1. Увођење
Алуминијум ливење под притиском је високо ефикасно, производни процес у облику мреже који се широко користи у аутомобилској индустрији, електроника, ваздухопловство, и индустрије кућних апарата због своје способности да производи сложене компоненте са високом прецизношћу димензија и одличним механичким својствима.
Међутим, ливени алуминијумски ливени под притиском често садрже инхерентне недостатке као што је флеш, бурри, порозност, површински оксиди, и преостали стресови.
Зато је накнадна обрада незаменљива карика у ланцу производње ливења алуминијума – не само да елиминише дефекте и побољшава квалитет површине, већ и оптимизује механичке перформансе, Појачава отпорност на корозију, и обезбеђује усаглашеност са захтевима крајње употребе.
2. Зашто је накнадна обрада важна за ливени алуминијум
Ливење је високо продуктиван процес у облику скоро мреже, али као ливена компонента је а полазна тачка, није готов инжењерски део.
Накнадна обрада је од суштинског значаја јер стање ливења носи карактеристичне микроструктурне карактеристике, површински услови и дефекти који утичу на функцију, поузданост, изглед и производност низводно.
Оно што вам оставља као-цаст — основни узроци накнадне обраде
- Приземна и унутрашња порозност. Порозност водоника (сферни) и скупљање/интердендритска порозност (неправилан) формирају током очвршћавања.
Чак и мале запремине порозности (фракције од 1%) може обезбедити путеве цурења, концентратори напона или места иницијације за заморне пукотине. - Заостала напона и микроструктурна нехомогеност. Улишење умирућег притиска (ХПДЦ) брзо и неравномерно хлади; ово производи локална заостала напрезања и неуједначена механичка својства која се могу непредвидиво опустити током обраде или у раду.
- Површински дисконтинуитети и вишак метала. Капија, тркачи, линије раздвајања и блиц су својствени процесу и морају бити уклоњени или завршени ради функције и безбедности.
- Хемија и контаминација као ливене површине. Дие мазива, оксиди и растворљиви остаци остају на површинама и ометају адхезију премаза, континуитет полагања и отпорност на корозију.
- Недовољна тачност димензија за функционалне карактеристике. Лица за парење, заптивне површине и рупе са навојем генерално захтевају машинску обраду да би се постигле толеранције и завршне обраде потребне за склопове.
- Ниске механичке перформансе ливеног у критичним зонама. Типичне легуре Ал-Си ливене под притиском имају умерену чврстоћу при ливењу и ограничену дуктилност; прилагођена топлотна обрада или старење могу стабилизовати димензије и побољшати механичка својства где је то потребно.
3. Основна класификација и технички принципи накнадне обраде алуминијумског ливења под притиском
Пост-обрада ливења алуминијума може се категорисати у четири основна модула на основу функционалних циљева: уклањање дефекта, Модификација површине, оптимизација перформанси, и прецизно завршавање.
Сваки модул усваја циљане технологије са различитим техничким принципима и сценаријима примене.
Уклањање дефекта: Уклањање урођених несавршености ливења
Уклањање дефекта је примарни корак накнадне обраде, фокусирајући се на елиминисање блица, бурри, порозност, шупљине скупљања, и оксидне инклузије настале током процеса ливења под притиском.
Ови недостаци не утичу само на изглед компоненти, већ и смањују интегритет структуре и век трајања.
Обрезивање и уклањање блица
Бљесак и неравнине су неизбежни код ливења алуминијума под притиском, као резултат продирања растопљеног алуминијума у зазор између половина калупа.
Обрезивање и уклањање блица имају за циљ уклањање ових вишка материјала како би се испуниле спецификације димензија.
- Мецханицал Тримминг: Метода која се најчешће користи, коришћењем хидрауличних или пнеуматских пресе са специјално дизајнираним калупима за обрезивање.
Нуди високу ефикасност (до 100 делови у минути) и доследну прецизност, погодан за масовну производњу.
Принцип је да се примени концентрисани притисак дуж линије раздвајања да би се отклонио бљесак.
Кључни параметри укључују силу обрезивања (одређена дебљином дела и врстом легуре алуминијума) и клиренс (обично 0,05–0,15 мм да би се избегла деформација дела). - Цриогениц Дефласхинг: Погодно за компоненте сложеног облика са тешко доступним ивицама (Нпр., Унутрашњи канали).
Процес укључује хлађење дела на -70°Ц до -100°Ц коришћењем течног азота, који храпа неравнине (Борови од легуре алуминијума губе дуктилност на ниским температурама), затим их уклањају ваздушним пескарењем под високим притиском или механичким вибрацијама.
