Руководства по проектированию литья алюминия под давлением

Правильное проектирование изделий из алюминия методом литья под давлением сопряжено со многими трудностями. Даже незначительная деталь конструкции может оказать существенное влияние на отливку, поэтому каждая деталь должна быть спроектирована в соответствии с основными принципами.

Здесь мы перечислим несколько основных аспектов проектирования конструкций из алюминия, полученного методом литья под давлением, а также рекомендуемые руководства по проектированию для каждого фактора, надеясь помочь вам в разработке вашего изделия.

I. Выбор материала

Конструкция изделия может значительно различаться в зависимости от выбранного материала. Каждый сплав имеет определенные ограничения. Достижение оптимальной целостности и прочности алюминиевых отливок требует тщательного проектирования и исполнения.

В зависимости от используемых с алюминием металлических элементов характеристики сплава, такие как масса, текучесть, прочность, проводимость и температура плавления, будут различаться. Однако не все сплавы подходят для литья под давлением.

К распространенным алюминиевым сплавам, которые можно использовать для литья под давлением, относятся:

• A380
• А383 (АЦП12)
• A413

Доступно также множество других алюминиевых сплавов. Правильный выбор зависит от ваших конкретных потребностей и бюджетных ограничений.

II. Угол осадки

Угол уклона — один из важнейших параметров в проектировании литья алюминия под давлением. Он определяет конусность или наклон стержней и поверхностей детали, перпендикулярных плоскости разъема пресс-формы.

Конструкторы должны предусмотреть достаточные углы уклона там, где это необходимо. Без достаточного угла уклона отливку будет трудно извлечь после затвердевания, что может повредить деталь или даже саму форму.

При расчете углов оснастки следует учитывать следующие факторы:

• В большинстве геометрических элементов обычно используются стандартные углы наклона.
• Для внутренних стен и поверхностей угол тяги обычно вдвое больше, чем для наружных стен.
• Требования к углу тяги могут различаться в зависимости от материала сплава; угол следует рассчитывать исходя из выбранного алюминиевого сплава.

Если требуется меньший угол наклона, можно использовать прецизионные допуски. Однако это предполагает более точную обработку и более высокие затраты. Поэтому, если в этом нет необходимости, рекомендуется избегать прецизионных допусков.

III. Подвижные и неподвижные штампы

При проектировании крайне важно учитывать соответствие между подвижной матрицей (выталкивающей половиной) и неподвижной матрицей (крышкой). Проблемы с любым из этих компонентов могут препятствовать обработке алюминия. процесс литья под давлениемКонструкция подвижной матрицы обычно сопряжена с большими трудностями, поскольку необходимо учитывать больше компонентов, в то время как конструкция неподвижной матрицы относительно проста. При впрыскивании материала в форму стержень может выскользнуть из-за давления избыточного материала, что приводит к отливкам нестандартных размеров, требующим внимания.

Допуск подвижных компонентов матрицы зависит от линейного допуска и допуска по площади проекции. В данном случае линейный допуск относится к длине направляющей стержня, а площадь проекции — к верхней части направляющей стержня, обращенной к расплавленному материалу.

Смещение может происходить в линейном направлении, перпендикулярном проекции. Поэтому в идеале допуск подвижных элементов штампа должен быть сведен к минимуму.

В силу особенностей конструкции оборудования для литья под давлением, в процессе обработки можно достичь лишь больших или точных допусков.

IV. Заключительная линия

Линия разъема — это место, где две половины формы соединяются, образуя целостную конструкцию изделия. Линия разъема является фундаментальной особенностью процесса литья под давлением, и поскольку конструкция изделия состоит как минимум из двух частей, ее наличие неизбежно.

Линия разъема — это четкая граница между подвижной и неподвижной частями формы. Эта граница служит для их разграничения. Допуск по линии разъема относится к максимально допустимому расстоянию между частями формы, необходимому для обеспечения правильного выполнения процесса литья алюминия под давлением.

Когда давление материала пытается раздвинуть две половины формы, материал вытекает из образовавшегося зазора на линии разъема. Это называется дефектом облоя при литье под давлением. Литые детали требуют дополнительной обработки для удаления облоя, литников, каналов и переливов.

Допуск на линию разъема зависит от проекционной площади формы, представляющей собой поверхность разделения, где расплавленный материал перемещается из одной половины формы в другую.

В идеально закрытой пресс-форме между двумя ее половинами нет зазора, поэтому допуск по площади проекции всегда имеет положительное значение. Степень зазора в пресс-форме зависит от давления в полости пресс-формы и силы зажима, используемой для удержания двух половин вместе.

Допуски на линии разъема могут варьироваться в зависимости от сплава, размера детали и глубины. Рекомендуемые стандартные и прецизионные допуски для линий разъема при литье под давлением доступны; однако, если площадь выступающей части превышает 300, проконсультируйтесь с производителем отливок.

