LIMBĂ 
Acasă / Ştiri / Știri din industrie / Turnarea aluminiului la presiune joasă: proces, beneficii, aliaje și aplicații
Ce oferă turnarea de aluminiu de joasă presiune
Turnarea aluminiului la presiune joasă este un proces permanent de matriță care utilizează doar presiunea gazului 0,2 până la 0,8 bar pentru a împinge aluminiul topit dintr-un cuptor sigilat în sus printr-un tub de ridicare și într-o matriță de oțel reutilizabilă. Rezultatul este o turnare cu densitate mare, porozitate scăzută a gazului și proprietăți mecanice care înving în mod constant turnarea gravitațională și majoritatea turnării sub presiune înaltă. Dacă componenta dvs. trebuie să mențină presiunea fluidului, să suporte o sarcină structurală sau să treacă inspecția cu raze X, acesta este procesul de evaluat mai întâi.
Avantajul de performanță vine din controlul debitului. Mucegaiul se umple de jos cu o rată constantă, laminară, astfel încât frontul de topire rămâne calm și nu prinde aer. După umplere, presiunea rămâne asupra piesei turnate în timp ce aceasta se solidifică. Acea presiune continuă alimentează zonele în care contracția s-ar deschide în mod normal, motiv pentru care piesele turnate din aluminiu de joasă presiune rămân dense și etanșe la presiune chiar și în secțiuni groase.
Datele de producție susțin acest lucru. Aliajul A356 în stare T6 se dezvoltă de obicei Limita de curgere de la 220 la 290 MPa cu o alungire de 3 până la 10 procente, iar turnările optimizate A357-T6 ajung la 280 MPa sau mai mult. Deoarece sistemul de trecere este mic și topitura rămasă revine în cuptor după fiecare ciclu, rşiamentul materialului ajunge la 85 până la 95 la sută, iar ratele de deșeuri sunt mai mici decât în cazul turnării gravitaționale sau la presiune înaltă.
Concluzie: Turnarea din aluminiu la presiune joasă este cea mai potrivită atunci când soliditatea contează mai mult decât viteza ciclului. Roțile, chiulasele, componentele suspensiei, corpurile supapelor și carcasele structurale sunt teritoriul său natural.
Cum funcționează procesul de turnare la presiune joasă, pas cu pas
Întreaga secvență rulează ca un ciclu închis, de obicei 4 până la 12 minute per lovitură în funcție de dimensiunea piesei și grosimea peretelui. Iată ce se întâmplă într-un ciclu complet.
- Prepararea topiturii. Lingourile de aluminiu, resturile de retur și aliajele principale sunt încărcate într-un cuptor electric sau cu gaz și ținute la 680 până la 730 de grade C. Fluxarea și degazarea cu argon îndepărtează hidrogenul, iar o verificare cu spectrometru confirmă chimia aliajului înainte de începerea turnării.
- Preîncălzirea și acoperirea matriței. Forma permanentă din oțel este preîncălzită la 250 până la 350 de grade C, iar un strat pe bază de ceramică este pulverizat pe cavitate. Acoperirea controlează viteza de răcire, îmbunătățește fluxul de metal și protejează suprafața matriței pe zeci de mii de cicluri.
- Umplere sub presiune. Cuptorul sigilat este presurizat cu aer comprimat uscat. Metalul topit se ridică printr-un tub de ridicare din oțel inoxidabil în cavitatea matriței cu o viteză controlată. Timpul de umplere este de obicei de 20 până la 60 de secunde pentru o roată și de 10 până la 40 de secunde pentru o carcasă mai mică.
- Solidificare sub presiune. Presiunea este menținută timp de 2 până la 8 minute sau mai mult în timp ce turnarea se solidifică direcțional de la peretele matriței către tubul de ridicare. Această presiune susținută alimentează zonele de contracție și este cheia pentru producerea pieselor fără porozitate.
- Eliberarea presiunii și reciclarea metalului. Cuptorul este aerisit, iar metalul lichid rămas în tubul de ridicare cade înapoi în cuptor pentru următoarea fotografie. Acesta este motivul pentru care utilizarea materialului LPC ajunge la 85 până la 95 la sută.
- Deschiderea și extracția matriței. Un cilindru hidraulic deschide matrița, știfturile ejectorului împing turnarea afară, iar stratul este retușat înainte ca matrița să se închidă din nou.
- Operațiuni post-turnare. Riserul este tăiat, turnarea este sablata, iar piesele care necesită o rezistență mai mare trec prin tratament termic T6, prelucrare CNC, testare la presiune și finisare a suprafeței.
