При литье под низким давлением (LPDC) используется давление воздуха 0,06–0,15 МПа для подачи расплавленного алюминия вверх в форму, где он плавно заполняет её и затвердевает под давлением. Данный процесс подходит для изготовления конструкционных деталей, таких как подрамники и корпуса аккумуляторов. Однако каким бы совершенным ни был сам процесс, некачественный проект всё равно приведёт к получению бракованных деталей. Данная статья предназначена для инженеров, занимающихся проектированием деталей для литья под низким давлением: в ней рассматриваются вопросы определения толщины стенок, допусков и углов наклона, а также правила проектирования, характерные именно для LPDC, и способы предотвращения пористости и усадки ещё на этапе проектирования. В качестве приложения приводится контрольный список для проверки чертежей.
Что такое литье под низким давлением?
При литье под низким давлением форма устанавливается над герметичной печью, в систему подается сжатый воздух под давлением 0,06–0,15 МПа, который выталкивает металл по литниковой трубке для заполнения полости под давлением. Ключевое отличие от литья под высоким давлением заключается в характере заполнения: при литье под низким давлением заполнение происходит плавно с меньшим количеством уловленных газов, а детали можно подвергать термообработке. По сравнению с гравитационным литьем давление регулирует скорость заполнения и обеспечивает лучшую подачу материала, благодаря чему структура получается более плотной. Литье под низким давлением подходит для производства алюминиевых конструкционных деталей партиями от нескольких тысяч штук и более.
Как работает литье под низким давлением
Цикл LPDC состоит из шести этапов: закрытие и предварительный нагрев формы, создание давления, заполнение, удержание под давлением до затвердевания, сброс давления и открытие формы. Форма предварительно нагревается до 150–300 °C, сжатый воздух поступает в герметичную камеру, металл поднимается по литниковой трубке в полость, давление поддерживается до полного затвердевания, после чего форма открывается. Кривая давления и контроль температуры формы определяют качество наполнения и подачу материала на протяжении всего цикла, поэтому процесс LPDC требует строгого контроля технологического процесса.
Основные конструктивные параметры деталей LPDC
| Параметр | Рекомендуемое значение | Примечания |
|---|---|---|
| Толщина стенки | ≥3 мм, как можно более равномерно | Тонкие стенки затрудняют заполнение; резкие изменения толщины приводят к образованию «горячих точек» |
| Линейный допуск | ISO 8062 CT8 | Толщина стенки CT9; размеры детали см. в таблице |
| Угол наклона | 1° внешний, 2–3° внутренний, диапазон 0,5–3° | Учитывайте глубину рельефа и текстуру поверхности |
| Переходы между стенами | Постепенный | Во избежание усадки следует избегать резких переходов и отдельных участков с увеличенной толщиной |
| Углы | Филе | Следует избегать острых углов, в которых сосредотачиваются напряжения и которые затрудняют заполнение |
| Ребра | Используется для обеспечения жесткости | Используйте ребра вместо толстых стенок для снижения веса и предотвращения появления «горячих точек» |
Начните с толщины стенок и угла наклона, а затем проверьте переходы и скругления. Равномерная толщина стенок — это первое правило проектирования LPDC: участки с резким изменением толщины затвердевают с разной скоростью и чаще всего дают усадку.
Правила проектирования, характерные для LPDC
LPDC больше всего отличается от высокого давления и литье под действием силы тяжести В направлении наполнения: металл поднимается снизу через литниковую трубку. Это обусловливает три правила, которых вы не найдёте в других технологиях.
Нижняя система затворов и тракт подачи. LPDC необходимо заполнять снизу, а положение литникового отверстия определяет траекторию подачи металла через подводящую трубку. Каждая толстая часть должна находиться на этой траектории, чтобы в процессе затвердевания в нее продолжал поступать металл; в противном случае в области, удаленной от литникового отверстия, произойдет усадка.
Заранее проверьте расположение заслонок и подъемных труб. Расположение литниковых каналов и подводящих каналов не имеет прямого аналога в других процессах литья, и именно здесь чаще всего возникают дефекты, связанные с LPDC. Решите этот вопрос до изготовления режущего инструмента, а не после пробных запусков.
Следует избегать отдельных участков с повышенной толщиной. Толстые участки, которые невозможно подавать, являются зонами повышенной усадки. Необходимо проектировать профили таким образом, чтобы они примыкали к траектории подачи, либо компенсировать усадку с помощью охлаждающих элементов и регулирования температуры формы.
