Aukšto slėgio liejimas (HPDC)

1737 Peržiūros 2025-04-30 15:42:34

1. Kas yra aukšto slėgio štampas?

Aukšto slėgio štampo liejimas yra liejimo procesas, kuriame naudojamas slėgis.

Pagrindinis jo principas yra sušvirkšti išlydytą arba pusiau molten metalą (Pirmiausia neferškieji metalai ir jų lydiniai, pavyzdžiui, aliuminis, cinko, magnio, ir vario) į iš anksto suprojektuotos metalinės formos ertmę (vadinamas štampu) esant aukštam slėgiui (Paprastai šimtai megapaskalų) ir didelis greitis (paprastai dešimtys metrų per sekundę) Naudojant injekcijos sistemą.

Išlydytas metalas greitai užpildo ertmę, yra laikomas spaudžiant, vėsina, ir sukietėja, Galiausiai sudaro norimos formos ir dydžio liejimą.

Kas yra aukšto slėgio štampas

Dėl savo aukšto slėgio, greitaeigė charakteristikos, HPDC gali gaminti dalis, kurios yra plonos sienos, sudėtinga suformuota, Labai tikslus, turėti gerą paviršiaus kokybę, ir gali būti pagamintas ypač efektyviai.

2. Darbo principas ir proceso srautas

Pagrindinė aukšto slėgio štampo liejimo darbo eiga paprastai apima šiuos veiksmus:

1. Suspaudimas: Štampo liejimo aparato prispaudimo vienetas užsidaro ir saugiai užrakina abi štampo puses (kilnojamasis štampas ir fiksuotas štampas) atlaikyti aukšto slėgio poveikį įpurškimo metu ir išvengti išlydyto metalo nutekėjimo.
2. Injekcija: Išmatuotas išlydyto metalo kiekis švirkščiamas dideliu greičiu ir aukštu slėgiu į uždarą štampo ertmę per injekcijos sistemą (stūmoklis ir šaudymo rankovė/kamera). Priklausomai nuo kameros struktūros, Tai priskiriama karštoms ar šaltų kamerų liejimui (išsamiai aprašyta kitame skyriuje).
3. Užpildymas & Laikantis slėgį: Išlydytas metalas per labai trumpą laiką užpildo visą štampo ertmę (Paprastai milisekundės). Po užpildymo, Injekcijos stūmoklis ir toliau taiko slėgį (laikantis slėgį) kompensuoti tūrio sumažėjimą, kurį sukelia metalo susitraukimas aušinimo metu, užtikrinant tankią liejimo struktūrą ir aštrius kontūrus.
4. Aušinimas: Paprastai štampe yra aušinimo kanalai, per kuriuos aušinimo terpė (vanduo ar aliejus) cirkuliuoja, kad greitai pašalintų šilumą iš išlydyto metalo, sukeldamas jį greitai sukietėjus. Aušinimo laikas priklauso nuo liejimo dydžio, sienos storis, ir medžiaga.
5. Atidarymas: Kai liejimas yra pakankamai sukietėjęs, „Die Casting Machine“ spaustuko vienetas atveria štampą.
6. Išmetimas: Išmetimo sistema štampyje (Išmetimo kaiščiai) išstumia sukietėjusį liejimą iš štampo ertmės.
7. Purškimas & Valymas (Neprivaloma): Palengvinti kito ciklo nukirpimą ir apsaugoti štampą, Išleidimo agentas paprastai purškiamas ant ertmės paviršių, kai atidaroma. Taip pat gali reikėti valyti likučius.
8. Dalis pašalinimas & Post apdorojimas: Robotas ar operatorius pašalina liejinį. Paprastai tai yra vartų dalis, perpildytos šuliniai, Ir blyksteles, Reikalaujama vėlesnio apipjaustymo, nuvalymas, šlifavimas, ir tt. Kartais, terminis apdorojimas, paviršiaus apdorojimas (kaip smėlio pūtimas, poliravimas, Tapyba, dengimas), arba apdirbimas taip pat yra būtinas.

