Суть литья под высоким давлением (сокращенно литье под давлением) заключается в методе, при котором жидкий или полужидкий металл заполняет полость литейной формы (формы для литья под давлением) с высокой скоростью и под высоким давлением, образуя и затвердевая под давлением отливку.
1. Процесс литья под высоким давлением
1.1 Схема плоскости литья под высоким давлением
В настоящее время стандартная конфигурация зоны литья под давлением включает в себя: вакуумную машину для литья под давлением, печь для термообработки с системой количественного литья, систему нанесения покрытия на изделие, сокращающую время нанесения покрытия, роботизированную обработку деталей, шлакоподготовку, резку и другие операции, а также окончательную резку до литниковой системы; зону литья под давлением также можно модернизировать для автоматизированной очистки в условиях больших объемов производства.
1.2ПрименениеПрограммное обеспечение для моделирования CAE
Анализ CAE все шире используется в литейной промышленности, представленный такими программами, как PROCAST, MAGMA, flow-3D и др. На основе результатов расчетов потока заполнения и распределения скорости, моделирование позволяет точно прогнозировать дефекты, такие как заполнение, включения и плохое заполнение, что значительно повышает выход годной продукции и позволяет существенно снизить затраты. Это очень полезный инструмент для быстрого и научного проектирования всей системы литья (литниковый канал, литник, переливной бак и т. д.) для литья под давлением. Он позволяет оптимизировать параметры процесса литья, сократить количество испытаний пресс-форм, снизить себестоимость литья и улучшить качество продукции. Для общего анализа заполнения, затвердевания, распределения пористости и распределения скорости использовалось программное обеспечение CAE (см. рис. 2).
1.3Применениевакуумное литье под давлением
В условиях постоянного повышения требований к качеству продукции, использование вакуума для решения проблем заполнения и герметичности отливок получило широкое распространение, и в качестве вакуумного клапана обычно используются два типа. На рисунке 3 представлена принципиальная схема вакуумного клапана. Как и в обычном процессе литья под давлением, после попадания алюминиевой воды в камеру начинается вакуумирование. Затем, когда литейная машина запускается на высокой скорости, кинетическая энергия алюминиевой воды используется для воздействия на пружинную пластину вакуумного клапана. При использовании механического вакуумного клапана он обычно закрывается во время предварительного нагрева формы. После завершения предварительного нагрева вакуумный клапан можно использовать только при начале работы на высокой скорости и создании давления. Механический вакуумный клапан имеет преимущества простоты использования, но точность обработки у него высокая, а стоимость относительно высока. На рисунке 4 представлена принципиальная схема гидравлического вакуумного клапана. Принцип работы механического вакуумного клапана аналогичен. При запуске пуансона начинается вакуумирование, но принцип закрытия вакуумного клапана отличается. При запуске гидравлического вакуумного клапана на высокой скорости одновременно подается сигнал в гидравлическую систему вакуумного клапана, и вакуумный клапан закрывается. Стоимость гидравлического вакуумного клапана относительно низкая, но требуется, чтобы параметры процесса литья под давлением и конструкция пресс-формы совпадали, иначе литье алюминия под давлением в вакуумный клапан приведет к засорению.
2.Dнапример, применение новых технологий в литейных машинах.
2.1 Технология литья под высоким вакуумом
В настоящее время импортные машины для литья под давлением представлены компаниями Buhler и Fuller, и оба поставщика оборудования для литья под давлением хорошо разбираются в применении высокого вакуума. Технология высокого вакуума Buhler, в основном, основана на конструкции вакуумного интерфейса камеры высокого давления и задней части формы, что позволяет легко откачивать воздух из начала камеры высокого давления, в то время как вакуум на задней части формы способствует более тщательному вакуумированию полости. Технология высокого вакуума Fulai предполагает прямую герметизацию камеры: в нижней части камеры устанавливается труба, непосредственно вставляемая в изоляционную печь, где происходит герметизация формы, а вакуум в полости создает отрицательное давление, жидкий алюминий из изоляционной печи поступает в камеру, после чего происходит литье под давлением. Главное преимущество этой технологии заключается в том, что она предотвращает контактное окисление алюминия водой и воздухом и позволяет проводить термообработку T6, что уже широко используется в Европе для производства конструкционных деталей автомобилей.
2.2 Быстрая смена формы
Целью каждого производственного предприятия является повышение эффективности производства и снижение производственных затрат. OEE определяется на международном уровне как: OEE расшифровывается как общая эффективность оборудования. Она состоит из показателей доступности, производительности и качества, а именно: OEE = доступность × производительность × показатель качества. В литье под давлением замена пресс-форм является одной из шести основных причин потерь. Быстрая смена пресс-форм стала целью бережливого производства. Замена пресс-форм обычно определяется как время от производства последнего качественного изделия до следующей смены пресс-формы для производства первого качественного изделия на литейной машине. В Японии для 800-тонной машины для литья под давлением с холодной камерой среднее время замены пресс-форм составляет 10-20 минут; в Китае время замены пресс-форм относительно велико, более 10 часов также является распространенным явлением. Помимо управления графиком, стандартизации операций и управления инструментами, замена пресс-форм связана с оценкой того, соответствуют ли условия для замены следующим:
(a) возможность быстрого позиционирования пресс-формы; (b) возможность быстрого крепления пресс-формы (матрица или зажимной винт); (c) наличие быстроразъемных соединений между литейной машиной и конструкцией выталкивания пресс-формы; (d) наличие быстроразъемных соединений для масляного цилиндра, вытягивающего стержень; (e) наличие быстроразъемных соединений для сигнала хода масляного цилиндра; (f) возможность очень быстрого считывания параметров процесса; (g) минимальный модуль предварительного нагрева (при необходимости для предварительного нагрева пресс-формы используется машина для измерения температуры пресс-формы).
3. Изделия, изготовленные методом литья под давлением
В настоящее время изделия из алюминиевых сплавов, отлитые под давлением, делятся на три категории в зависимости от объема производства. Первая категория включает автомобили, мотоциклы, корпуса двигателей, трансмиссий (двигатели, цилиндры и т. д.), корпуса базовых станций и фильтров (сетевые коммуникации), а третья категория – кузова с более высокими требованиями к механическим характеристикам. На рисунке показан типичный образец изделия из алюминиевого сплава, отлитого под давлением:
4. Заключительные замечания
Алюминиевые сплавы обладают высокой удельной прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и превосходной электропроводностью. В условиях современной экономики, ориентированной на энергосбережение, сокращение выбросов и защиту окружающей среды, в Китае стремительно развивается литье алюминиевых сплавов под давлением. Я считаю, что в ближайшем будущем ассортимент продукции из алюминиевых сплавов станет еще более разнообразным. Основные изменения коснутся следующих аспектов: 1) Развитие ассортимента продукции будет стимулировать разработку новых материалов для литья под давлением из алюминиевых сплавов, таких как: высокая теплопроводность, высокая прочность и ударная вязкость; 2) разработка новых материалов для литья под давлением из алюминиевых сплавов также будет способствовать развитию новых технологий литья под давлением, таких как полужидкостное литье, высоковакуумное литье с вакуумным отжимом; 3) развитие технологий также предъявит более высокие требования к оборудованию и вспомогательным материалам, таким как: крупногабаритные литейные формы, машины для регулирования температуры формы, распылительное оборудование, машины для подготовки форм к сливанию, вакуумные машины, машины для холодного литья, системы контроля и обнаружения температуры формы и т. д.
