs gravitáciou predstavujúce dve z najčastejšie prijatých metód.

Oba procesy transformujú roztavený hliník na presné, funkčné tvary, ale výrazne sa líšia v aplikácii tlaku, dizajn formy, metalurgické výsledky, rýchlosť výroby, a ekonomická vhodnosť.
Casting zvyčajne vyniká pri výrobe tenkostenných, veľkoobjemový, a zložito podrobné komponenty s vynikajúcou povrchovou úpravou a rozmerovou konzistenciou.

Gravitačné odlievanie - či už trvalá pleseň alebo odlievanie piesku - vo všeobecnosti produkuje diely s nižšou pórovitosťou, Lepšie mikroštruktúry ošetrené tepelne, a zlepšenie mechanického výkonu pre aplikácie konštrukčné alebo tlakové.

1. Čo je odlievanie hliníkových komponentov

Odlievanie je vysokotlakový výrobný proces, v ktorom roztavený hliník-typicky sa zahrieva na 650–700 ° C—Výbajú do opakovane použiteľnej oceľovej formy (odumrieť) pod intenzívnym tlakom, všeobecne 10–175 MPA (1,500–25 000 psi).
Aplikovaný tlakový vynúti roztavený kov do zložitých plesní dutiny, zabezpečenie rýchla náplň v rámci 0.01–0,5 sekúnd a vysoko presná replikácia jemných detailov.

Akonáhle kov stuhne - typicky vo vnútri 5–60 sekúnd, v závislosti od hrúbky steny - otvára sa matrica, a časť sa vyhadzuje.
Táto kombinácia rýchleho plnenia a kontrolovaného chladenia umožňuje výrobu komponentov s prísnymi toleranciami, tenké steny, a vynikajúce povrchové úpravy.

Varianty procesu:

• Obsadenie z horúcej komory -Používa ponorenú dýzu na vstrekovanie zliatiny s nízkym mulovaním (napríklad zinok alebo horčík). Zriedka sa aplikuje na hliník, pretože vysoký bod topenia hliníka môže poškodiť vstrekovací systém.
• Casting Casting - Štandard pre hliník. Roztavený kov je naložený do samostatného, Nestrelený vstrekovací valec predtým, ako bol nútený do matrice pod vysokým tlakom.
  Tým sa chráni komponenty stroja pred tepelnou degradáciou a zároveň umožňuje presnú kontrolu nad objemom a tlakom strely.

Bežné zliatiny:

Casting zvyčajne používa zliatiny hliníka formulované pre vysokú plynulosť, minimálne zmršťovanie, a dobré mechanické vlastnosti. Populárne voľby zahŕňajú:

• A380 -najčastejšie používaná zliatina hliníkovej zliatiny, Ponúka vynikajúcu kombináciu sily, odpor, a rozmerová stabilita.
• A383 - Podobne ako A380, ale so zlepšeným odporom korózie a lepším tokom pre komplexné tvary.
• ADC12 - Japonský ekvivalent A383, s dobrými mechanickými vlastnosťami a vynikajúcou machináciou.
• Alsi9cu3 - Bežné v európskych aplikáciách; Dobrý odolnosť proti opotrebeniu a vysoká tepelná vodivosť.

2. Čo je gravitačné odlievanie pre hliníkové komponenty

Odlievanie gravitácie je proces odlievania kovu, v ktorom sa roztavený hliník nalieva do trvalej formy alebo pieskovej formy pod silou gravitácie iba, bez vonkajšieho tlaku.

Forma sa zvyčajne predhrieva 150–250 ° C na zabezpečenie správneho toku kovu a zníženie tepelného šoku.

Časy plnenia sú pomalšie ako v odlievaní Die - často 2–20 sekúnd—LICKY roztaveného kovu, aby sa prirodzene privádzal do dutiny a upevnili sa pod atmosférickým tlakom.

Pomalšia rýchlosť chladenia, v porovnaní s vysokotlakovými metódami, všeobecne produkuje a hustejšia štruktúra zŕn s menším počtom uväznených pórov plynu, čo zlepšuje mechanické vlastnosti a tepelnú úpravu.