O singură celulă de turnare la presiune joasă cu două stații poate livra aproximativ 10 până la 30 de piese turnate pe oră, în funcție de masa piesei. Acest lucru este mai lent decât turnarea sub presiune, dar profilul de calitate este diferit, iar cele două procese sunt rareori interschimbabile pentru aceeași piesă.
Presiune scăzută vs. Turnare sub presiune de înaltă presiune
Cumpărătorii întreabă adesea ce proces să aleagă. Comparația de mai jos acoperă parametrii care afectează designul piesei, calitatea și costul.
| Parametru | Turnare din aluminiu de joasă presiune | Turnare sub presiune de înaltă presiune |
|---|---|---|
| Presiunea de umplere | 0,2-0,8 bar | 200-1.000 bar |
| Topiți viteza față | 0,1-1 m/s, laminar | 20-100 m/s, turbulent |
| Risc de porozitate a gazului | Scăzut | Moderat spre ridicat |
| Tratament termic T6 | Posibil fără vezicule | De obicei, nu este posibil |
| Grosimea minima a peretelui | 3-4 mm | 0,8-1,5 mm |
| Timp de ciclu tipic | 4-12 minute | 1-3 minute |
| Mucegai și mor viața | 80.000-150.000 de lovituri | 60.000-150.000 de lovituri |
| Greutatea obișnuită a părții | 1-30 kg | 0,05-10 kg |
| Etanșeitate la presiune | Excelent | Limitat de porozitate |
| Produse tipice | Roți, chiulase, articulații, corpuri de supape | Carcase de transmisie, suporturi, carcase subțiri |
Alegeți presiune scăzută atunci când piesa este structurală, presurizată sau tratată termic, iar volumul de producție se situează în intervalul 1.000 până la 100.000 de piese pe an. Alegeți presiune mare atunci când aveți nevoie de pereți subțiri și cicluri scurte la volume foarte mari, iar piesa nu are cerințe strânse de presiune sau alungire. Industria auto utilizează frecvent ambele procese pe același vehicul.
Aliaje de aluminiu utilizate în turnarea la presiune joasă
Selecția aliajului decide modul în care piesa va turna, prelucra și funcționa în funcțiune. Cele patru grupuri de mai jos acoperă marea majoritate a lucrărilor comerciale de turnare a aluminiului la presiune joasă.
| Aliaj | Compoziția cheii | Limita de curgere tipică (T6) | Cel mai bun pentru |
|---|---|---|---|
| A356 (AlSi7Mg0.3) | 6,5-7,5% Si, 0,25-0,45% Mg | 220-260 MPa | Roți, brațe de suspensie, piese turnate structurale generale |
| A357 (AlSi7Mg0.6) | 6,5-7,5% Si, 0,45-0,70% Mg | 250-300 MPa | Piese structurale și de calitate aerospațială cu sarcină mare |
| A413 (AlSi12) | 11-13% Si | Moderat | Corpuri de supape hidraulice, carcase de pompe care necesită etanșeitate la presiune |
| AlSi9Cu3 | 8-11% Si, 2-4% Cu | Bun la temperatură ridicată | Piesele motorului și transmisiei funcționează la 150-200 grade C |
Pentru corpurile de supape etanșe la presiune, alegeți A413 cu conținut mai mare de siliciu. Pentru piesele structurale sudate, tratabile termic, A356 este calul de lucru. Pentru piesele din apropierea unui motor care trebuie să păstreze rezistența la temperatura de funcționare, AlSi9Cu3 este alegerea mai sigură. Aliajele de magneziu și zinc pot funcționa și pe aceleași mașini de joasă presiune, dar aluminiul domină procesul în practică.
Avantaje și limitări pe care ar trebui să le cunoașteți
De ce cumpărătorii aleg turnarea de aluminiu de joasă presiune
- Microstructură densă. Umplerea laminară și presiunea susținută reduc atât porozitatea gazului, cât și micro-contracția, oferind piese turnate care pot trece clase stricte de raze X.
- Tratabil termic. Conținutul scăzut de gaz permite T4 și T6 fără blistere, ceea ce deblochează puteri de curgere de 220 până la 300 MPa.
- Etanșeitate la presiune. Corpurile supapelor, carcasele pompelor și rezervoarele fabricate de LPC trec testele de scurgere a aerului și heliului mai fiabil decât turnările sub presiune de înaltă presiune.
