Особенности литья алюминия под давлением

Литье алюминия под давлением является одним из востребованных процессов обработки металла, из которого с помощью воздействия высоких температур создают изделия любой нужной (даже самой сложной) конфигурации. Алюминиевое литье под давлением используется на производстве для создания качественных, прочных и надежных деталей, отличающихся неповторимыми свойствами.

Описываемый процесс относится к числу полностью механизированных манипуляций, в ходе которых расплавленный металл подается в специальную разъемную форму под искусственно созданным давлением с помощью поршня, движущегося с достаточно большой скоростью.

Такой способ отливки гарантирует отсутствие усадки и высокий уровень точности выполнения работ. В процесс такого создания деталей практически исключено существование бракованных изделий. Это является одним из важнейших преимуществ описываемого процесса. Созданные таким образом детали и другие изделия нашли применение в:

приборостроение;
машиностроение;
авиастроение.

Алюминий – мягкий, но весьма прочный металл, которые сложно поддается различным видам обработки, но отличается довольно низкой температурой плавления, позволяющей заниматься его литье даже в домашних условиях или в условиях небольшой мастерской. Конечно наиболее точный налаженный процесс возможен при использовании профессионального оборудования, установленного в производственных цехах.

Мы проконсультируем вас по любым вопросам!

приборостроение;
машиностроение;
авиастроение.

Литая алюминиевая деталь?

Обычно считается, что применение алюминиевого литья для нагруженных деталей оправдано только тогда, когда сложная форма литой детали дает существенное преимущество в массе по сравнению с простой по форме, например, кованой, деталью.

Обычно литейщики-производственники работают только несколькими литейными сплавами, что оправдано более экономичным использованием литейного оборудования, сокращением запасов сырья и снижением риска смешивания различных сплавов. С точки зрения качества литья более разумно работать со сплавом, который является технологичным, чем с тем, который может быть на бумаге и показывает несколько лучшие свойства, но более труден технологически.

С точки зрения литейщиков эти сплавы являются частным случаем литейных сплавов и поэтому могут называться немного по-другому – алюминиевые литейные сплавы.

Литьё под давлением алюминиевых сплавов — какие сплавы лучше?

1. Сплав АК12, называемый также силумин, — это смесь алюминия с кремнием, в которую добавляется небольшое количество магния (до 0,5%). Сплав является одним из самых твердых из всего многообразия смесей на основе алюминия. Также он характеризуется низкой литейной усадкой и герметичностью. Активно применяется для литья под давлением благодаря тому, что не дает трещин в процессе создания заготовок. Используется для производства деталей, работающих под небольшой нагрузкой.

2. Алюминиевый сплав АК12М2 производится добавлением в расплавленный алюминий небольшого числа кремния (от 11 до 13%), меди (1,8-2%) и железа (0,6-0,9%, в основном для того, чтобы заготовка лучше отделялась от формы). Применяется, в основном, для изготовления алюминиевых чушек и фасонного литья.

3. Сплав АК9 производится смешиванием алюминия с кремнием (85-90% + 8-11%) и добавлением небольшого количества примесей: никеля (до 0,3%), меди (до 1%) и цинка (до 0,5%). Сплав характеризуется высокой прочностью, однако не отличается пластичностью. Он используется для производства деталей самолетов, элементов сложных приборов и других заготовок, способных выдерживать высокие нагрузки, но не подвергающихся повышенным вибрациям.

4. Алюминиевый сплав АК9М2 благодаря удачному соотношению алюминия, кремния и меди отличается наиболее сбалансированным соотношением твердости к пластичности. Благодаря его физическим свойствам, сплав активно применяется для производства ненагруженных деталей, корпусов и деталей для различных приборов. Может подвергаться искусственному старению и закалке.

5. Сплав АК5М2 считается одним из самых популярных в системе алюминий-кремний-медь. Он отличается не только высокой прочностью и относительной пластичностью, но и дешевизной. Применяется сплав для «неответственного литья»: производства алюминиевой посуды, фасонных отливок, ненагруженных деталей и т.д.

Литье алюминия под давлением или в кокиль – это быстрый и относительно недорогой способ получить большие партии заготовок и деталей для машиностроительной, медицинской или пищевой промышленности. В зависимости от конкретных задач, можно выбрать тот или иной сплав, наиболее точно отвечающий конечным условиям эксплуатации изделия.