Varianty procesu:

• Trvalé odlievanie gravitácie plesní - Používa opakovane použiteľnú oceľ alebo železnú formu; vhodný pre stredne vysoké až vysoké výrobné objemy s konzistentnými rozmermi a povrchovou úpravou.
• Odlievanie piesku - používa výdavné pieskové formy pre väčšie, komplexný, alebo časti s nízkym objemom; ponúka flexibilitu dizajnu, ale vyžaduje sekundárne obrábanie pre presnosť.
• Náklony nalievanie gravitácie - Forma je naklonená počas nalievania na reguláciu prietoku kovu a zníženie turbulencií, minimalizácia oxidácie a zachytenia plynu.

Bežné zliatiny:

Gravitačné obsadenie často využíva hliníkové zliatiny optimalizované pre sila, ťažkosť, a odolnosť proti korózii, mnohé z nich sú ošetrené tepelne:

• Alsi7mg (A356) - Vynikajúci odpor korózie, vysoká ťažnosť, a ideálne na tepelné ošetrenie T6; široko používané v leteckých a automobilových komponentoch.
• Alsi9mg - Dobrá plynulosť a mechanické vlastnosti; Vhodné pre štrukturálne aplikácie stredne pevnosti.
• Alsi12 - Vysoký obsah kremíka pre vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu a plynulosť; bežne používané na zložité geometrie.
• Alcu4timg (206) -vysoká pevnosť, zliatinu orientovateľné pre náročné letecké a vojenské časti.

3. Metalurgické vlastnosti: Die Casting vs. Odlievanie gravitácie

Pórovitosť a hustota

• Odlievanie pod tlakom - Vysoké injekčné tlaky môžu zachytiť plyny (vysielať, vodík), Zvyčajne vytváranie dispergovaných úrovní pórovitosti 3–8% objem, často koncentrované blízko hrubých častí alebo povrchových vrstiev.
  Aj keď je to prijateľné pre mnoho štrukturálnych použití, Táto pórovitosť môže ohroziť netesnosť v hydraulických alebo pneumatických systémoch.
• Odlievanie gravitácie - Pomalé, Plnenie bez tlaku výrazne znižuje zachytenie plynu, dosiahnutie úrovne pórovitosti <2% objem.
  Kontrolované solidifikácia podporuje rast smerového zŕn a vyššiu celkovú hustotu, Urobenie týchto častí dobre pre aplikácie na zadržanie tlaku napríklad hlavy valca, blok, a palivové puzdrá.

Mechanická pevnosť

• Odlievanie pod tlakom -Rýchle chladenie produkuje jemnozrnnú mikroštruktúru, dodávka vysokých pevných stránok v ťahu 200–300 MPA.
  Avšak, Inherentná pórovitosť obmedzuje ťažnosť (predĺženie 2–8%) a odolnosť proti nárazu, zvyšovanie častí náchylných na únavové praskanie v dynamických zaťaženiach.
• Odlievanie gravitácie -pevnosť v ťahu v ťahu je vo všeobecnosti nižšia (180–250 MPA), ale tepelné ošetrenia ako napríklad T6 môže zvýšiť pevnosť v ťahu ~ 240 MPA a predĺženie 10–12%, Celkovo prekonávajú zliatiny s priezviskom tvrdosť a únava.

Zvárateľnosť

• Odlievanie pod tlakom - Bežné zliatiny ako A380 majú vysoký obsah kremíka, aký, kombinované s pórovitosťou, znižuje spoľahlivosť zvaru v dôsledku rozširovania plynu počas zahrievania.
  Machinabilita je vynikajúca, s sadzbou opotrebenia nástroja 10–15% nižšie ako v komponent, jednotná mikroštruktúra.
• Odlievanie gravitácie - nízka pórovitosť a vhodné výbery zliatiny umožňujú silné, spoľahlivé zvary - často udržanie 80–90% pevnosť základného kovu.
  Machinabilita je dobrá, ale vyžaduje si ostrejšie nástroje na rezanie a optimalizované informačné kanály na správu hrubších štruktúr zŕn.