Aukšto slėgio štampo liejimo procesas

Visas ciklas yra labai trumpas; mažoms dalims, Dešimtys ar net šimtai ciklų gali būti baigti per minutę.

3. Proceso tipai: Karšta kamera vs. Šaltos kameros štampas

Remiantis injekcijos kameros santykine padėtimi ir veikimu išlydyto metalo atžvilgiu, HPDC pirmiausia yra padalintas į du tipus:

Karštos kameros štampų liejimas:

• Savybės: Injekcijos kamera (Gooseneck) yra nuolat panardintas į išlydytą metalinę krosnies vonią. Injekcijos metu, stūmoklis juda žemyn, Priverskite metalinį skystį žąsų kaklelyje per purkštuką į štampo ertmę.
• Taikomos medžiagos: Daugiausia naudojami metalams su mažais lydymosi taškais, kurie lengvai chemiškai nereaguoja su injekcijos komponentais, tokių kaip cinko lydiniai, alavo lydiniai, švino lydiniai, ir kai kurie magnio lydiniai.
• Privalumai: Greitesnis įpurškimo ciklo greitis, Mažiau išlydyto metalo užteršimo oksidacija, Aukštas automatizavimo laipsnis.
• Trūkumai: Injekcijos komponentai yra nuolat veikiami aukštos temperatūros išlydyto metalo, padaryti juos jautrius korozijai ir susidėvėjimui; Netinka metalams, turinti (kaip aliuminio lydiniai).

Šaltos kameros štampas:

• Savybės: Injekcijos kamera yra atskirta nuo krosnies. Prieš kiekvieną kadrą, Iš anksto nustatytas išlydyto metalo kiekis turi būti susmulkintas (rankiniu būdu arba automatiškai) iš laikymo krosnies į horizontalią arba vertikalią įpurškimo kamerą (Nušaudyta rankovė). Tada, Stūmoklis dideliu greičiu stumia išlydytą metalą į štampo ertmę.
• Taikomos medžiagos: Pirmiausia naudojami metalams, kurių lydymosi taškai yra didesni, pavyzdžiui, aliuminio lydiniai, magnio lydiniai, ir vario lydiniai (žalvario, bronzos). Šiuo metu tai yra plačiausiai naudojamas štampo liejimo būdas, ypač aliuminio lydinio liejimo gamybai.
• Privalumai: Galintis išmesti aukštesnio lydymosi taško lydinius, Leidžia didesnį injekcijos slėgį, santykinai ilgesnė injekcijų komponentų gyvenimo trukmė.
• Trūkumai: Ciklo laikas yra palyginti ilgesnis (Dėl žandikaulio žingsnio), Išlydytas metalas yra labiau linkęs į dujų įkalinimą ir oksidaciją pernešimo metu.

4. Įprastos medžiagos

Aukšto slėgio štampo liejimas daugiausia naudoja nefervinius metalinius lydinius, Pasirinktos dėl jų naudingų liejimo savybių ir inžinerinių charakteristikų, tinkančių procesui ir galutiniam naudojimui.

Atranka subalansuoja tokius veiksnius kaip svoris, stiprumo, kaina, Šilumos poreikiai, ir reikalingas apdaila.

Aliuminio lydiniai

Aliuminio lydiniai yra labiausiai paplitęs pasirinkimas HPDC, vertinamas už puikų lengvojo svorio derinį, geras stiprumo ir svorio santykis, didelis šilumos laidumas, ir geras atsparumas korozijai.

Jų nusiteikimas leidžia sudėtingoms geometrijoms ir plonoms sienoms, Padarykite juos visur esančiais automobilių komponentais, tokiais kaip variklio blokai ir transmisijos korpusai, taip pat elektronikos gaubtai ir šilumos kriauklės.

Populiarūs pažymiai yra A380 ir ADC12.