Силумины нормальные

Из литейных алюминиевых сплавов наиболее часто применяют силумины

– сплавы с большим содержанием кремния. Сплавы алюминия только с медью, магнием и цинком применяют значительно реже. Дело в основном в том, что для получения плотной структуры отливки необходим сплав с узким интервалом кристаллизации, а для этого лучше подходят сплавы эвтектической концентрации или близкой к ней. В этом смысле система Al–И имеет решающее преимущество над другими системами – ее эвтектика имеет сравнительно низкое содержание кремния 11,7 %, тогда как в системе Al–С эвтектика имеет 33 % меди, а в системе Al–Mg – 34,5 %.

Двойные сплавы Al–И имеют самые лучшие литейные свойства. К ним относится обычный (нормальный) силумин с содержанием кремния от 10 до 13 % (сплав АЛ2), который применяют для отливок сложной формы при отсутствии требований высоких механических свойств.

Что такое литье алюминия под давлением сегодня?

Сегодня литье алюминия под давлением – это полный цикл производства изделия, который может начинаться с проектирования линейной оснастки до получения готовой заготовки на выходе.

Суть процесса в заполнении расплавленным алюминием специальной пресс-формы, изготовленной по шаблону или индивидуальному заказу. Литье алюминия под давлением позволяет недорого получать достаточно сложные изделия благодаря его низкой температуре плавления. Готовые детали могут весить от нескольких грамм до десятков килограмм и имеют самые широкие сферы применения.

Для чего в алюминиевом литье используется давление?

Литье алюминия под давлением производится для увеличения скорости заполнения пресс-формы, а также расширения возможностей детализации изделий. В современном производстве для литья заготовок из алюминия и других цветных металлов применяется давление от 35 до 700 МПа.

Подобным образом сегодня с минимальными затратами возможно отливать детали из алюминия на заказ для автомобильной (алюминиевые блоки двигателей, мелкие запчасти), медицинской и пищевой промышленности, а также многочисленные детали для производства бытовых приборов, сантехнического оборудования и многого другого.

Среди преимуществ литья алюминия под давлением можно назвать высокую производительность, отличное качество поверхности готовых изделий (5-8 класс), а также высокую точность детализации готового изделия (3-7 класс).

Подготовка к процессу

В процессе литья алюминия под давлением расплавленный металл заливают в специально подготовленные формы, нагнетая его с помощью поршня.

Поршень, движущийся с большой скоростью, не дает возможности горячему металлу изменить запланированную форму и полностью устраняет их его массы пузырьки воздуха, обеспечивая отсутствие усадки.

Распределение горячей массы жидкого алюминия происходит стремительно, подготовленная форма заполняется очень быстро, после чего вся масса, заполнившая ее, постепенно застывает в точности повторяя установленную конфигурацию детали.

При изготовлении элементов с полостями используются машины, оснащенные специальными поршнями, обеспечивающими проникновение внутрь заполненной формы.

Процесс литья под давлением алюминиевых сплавов получил широкое распространение, а изготовленные таким образом детали, пользуются огромным спросом благодаря высоким показателям ковкости и пластичности исходного материала.

Во время работы используют так называемые пресс-формы, в которых и осуществляется процесс литья алюминия под давлением.

Силумины специальные

При более высоких требованиях к прочностным свойствам применяют специальные силумины – доэвтектические силумины с содержанием кремния от 4 до 10 % и добавками меди, магния и марганца в различных комбинациях и количествах. Сплавы АЛ4 и АЛ9 – силумины с пониженным содержанием кремния и с небольшим добавками магния и марганца (АЛ4) и магния (АЛ9), что улучшает их механические свойства. Низкокремнистые силумины, легируют медью, а также небольшими количествами магния – сплав АЛ5, магния и марганца (и титана) – сплав АК5М2. Они обладают худшими литейными свойствами, чем нормальный силумин, но превосходят его по механическим свойствам. Эти силумины после термической обработки имеют прочность от 200 до 250 МПа и относительное удлинение от 1 до 6 % – прочность близкая к прочности деформируемых сплавов, но при относительно низкой пластичности. Это связано с более грубой структурой, не раздробленной пластической деформацией. Сплав АЛ11 относится к цинковистым силуминам – добавка цинка таких больших количествах (10-14 %) улучшает его литейные свойства, что дает возможность отливать из него особо сложные детали.

Особенности производственного процесса

Литье алюминия под давление на производстве используется для изготовления деталей различных размеров и форм, а также других отливок. Во время производственного процесса нагретый до температуры 600˚Цельсия расплавленный алюминий под большим давлением подается в изготовленную из стали пресс-форму.

Главные отличительные черты и особенности литья, осуществляемого в условиях производственных цехов:

быстрое нагревание металла до температуры плавления;
точная подача определенного количества сырья, предназначенного для отливки;
полная автоматизация производственного процесса;
создание достаточно высокого давления для качественного выполнения работ.

