Литье алюминия под давлением технология

Литьё металлов под давлением — способ изготовления отливок, при котором сплав приобретает форму отливки, быстро заполняя пресс-форму, сплав под высоким давлением от 7 до 700 МПа формируется в нужную форму. Этот способ применяется для сплавов цветных металлов (на основе цинка, алюминия, меди, магния, сплав олово-свинец) из-за их низкой температуры плавления, а также для некоторых сталей. Изделия могут быть массой от десятков граммов до десятков килограммов.

Содержание

Применение [ править | править код ]

Литьём под давлением изготавливают:

• детали автомобильных двигателей (в том числе алюминиевые блоки, детали карбюраторов);
• детали сантехнического оборудования;
• детали бытовых приборов (пылесосы, стиральные машины, телефоны);
• детали приборов
• детали кораблей
• детали самолётов
• детали для аэрокосмической промышленности
• детали автомобилей
• корпуса электродвигателей
• детали для энергетической промышленности
• деталей для централизованного отопления квартир и домов

Также литьё под давлением используется при производстве компьютеров, смартфонов и прочей электроники.

Практически любую деталь из алюминия можно отлить на машинах литья под давлением. Поскольку при литье под давлением можно получить детали с высокими допусками по пористости и плотности изделия.

Технический процесс [ править | править код ]

Процесс литья под давлением [ править | править код ]

• Первый этап, это раскрытие пресс-формы и смазка. Это необходимо для того, чтобы готовая отливка легко отходила от полостей пресс-формы и металл в поршне не застывал до того, как он будет запрессован. Также образуется плёнка, которая помогает стабилизировать температуру и защищает поверхность пресс-формы, что увеличивает срок службы оснастки.
• Второй этап, это смыкание пресс-формы. Усилие смыкания пресс-формы эта та характеристика, которая по современной классификации даёт название всей машине, то есть например если у машины литья под давлением в названии есть цифра 300, то её усилие смыкания 3000 кило-Ньютонов или 300 тонн и она является аналогом машины литья под давлением 711А08 по Советской классификации. Другими словами такая машина способна сдержать металл, который создаёт усилие, стремящееся раскрыть пресс-форму в триста тонн.
• Третий этап, это заливка металла в поршень. После смазки пресс-формы и поршня рабочий зачерпывает из печи необходимое количество металла и заливает его в горловину поршня.
• Четвёртый этап, это запрессовка металла. Поршень под воздействием пневматики, в которую как правило закачан азот, совершает поступательное движение и закачивает металл в камеру прессования.
• Пятый этап, это снятие готового изделия.

Пресс-формы [ править | править код ]

Литейные формы (пресс-формы) обычно изготавливаются из стали. Оформляющая полость формы выбирается подобной наружной поверхности отливки, однако учитываются искажения размеров. Пресс-форма содержит также выталкиватели, с помощью которых готовое изделие извлекается из пресс-формы и подвижные металлические стержни, называемые знаками, образующие внутренние полости изделий.

Литейные машины с горячей камерой прессования [ править | править код ]

Машины литья под давлением с горячей камерой прессования чаще всего используются для литья сплавов на основе цинка или латуни. Это необходимо поскольку температура плавления латуни более 900 градусов Цельсия. Если для литья цинка или латуни использовать обычную машину литья под давлением с холодной камерой прессования, то пресс-форма будет испытывать повышенные тепловые нагрузки и перепады температур, что приводит к быстрому износу формы и падению качества отливок. В машине литья под давлением с горячей камерой прессования камера погружена в расплав, что позволяет поддерживать постоянную температуру пресс-формы, уменьшить перепады температур и повышенные тепловые нагрузки, что продлевает срок службы формы.

Литейные машины с холодной камерой прессования [ править | править код ]

Такие машины используются для литья под давлением алюминиевых, магниевых, медных сплавов. Литьё в пресс-формы происходит под давлением от 35 до 700 МПа. Машины литья под давлением с холодной камерой прессования отличаются от машин литья под давлением с горячей камерой прессования отсутствием "гузнека" и более низкими температурами эксплуатации.

Кокильные машины для литья металлов [ править | править код ]

Кокильные (gravity casting machines англ.) машины для литья металлов используются для литья в кокиль под низким давлением. Основная сфера применения это изделия на основе алюминиевых сплавов, медных сплавов, бронзовых сплавов и др. Для литья толстостенных изделий с более низкими требованиями по плотности изделия и его пористости по сравнению с машинами литья под давлением. Литьё в кокиль один из самых древних методов литья металлов.