Aukšto slėgio štampo liejimo aliuminio lydiniai

Cinko lydiniai

Cinko lydiniai išsiskiria programomis, reikalaujančiomis išskirtinio sklandumo ir aukštesnio paviršiaus apdailos.

Jų žemas lydymosi taškas leidžia gaminti sudėtingas dalis su labai plonomis sienomis ir smulkiajomis detalėmis, Dažnai naudojant greitesnes karštų kamerų mašinas.

Tai daro cinko lydinius, tokių kaip Zamakas 3 ir Zamak 5, Idealiai tinka dekoratyvinei aparatinei įrangai, Tikslūs komponentai, Automobilių apdaila, ir dalys, kurioms reikalingas aukštos kokybės.

Magnio lydiniai

Magnio lydiniai yra pasirinkimas, kai sumažinimas svoris yra absoliutus prioritetas.

Kaip lengviausi konstrukciniai metalai, dažniausiai šūdai, Jie siūlo puikų stiprumo ir svorio santykį, Geras slopinimo pajėgumas, ir įgimtas EMI ekranas.

Automobilių dalyse vis dažniau randami tokie lydiniai kaip AZ91D, siekiant sumažinti svorio mažinimą (kaip vairo rėmai) ir nešiojamuose elektroniniuose įrenginių korpusuose, nepaisant to, kad reikia kruopštaus elgesio dėl didesnio reaktyvumo.

Vario lydiniai

Vario lydiniai, Pirmiausia žalvariai ir bronzos, yra naudojami rečiau HPDC dėl jų aukštų lydymosi taškų, kuris žymiai sumažina mirties gyvenimą ir padidina proceso sąnaudas.

Tačiau, Jie pasirenkami konkrečioms programoms, reikalaujančioms didelio stiprumo, Puikus atsparumas dėvėjimams, geras atsparumas korozijai, arba puikus elektrinis laidumas.

Pavyzdžiai yra tam tikri vandentiekio komponentai, Elektros aparatūra, ir drabužiams atsparios dalys, pavyzdžiui, įvorės, Paprastai apdorojama naudojant šaltų kamerų mašinas.

Juodieji metalai, tokie kaip plienas ir geležis.

5. Aukšto slėgio štampo pranašumai ir trūkumai

Aukšto slėgio štampo pranašumai

• Aukštas gamybos efektyvumas: Labai automatizuota, Trumpas ciklo laikas, tinka masinei gamybai.
• Aukštas matmenų tikslumas, Griežtos tolerancijos: Galima gaminti beveik tinklo formos dalis, mažinti ar pašalinti vėlesnio apdirbimo poreikį.
• Geras paviršiaus apdaila: Liejiniai turi lygius paviršius, Tinka tiesioginiam dažymui ar dengimui.
• Plonų sienų ir sudėtingų formų galimybės: Aukšto slėgio, Greitas įdaras leidžia gaminti dalis, kurių sienos yra tokios plonos kaip ~ 0,5 mm, ir sudėtingos konstrukcijos.
• Geros mechaninės savybės: Greitas aušinimas lemia smulkiagrūdį mikrostruktūrą, Suteikiant liejiniui palyginti didelę jėgą ir kietumą (Nors reikia atsižvelgti į vidinį poringumą).
• Ekonomiškai efektyvus esant dideliems kiekiams: O pradinis mirimas ir investicijos į įrangą yra didelės, Vienos dalies kaina tampa maža, kai amortizuojama dideliais kiekiais.