Все это позволяет получать качественные детали и составляющие машин и приборов, изготовленные с высокой точностью и в самые короткие сроки. Еще одна отличительная черта, которая может быть признана преимущество изготовления деталей из алюминия при помощи литья под давлением – высокая производительность при минимальной трудоемкости процесса.

Производители пользуются этими положительными качествами для создания большого количества качественных деталей различной конфигурации, предназначенных для использования в самых различных областях промышленности.

Неотъемлемое достоинство литья алюминия под давление заключается еще и в том, что изготовленные таким способом составляющие приборов и другие элементы практически не нуждаются в дополнительной обработке, проводимой механическим путем.

Для осуществления всех необходимых операций особой популярностью у производителей пользуется применение машин для литья алюминия под давлением, используемых в условиях производственных цехов.

Это машины, оснащенные камерой прессования:

горячей;
холодной.

На многих предприятиях широко используют горизонтально установленные холодные камеры прессования, в которые под давлением подается расплавленный алюминий.

Разнообразие и использование сплавов, необходимые станки и формы

Повышенным спросом пользуются изделия из алюминиевых сплавов:

Силумин – сплав алюминия с кремнием. После добавления в его состав магния, конечный продукт становится чрезвычайно прочным. Это один из самых низкоусадочных и высокогерметичных сплавов. При изготовлении не подвержен растрескиванию и используется для создания элементов, подвергающихся небольшим нагрузкам.
С целью создания фасонного литья используется сплав, в состав которого помимо самого алюминия входят медь, кремний и железо. Такая заготовка прекрасно отделяется от формы и отличается высокой прочностью.
При создании высокопрочных элементов используют сплав алюминия с добавлением кремния, никеля, меди и цинка.

Тот или иной сплав выбирается в зависимости от задач, которые предстоит выполнить изготовленным деталям и нагрузок, которые готовые элементы должны будут выдержать.

Все операции проводят на специально созданном оборудовании, которое может быть использовано как в условиях производственного цеха, так и в небольшой частной мастерской.

Пользуясь специальным оборудованием для литья алюминия можно создавать предметы, необходимые в быту и детали, весьма значимые при сборке различных машин и агрегатов.

Для создания вышеперечисленных сплавов необходимо использование машин, оснащенных как холодной, так и горячей камерами, предназначенными для плавления металла. Машины с горячими камерами необходимы при производстве сплавов, в состав которых введен цинк. Расплавленный металл внедряется во внутреннее пространство пресс-формы постепенно. Он заполняет всю форму.

Во время работы со сплавами, в составе которых содержится магний и медь, отливки производятся благодаря тому, что расплавленный состав внедряется внутрь пресс-формы под довольно большим давлением. Его уровень в определенных ситуациях достигает 700 Мпа. Именно такой способ производства позволяет заметно повысить производительность труда, не повышая трудоемкости процесса, а изготовленным таким образом детали не требуют механической обработки.

Выбор оборудования при создании цеха или организации процесса литья основан на особенностях технологического процесса. При литье алюминия под давлением он заключается в следующем:

В раскаленной печи металл нагревается до температуры плавления и переходит в жидкое состояние.
В это время в цеху должна быть подготовлена специальная пресс-форма, внутренний контур которой полностью соответствует параметрам будущей детали.
Расплавленный металл под большим давлением подается в подготовленную пресс-форму.
После остывания из разъемной пресс-формы извлекают готовое изделие.

Сегодня некоторые производители пользуются и другими способами литья. Это может быть литье в землю, песок или цемент, но литье алюминия под давлением дает возможность получить изделие, минимальная толщина стенки которого меньше миллиметра. А все может достигать от 4 до 12 кг.

Общая характеристика и свойства

Существует довольно большое количество разновидностей литейных алюминиевых сплавов, каждый из которых обладает своими особенностями. Алюминиевый литейный сплав характеризуется следующими эксплуатационными качествами:

Высокие литейные качества. Подобный металл довольно часто применяется для литья по форме. Высокие литейные качества позволяют создавать детали сложной формы.
Плотность. Химический состав алюминиевых литейных сплавов определяет то, что их плотность относительно невелика. За счет этого вес получаемой конструкции относительно небольшой.
Коррозионная стойкость также высокая. Она может снижаться за счет добавления различных легирующих элементов.
Рассматривая свойства сплавов следует отметить и повышенную прочность, а также твердость. Эти качества достигаются путем добавления самых различных веществ.
Высокая степень обрабатываемости. Путем литья достаточно часто получают заготовки, которые в дальнейшем доводят до готового состояния путем механической обработки на фрезерном или другом оборудовании.