Ова метода избегава деформацију делова, али има веће оперативне трошкове од механичког обрезивања. - Тхермал Дефласхинг: Користи високе температуре (500-600 ° Ц) растопљену со или врели ваздух за сагоревање неравнина.
Погодан је за мале неравнине (≤0,2 мм) али захтева строгу контролу температуре и времена да би се спречила оксидација делова или промене димензија.
Ова метода се постепено укида због забринутости за животну средину због отпада од растопљене соли.
Третман шупљина порозности и скупљања
Порозност у одливцима алуминијума под притиском (изазвано заробљеним ваздухом или раствореним гасовима током очвршћавања) озбиљно нарушава отпорност на корозију и механичке перформансе. Уобичајене методе лечења укључују:
- Заптивање импрегнацијом: Најефикаснији метод за заптивање површинске и подземне порозности.
Подразумева потапање дела у смолу ниске вискозности (Нпр., епоксидан, феноличан) под вакуумом или притиском, омогућавајући смоли да продре у поре, затим очвршћавање да би се формирао непропусни печат.
По АСТМ Б945, импрегнирани делови могу да постигну стопе цурења до 1×10⁻⁶ цм³/с, што их чини погодним за хидрауличне компоненте и делове који носе течност. - Велдинг Репаир: Користи се за велике шупљине скупљања или површинске дефекте. ТИГ заваривање (волфрам инертни гас) са одговарајућим пунилима од легуре алуминијума (Нпр., ЕР4043 за А380 ливење под притиском) је пожељно да се минимизира унос топлоте и избегне топлотна деформација.
Међутим, заваривање може довести до нових напона и захтева термичку обраду након заваривања да би се повратила механичка својства.
Модификација површине: Повећање отпорности на корозију и естетике
Алуминијумски ливени под притиском имају слабу природну отпорност на корозију (због присуства легирајућих елемената попут силицијума и бакра).
Модификација површине не само да побољшава отпорност на корозију, већ и обезбеђује декоративне или функционалне површине (Нпр., електрична проводљивост, отпорност на хабање).
ХЕМИЈСКЕ ПРЕВОЗИВНЕ ПРЕГЛЕДА
Превлаке за хемијску конверзију формирају танке (0.5–2 μм) лепљиви филм на површини алуминијума путем хемијских реакција, повећава отпорност на корозију и служи као прајмер за фарбање. Уобичајени типови укључују:
- Кромат претворбе: Традиционална метода која користи хексавалентна једињења хрома, Нуди одличну отпорност на корозију (тест сланом спрејом ≥500 сати) и пријањање боје.
Међутим, хексавалентни хром је веома токсичан, а његова употреба је ограничена РЕАЦХ-ом (ЕУ) и директиве РоХС. Дозвољен је само у специјализованим апликацијама у ваздухопловству са строгим третманом отпада. - Превлаке за конверзију без хрома: Еколошки прихватљиве алтернативе, укључујући тровалентни хром, на бази церијума, и премази на бази цирконијума.
Превлаке од тровалентног хрома (према АСТМ Д3933) обезбеђују отпорност на слани спреј од 200-300 сати, упоредиви са хексавалентним хромом, и широко су прихваћени у аутомобилској и електронској индустрији.
Премази на бази церијума (неорганско) нуде добру отпорност на корозију, али имају нижу адхезију боје, погодан за необојене компоненте.
Анодизирање
Анодизирање ствара густо (5-25 μм) оксидни филм (АЛ³О₃) на површини алуминијума путем електролизе, значајно побољшава отпорност на корозију и отпорност на хабање.
За ливење алуминијума под притиском, најчешће се користе два типа:
- Анодизација сумпорном киселином типа ИИ: Најчешћи тип, стварајући порозни оксидни филм који се може фарбати у различите боје.
Пружа отпорност на слани спреј од 300-500 сати и користи се у декоративним компонентама (Нпр., Кућишта уређаја, Аутомобилска опрема).
Међутим, ливење под притиском са високом порозношћу може имати неуједначено формирање филма, захтева претходно заптивање никл ацетатом. - Тип ИИИ тврдо анодизирање: Користи ниже температуре (-5°Ц до 5°Ц) и веће густине струје за производњу густог, тежак (ХВ 300–500) оксидни филм.
Погодан је за компоненте отпорне на хабање (Нпр., зупчаници, клипови) али може изазвати промене димензија (Дебљина филма се мора узети у обзир у дизајну).