- Randament material ridicat. Deoarece sistemul de blocare este mic și metalul neutilizat revine în cuptor, 85 până la 95% din aliajul achiziționat devine turnare finită.
- Durată lungă de viață a sculei. Formele permanente din oțel durează de la 80.000 la 150.000 sau mai multe cicluri cu întreținere regulată a acoperirii.
- Consistență dimensională. Profilul de presiune automatizat produce umplere și solidificare repetabilă de la împușcătură la împușcătură.
Limitări ale proiectării în jur
- Timp de ciclu lung. Cu 4 până la 12 minute pe turnare, LPC nu este un proces pentru producția în masă extremă de piese mici.
- Grosimea minima a peretelui. Aproximativ 3 până la 4 mm pentru umplere sigură; carcasele ușoare cu nervuri subțiri aparțin turnării sub presiune de înaltă presiune.
- Investiție în scule. Formele permanente și celulele cuptorului sub presiune necesită o investiție inițială mai mare decât formele simple gravitaționale.
- Constrângeri de formă. Decupările interioare necesită miezuri de nisip, iar modificările mari ale secțiunii peretelui prelungesc timpul de solidificare și pot crea puncte fierbinți.
- Greutate parțială plafon. Greutatea practică a piesei este de aproximativ 30 kg dacă doriți să păstrați timpii de ciclu economici.
Aplicații industriale ale turnării de aluminiu de joasă presiune
Turnarea aluminiului la presiune joasă nu este un proces de uz general. Câștigă în aplicații specifice în care soliditatea internă, etanșeitatea la presiune și rezistența structurală sunt decisive. Aceasta este de asemenea de ce producătorii de automobile aleg turnarea sub presiune joasă pentru componentele ușoare peste alternative mai rapide.
Autovehicule și vehicule cu energie nouă
Roțile din aluminiu sunt cel mai mare volum de produs LPC din lume, iar procesul produce, de asemenea, chiulase, articulații de suspensie, brațe de control, corpuri etrier de frână, carcase compresoare și cadre structurale în vehiculele electrice. Firul comun este nevoia de rezistență la oboseală și rezistență la scurgeri pe care turnarea gravitațională nu le poate garanta.
Utilaje agricole si mici
Cutiile de viteze pentru transplantarea orezului, transmisiile cu micro-frânză, suporturile de rulmenți și carcasele de antrenare își petrec viața în praf, vibrații și sarcini în schimbare. Turnarea la presiune joasă conferă acestor piese densitatea pentru a supraviețui condițiilor de câmp fără fisuri de oboseală premature.
Sisteme hidraulice si pneumatice
Corpurile supapelor, corpurile supapelor de reglare a presiunii, corpurile supapelor reductoare și carcasele pompei de frână necesită toate etanșeitate la presiune. A413 turnat de LPC este o combinație standard pentru aceste piese, iar rata de porozitate scăzută menține rebuturile de testare a scurgerilor la un nivel acceptabil.
Motociclete și echipamente electrice
Carterurile, carcasele transmisiei, capacele de transmisie și ambreiajele ventilatorului beneficiază de combinația dintre detaliile în secțiune subțire și rezistența la vibrații. Procesul este folosit frecvent și pentru roțile cu două roți, deoarece aceeași logică structurală care se aplică roților de mașini se aplică și motocicletelor.
Casa inteligentă, hardware medical și telecomunicații
Turnarea la presiune joasă este din ce în ce mai utilizată pentru panourile structurale pentru case inteligente, carcasele echipamentelor medicale și componentele stației de bază pentru telecomunicații, unde suprafețele cosmetice și precizia dimensională trebuie să coexiste cu o rezistență mecanică bună. Aceste piese sunt de obicei mai mici, dar avantajul densității încă justifică procesul în producția de volum mediu.
Defecte și control al calității în turnarea la joasă presiune
Niciun proces de turnare nu este lipsit de defecte, iar turnarea de aluminiu la presiune joasă nu face excepție. Diferența este că majoritatea defectelor LPC pot fi prevenite prin manipularea topiturii, controlul temperaturii matriței și al profilului de presiune.