Подобные материалы обладают хорошими литейными свойствами, что позволяет получать детали со сложными поверхностями. Сплавы с высоким содержанием магния или других легирующих элементов могут подвергаться дополнительной термообработке.

В большинстве случаев к данному материалу предъявляют следующие требования:

Хорошие литейные свойства. Именно они считаются наиболее важными при рассмотрении алюминиевых сплавов данной группы. Чем менее выражены литейные качества, тем хуже раствор заполняет созданную форму. Литейные свойства могут определяться самыми различными методами.
Небольшая усадка. Процесс усадки практически неизбежен при литье по форме. Однако некоторые составы более склонны к образованию раковин и других дефектов при литье, другие меньше. Чем меньше усадка, тем более качественным получается изделие.
Высокая жидкотекучесть. Если созданная форма для литья имеет большое количество сложных поверхностей, то для их заполнения состав должен обладать повышенным показателем жидкотекучести.
Малая склонность к образованию горячих трещин. При выполнении литейных операций возникает вероятность появления трещин, которые снижают прочность структуры и эксплуатационные качества материала.
Низкая склонность к пористости. Пористая структура обладает менее привлекательными эксплуатационными качествами, так как она имеет меньшею прочность, впитывает влагу и может быть подвержена воздействию коррозии.
Оптимальные механические и химические свойства. Современные методы легирования позволяют сделать легкий материал более прочным. Для этого проводится добавление самых различных компонентов. Оптимальные механические свойства представлены сочетанием легкости и прочности, а также другими качествами.
Мелкозернистая однородная структура. При рассмотрении особенностей структуры получаемых изделий следует отметить, что однородная лучше воспринимает оказываемые нагрузки и вероятность появления дефектов существенно снижается. Неоднородную структуру можно охарактеризовать тем, что изделие может иметь разный показатель твердости поверхности, на одной части может появляться коррозия, другая может оказаться быть более устойчивой к подобному воздействию.

Исключить вероятность образования многих дефектов можно путем соблюдения технологии отливки и обработки полученного сплава. Кроме этого, используемый состав также в той или иной степени определяет вероятность образования дефектов.

Литейные алюминиевые сплавы в чушках

Наиболее важным качеством можно назвать жидкотекучесть. Она определяет способность заполнения литейной формы. Кроме этого уделяют внимание тому, какова склонность состава к образованию газовых и усадочных пустот. Измеряется показатель жидкотекучести тем, какая емкость и за какое время может заполниться. Стоит учитывать, что повышенное содержание оксидов становится причиной снижения показателя жидкотекучести.

Процесс литья также определяет высокую вероятность образования усадочных раковин. При охлаждении расплав уменьшается в объеме. Выделяют два основных типа образующейся раковины:

крупную;
макроусадочную.

Для определения степени усадки используются различные методы.

При литье также часто встречается деформация, которая становится причиной образования трещин. Она связана с процессом, который определяется сжимающим напряжением между уже затвердевшим и кашеобразным составом.

Различают несколько разновидностей алюминиевых литейных сплавов, о которых далее поговорим подробнее.

Устройства

Машины для литья алюминия под давлением отличаются рядом особенных технических характеристик. Зная некоторые параметры и выбирают наиболее подходящее оборудование, на котором предстоит работать:

Производительность. Стоимость машины для литья алюминия под давлением напрямую зависит от того, сколько деталей она способна изготовить за один час и при использовании в производственном режиме за 8–10 рабочего времени. Чем выше производительность, те выше стоимость машины.
Масса отливок. Этой характеристики зависит и то какими насосами, двигателями поршнями с наконечниками должно быть укомплектовано устройство.
Габариты и вес оборудования. Выбор полностью зависит от размера производственного помещения и общих производственных площадей.

Машины, предназначенные для литья алюминия под давлением, имеют непосредственное отношение к крупногабаритной производственной технике, хотя современные производители предлагают и оборудование, созданное для использования на мини-заводах. Большую роль в выборе играет стоимость машины. Она основана на совокупности всех выше перечисленных качеств, которыми должно обладать оборудование, используемое как в производстве, так и в условиях небольшой мастерской.

Большинство современных моделей машин для литья алюминия под давлением оснащены компьютерным блоком, многочисленными датчиками, способными считывать и анализировать данные о выполнении операций, высококлассной гидравлической системой. Сделать правильный выбор можно только сопоставив возможности приобретаемого оборудования и потребности пользователя.