4. Geometrická schopnosť & Pravidlá navrhovania

Zložitosť

• Odlievanie pod tlakom - schopný produkovať Vysoko zložité geometrie s hrúbkou steny až nízky 0.5–6 mm, Začlenenie jemných funkcií, ako napríklad 0.5 mm rebrá alebo 1 mm diery, ako aj zložité podrezanie.
  Vysoký vstrekovací tlak zaisťuje úplné vyplnenie tenkých a podrobných úsekov, urobiť z neho preferovanú voľbu pre presnosť ako sú telá ventilov s vnútornými pasážami, elektronické kryty, a zložité zátvorky.
• Odlievanie gravitácie - obmedzené pomalšie, kovový prietok bez tlaku, je náročné naplniť tenké (<3 mm) alebo veľmi zložité sekcie.
  Najlepšie vhodný pre zložitosť a hrubý diely (3–50 mm), ako sú obaly na čerpadlo, prevodovka, alebo držiaky motora.

Schopnosť

• Odlievanie pod tlakom - Obmedzená kapacitou tlače; optimálne pre váženie komponentov 5 G - 10 kg.
  Produkovanie veľmi veľkých častí (Napr., 50 KG automobilové podniky) sa stáva ekonomicky a technicky náročným z dôvodu požiadaviek na hromadné a injekčné sily náradia.
• Odlievanie gravitácie -dobre vhodné pre veľký, ťažké komponenty až do 100 kg alebo viac.
  Bežne používané na puzdrá na priemyselné stroje, morské vrtule, a veľké štrukturálne odliatky, kde veľkosť prevyšuje požiadavky na jemné detaily.

5. Rozmerová presnosť & Povrchová úprava

Rozmerové tolerancie

• Odlievanie pod tlakom - dosiahne Vynikajúca rozmerová presnosť Vďaka rigidnému oceľovému zomiera, stabilné tepelné podmienky, a kontrolované tuhnutia.
  Typické tolerancie sú ± 0,02–0,1 mm na 100 mm, aj pre zložité geometrie.
  Táto úroveň presnosti umožňuje veľa funkcií (vlákna, utesnenie drážok, lokalizovanie šéfov) vyrábať sieťový tvar, Zníženie alebo odstránenie post-machinovania.
• Odlievanie gravitácie - Exponáty voľnejšie tolerancie z ± 0,1–0,5 mm na 100 mm, Hlavne v dôsledku rozširovania/kontrakcie piesku alebo trvalej plesne počas vykurovania a chladenia.
  Rozmerová variácia sa zvyšuje s väčšími, hrubšie úseky. Ovrobenie sa často vyžaduje pre funkčné povrchy na splnenie požiadaviek na montáž a utesnenie.

Povrchová úprava

• Odlievanie pod tlakom - produkuje vyhladiť, kvalitné povrchy s typickými hodnotami drsnosti RA 1,6-3,2 μm priamo z formy.
  Jemné textúry, logá, a dekoratívne detaily môžu byť integrované do matrice, je ideálny pre viditeľné alebo kozmetické časti bez ďalšieho dokončenia.
• Odlievanie gravitácie - povrchová povrchová úprava do veľkej miery závisí od typu plesní:

• • Piesková forma: RA 6,3-12,5 μm (Vyžaduje sa obrábanie alebo výbuch výstrelu pre kozmetické povrchy).
  • Stála forma: RA 3,2-6,3 μm (lepší, ale stále nie také hladké ako odlievanie).
    Povrchová pórovitosť je vo všeobecnosti nižšia ako pri odliatení matrice, ktoré môžu zlepšiť priľnavosť na náter na farby a eloxovanie.