Defecte comune și prevenirea lor
| Defect | Cauza tipică | Prevenirea |
|---|---|---|
| Porozitatea gazului | Captarea hidrogenului, umezeala pe stratul de matriță | Degazează topitura sub 0,15 ml H2 la 100 g de aluminiu; menține acoperirea mucegaiului uscat |
| Porozitate de contracție | Presiune insuficientă de alimentare sau presiune eliberată prea devreme | Menține presiunea până când solidificarea este completă; optimizați diametrul de ridicare |
| Incluziuni de oxid | Manipularea topiturii turbulente, cuptor murdar | Utilizați un filtru de spumă ceramică de 20-40 ppi; curățați cuptorul în mod regulat |
| Închideri la rece sau greșite | Temperatura de topire sau matriță prea scăzută | Se mentine topirea la 680-720 grade C; preîncălziți matrița la 250-350 grade C |
| Rugozitatea suprafeței | Înveliș de mucegai uzat, suprafață de mucegai erodata | Reacoperiți fiecare schimb; inspectați zilnic suprafața matriței |
Verificările calității producției care contează
- Verificarea spectrometrului a chimiei aliajului pe fiecare topitură înainte de începerea turnării.
- Inspecția primului articol cu secționare și evaluare a microstructurii pentru a verifica distanța dintre brațele dendrite și distribuția porilor.
- Prelevare cu raze X sau tomografie computerizată pe o frecvență definită pentru a confirma soliditatea internă.
- Testarea scurgerilor de aer sau heliu pentru piesele care vor menține presiunea fluidului în funcțiune.
- Coordonați verificarea mașinii de măsurare a datelor prelucrate și a interfețelor de montaj critice.
Pentru o discuție tehnică mai detaliată a acestui subiect, puteți citi modul în care turnarea sub presiune joasă reduce porii de gaz și alte defecte de turnare în arhiva noastră de știri din industrie.
Considerații privind costurile pentru turnarea de aluminiu la presiune joasă
Ceea ce determină prețul pe piesă
| Element de cost | Interval și impact tipic |
|---|---|
| Scule permanente de matriță | 15.000 - 80.000 USD per matriță, în funcție de numărul de cavități, dimensiunea piesei și designul de răcire cu apă |
| Investiție în celulele mașinii | 250.000 până la 750.000 USD per stație de turnare la presiune joasă |
| Costul timpului ciclului | 4 până la 12 minute per lovitură; one cell produces 5 to 15 shots per hour |
| Utilizarea materialului | 85 până la 95 la sută, deoarece topitura rămasă revine în cuptor |
| Post-procesare CNC | Adesea, 20 până la 50 la sută din costul piesei finite |
| Tratament termic și finisare a suprafeței | Adaugă 5 până la 15 procente la costul piesei |
Economia volumului și decizia de rentabilitate
- Etapa prototip (10-100 piese): Prelucrarea CNC din țagle de aluminiu este de obicei mai ieftină decât construirea unei matrițe permanente.
- Volum redus (100-1.000 de bucăți pe an): turnarea gravitațională cu o matriță simplă din oțel este adesea mai economică.
- Volum mediu (1.000-50.000 de bucăți pe an): turnarea la presiune joasă atinge punctul favorabil calitate-preț.
- Volum mare (50.000 de bucăți pe an): Turnarea sub presiune de înaltă presiune câștigă pentru piesele cu pereți subțiri, dar piesele structurale și etanșe la presiune rămân cu LPC, așa cum demonstrează industria roților din aluminiu cu milioane de piese turnate pe an.
Un studiu de comparație publicat de LSRPF, un furnizor de turnare sub presiune, raportează că trecerea de la alte căi de turnare la turnarea la presiune joasă reduce costul piesei prin 20 până la 35 la sută menținând în același timp rezistența la tracțiune la 280 MPa sau mai mult, datorită mai puține rebuturi și randamentului de material mai mare. Economiile efective depind în mare măsură de geometria piesei și de volumul anual.
Cum să alegi un furnizor de turnare de aluminiu de joasă presiune
Lista de verificare a evaluării care contează
- Capacitate unică. O unitate acoperă proiectarea matriței, turnarea și prelucrarea CNC? Acest lucru elimină disputele de toleranță între furnizori și scurtează timpul de livrare a lanțului de aprovizionare.
- Controlul calității topiturii. Căutați un spectrometru intern, o rutină de degazare și verificări chimice documentate pentru fiecare topitură.
- Adâncimea de inspecție. Eșantionarea cu raze X sau CT, testarea presiunii și verificarea CMM ar trebui să facă parte din oferta standard, nu extra opționale.
- Aliaje și experiență în aplicare. Un furnizor care aruncă în mod regulat A356, A357 și A413 are mai puține șanse să facă o greșeală de trecere sau de manipulare a topiturii din partea dvs.
- Suport de inginerie. Echipa simulează umplerea și solidificarea și poate recomanda grosimea peretelui, unghiurile de tiraj și plasarea coloanei înainte de începerea sculelor?