На основе сплавов из легких цветных металлов, таких, как бериллий, алюминий, титан, а также сплавов на основе цинка, производится широкий спектр деталей и компонентов, без которых немыслима современная промышленность.

Большинство изделий из цветных металлов изготавливается методом литья под давлением с применением пресс-форм.

Эта технология применяется при изготовлении 50% отливок из алюминиевых сплавов, более 95% отливок из цинковых сплавов, а также при литье из магния и латуни.

Для выполнения данных работ используются машины для литья горячего и холодного прессования.

Принцип работы машины с камерами горячего прессования

Устройство машины для литья с камерой горячего прессования предполагает наличие чугунного котла, зачастую объединенного с камерой прессования. При открытом поршне расплавленный металл вливается в цилиндр и металлопровод. Когда поршень закрывается, металл подается по мундштуку в пресс-форму.

Машины для литья цветных металлов с горячими камерами применяются в случае, если температура плавления сплава не превышает от 300° С (олово, свинец и цинк).

Литье сплавов из тугоплавких металлов (цинк, алюминий, магний и медь) осуществляется с помощью машин, оснащенных камерами холодного прессования.

Принцип работы машины с камерами холодного прессования

Сначала в цилиндр машины вливают жидкий металл из расчета, чтобы он заполнил емкость пресс-формы, затем поршень под действием гидравлики передвигается влево и отправляет жидкий металл в пресс-форму.

Прессовочные камеры машин для литья могут располагаться как горизонтально, так и вертикально.

Машины с горячими камерами рассчитаны на 100-200 ударов в час, с холодной камерой на 50—180 ударов в час.

Характеристики и требования к изготовлению пресс-форм

Пресс-формы изготавливаются из легированных сталей, в зависимости от сложности заготовок имеют простую, либо сложную структуру.

Формы для сложного литья имеют корпус и дополнительные съемные вставки, что значительно упрощает их производство и восстановление в случае возникновения трещин, разрушения. Благодаря литым вставкам уменьшается себестоимость изготовления форм, а также увеличивается их термоустойчивость.

Порог ударопрочности пресс-форм для сплавов цинка колеблется в пределах 150—250 тыс. ударов, алюминия – около 50 000 ударов, магния – 60—80 тыс. ударов и меди – от 2 до 10 тыс. ударов.

Необходимая температура расплавленного металла на момент заливки в пресс-формы также варьируется:

• для цинка – от 400 до 450° С;
• для алюминия – 660–750° С,
• для магния – 700–780° С,
• для латуни – 950–1020° С.

Для обеспечения высокого качества и плотности структуры отливки, а также термоустойчивости пресс-форм, температура заливки до должна быть минимальной из возможных. Для получения сложных тонкостенных отливок выдерживается максимальная температура плавления.

Наиболее целесообразно использовать данный метод литья для изготовления тонкостенных (толщиной 0,5-1 мм) изделий с равномерной по всем сечениям толщиной стенок.

Температурный режим пресс-камер зависит от особенностей заготовки.

Для тонкостенных отливок температура должна быть умеренно высокой, чтобы не привести утере ими прочности. В свою очередь, недостаточно высокая температура приводит к недоливам и образованию пор.

При литье из сплавов из цинка температура плавления находится в диапазоне 180—250° С, при литье из алюминия – от 120 до 280° С, а литье из меди – от 300 до 400° С.

Перед литьем смазывается покрытием на основе минеральных масел, что предотвращает ее от разрушения при тепловом воздействии, а также позволяет избежать приваривания отливки, образования на ее поверхности дефектов. Плотность отливки связана с удельным давлением при прессовании.

При литье сплавов из цинка этот показатель составляет до 35 Мн/м2 (350 кГ/см2), алюминия – до 60 Мн/м2 (600 кГ/см2), латуни – 100 Мн/м2 (1000 кГ/см2).

Преимущества литья под давлением

Сильной стороной литья из цветных металлов под давлением является возможность получать тонкостенные отливки любого уровня сложности, с точным соблюдением заданных размеров и конфигураций, с идеально гладкой поверхностью, либо минимальными погрешностями. Как правило, механическая обработка отливок не требуется, либо проводится в незначительных объемах, с припуском, не превышающим 0,3-0,5 мм для того, чтобы не нарушить наиболее прочную литейную корку отливки.

Данный способ литья является на сегодняшний день наиболее производительным.