Aukšto slėgio štampo liejimo trūkumai

• Aukštos pradinės investicijos: Štampų ir tikslumo štampų išlaidos yra labai didelės.
• Linkęs į vidinį poringumą: Greitasis įdaras gali lengvai sulaikyti orą, ir ištirpintos dujos išlydytame metale gali nusodinti greitai sukietėjant, formuojančios poras. Tai turi įtakos aktorių slėgio sandarume ir mechaninėms savybėms, todėl paprastai netinkamas vėlesniam terminiam apdorojimui (gali sukelti pūslę) ir suvirinimas.
• Ribotas medžiagų pasirinkimas: Pirmiausia tinkami ne šaldiesiems metalams, kurių lydymosi taškai yra santykinai žemi. Sunku mirti lietus geležies metalus (kaip plienas) Dėl jų aukštų lydymosi taškų, kurie kelia didelius iššūkius štampams ir injekcijų sistemoms.
• Dalies dydžio apribojimai: Dalies dydį riboja štampo liejimo mašinos spaustuko jėga ir įpurškimo pajėgumas.
• Sudėtingas štampo dizainas ir gamyba: Reikia atidžiai apsvarstyti projekto kampus, atsisveikinimo linijos, vartų sistemos, ventiliacijos sistemos, aušinimo sistemos, ir tt. „Die Manufacturing“ pristatymo laikas yra ilgas, o išlaidos yra didelės.
• Netinka mažo tūrio gamybai: Didelės įrankių išlaidos daro mažų partijų gamybą ekonomiškai negyvą.

6. Aukšto slėgio štampo atrankos kriterijai

Supratę privalumus ir trūkumus, Sprendžiant naudoti HPDC, reikia atsižvelgti į šias pagrindines sąlygas:

Gamybos apimtis:

Sąlyga:

Reikalauja Masinė gamyba (Paprastai dešimtys tūkstančių, Šimtai tūkstančių, ar net milijonai dalių).

Priežastis:

HPDC mirties ir įrangos išlaidos yra labai didelės.

Tik per didelio masto gamybą šios didelės fiksuotos išlaidos gali būti amortizuojamos kiekvienoje dalyje, Mažų vienetų išlaidų ir bendro ekonominio gyvybingumo pasiekimas.

Paprastai tai yra per brangu gaminti mažos apimties ar prototipų gamybą.

Gamybos apimtis

Dalinės sudėtingumas & Geometrija:

Sąlyga:

Į dalies dizainą sudaro Plonos sienos (pvz., Mažiau nei 3 mm), Gilios kišenės, sudėtingos formos, arba Puikios detalės.

Priežastis:

HPDC aukšto slėgio, Didelės spartos užpildymo galimybės leidžia efektyviai užpildyti sudėtingas ertmes, Gamindami plonas sieneles ir sudėtingas struktūras, sunku pasiekti naudojant kitus liejimo būdus.

Matmenų tikslumas & Tolerancija:

Sąlyga:

Dalis reikalauja Aukštas matmenų tikslumas ir griežtos tolerancijos, Siekiama beveik tinklo formos komponentų.

Priežastis:

HPDC sukuria matmenų stabilias dalis, gerai pakartojamumą, žymiai sumažinti ar panaikinti vėlesnio apdirbimo poreikį, Taigi sumažina bendrą išlaidų ir gamybos laiką.

Aukšto slėgio štampo liejimo dalių tolerancija

Paviršiaus apdaila:

Sąlyga:

Dalis reikalauja a Aukštos kokybės paviršiaus apdaila Dėl estetinių priežasčių ar vėlesnės dengimo, dengimas, ar kitos paviršiaus procedūros.

Priežastis:

Lygus vidinis metalo štampo paviršius yra tiesiogiai atkartojamas ant liejimo paviršiaus.

HPDC paprastai suteikia geresnį paviršiaus apdailą nei procesai, tokie kaip smėlio liejimas.

Medžiagos pasirinkimas:

Sąlyga:

Reikalinga dalis dalies yra a Nedero lydinys, tinkamas štampavimo liejimas, pirmiausia aliuminio, cinko, arba magnio lydiniai.

Priežastis:

Pats HPDC procesas nustato specifinius reikalavimus medžiagos lydymosi taškui, sklandumas, Reaktyvumas su štampu, ir tt.

O vario lydiniai gali būti štampuojami, Tai sudėtingiau ir brangiau. Juodųjų metalų (plieno, geležies) paprastai nėra apdorojami naudojant HPDC.