V. Припуск на механическую обработку

Припуск на механическую обработку — это количество сырья, которое можно удалить с готового изделия. алюминиевые детали для литья под давлениемПоверхность отливки может иметь некоторую шероховатость и геометрически отклоняться от фактического дизайна. Поэтому после процесса литья под давлением требуется дополнительная механическая обработка для исправления этих ошибок.

Наилучшие механические свойства и плотность отливки обычно находятся на ее поверхности или вблизи нее. Это означает, что при механической обработке следует избегать удаления слишком большого количества материала, чтобы не ухудшить эти свойства. Следовательно, припуск на обработку должен быть тщательно рассчитан, чтобы не повредить участки с низкой плотностью. Если удалить слишком много материала, это может привести к дефектам изделия.

На этапе проектирования необходимо определить конкретные припуски на механическую обработку для различных параметров обработки и литья. Слишком малый припуск может не соответствовать требованиям к качеству поверхности и привести к дефектам деталей. И наоборот, чрезмерно большой припуск увеличивает время производства, трудозатраты и стоимость. Поэтому определение соответствующего припуска на механическую обработку имеет решающее значение. Раннее взаимодействие с поставщиками отливок поможет вам определить правильный припуск. Мы можем предложить варианты, основанные на ваших потребностях и особенностях процесса литья.

Как правило, рекомендуемый минимальный припуск на механическую обработку составляет 0.2 мм для уменьшения износа инструмента и минимизации пористости в отливке. Максимальный припуск на механическую обработку представляет собой сумму этого минимального значения и деформации отливки. Это означает, что при определении припуска необходимо также учитывать потенциальную деформацию в процессе литья.

Однако плоские и крупные детали требуют особого внимания. В таких случаях вы можете проконсультироваться с производителем литейной продукции, чтобы уточнить значения припуска на обработку.

VI. Толщина стенки

При проектировании изделия необходимо поддерживать равномерную толщину стенок. Металл должен равномерно растекаться в процессе литья, чтобы заполнить каждую часть формы. Если толщина стенок неравномерна, поток металла может быть затруднен, в результате чего некоторые участки останутся незаполненными. Кроме того, равномерная толщина стенок способствует равномерному охлаждению и затвердеванию, что приводит к получению отливок более высокого качества. Таким образом, поддержание равномерной толщины стенок может значительно улучшить качество и целостность отливок.

Если конструктивные соображения требуют изменения толщины стенки, переход должен быть постепенным — путем введения скруглений или радиусов — а не резким. Это позволит избежать образования острых кромок в конструкции.

При проектировании изделий следует избегать острых кромок, поскольку они влияют на текучесть металла и затрудняют извлечение из формы после литья. Однако, если стенки сходятся на линии разъема, можно оставить кромки как есть, поскольку незначительные изменения толщины стенок в этом месте обычно не оказывают существенного влияния на текучесть металла или извлечение из формы.

Единого стандарта толщины стенок при литье алюминия под давлением не существует, но, как правило, рекомендуется придерживаться разумного диапазона. Типичная толщина стенок для алюминиевых отливок под давлением составляет от 2.0 до 3.5 мм.

Однако толщина стенки также зависит от типа сплава, конфигурации детали, ее размера и области применения литья под давлением. Например, если размер отливки невелик, толщину стенки можно соответственно уменьшить, доведя ее до 0.7 мм.

В случае слишком маленьких или слишком больших деталей, изготовленных методом литья под давлением из алюминия, могут возникнуть особые обстоятельства или требования, при которых толщина стенки превышает типичные пределы. Если у вас возникли трудности с толщиной стенки, вы можете проконсультироваться со своим поставщиком литых деталей.

Более толстые стенки могут повысить жесткость детали. Однако, если они слишком толстые, время охлаждения увеличится, что затруднит процесс затвердевания. Это может привести к низкому качеству отливки, если не будут приняты соответствующие меры.

Толстые стенки также увеличивают вес изделия. Следовательно, конструкторы, ориентированные на более легкие детали, предпочитают тонкие стенки. Но если стенки сделаны слишком тонкими, превышающими определенный предел, жесткость будет слишком низкой, и деталь будет легко деформироваться в процессе дальнейшей обработки.

Проблемы деформации можно решить с помощью поэтапной механической обработки. Однако тонкие стенки в отливках не обладают достаточной жесткостью и прочностью. Добавление ребер жесткости может значительно повысить жесткость тонких стенок, сделав их более стабильными.

Современные технологии литья под давлением достаточно развиты, чтобы учитывать большинство критически важных параметров проектирования. Однако толщину стенок все равно необходимо учитывать, если она влияет на характеристики детали или ее стоимость.

VII. Облегченная конструкция

Ребристая конструкция и конструкция с канавками (пазами) — две распространенные особенности облегченных конструкций. Эти особенности позволяют значительно сократить количество материала, необходимого для производства, без ущерба для целостности и прочности компонента.

В конструкции ребер обычно предусматриваются полые пространства внутри них для уменьшения расхода материала и, следовательно, снижения веса детали. Пространства между ребрами часто не очень полезны и могут быть безопасно исключены из конструкции.