Алуминијумски ливени под притиском са високим садржајем силицијума (Нпр., А380, Си=7–11%) може формирати крхки филм, ограничавајући његову примену.
Органски премази
Органски премази (сликање, превлака у праху) пружају додатну заштиту од корозије и естетске ефекте, често се наноси након премаза за хемијску конверзију.
- Повдер Цоатинг: Користи електростатички напуњен прах (полиестер, епоксидан) који пријања на алуминијумску површину, затим очвршћава на 180–200°Ц.
Нуди одличну издржљивост (отпорност на слани спреј ≥1000 сати) и не садржи испарљива органска једињења (Вожн), чинећи га еколошки прихватљивим. Погодно за спољне компоненте (Нпр., Аутомобилски одбојници, Архитектонски распоред). - Течни сликарство: Укључује фарбање спрејом и потапање, погодан за делове сложеног облика са сложеним детаљима.
Полиуретанске боје високе чврстоће су пожељније због њихове отпорности на корозију и задржавања сјаја, али захтевају одговарајућу вентилацију за контролу емисије ВОЦ. - Е-премаз је процес електродепозиције на бази течности у коме се алуминијумски ливени делови потапају у водену каду која садржи наелектрисане полимерне честице.
Када се примени електрична струја, ове честице мигрирају и равномерно се таложе на све проводне површине, укључујући сложене геометрије, углови, и удубљења.
Пружа одличну заштиту од корозије, једнолична покривеност, и јака адхезија за претходно обрађене или обложене површине. Типична отпорност на слани спреј може премашити 500 сати на правилно припремљеним одливцима од алуминијума.
Оптимизација перформанси: Подешавање механичких својстава и заосталих напона
Алуминијумски ливени под притиском често имају заостала напрезања (од неравномерног хлађења током очвршћавања) и ограничене механичке особине. Технике накнадне обраде као што су топлотна обрада и ублажавање стреса се користе за оптимизацију перформанси.
Топлотни третман
За разлику од кованих легура алуминијума, алуминијумски ливени под притиском имају ограничену термичку обраду због порозности и састава легуре (висок садржај силицијума).
Међутим, одређене легуре (Нпр., А380, А383) могу се подвргнути специфичним топлотним третманима:
- Т5 топлотна обрада: Решење за топлотну обраду (480-500 ° Ц) праћено ваздушним хлађењем и вештачким старењем (150-180°Ц 2-4 сата).
Овај процес побољшава затезну чврстоћу за 15-20% (А380 Т5: затезна чврстоћа ≥240 МПа, граница течења ≥160 МПа) без значајних димензионалних промена. Широко се користи у аутомобилским структурним компонентама (Нпр., носачи мотора). - Т6 топлотна обрада: Решење за топлотну обраду, гашење воде, и вештачко старење. Пружа већу чврстоћу од Т5, али може изазвати деформацију дела и проширење порозности (због брзог хлађења).
Т6 је погодан само за ливење под притиском ниске порозности (Нпр., оне произведене вакуумским ливењем под притиском).
Значајно, термичка обрада алуминијумских ливења под притиском мора стриктно контролисати уједначеност температуре како би се избегло термичко пуцање. За САЕ Ј431, максимална брзина загревања не би требало да прелази 5°Ц/мин за делове са дебелим зидовима.
Ублажавање стреса
Преостали напони у алуминијумским ливеним калупима могу изазвати нестабилност димензија током машинске обраде или сервисирања. Методе ослобађања од стреса укључују:
- Отклањање топлотног стреса: Загревање дела на 200–250°Ц 1–2 сата, затим споро хлађење.
Ово смањује заостала напрезања за 30–50% без промене механичких својстава. То је уобичајен корак пре обраде за прецизне компоненте (Нпр., Електронски кућишта). - Вибрационо ублажавање стреса: Примена нискофреквентних вибрација (10–100 Хз) на део да изазове микропластичну деформацију, ослобађање заосталих напрезања.
Погодан је за делове осетљиве на топлоту (Нпр., они са органским премазима) и нуди краће време обраде (30-60 минута) него отклањање термичког стреса.
Прецизна завршна обрада: Постизање тачности димензија и храпавости површине
Иако алуминијумски ливени под притиском имају високу тачност димензија (± 0,05-0,1 мм), неке критичне површине (Нпр., спојне површине, рупе са навојем) захтевају додатну прецизну завршну обраду да би се испуниле строге толеранције.