6. Tlakovosť & Tepelné spracovanie

Tlakovosť

• Odlievanie pod tlakom -Kvôli zachyteniu plynu počas vysokorýchlostnej injekcie, Hliníkové časti hliníkových dielov AS-Cast často obsahujú mikrožitnosť (3–8% objem), ktoré môžu ohroziť integritu tlaku.
  Štandardné diely na odliatie môžu vydržať až 20–35 bar bez úniku, Ale pre vyššie tlaky (Napr., hydraulické potrubia pri >100 bar), impregnácia s živicami je často potrebný.
  Plne eliminujúce pórovitosť je náročné bez obetovania času cyklu alebo zvýšenia sadzieb šrotu.
• Odlievanie gravitácie - pomaly, Proces laminárneho plnenia výrazne znižuje zachytenie plynu, v dôsledku pórovitosť nižšie 2%.
  Vďaka tomu sú komponenty preliate gravitáciou vo svojej podstate tlakovejšie, s mnohými vzormi schopnými odolný >150 bar v stave AS-Cast.
  Táto charakteristika je rozhodujúca pre bloky motora, hlava valca, a komponenty palivového systému.

Spôsobilosť

• Odlievanie pod tlakom -zliatiny s vysokým kremíkom (Napr., A380, ADC12) všeobecne nemožno úplne ošetrené na T6 Z dôvodu rizika pľuzgierov z pasených plynov.
  Niektoré odliatky s nízkou pórosťou (pomocou vákuového asistovaného matrice alebo stlačenia odlievania) sa dá liečiť T5 pre mierne vylepšenia nehnuteľností, Zisky sily sú však obmedzené (~ 10–15% zvýšenie).
• Odlievanie gravitácie - kompatibilný s plnou Tepelné spracovanie T6, ktorý zahŕňa liečbu roztoku, zhasnutie, a umelé starnutie.
  Napríklad, A356-T6 Gravitačné odliatky môžu dosiahnuť 240–280 MPA pevnosť v ťahu a 10–12% predĺženie, vďaka čomu sú vhodné pre štrukturálne aplikácie s vysokým stresom.

7. Náradie: Náklady, Životnosť, a flexibilita

Náklady na náradie a zložitosť

• Die Casting Dies: Vyžaduje sa vysoká počiatočná investícia, zvyčajne $50,000- 500 000 dolárov+ od, v závislosti od veľkosti a zložitosti.
  Zomiera sú presné odovzdané od tvrdená oceľ (Napr., H13) a začleniť chladiace kanály, ejektorové kolíky, a komplexné funkcie dutiny.
  Tieto vysoké náklady sú opodstatnené predovšetkým pre veľkoobjemová výroba Kvôli rýchlemu času cyklu a minimálnym požiadavkám po machinácii.
• Formy gravitačných vrstiev: Výrazne lacnejšie, všeobecne $10,000- 100 000 dolárov, pretože nevyžadujú vysokotlakový odpor ani integrované chladiace systémy.
  Formy sa bežne vyrábajú z liatina alebo jemná oceľ, ktoré sa ľahšie na strojové a modifikujú. Vďaka tomu je gravitačné obsadenie ekonomicky životaschopné pre nízky- do strednej objemu výroby.

Životnosť a údržba

• Die Casting Dies: Mimoriadne odolný, s 100,000–1 000 000 cyklov Dosiahnuteľné pre hliníkové diely.
  Avšak, Udržiavanie rozmerovej presnosti vyžaduje pravidelné leštenie, výmena ejektorových kolíkov, a opravy chladiacich kanálov. Vysoké opotrebenie v tenkých alebo zložitých častiach môže zvýšiť frekvenciu údržby.
• Formy gravitačných vrstiev: Kratšia životnosť, zvyčajne 50,000–300 000 cyklov, kvôli tepelná únava z opakovaného zahrievania a chladenia.
  Sú, však, ľahšie opraviteľné - často môžu byť oblastí zváraný alebo opätovný—Prelávanie väčšej flexibility pre zmeny alebo iterácie navrhovania.