Однако при массовом производстве цветных отливок под давлением существует риск того, что при наполнении пресс-форм расплавленным металлом в последнем образуются полости, заполняемые воздухом, что приводит к образованию характерной пористой структуры отливок. Эта проблема решается путем герметизации пресс-форм с помощью специальных вакуумных камер.

[Литье алюминия в домашних условиях] может быть выполнено по нескольким различным методикам, каждая из которых имеет как свои достоинства, так и некоторые недостатки.

Вообще в настоящее время алюминий широко используется в самых разных промышленных сферах.

Большой популярностью этот универсальный металл пользуется и у домашних мастеров.

Высокий спрос на алюминий объясняется оптимальными эксплуатационными характеристиками этого материала, его сравнительно небольшим весом.

Кроме этого, алюминий имеет высокие показатели по ковкости и пластичности.

Между тем, несмотря на большое количество достоинств, алюминий все же сложно поддается различным видам обработки ввиду некоторых своих характерных особенностей.

Литье позволяет достаточно быстро изготовить из этого универсального материала самые разные детали для промышленных и бытовых нужд.

Сам процесс может производиться как под давлением, так и при помощи форм. В первом случае потребуется специальное оборудование, а также технология.

Данный метод подразумевает использование специальных пресс-форм.

Легче всего своими руками выполнить литье алюминия при помощи обыкновенных форм, для чего следует приготовить специальную смесь.

В этом случае также используется определенная технология, которую достаточно просто освоить.

Особенности промышленного процесса

Плавлением, а соответственно, и литьем всевозможных деталей из алюминия люди занимаются на протяжении многих лет.

Его температура плавления, которая составляет чуть более шестисот градусов по Цельсию, не требует использования какого-то специфического оборудования.

Данный материал за счет своей высокой пластичности способен приобретать практически любую форму.

Изначально для изготовления деталей из алюминия при помощи его литья использовали разнообразные формы, которые вставляли в землю.

Чуть позже появились гипсовые формы, которые изготавливались своими руками.

В настоящее время практикуется использование специальных пресс-форм, при помощи которых изготовление самых разных деталей из алюминия производится под давлением.

Следует отметить, что и в том и в другом случае выплавляемым деталям можно придавать практически любую необходимую форму.

В любом случае, технология литья данного металла всегда оставалась практически оной и той же, за исключением некоторых особенностей.

Сегодня на крупных промышленных предприятиях практикуется литье под большим давлением, при котором практически полностью отсутствует усадка.

Конечно, для этого используются специальные машины и оборудование, которое нельзя использовать в домашних условиях.

Технологически процесс литья алюминиевых заготовок на промышленных предприятиях с использованием машин и специального оборудования выглядит достаточно сложно.

Необходимое рабочее давление создается за счет работы поршня, который в свою очередь приводится в движение сжатым воздухом.

В этом случае используются эмульсионный состав, а также масло, которые способствуют ускорению его движения.

Алюминий, разогретый до температуры плавления, с большой скоростью поступает в специальную пресс- форму под большим давлением и полностью ее заполняет.

При этом усадка залитого металла практически полностью исключена.

Литье алюминиевых деталей под большим давлением имеет огромное количество достоинств, среди которых особенно выделяется высокая производительность данного процесса.

Кроме этого можно отметить и высочайшую точность получаемых таким образом изделий, а также практически полное отсутствие какого-либо брака.

Данная технология успешно применяется при необходимости изготовить детали, используемые в приборостроении, а также авиастроении.

Использование пресс-форм в этом случае позволяет использовать расплавленную смесь практически любой температуры.

Необходимое оборудование

Для литья алюминиевых деталей различного назначения с высокой точностью непосредственно под давлением необходимо специальное оборудование для литья алюминия и автоматические машины.

В этом случае не обойтись и без прочных пресс-форм. Для литья алюминия пресс-формы в станок, как правило, изготавливают из стальных сплавов.

Они должны иметь практически идеальную поверхность отливки, а какие-либо искажения размеров и геометрической конфигурации недопустимы.

Такая пресс-форма должна иметь специальный механизм, который позволит легко доставать из нее готовое изделие.

Кроме этого, в состав пресс-форм должны входить и такие элементы, как подвижные металлические стержни, которые участвуют в образовании внутренних полостей заготовок.

Выплавляемым изделиям, которые будут заливаться в такие формы, можно придавать практически любую конфигурацию, которая, главным образом, зависит от самих форм.

В данном процессе литья алюминиевых изделий также участвуют специальные литейные машины, а также некоторое другое оборудование.

Данные машины могут быть оснащены, как холодной, так и горячей камерой, в которой и происходит процесс прессования форм.