Эти три правила — первое, на что обращает внимание литейное производство при рассмотрении чертежей LPDC.
Конструктивные недостатки и меры по их предотвращению
Три дефекта преобладают в деталях LPDC, и большинство из них можно предотвратить еще на этапе проектирования:
- Пористость: увлеченный газ образуется в результате неравномерного заполнения; следует избегать тонких стенок и сложных сечений, вызывающих турбулентность. Растворенный газ поступает из расплава, и его содержание регулируется посредством дегазации.
- Усадка: возникает из-за недостаточного подачи воздуха; следует поддерживать равномерность температуры на стенках, избегать появления отдельных перегретых участков и полагаться на стояки и систему охлаждения.
- Холодные заслонки: металлические потоки соприкасаются, но не сплавляются; следует избегать чрезмерно тонких стенок и длинных путей заливки, а при необходимости повышать температуру заливки.
Проверка этих трех аспектов на этапе проектирования обходится гораздо дешевле, чем доработка после пробных запусков. Именно поэтому стандартная последовательность действий выглядит следующим образом: экспертиза проекта, моделирование, а затем испытания.
Материалы для литья под низким давлением
Компания LPDC использует термообрабатываемые алюминиевые литейные сплавы, чаще всего A356 (AlSi7Mg0,3), который обладает хорошей текучестью и поддается термообработке по режиму T6 для изготовления конструкционных деталей. ZL101A — это китайский аналог с аналогичными свойствами. Выбор материала следует осуществлять, ответив на два вопроса: требуется ли детали термообработка и предъявляются ли к условиям эксплуатации требования по термостойкости или коррозионной стойкости?
Контрольный список по проектированию LPDC
Перед началом проверки чертежа выполните следующие шесть проверок:
- Толщина стенки составляет ≥3 мм и является достаточно равномерной?
- Происходят ли переходы плавно, без отдельных очагов напряженности?
- Углы скоса составляют 1° снаружи и 2–3° изнутри?
- Углы скруглены?
- Находятся ли толстые участки на пути подачи (доступные при заполнении снизу)?
- Было ли проверено положение заслонки и подъемника?
Пройдите все шесть этапов — и конструкция готова к моделированию. Устраните недостатки конструкции до изготовления режущего инструмента.
Часто задаваемые вопросы
Какова минимальная толщина стенки для LPDC? Стандартный размер составляет ≥3 мм. При гладкой заливке толщина может быть меньше, однако при толщине менее 2 мм сопротивление заливке возрастает, что требует более точного регулирования кривой давления и температуры пресс-формы, что приводит к увеличению затрат и рисков.
Какую допуски может выдерживать LPDC? Линейные размеры, как правило, соответствуют стандарту ISO 8062 класса CT8, а толщина стенок — классу CT9. Размеры деталей см. в таблице; более плотные посадки можно обеспечить путем механической обработки после литья.
Какой угол наклона требуется для LPDC? Минимальный уклон 1° на наружных поверхностях и 2–3° на внутренних поверхностях с поправкой на глубину элементов и текстуру поверхности. Слишком малый уклон приводит к натяжению и появлению царапин на поверхности при извлечении детали; слишком большой уклон приводит к перерасходу материала.
Какие дефекты чаще всего встречаются в LPDC? Пористость, усадка и холодные швы. Равномерная толщина стенок, отсутствие изолированных зон перегрева и четкий путь подачи позволяют предотвратить большинство этих дефектов еще на этапе проектирования.
Нужно ли проводить моделирование перед изготовлением инструментов? Рекомендуется. Маршруты заливки LPDC и подача расплава представляют собой сложные процессы; моделирование позволяет спрогнозировать распределение дефектов ещё до изготовления пресс-форм, а затем это подтверждается пробными запусками, что позволяет значительно сократить затраты, связанные с методом проб и ошибок.
Заключение
Проектирование LPDC сводится к трём основным моментам: равномерные стенки, правильный уклон и открытый канал подачи. Запомните следующие параметры: толщина стенки ≥3 мм, допуск CT8, уклон 1–3°. Помните правило LPDC: заливка происходит снизу, поэтому толстые участки должны соединяться с каналом подачи. Проведите эти проверки на этапе проектирования — и количество брака при пробном и серийном производстве резко снизится. Если ваша деталь требует экспертной оценки конструкции, отправьте чертеж инженерной команде MinHe. Мы проверим толщину стенок, допуски и путь подачи по каждому пункту и предоставим отзыв о технологичности с предложением технологического процесса.