Dodací čas na náradie

• Die Casting Dies: Dlhé dodacie časy 8–16 týždňov Vzhľadom na presné obrábanie a zložité požiadavky na konštrukciu, Urobenie odlievania matry menej vhodné pre rýchle prototypovanie alebo malá výroba.
• Formy gravitačných vrstiev: Rýchlejšie na výrobu, zvyčajne 4–8 týždňov, čo umožňuje rýchlejší čas na trh nízko- na stredne objemové komponenty a uľahčuje úpravy návrhu pred výrobou v plnom rozsahu.

8. Kvalitné riziká & Ovládacie prvky

Poruchy pórovitosti a zmrašťovania

• Odlievanie pod tlakom: Vysoký vstrekovací tlak môže zachytiť plyny a vytvárať pórovitosť, najmä v blízkosti tenkých stien alebo rohov.
  Úrovne pórovitosti sa zvyčajne pohybujú od 3–8% objem, ovplyvňujúci tlakovosť a únavový odpor. Dutiny zmršťovania sa môžu vyskytnúť aj v hrubých úsekoch, ak je chladenie nerovnomerné.
• Odlievanie gravitácie: Pomaly, Plnenie bez tlaku znižuje zachytenie plynu, v dôsledku nižšia pórovitosť (<2%).
  Avšak, defekt zmrašťovania sa môže objaviť v hrubých úsekoch v dôsledku prirodzenej tuhosti, vyžadujúce stúpačky a kŕmidlá na kompenzáciu.

Povrchové chyby

• Odlievanie pod tlakom: Bežné problémy zahŕňajú zavrieť, tokové čiary, a zomrieť spájkovanie, zvyčajne spôsobené nesprávnou teplotou matrice, rýchlosť vstrekovania, alebo kovová teplota.
  Tieto chyby ovplyvňujú povrchová úprava a rozmerová presnosť.
• Odlievanie gravitácie: Typické defekty sú nesprávne, inklúzia, a drsnosť povrchu Kvôli neúplnej plesni alebo zlej čistote kovu.
  Tieto sa často dajú opraviť obrábanie alebo leštenie, Kritické povrchy však môžu vyžadovať sekundárne dokončenie.

Nedeštruktívne testovanie (Ndt) a ovládacie prvky

• Odlievanie pod tlakom: Pokročilé metódy NDT, ako Röntgenová kontrola, ultrazvukové testovanie, a testovanie prieniku farbiva, sa používajú na detekciu vnútornej pórovitosti a povrchových trhlín.
  Ovládacie prvky procesu zahŕňajú monitorovanie teploty matrice, odplyňovanie kovu, a optimalizácia tlaku výstrelu.
• Odlievanie gravitácie: NDT metódy ako rádiografia, ultrazvukové testovanie, a testovanie tlaku Zabezpečiť štrukturálnu integritu.
  Používanie chladenie, strážca, a kontrolované tuhnutia pomáha minimalizovať zmršťovanie a vnútorné chyby.

Ovládacie prvky procesu

• Odlievanie pod tlakom: Kľúčové parametre zahŕňajú kovová teplota (650–700 ° C), rýchlosť vstrekovania, tlak, a zomrieť predhrievanie.
  Automatizované senzory a systémy spätnej väzby pomáhajú udržiavať konzistentnosť vo veľkých výrobných behoch.
• Odlievanie gravitácie: Kontrola sa zameriava na nalievanie teploty, predhrievanie formy, a dizajn hradlovania na zabezpečenie úplnej výplne a rovnomernej tuhosti.
  Pomalšie rýchlosti chladenia umožňujú smerový rast zŕn, Zlepšenie mechanickej integrity.

9. Aplikácia hliníkových komponentov: Die Casting vs. Odlievanie gravitácie

Aplikácie na odlievanie

Casting je ideálny pre komponenty, ktoré si vyžadujú vysoká presnosť, komplexná geometria, a hladké povrchové úpravy.