Обрада
ЦНЦ обрада је примарни прецизан метод завршне обраде, укључујући млевење, окретање, бушење, и тапкање. Кључна разматрања за машинску обраду алуминијумских ливених одливака укључују:
- Избор алата: Пожељни су карбидни алати са оштрим резним ивицама да би се смањиле силе резања и избегло приањање струготине (алуминијум има високу дуктилност). Алати са премазом (Нпр., Тиалн) побољшати отпорност на хабање и век трајања алата.
- Резање параметара: Високе брзине сечења (1500–3000 м/ме) и умерене количине хране (0.1-0,3 мм / рев) користе се за смањење стварања топлоте и спречавање деформације радног предмета.
Расхладна течност (емулговано уље или синтетичко расхладно средство) је неопходно за подмазивање зоне резања и испирање струготине. - Утицај порозности: Порозне области могу узроковати клепетање алата и неравну завршну обраду површине. Преглед пре обраде (Нпр., Ултразвучно тестирање) помаже у идентификацији региона са високом порозношћу, што може захтевати поправку или раскид.
Полирање и уклањање
Полирање и полирање се користе за побољшање храпавости површине (Ра ≤0,2 μм) за декоративне или оптичке компоненте.
Абразивно полирање (коришћењем абразива од силицијум карбида или алуминијум оксида) следи полирање меканим точком и смеса за полирање (Нпр., роуге) за постизање огледала.
За ливење под притиском са порозношћу, пунило (Нпр., полиестерски кит) може се нанети пре полирања да би се обезбедила глатка површина.
3. Контрола квалитета и стандарди испитивања за накнадну обраду
Контрола квалитета (КЦ) је од кључног значаја за обезбеђивање конзистентности и поузданости накнадно обрађених алуминијумских ливења под притиском. Мере КЦ покривају сваку фазу накнадне обраде и придржавају се међународних стандарда како би се одржао кредибилитет.
Димензионална инспекција
Тачност димензија се верификује коришћењем алата који се крећу од основних мерача до напредне метролошке опреме:
- Координира мерну машину (Цмм): Користи се за сложене компоненте за мерење 3Д димензија са тачношћу до ±0,001 мм.
За ИСО 10360, ЦММ калибрација је потребна сваке године да би се осигурала поузданост мерења. - Системи за инспекцију визије: Оптичка инспекција велике брзине за површинске дефекте (Нпр., огреботине, удубљења) и одступања димензија. Погодно за масовну производњу, са стопама откривања до 99.9% за дефекте ≥0,1 мм.
- Тестирање тврдоће: Испитивање тврдоће по Бринелу или Викерсу (по АСТМ Е140) да провери ефикасност топлотне обраде. За ливење под притиском А380 Т5, типична тврдоћа је 80–95 ХБ.
Тестирање отпорности на корозију
Отпорност на корозију површински третираних делова процењује се коришћењем стандардизованих тестова:
- Тест за распршивање соли (АСТМ Б117): Најчешћи тест, излагање делова а 5% НаЦл спреј на 35°Ц.
Трајање перформанси без корозије (Нпр., 500 сати за анодизоване делове) користи се за квалификовање површинских третмана. - Електрохемијска спектроскопија импеданце (Еис): Тест без разарања за процену интегритета површинских премаза.
Мери импедансу премаза како би проценио отпорност на корозију и предвидео радни век.
Неразорно тестирање (НДТ) за недостатке
НДТ методе откривају унутрашње и површинске недостатке без оштећења дела:
- рендгенски преглед (АСТМ Е164): Користи се за откривање унутрашње порозности, шупљине скупљања, и дефекти у заваривању.
Дигитална радиографија (ДР) пружа снимање у реалном времену и побољшану тачност детекције дефекта у поређењу са традиционалном филмском радиографијом. - Ултразвучно тестирање (АСТМ А609): Процењује подземну порозност и интегритет везивања премаза.
Звучни таласи високе фреквенције (2–10 МХз) преносе се кроз део, а рефлексије од дефеката се анализирају да би се одредила њихова величина и локација. - Пробојно тестирање (АСТМ Е165): Открива површинске пукотине и порозност. На део се наноси обојена боја, продире у недостатке, онда се вишак боје уклања, а програмер се примењује за откривање недостатака.
4. Примене пост-процесирања специфичне за индустрију
Захтеви за накнадну обраду алуминијумских ливених ливених под притиском разликују се у зависности од индустрије, у зависности од функционалних потреба, Услови животне средине, и регулаторни стандарди. Испод су кључне примене у главним индустријама:
Аутомобилска индустрија
Аутомотиве алуминијумски ливени ливени (Нпр., Блокови мотора, кућишта преноса, Компоненте огибљења) захтевају строгу накнадну обраду да би се испунили стандарди трајности и безбедности:
- Блокови мотора: Т5 топлотна обрада за побољшање снаге, заптивање импрегнације ради спречавања цурења уља, и ЦНЦ обрада спојних површина (толеранција ±0,01 мм).
