Литье алюминиевых сплавов: процессы изготовления, характеристики и выбор

Почему литые алюминиевые сплавы

Отливки из алюминиевых сплавов сочетают в себе легкий вес, хорошую тепло- и электропроводность, а также способность формировать сложную внутреннюю геометрию, которую механическая обработка не может обеспечить экономично. К распространенным литейным сплавам относятся A356 (Al-Si7Mg), который поддается термической-обработке и сварке; A380 (Al-Si8Cu3), обеспечивающий превосходную литье-в кокиль; и ADC12, мощная-рабочая лошадка для литья под высоким давлением в Азии. Процессы литья различаются в основном по материалу формы, давлению, достижимому допуску, качеству поверхности и объему производства, поэтому выбор процесса – это не только техническое, но и ценовое-и-решение по качеству.

Литье в песок

При литье в песок формируется форма из уплотненного песка, связанного глиной или смолой, с рисунком, который перед заливкой удаляется. Это наиболее гибкий процесс: можно производить практически любой сплав, размер и количество, инструменты недороги, а вносить изменения в конструкцию легко. Допуск на размер сравнительно невелик, обычно от плюс/минус 0,5 до 1,5 мм в зависимости от размера, а обработка поверхности шероховатая, от Ra от 6,3 до 25 микрометров, поэтому на функциональных поверхностях требуются механически обработанные элементы. Отливки из песка склонны к пористости и дефектам включения, если литники и стояки не спроектированы тщательно. Это остается стандартным процессом для крупных корпусов, прототипов и мелкосерийного производства.

Инвестиционное литье

При литье по выплавляемым моделям, также называемом литьем по выплавляемым-восковым моделям, создается восковая модель, покрывает ее несколькими слоями огнеупорной суспензии, образуя керамическую оболочку, затем расплавляет воск и заливает металл в обожженную оболочку. В форме нет линии разъема, поэтому возможны детали почти -чистой-формы со сложными деталями, тонкими стенками примерно до 1,5 мм и тонкой отделкой поверхности Ra от 1,6 до 3,2 микрометра. Для мелких деталей типичны допуски плюс/минус 0,1–0,25 мм. Затраты на оснастку и-деталь выше, чем при литье в песчаные формы, что делает литье по выплавляемым моделям экономичным для сложных-компонентов в аэрокосмической, оборонной и медицинской технике, где экономия на механической обработке компенсирует затраты.

Литье под высоким-давлением

При литье под давлением расплавленный алюминий впрыскивается в форму из закаленной стали с высокой скоростью и давлением, что позволяет получать детали с превосходной размерной стабильностью, гладкими поверхностями и тонкими стенками от 1 до 4 мм. Время цикла измеряется в секундах, поэтому литье под давлением — это процесс массового производства корпусов автомобилей, приборов и электроники; A380 и ADC12 являются стандартными сплавами из-за их текучести и устойчивости к горячему растрескиванию. Пористость из-за захваченного воздуха является основным ограничением: для -герметичных деталей может потребоваться вакуумное-литье под давлением или последующая пропитка, а используемые сплавы обычно не поддаются сварке и не подходят для повышенных рабочих температур выше примерно 150 градусов Цельсия.

Постоянная форма и литье под низким-давлением

При литье в постоянную форму (гравитационное литье) металл заливается в многоразовую стальную или чугунную-форму под действием силы тяжести. Он производит более плотные и прочные детали, чем литье в песчаные формы, с лучшим качеством поверхности и более жесткими допусками, и он хорошо работает с термообработанными-сплавами, такими как A356. Толщина стенок более 8 мм является практическим минимумом для надежной подачи при гравитационном литье, что соответствует эмпирическому правилу, используемому многими литейными предприятиями. При литье под низким-давлением создается контролируемое давление воздуха для заполнения формы снизу, что улучшает подачу и позволяет создавать тонкие-стенные,-плотные к давлению детали, такие как легкосплавные диски; это промежуточный процесс между гравитационным и литьем под давлением как по стоимости, так и по возможностям.

Сравнение процессов и выбор

Выбирайте литье в песчаные формы для прототипов, крупных деталей и небольших объемов; литье по выплавляемым моделям деталей сложной,-чистой-формы с тонкими стенками; постоянная форма или литье под низким-давлением для деталей конструкций среднего-объема, которым необходима прочность и герметичность; и литье под высоким-давлением для изготовления деталей большого-объема с тонкими-стенками и жесткими допусками.

После-Операций по кастингу

Большинство конструкционных отливок подвергаются термообработке Т6: обработка на раствор при температуре около 540 градусов по Цельсию, закалка в воде и искусственное старение при температуре от 155 до 175 градусов по Цельсию, что примерно удваивает предел текучести A356. Далее следуют механическая обработка, испытание давлением и обработка поверхности, такая как анодирование, порошковое покрытие или хроматирование, в зависимости от применения. Проверка обычно включает в себя рентгеновскую или компьютерную томографию на предмет внутренней пористости в деталях аэрокосмической отрасли, проверку поверхностных трещин с помощью пенетранта и проверку размеров на соответствие утвержденной модели отливки.

Часто задаваемые вопросы

Какой процесс литья алюминия является самым дешевым для небольших партий?

Литье в песчаные формы имеет наименьшую стоимость оснастки и наиболее экономично для прототипов и небольших партий; Себестоимость единицы продукции падает вместе с объемом, а литье под давлением становится дешевым при производстве примерно 10 000 деталей в год.

В чем разница между литьем по выплавляемым моделям и литьем под давлением?

При литье по выплавляемым моделям используется одноразовая керамическая оболочка, которая подходит для сложных деталей от малого-до-среднего-объема с тонкой отделкой и тонкими стенками; При литье под давлением используется многоразовая стальная форма, которая подходит для деталей большого-объема с коротким временем цикла, но с более высокой стоимостью оснастки.

Можно ли подвергать литью под давлением алюминий термообработке?

Большинство-сплавов для литья под давлением, таких как A380 и ADC12, не поддаются термообработке-для достижения высокой прочности, поскольку во время обработки на раствор образуются пузырьки газа; Отливки под действием силы тяжести и низкого-давления из А356 обычно подвергаются обработке Т6.

Какая толщина стенок рекомендуется для литья алюминия?

Минимальная толщина стенок составляет от 1 до 1,5 мм для литья под давлением и литья по выплавляемым моделям, от 2,5 до 3 мм для литья под низким-давлением и литья в песчаные формы и около 8 мм или более для деталей гравитационной постоянной формы, чтобы обеспечить надежную подачу.

Почему А356 и А380 являются наиболее распространенными литейными сплавами?

A356 обеспечивает превосходные литейные качества, а также прочность-поддается термообработке и свариваемость деталей конструкций; A380 сочетает в себе высокую текучесть, хорошие механические свойства и низкую стоимость для литья под давлением больших-объемов.

Можно ли избежать пористости в алюминиевых отливках?

Пористость можно свести к минимуму, но не всегда устранить: контролируйте качество расплава, литников и затвердевание, используйте вакуум-или заполнение под низким-давлением для-герметичных деталей и применяйте пропитку, когда утечка должна быть исключена.