Jeho vysokotlaková injekcia umožňuje tenké steny, tesné tolerancie, a zložité vlastnosti, čo je vhodné pre:

Automobilový priemysel

• Komponenty motora: ventil, prívodné potrubie, zátvorky
• Prevodovka: ľahký, vysoká pevnosť, a rozmerne presné
• Elektrické vozidlá: batérie a kryty motora

Elektronika a spotrebiteľské výrobky

• Smartphone and Notebook puzdrá
• Telá fotoaparátu
• Horúčava pre elektronické zariadenia

Priemyselné a hydraulické komponenty

• Telá ventilu, čerpacie puzdrá, hydraulické rozdeľovače
• Pneumatické a systémy na reguláciu tekutín

Aplikácie na odlievanie

Gravitačné obsadenie je vhodnejšie pre veľký, hrubý, a štrukturálne náročné komponenty.

Je to pomalé, Plnenie bez tlaku sa vytvára nízka pórovitosť, husté mikroštruktúry, a spoľahlivý mechanický výkon, ideálny pre:

Automobilový a ťažký stroj

• Bloky motora a hlavy valca
• Prevodové kryty pre nákladné autá a stavebné vozidlá
• Čerpacie puzdrá a puzdrá prevodovky

Letecké a morské aplikácie

• Štrukturálne komponenty lietadiel
• Morské vrtule a obaly

Energetické a priemyselné vybavenie

• Hydraulické a pneumatické kryty
• Rámy priemyselných strojov a štrukturálne podpory

10. Výberová matica: Die Casting vs. Odlievanie gravitácie

11. Záver

Casting vs gravitačné odlievanie sú doplnkové procesy, Každý vynikajúci v konkrétnych scenároch.

Casting dominuje vysoký objem, zložité aplikácie, kde sú kritické prísne tolerancie a nízke náklady na časť, Napriek vyššej pórovitosti.

Gravitačné odlievanie je lepšie pre objemy s nízkym až stredným objemom, silné steny komponenty, a aplikácie požadujúce tlaku, zvárateľnosť, alebo tepelnú úpravu.

Zarovnaním procesných schopností s požiadavkami na časť - objem, zložitosť, mechanické potreby, a rozpočet - výrobcovia môžu optimalizovať výkon a náklady.

Časté otázky

Aký je hlavný rozdiel medzi odlievaním liatia vs gravitáciou?

Casting používa vysokotlakové vstrekovanie na vyplnenie oceľovej formy, Výrobný presný, tenkostenný, komplexné diely.

Gravitačné odlievanie sa spolieha na prirodzený prietok roztaveného hliníka do formy, produkujúce hrubšie, väčší, a štrukturálne robustné komponenty s nižšími nákladmi na náradie.

Môžu byť hliníkové komponenty s priepustným zatienené tepelne ošetrené?

Áno, Hliník s dusením môže podstúpiť tepelné ošetrenie T5 alebo T6, aby sa zlepšila pevnosť.

Komponenty s gravitáciou vo všeobecnosti lepšie reagujú na tepelné ošetrenie v dôsledku nižšej pórovitosti a hrubšej mikroštruktúry.

Ktorý proces umožňuje zložitejšie geometrie?

Casting vyniká na komplexných geometriách, vrátane tenkých stien, jemné rebrá, a zložité podrezania. Gravitačné odlievanie je vhodnejšie pre mierne zložité, hrubé stenuté konštrukčné časti.

Ktorý proces je vhodnejší na zváranie?

Hliník s gravitačným obalom je vhodnejší na zváranie kvôli jeho nižšej pórovitosti a vyššej ťažnosti.

Diel, najmä tí, ktorí majú vysoký obsah kremíka, sú náchylnejšie na praskanie a vyžadujú starostlivé postupy zvárania.

Môžu byť oba procesy použité pre veľké hliníkové komponenty?

Gravitačné obsadenie spracuje veľké komponenty (až do 100 kg alebo viac) účinne.

Odlievanie sa vo všeobecnosti obmedzuje na menšie komponenty (zvyčajne pod 10 kg) Kvôli obmedzeniam stroja a diery.