Машины, которые имеют горячую камеру для плавления металла, как правило, используются для производства сплавов, основу которых составляет преимущественно цинк.

В них необходимое давление нагнетается за счет использования сжатого воздуха или поршня.

При помощи давления расплавленная смесь постепенно вытесняется во внутреннее пространство предварительно подготовленных форм.

В свою очередь машины, в которых используется холодное давление, преимущественно применяются в том случае, когда необходимо выполнить отливки с добавлением магниевых и медных сплавов.

В этом случае расплавленная смесь за счет литья поступает во внутреннюю поверхность форм под достаточно высоким давлением, которое в некоторых случаях может составлять порядка семисот мега паскаль.

За счет литья под давлением удается добиться высоких показателей производительности, а кроме этого, нет необходимости подвергать детали дополнительной механической обработке.

Используемые при этом машины, как правило, предназначены для различных типов форм.

Такие машины могут различаться по моделям, в зависимости от некоторых параметров работы. На видео ниже показан процесс литья алюминия под давлением, при котором используется специальное оборудование.

Особенности производства форм

Использовать в домашних условиях специальные машины для литья своими руками алюминия не целесообразно не только в экономическом плане, но и ввиду сложности самой технологии процесса.

К тому же оборудование, работающее под давлением, имеет достаточно большие габариты.

Придать выплавляемым изделиям из алюминия необходимую форму в условиях дома можно при помощи ручного метода «в землю», который подразумевает использование формы, изготовить которую тоже можно своими руками.

Некоторые умельцы используют способ — литье в землю, который позволяет получить детали из алюминия необходимой формы.

Выплавляемым моделям форм можно придать самую разную конфигурацию, притом, что сами формы в домашних условиях изготавливают ручным способом из подручных материалов.

Так, данную деталь можно сделать из обычного цементного раствора, правда в этом случае выплавляемым заготовкам можно будет придать форму в виде прямоугольника или квадрата.

На видео, которое размещено ниже, показан процесс заливки алюминия в цемент. Достаточно часто для литья используют гипсовые формы.

В этом случае гипсовым моделям можно придать практически любую конфигурации. Важным показателем при литье является усадка.

Усадка алюминия при застывании должна быть минимальной.

Моделям под заливку алюминия можно придать практически любую конфигурацию за счет использования воска.

Следует отметить, что в этом случае при помощи воска можно наладить производство из алюминия только небольших по своим габаритам деталей.

За счет некоторых эксплуатационных свойств данного материала, моделям из воска можно придавать даже сложную конфигурацию, при этом следует отметить, что с помощью нее возможно только единоразовое изготовление деталей.

При помощи литья можно достаточно просто изготовить деталь, основным материалом которой будет дюраль.

Дюраль состоит, главным образом, из сплава алюминия с некоторыми другими компонентами.

В этом случае следует отметить то, что выплавляемым из дюрали заготовкам, необходимо большее количество времени на застывание.

Моделям, которые предназначены под литье металла, следует в обязательном порядке проводить предварительную подготовку, которая заключается в очищении их поверхности и нанесении в качестве смазки масла.

Для литья своими руками не требуется специальное оборудование, а все необходимое можно найти дома.

Порядок работ

Наладить изготовление деталей из алюминия путем литья в домашних условиях достаточно просто, при этом нет необходимости приобретать дорогостоящее оборудование.

Моделям, которые будут участвовать в процессе литья, необходимо очистить и смазать внутреннюю поверхность. Если вы используете метод «в землю» — тоже необходима подготовка.

При этом следует проконтролировать, чтобы технологическое углубление в точности повторяло контуры будущей детали.

При выполнении работ важным параметром является усадка расплавленного алюминия.

Усадка при выполнении заливки должны быть минимальной, в противном случае размеры детали не будут соответствовать заданным.

Для того чтобы усадка при застывании алюминия имела минимальный показатель, необходимо на форме сделать из глины небольшой кант, по который и заливать в нее расплавленный металл.

Для расплавления алюминия, как правило, используют стальную емкость и специальную печь.

На видео, которое размещено ниже, показано литье деталей из алюминиевого металла ручным способом.

Для того чтобы лить из алюминия самые разные детали, нет необходимости приобретать дорогостоящее оборудование.

Все что нужно для работы, можно найти в домашнем хозяйстве.

При этом при выполнении работы не стоит забывать и о правилах по технике безопасности.

Рекомендуется использовать специальную одежду, которая защитит кожные покровы от возможных ожогов.