- Спољашње компоненте (одбојници, подрезати): Превлака за конверзију тровалентног хрома + прашкасти премаз за отпорност на корозију од соли на путу и фактора животне средине (тест сланом спрејом ≥1000 сати).
Индустрија електронике
Елецтрониц компоненте (Нпр., кућишта за паметне телефоне, топлине) захтевају висок квалитет површине, тачност димензија, и електромагнетна компатибилност (ЕМЦ):
- Смартпхоне кућишта: Прецизна ЦНЦ обрада, полирање до огледала, и елоксирање (Тип ИИ) за отпорност на корозију и прилагођавање боје.
- Топлине: Превлака за хемијску конверзију за побољшање топлотне проводљивости, и ЦНЦ бушење за стварање канала за хлађење (Толеранција ± 0,02 мм).
Аероспаце индустрија
Одливци алуминијума у ваздухопловству (Нпр., носачи авиона, Хидрауличне компоненте) захтевају ригорозну накнадну обраду и контролу квалитета како би се испунили стандарди за ваздухопловство (САЕ АС9100):
- Хидрауличне компоненте: Заптивање импрегнацијом (за САЕ АС4775) како би се осигурала непропусност, и Т6 топлотна обрада за високу чврстоћу.
- Структурни носачи: Ослобађање од вибрационог напрезања за елиминисање заосталих напона, и ултразвучно испитивање за откривање унутрашњих дефеката.
Индустрија кућних апарата
Компоненте уређаја (Нпр., кућишта компресора фрижидера, бубњеви машине за прање веша) фокус на отпорност на корозију и естетику:
- Кућишта компресора: Прашкасти премаз за отпорност на влагу и корозију, и растерећење термичког напрезања како би се спречиле промене димензија током рада.
- Декоративни панели: Полирање + елоксирање или фарбање како би се постигао визуелно допадљив завршетак.
5. Закључак
Накнадна обрада алуминијума ливеног под притиском није једна операција, већ прилагођена секвенца одабрана да задовољи механичку обраду, цурење, козметички и монтажни захтеви.
Рана сарадња између дизајна, Ливница и добављачи за завршну обраду даје најбољу равнотежу трошкова и перформанси: Дизајн за производњу (Уједначена дебљина зида, адекватан нацрт, геометрија главе за уметке), минимизирајте накнадну обраду где је то могуће, и специфицирати јасне тестове прихватања.
За критични притисак, заптивање, или апликације са високим замором, план за вакуум импрегнацију, Рендгенски преглед и контролисана топлотна обрада.
За изглед и отпорност на корозију, изаберите претходну обраду за конверзију компатибилну са изабраним завршним премазом, и избегавајте ограничене хемије када је то могуће.
Често постављана питања
Када треба да одредим вакуумску импрегнацију?
Када се захтева да делови буду непропусни (хидраулична кућишта), када ће облагање или фарбање бити угрожено кроз порозност, или за делове који подлежу течности заптивања. Импрегнација је стандардни лек за порозност.
Може ли сав ливени алуминијум бити анодизиран?
Не ефикасно. Легуре ливене под притиском са високим садржајем Си често дају лошу завршну обраду од анодизације. Ако је потребна анодизација, користите компатибилну легуру или наведите посебне предтретмане и критеријуме прихватања.
Који уметак навоја је најбољи за ливене главе?
За велику чврстоћу на извлачење и издржљивост користите чврсте уметке (Нпр., М4–М12) уграђен пресом или термичким уметањем; Хелицоил је уобичајен за мање пречнике. Одредите дебљину главе и тип уметка у дизајну.
Да ли је топлотна обрада после ливења увек корисна?
Не увек. Старење Т5 може побољшати својства и стабилност за многе ливене легуре.
Потпуно решење + старост (Т6) може бити непрактичан или неефикасан на неким легурама ливеним под притиском и може повећати изобличење.
Како да контролишем трошкове уз обезбеђивање квалитета?
Смањите број критичних машински обрађених карактеристика, дизајн за минимални ризик од порозности (равномерна дебљина зида), наведите само неопходне тестове (Нпр., узорак рендгенског снимка вс 100% инспекција), и изаберите заједничко, усклађени системи премаза. Рано укључивање добављача је најефикаснија полуга.