Mechaninės savybės & Taikymo aplinka:

Sąlyga:

Pagrindiniai veiklos reikalavimai (kaip stiprybė, kietumas) gali pasitikti „AS-CAST“ savybės iš štampuoto lydinio.

Paraiška nėra kritinio slėgio sandarumo (nebent būtų naudojami specialūs būdai, tokie kaip vakuuminis liejimas), nereikalauja ypač didelis lankstumas ar tvirtumas, ir nereikalauja vėlesnio konstrukcinio suvirinimo ar terminio apdorojimo, skirto žymiai padidinti stiprumą/tvirtumą (kaip sprendimas + senėjimas).

Priežastis:

HPDC dalyse gali būti mikroskopinis poringumas, paveikdamas slėgio sandarumą, plastiškumas, ir nuovargio gyvenimas.

Tokios poros gali sukelti pūslę ar iškraipymą atliekant aukštos temperatūros šilumą.

Greito aušinimo struktūra suteikia gerą paviršiaus kietumą ir vidutinį stiprumą, Tačiau bendras tvirtumas gali būti mažesnis nei kai kurie kiti liejimo/apdirbimo metodai.

Sąnaudų ir naudos analizė:

Sąlyga:

Po išsamaus įvertinimo, Atsižvelgiant į didelę gamybos apimtį, Bendra HPDC kaina (įrankių + Vieneto gamybos kaina + Po apdorojimo išlaidos) yra mažesnis nei kitos perspektyvios gamybos alternatyvos (kaip apdirbimas, Žemo slėgio liejimas, gravitacijos liejimas, Metalo injekcijos liejimas MIM, ir tt).

Priežastis:

Proceso atranką dažnai lemia ekonomika. Reikia pasverti mažą HPDC vieneto sąnaudų pranašumą esant didelėms apimtims, atsižvelgiant į dideles pradines investicijas ir konkrečius veiklos apribojimus.

Dalis dydis & Svoris:

Sąlyga:

Dalies dydis ir svoris patenka į leistiną štampo liejimo mašinos užsegimo jėgos diapazoną, Šūvio pajėgumas, ir mirti dydžio galimybės.

Priežastis:

Labai didelės arba labai sunkios dalys gali viršyti standartinės HPDC įrangos galimybes, Galima reikalauti kitų liejimo būdų ar gamybos atskirų dalių.

Aukšto slėgio dalies dydis liejamas

Apibendrinant, Aukšto slėgio štampas dažnai yra labai konkurencingas ir ekonomiškas pasirinkimas, kai projektui reikia masiškai gaminti aliuminį, cinko, arba magnio lydinio dalys su sudėtingomis formomis, Plonos sienos, Aukštas tikslumas, ir geras paviršiaus apdaila, su sąlyga, kad kraštutiniai vidinio garso reikalavimai (kaip slėgio sandarumas) o vėlesnio terminio apdorojimo/suvirinimo nėra.

7. Aukšto slėgio štampo liejimo palyginimas (HPDC) Su kitais liejimo tipais

Norėdami geriau suprasti HPDC charakteristikas ir tinkamas programas, Lyginti jį su kitais įprastais liejimo procesais yra naudinga.

Pagrindiniai palyginimai yra žemo slėgio štampo liejimas (LPDC), Gravitacijos liejimas (įskaitant smėlio liejimą ir nuolatinį pelėsio gravitacijos liejimą), ir investicijų liejimas (Tikslus liejimas).

Palyginimo suvestinės lentelė

Išvada apie palyginimus:

Laidos proceso pasirinkimas priklauso nuo konkrečių taikymo reikalavimų subalansavimo.