- Coordonarea tratamentului termic. Pentru piesele structurale, furnizorul ar trebui să aibă un partener de încredere pentru tratarea termică T6, cu cicluri de cuptor documentate.
Youyuan Machinery Manufacturing din Ningbo Beilun, China, este un exemplu de instalație unică care combină construcția de matrițe, turnarea sub presiune a aluminiului și prelucrarea CNC sub un singur acoperiș. Gama lor existentă de joasă presiune include Piese ale caroseriei cilindrului auto turnate la presiune joasă , baze de turnare sub presiune joasă and corpurile supapelor de reglare a presiunii , care sunt exemple tipice ale lucrărilor structurale sub presiune pe care LPC se descurcă cel mai bine.
Producători de corpuri de supapă de reglare a presiunii personalizate. Furnizori OEM - Ningbo Beil Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd este un producător de corp de supapă de reglare a presiunii OEM/ODM din China și V... Vizualizare produs → 
Producători de baze de turnare sub presiune personalizate. Furnizori OEM - Ningbo Beilu Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd este un producător din China OEM/ODM de joasă presiune de turnare sub presiune și de joasă presiune ... Vizualizare produs → 
Producători de piese de caroserie pentru cilindri auto personalizat. Furnizori OEM - Ningbo Beil Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd este un producător de piese de caroserie pentru cilindri auto OEM/ODM din China și B... Vizualizare produs → Înainte de a trimite o cerere de ofertă, contactați echipa de ingineri cu desenul piesei dvs., volumul anual estimat și orice cerințe de testare a scurgerilor sau cu raze X. Un furnizor capabil vă poate spune, de obicei, în câteva zile lucrătoare, dacă turnarea de aluminiu la presiune joasă este calea potrivită și ce aliaj și grosimea peretelui vor menține piesa atât fiabilă, cât și accesibilă.
Întrebări frecvente
Ce nivel de presiune folosește turnarea de aluminiu de joasă presiune?
Procesul funcționează la 0,2 până la 0,8 bar deasupra atmosferei. Valoarea exactă depinde de densitatea aliajului, de înălțimea de ridicare și de viteza de umplere pe care doriți să o obțineți. O roată tipică se umple în 20 până la 60 de secunde, în timp ce o carcasă mai mică se umple în 10 până la 40 de secunde.
Prin ce diferă turnarea la presiune joasă de turnarea gravitațională?
Turnarea gravitațională umple matrița folosind doar greutatea topiturii, în timp ce turnarea la presiune joasă aplică presiunea gazului de jos. Presiunea face umplerea mai lentă și mai controlată, alimentează contracția în timpul solidificării, reduce dimensiunea colțului și îmbunătățește densitatea și consistența pieselor. Sculele LPC costă mai mult, dar calitatea pe piesă este mai mare.
Ce aliaje pot fi folosite pentru turnarea aluminiului la presiune joasă?
A356 și A357 sunt cele mai comune pentru piesele structurale și tratate termic. A413 este preferat atunci când etanșeitatea la presiune este prioritară, iar AlSi9Cu3 se potrivește pieselor care funcționează la temperatură ridicată. Aliajele de magneziu sunt de asemenea bine turnate pe aceleași mașini de joasă presiune.
Piesele turnate din aluminiu la presiune joasă pot fi tratate termic?
Da. Deoarece porozitatea gazului este scăzută, tratamentul și îmbătrânirea cu soluții T4 și T6 nu provoacă vezicule. Acesta este un avantaj major față de turnarea sub presiune înaltă pentru piesele structurale care trebuie să atingă limite de curgere de 220 până la 300 MPa.
Care este grosimea minimă a peretelui pentru turnarea la presiune joasă?
Zonele generale trebuie să rămână la 3,5 până la 4 mm pentru o umplere constantă. Secțiunile scurte pot ajunge la 2,5 până la 3 mm, cu un dispozitiv atent proiectat. Sub acest interval, turnarea sub presiune de înaltă presiune este procesul mai potrivit.
Turnarea la presiune joasă elimină complet porozitatea?
Niciun proces nu elimină complet porozitatea. Turnarea la presiune joasă reduce drastic porozitatea gazului și poate trece de clase stricte de raze X, dar calitatea topiturii, temperatura matriței și profilul de presiune trebuie să fie toate controlate. Când apare porozitatea, de obicei, se urmărește hidrogenul din topitură sau presiunea de alimentare insuficientă, nu procesul în sine.
