Ключевые различия между двумя распространенными процессами литья металла
Литье под давлением и литье в песчаные формы — два наиболее распространенных производственных процесса производства металлических деталей в больших масштабах. Оба метода включают заливку расплавленного металла в формы, но типы форм и оптимальные области применения значительно различаются. Здесь мы рассмотрим ключевые различия между литьем под давлением и литьем в песчаные формы с точки зрения качества деталей, геометрии, используемых металлов, объемов производства и затрат.
Обзор литья под давлением
При литье под давлением используются постоянные металлические формы, называемые штампами, для многократного массового производства сложных металлических деталей с высокими допусками в больших объемах. Расплавленный металл впрыскивается под высоким давлением в матрицу, чтобы быстро заполнить полости формы. Металл быстро затвердевает в течение 15–90 секунд, после чего половины матрицы отделяются и отливка выбрасывается. Сплавы цинка, алюминия и магния обычно отливают под давлением.
Преимущества литья под давлением:
- Возможны большие объемы производства
- Превосходная точность размеров и чистота поверхности.
- Возможны тонкие стенки и сложные контуры
- Высокая производительность и автоматизация
- Стабильно высокое качество деталей
Недостатки литья под давлением:
- Высокие первоначальные затраты на оснастку для штампов.
- В основном ограничивается цветными металлами.
- Ограничения по размеру в зависимости от мощности пресса
- Производительность может быть ограничена кавитацией штампа.
Обзор литья в песчаные формы
При литье в песчаные формы одноразовые формы изготавливают из природного или синтетического песка, смешанного со связующими веществами. Расплавленный металл заливается в полости формы, где он затвердевает, прежде чем форма разрушается и освобождается отливка. Литье в песчаные формы подходит для небольших и больших объемов и для большинства металлов, включая черные и цветные сплавы.
Преимущества литья в песок:
- Низкие первоначальные затраты на оснастку для моделей из дерева или металла.
- Отливки любых размеров, от унций до тонн.
- Возможна очень высокая сложность формы
- Возможность отливки широкого спектра металлических сплавов.
- Гибкость для прототипов или производства
- Термическая обработка не влияет на плесень
Недостатки литья в песчаные формы:
- Как правило, более низкая точность и чистота поверхности, чем при литье под давлением.
- Время, необходимое для подготовки формы в каждом цикле
- Не так автоматизировано, как литье под давлением.
- В отливках могут возникать дефекты пористости.
- Ограничено меньшими объемами производства, чем литье под давлением.
Ключевые различия между литьем под давлением и литьем в песчаные формы
Здесь мы рассмотрим несколько ключевых различий между этими двумя процессами:
Точность и допуски деталей
- Литье под давлением позволяет производить детали с чрезвычайно высокой точностью размеров до ±0,002 дюйма, а также с прекрасной отделкой поверхности. Это связано с превосходной повторяемостью работы постоянных металлических матриц от цикла к циклу.
- Отливки из песка имеют меньшую точность (около ±0,02 дюйма) и более грубую отделку, поскольку песчаные формы постепенно разрушаются под воздействием термоциклирования. Однако литье в песчаные формы по-прежнему позволяет добиться точности во многих случаях.
Сложность детали
- Литьем под давлением можно изготавливать детали с очень тонкими и глубокими ребрами и стенками, а также сложные контуры и детали. Высокое давление металла полностью заполняет полости матрицы.
- Стандартное литье в песок ограничено необходимостью иметь возможность извлекать модель из утрамбованного песка. Однако новые песчаные формы, напечатанные на 3D-принтере, позволяют создавать более сложные геометрические формы.
Используемые металлы
- Цинк, алюминий, магний и некоторые медные сплавы обычно используются при литье под давлением. Быстрое охлаждение металла в матрицах предотвращает образование горячих трещин.
- Литье в песчаные формы позволяет обрабатывать практически любой металл, включая черные сплавы, такие как чугун и сталь, которые могут треснуть при литье под давлением. Песчаные формы выдерживают более высокие температуры заливки.
Объемы производства
- Литье под давлением оптимизировано для больших, стабильных партий объемом более 10000+ единиц. После изготовления штампов можно быстро производить отливки.
- Литье в песчаные формы возможно от отдельных прототипов до примерно 1,000 деталей. Изготовление формы необходимо повторять для каждого цикла литья.
Факторы стоимости
- Литье под давлением имеет очень высокие первоначальные затраты на обработанные штампы, но более низкие затраты на деталь при больших объемах.
- Литье в песчаные формы имеет низкие первоначальные затраты на модели, но более высокие текущие затраты на рабочую силу и материалы для каждого производственного цикла.
Благодаря своей гибкости при работе со многими металлами, геометриями и объемами, литье в песчаные формы будет оставаться популярным для прототипов и небольших и средних производственных партий. Однако при массовом производстве сложных деталей из цветных металлов литье под давлением обеспечивает непревзойденную эффективность и точность. Понимание этих ключевых компромиссов позволяет выбрать оптимальный процесс литья для данного продукта.
Тенденции исследований и разработок
Ученые и представители промышленности продолжают исследовать и совершенствовать процессы литья под давлением и литья в песчаные формы:
- Новые связующие системы улучшают разборчивость и чистоту поверхности песчаных форм (Tang et al, 2022).
- Новые алюминиевые сплавы, такие как Al-Ce, обеспечивают превосходную прочность и коррозионную стойкость при литье под давлением (Shaha et al, 2019).
- Имитационное моделирование сводит к минимуму дефекты за счет оптимизации конструкции матрицы и литника (Gourlay et al, 2022).
- Автоматизация, такая как роботы, и поточный контроль качества повышают производительность обоих процессов (Ху и др., 2021).
- 3Песочные формы, напечатанные на цифровом принтере, позволяют создавать более сложные геометрические формы для литья в песчаные формы (Ли и др., 2020 г.)
- Усовершенствованные датчики, такие как ультразвук, обнаруживают дефекты на ранних этапах процесса литья под давлением (Jia et al, 2021).
В China Welong Foundry мы предоставляем клиентам как недорогое литье прототипов в песчаные формы, так и крупносерийное производство литья под давлением для достижения оптимальных результатов на протяжении всего жизненного цикла продукта. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресуinfo@welongpost.com!
Использованная литература:
Тан Ю., Лю Дж., Чжао Х., Чжао З. и Цао Х. (2022). Влияние нового технического углерода и фенольно-уретанового связующего на свойства песков, покрытых смолой. Материалы, 15(4), 1442.
Шаха С.К., Червински Ф., Каспржак В., Фридман Дж. и Чен Д.Л. (2019). Разработка высокоэффективных сплавов Al-Ce. Материаловедение и инженерия: А, 767, 138372.
Гурли, К.М., Лаукли, Х.И., Даргуш, М.С., и Шумахер, П. (2022). Подходы к моделированию и симуляции для повышения качества литья алюминия под давлением: обзор. Металлы, 12(4), 634.
Ху Б., Бао Р., Карнати С. и Лиу Ф. (2021). Интеллект и автоматизация в литейной промышленности: обзор. Журнал производственных систем, 60, 443-458.
Ли Х., Чжан Х., Ван Х. и Чжао Дж. (2020). Исследования отливок методом 3D-печати в песке. Проседиа Мануфактуринг, 48, 1068-1074.
Цзя З., Джолли М., Чинеста Ф. и Куэто Э. (2021). Энергетическое моделирование для эффективных процессов литья под давлением. Журнал технологии обработки материалов, 291, 117048.