• HPDC geriausiai tinka didelio masto aliuminio gamyba, cinko, arba magnio lydinio dalys, kurioms reikalingas aukštas tikslumas, Geras paviršiaus apdaila, ir sudėtingos formos (ypač plonos sienos), kur vidinis poringumas nėra pernelyg kritiškas ir stiprina šilumos procedūras. Pagrindinė jo stiprybė slypi Didelis efektyvumas ir mažos vieneto išlaidos esant didelėms apimtims.
• Kada geresnė vidinė kokybė, Šilumos apdorojimas, arba slėgio vientisumas yra reikalingas, LPDC yra stiprus aliuminio dalių varžovas, ypač vidutinio ir dideliems komponentams.
• Gravitacijos liejimas (Nuolatinis pelėsis) siūlo pranašumų Vidutinio tūrio, Vidutinis tikslumas ir paviršiaus reikalavimai, ir šilumos apdorojimas, su išlaidomis paprastai tarp HPDC ir smėlio liejimo.
• Smėlio liejimas yra Mažos tūrio, Didelės dalys, Mažos tikslumo/paviršiaus reikalavimai, arba liejant geležies metalus, būdamas pigiausias įėjimo taškas.
• Investicijų liejimas taikiniai Mažos ir vidutinės tūrio labai sudėtingo tūrio, Ypač tikslios dalys, arba tie, kurie naudoja specialius lydinius, Aukščiausios klasės sprendimo vaizdas.

8. Ateities plėtros tendencijos

Aukšto slėgio štampo liejimo technologija ir toliau vystosi, su pagrindinėmis tendencijomis, įskaitant:

• Automatika & Intelektas: Robotų dalių ištraukimas, Automatinis gyvų išvežimas, intelektualios stebėjimo sistemos (realiojo laiko slėgio stebėjimas, greitis, temperatūros, ir tt), AI pagrįstas proceso optimizavimas.
• Naujos medžiagos & Lydinio plėtra: Sukurti naujus štampų liejimo lydinius su didesne jėga, geresnis tvirtumas, Patobulintas atsparumas aukštai temperatūrai, arba specialios funkcijos (pvz., didelis šilumos laidumas, didelis slopinimas).
• Išplėstinė Die Technologija: Pažangių štampų medžiagų ir dangų panaudojimas įrankio tarnavimo laikas prailginti, Naudojant modeliavimo technologijas (kaip pelėsiai) Norėdami optimizuoti štampo dizainą, mažinantys bandomuosius važiavimus ir trūkumus.
• Darinys & Hibridiniai procesai: Taikymas tokiomis technikomis kaip vakuuminis liejimas (mažinant poringumą), pusiau kietas liejimas (Mikrostruktūros ir savybių gerinimas), ir išspauskite liejimą (sustiprinantis tankis).
• Žalia & Aplinkos apsauga: Kurti daugiau energijos taupančios įrangos, Medžiagos panaudojimo tobulinimas, Išmetamų atliekų mažinimas, Naudojant ekologiškus paleidimo agentus.
• Didesni dydžiai & Aukštesnis tikslumas: Gamyba didesni ir sudėtingesni štampų liejiniai (pvz., Integruoti automobilių važiuoklės komponentai) tuo pačiu pagerindamas smulkių sudėtingų dalių tikslumą ir nuoseklumą.

9. Išvada

Aukšto slėgio liejimas (HPDC), kaip labai efektyvus, Tiksli gamybos technologija, galinti masiškai gaminti sudėtingas metalines dalis, užima nepakeičiamą poziciją šiuolaikinėje pramonėje.

Nepaisant tokių apribojimų kaip didelės pradinės investicijos ir jautrumas poringumui, Jo reikšmingi gamybos efektyvumo pranašumai, matmenų tikslumas, O ekonominis efektyvumas esant dideliems kiekiams paskatino plačiai pritaikyti automobilius, elektronika, vartojimo prekės, ir daugelis kitų sektorių.

Su nuolatine technologine pažanga ir medžiagų naujovėmis, procesus, automatizavimas, ir intelektas, HPDC yra pasirengęs tolesnei plėtrai, Siūlo vis pranašesnius ir konkurencingesnius sprendimus gamybos pasauliui.