Литье под давлением: особенности технологии и сферы применения

О чем речь? Литье под давлением позволяет получить тонкостенные изделия из стали, цветных металлов или пластмассы. В основе технологии лежит процесс подачи расплава в пресс-форму, где в результате перемещения цилиндров формируется необходимая деталь.

На что обратить внимание? Существует несколько видов литья под давлением: с высокой, низкой и средней скоростью. Выбор метода зависит от типа материала и требований к готовой продукции.

Технология литья под давлением

Литье под давлением предусматривает использование специальных стальных пресс-форм, в которые заливается расплавленный металл. Далее расплав, остывая, кристаллизуется и приобретает требуемую форму.

Пресс-формы – литейная оснастка, применяемая в данном технологическом процессе. Они состоят из подвижных, перемещающихся по цилиндрическим направляющим, и неподвижных элементов, закрепленных на стационарных плитах.

Процесс литья под давлением начинается с фиксации подвижной части пресс-формы специальным гидравлическим цилиндром. Далее обе части формы скрепляются специальными замками, которые не дают им сдвигаться относительно друг друга. Когда залитый под давлением расплав застывает, подвижная часть сдвигается, что позволяет удалить отливку с помощью механического толкателя.

На внутреннюю поверхность пресс-формы, которой предстоит контактировать с расплавом, наносится слой специальной разделительной смазки, предохраняющей стальные элементы от перегрева при контакте с раскаленным металлом и позволяющей полученным при литье заготовкам беспрепятственно отделяться от стенок.

Процесс литья под давлением, которое осуществляется на специальном промышленном оборудовании, полностью автоматизирован. Главная часть установки – камера для прессования, которая может быть холодной или горячей. В конструктивном плане первый вариант камеры представляет собой уложенный горизонтально цилиндр с расположенными внутри поршнем и воронкой. Через последнюю заливается расплавленный материал.

Метод литья под давлением в камере холодного типа включает в себя определенные этапы. Процесс начинается с того, что с помощью двигающегося внутри цилиндрической направляющей поршня внутрь пресс-формы нагнетается расплавленный металл. Когда форма заполняется, в камере под действием усилия, прилагаемого к поршню, начинает расти давление, которое запускает кристаллизацию расплава.

Горячая камера для пресс-форм представляет собой ванну, помещенную в чугунный тигль, который в процессе литья подвергается постоянному подогреву. Для выталкивания расплавленного металла из тигля установка оснащается поршнем. Расплав через специальный канал, мундштук которого также постоянно подогревается, чтобы металл не застывал, под давлением подается внутрь пресс-формы. Излишки материала, возвращенные в ванну по завершении процесса, в дальнейшем могут быть использованы повторно.

Методы и виды оборудования для литья под давлением

Технология литья под давлением позволяет получать из металла детали сложной конфигурации. Расплавленный материал заливается в камеру, назначение которой состоит в создании давления, сжимающего сырье заготовок. Благодаря давлению заполнение стальной пресс-формы расплавом происходит быстро. В камере сжатия поддерживается температура, достигающая +450 градусов по Цельсию. Процесс может протекать в трех разных режимах:

• На низкой скорости (не выше 2,5 м/с). Такую технологию используют при отливке толстостенных изделий.
• На средней скорости (не выше 15 м/с). Турбулентное движение расплава позволяет полностью заполнить пресс-форму. В центре отливки собираются пузырьки воздуха, для удаления которых требуется высокое давление.
• На высокой скорости (более 30 м/с), приводящей к распылению расплава по внутренней поверхности камеры и захвату большого количества воздушных пузырьков, которые отрицательно влияют на прочность отливок. Для удаления воздуха давление доводят до 500 МПа.

Для литья под давлением применяется два вида оборудования:

• Машины с горячими камерами. Применяются в технологических процессах литья из сплавов и металлов с температурой плавления не выше +450 градусов по Цельсию. Подача расплава в пресс-формы в таких установках происходит при обратном движении поршней, предназначенных для создания давления. После их заполнения и срабатывания датчика поршень движется вниз. Расплавленный материал кристаллизуется под давлением. Затем происходит автоматическое раскрытие форм. Отливки извлекаются с помощью механических толкателей. Сложные условия эксплуатации станков часто становятся причиной выхода из строя отдельных узлов и деталей.
• Машины с холодными камерами. Расплавленный металл заливается в камеру и под небольшим давлением (не превышающим 100 МПа) заполняет пресс-формы, где происходит его кристаллизация. Далее подвижные части форм отодвигаются, открывая отливки и давая им охладиться. После удаления стержня изделия, внутри которых после извлечения основания остаются полости, выталкиваются наружу.

Холодные камеры не дают возможности изготавливать изделия с тонкими стенками – этому препятствует слишком быстрое охлаждение отливок.

Плюсы и минусы литья под давлением

Плюсы технологии литья под давлением:

• Относительно низкая себестоимость в силу крупносерийного производства получаемых изделий. Большая часть затрат приходится на разработку и изготовление пресс-форм, а дальнейшее производство стоит очень дешево.
• Низкий расход металла. При литье под давлением потери минимальны и главным образом приходятся на литник и направляющие. Решить проблему позволяет установка спиральных нагревателей, которые не дают расплаву застывать в литниковых каналах. Такие пресс-формы называют горячеканальными.
• Точность. Технология литья под высоким давлением дает возможность крупными партиями производить абсолютно идентичные детали.

Минусы данной технологии:

• Дороговизна оборудования и пресс-форм. Приступая к крупносерийному выпуску изделия, необходимо создать сначала его прототип, а затем пробную пресс-форму для тестирования. Это – затратный и долгий процесс.
• Ограниченные размеры отливок. Технология литья под давлением не позволяет производить крупногабаритные детали. В первую очередь ограничение обусловлено размерами оборудования и пресс-форм. Большие и сложные изделия можно отливать по частям и затем соединять воедино, однако такой метод требует больших трудозатрат и отнимает много времени.

Требования к сплавам и качеству литья под давлением

Материалы для литья под давлением (литейные сплавы) должны отвечать ряду требований и обладать:

• достаточной прочностью при высокой температуре, чтобы отливки не разрушались при извлечении из пресс-форм;
• минимальной усадкой;
• высокой жидкотекучестью;
• коротким временем кристаллизации.

Такими свойствами обладают сплавы, в состав которых входят цинк, алюминий, магний и медь.

Метод литья обычно выбирают, исходя из конфигурации изделий и требований к их качеству:

• Литье под давлением позволяет получать отливки высокого качества, достигая точности: от 9-го до 11-го квалитета по размерам в одной части пресс-формы и от 11-го до 12-го – в двух.
• Шероховатость поверхности отливок определяется качеством изготовления формы, а также длительностью ее использования и свойствами металла, из которого отливаются изделия. Как правило, рабочие поверхности пресс-форм полируются до шероховатости (Ra) 0,16 мкм. Если отливаются не более 500 деталей, шершавость их поверхности колеблется от 1,25 до 0, 63 мкм (цинковые сплавы), от 2,5 до 1,25 (алюминиевые сплавы) и от Ra = 2,5 - Rz (мкм) – для медных. Если отливок 10 000, шероховатость соответственно: Ra = 2,5 - 1,25 мкм, Ra = 2.5 - Rz = 20 мкм, Rz = от 160 до 80 мкм.
• Получаемые литьем под давлением отливки имеют неравномерно распределенные по объему механические свойства, однако выгодно отличаются от изделий, изготовленных другими способами. Быстрое охлаждение металла способствует формированию литейной корочки толщиной от 1 до 1,5 мм, которую отличает мелкозернистая структура, что повышает прочность материала на 20–30%.
• Брак литья под давлением чаще всего возникает из-за пустот, которые вскрываются, когда отливки подвергают механической обработке. По этой причине заготовки либо формируются без последующей шлифовки, либо металл снимается максимум на 0,5 мм.

Отливки, создаваемые литьем под давлением, имеют приливы для толкателей. Чтобы предотвратить деформирование и проколы в тонких стенках под действием выталкивателей, приливы располагают на стороне подвижных частей пресс-форм.

Смазочные материалы в литье под давлением

На рабочие поверхности пресс-форм при подготовке и в ходе литья наносят слой смазки, которая предназначена для облегчения извлечения готовых отливок, а также (частично) для предохранения рабочих поверхностей формы от повреждения термическим ударом. Благодаря применению специальных смазочных материалов существенно повышается качество поверхности готовых изделий.

В конце прошлого века для литья под давлением чаще всего пользовались жирными смазками, основу которых составляли минеральные масла, не дающие минерального осадка при сгорании. Для литья из сплавов на основе алюминия в качестве разделительного состава используются смеси графита с маслом, воском, вазелином и т.д.

Применяемые сегодня смазки (как смешиваемые с водой, так и состоящие из чистых масел) должны отвечать ряду требований:

• При нанесении смазки микронапылением, которое производят под давлением, смазочный материал должен выполнять все необходимые функции и обеспечивать экономию металла, несмотря на крайне малую толщину слоя.
• Должна отличаться несхожими проникающими свойствами, что необходимо при изготовлении изделий сложной конфигурации, и устойчивостью к воздействию высокой температуры. Смазочный материал не должен воспламеняться и образовывать дым.
• Смазка должна обеспечивать легкое извлечение готовых отливок из пресс-форм, оставляя в них после завершения литейного процесса как можно меньше минеральных осадков.
• Благодаря слою смазочного материала рабочие поверхности пресс-форм должны легко очищаться от загрязнений и осадков. Остающаяся на отливках смазка не должна осложнять окраску и электрохимическое нанесение покрытий.
• Смазочные материалы должны сохранять эффективность при разведении водой в соотношении от 1:5 до 1:200.
• Эмульсия, полученная при смешивании смазочного материала с водой, должна отличаться стабильностью и устойчивостью к воздействию микроорганизмов. Готовые составы обязаны быть максимально безвредными для здоровья людей и окружающей среды.
• Применяемые для смазывания пресс-форм материалы обязаны долго держаться на их рабочих поверхностях, не стекая и не формируя сгустки. Смазка не должна содержать включений твердого вещества.
• Применение специальных смазочных материалов должно обеспечивать коррозионную защиту поверхностей пресс-форм. Также нанесение слоя смазки должно способствовать равномерному охлаждению оснастки и свободному прохождению расплавленного металла по литниковому каналу.

Разделительная смазка наносится перед каждой второй или третьей заливкой расплава. Слой должен быть равномерным и тонким. Качественный результат литейного процесса обеспечивается соблюдением рекомендованных значений удельного давления при прессовании расплавленного металла в пресс-формах.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.