При проектировании ребер жесткости для алюминиевых литых деталей следует учитывать следующие моменты:

• Избегайте острых кромок на ребрах: острые кромки могут вызывать концентрацию напряжений и увеличивать риск перелома. Рекомендуется использовать скругления или радиусы, причем эти радиусы должны быть как можно больше. Минимальный радиус должен составлять 0.06 дюйма (1.524 мм).
• Обеспечьте равномерную толщину стенок по всему периметру ребер: это гарантирует прочность и долговечность ребер во всех сечениях. Старайтесь поддерживать эту толщину близкой к рекомендуемым значениям.
• Обеспечьте максимально возможный угол тяги.

Еще один способ уменьшения веса материала — создание углублений. Поскольку углубление не нужно заполнять, количество необходимого материала сокращается. Однако углубления иногда могут приводить к неравномерной усадке. Поэтому проектировщики должны тщательно выбирать места их использования.

Для повышения прочности углубления можно добавить вокруг него ребра жесткости. Ребра увеличивают жесткость углубления и способствуют лучшему течению металла в процессе производства. Кроме того, сокращение расхода металла увеличивает скорость охлаждения, что помогает ускорить весь производственный цикл.

На рисунке ниже показано влияние углублений с ребрами и без них на конструкцию детали.

VIII. Ребра

Ребра жесткости встраиваются в конструкцию для повышения прочности и жесткости алюминиевых отливок, изготовленных методом литья под давлением. Таким образом, ребра помогают производить высококачественные отливки. Они часто используются в сочетании с более слабыми местами (например, тонкими стенками) для придания им дополнительной прочности.

Ребра жесткости часто обеспечивают большую прочность, чем более толстые сплошные профили, поскольку более толстые профили, как правило, имеют большую пористость, что снижает их несущую способность. Однако чрезмерное использование ребер жесткости может привести к концентрации напряжений на кромках ребер.

Ребра жесткости обычно проектируются с использованием полых секций, известных как конструкции с углублениями для экономии металла. Это методы, позволяющие сократить расход материала в ребрах и уменьшить вес детали.

Приведенные ниже таблицы показывают рекомендуемые размеры ребер жесткости для распространенных сценариев и ситуаций, когда использование ребер жесткости нецелесообразно.

IX. Проектирование отверстий и расстояния между кромками

В алюминиевых отливках, если отверстие расположено слишком близко к кромке, это приводит к образованию слабого места. Чтобы избежать чрезмерной концентрации напряжений в этой области, необходимо обеспечить минимальный зазор между отверстием и кромкой. Поэтому соответствующее расстояние между отверстием и кромкой следует определять исходя из диаметра отверстия. Аналогично, необходимо поддерживать минимальное расстояние между двумя соседними отверстиями. Таким образом, диаметры отверстий и зоны концентрации напряжений в них следует учитывать одновременно.

Необходимо соблюдать достаточное расстояние, чтобы избежать образования слабых мест. Если расстояние между отверстием и кромкой недостаточно, можно также рассмотреть возможность дополнительной механической обработки отверстия.

X. Отверстия и пазы

С точки зрения сложности конструкции, отверстия и пазы обычно не представляют особой проблемы. Однако даже при самом простом литье алюминия под давлением необходимо уделять внимание детальной проработке конструкции. На этапе проектирования необходимо обеспечить технологичность изготовления.

Наиболее распространенные области применения отверстий и пазов — это корпуса различного электронного оборудования, например, ноутбуков и калькуляторов. В этих устройствах требуется много отверстий, что может вызывать проблемы с текучестью металла.

• Отверстия и пазы также могут затруднить извлечение детали из формы. По мере затвердевания и усадки детали отливка может прилипнуть к форме. При проектировании отверстий и пазов можно следовать этим рекомендациям для решения подобных проблем:
• Обеспечьте достаточные углы уклона: расчеты уклона показывают, что отверстия и пазы требуют большего уклона, чем любые другие детали. Это связано с тем, что внутренний периметр отверстия или паза представляет собой плоскую, замкнутую поверхность.
• Используйте элементы, напоминающие мостики: чтобы избежать проблем с потоком металла, можно использовать элементы, напоминающие мостики, для обеспечения непрерывного потока металла между отверстиями и пазами.
• Замените большие пазы маленькими отверстиями: если конструкция это позволяет, большие пазы следует заменить рядом маленьких отверстий. Длинные пазы могут нарушить поток металла и поставить под угрозу целостность отливки.

XI. Тема

Когда речь заходит о формировании резьбы, мы в основном имеем в виду литую наружную резьбу. Хотя теоретически возможно литье внутренней резьбы, этот метод непопулярн из-за сложности и стоимости производства.

Наружная резьба может быть изготовлена ​​с использованием стандартного оборудования для литья алюминия под давлением, при условии правильного выравнивания по линии разъема, или с помощью простого скользящего механизма. Для внутренней резьбы требуется механизм для вращения стержня внутри формы. Это увеличивает как стоимость формы, так и стоимость детали. Для повышения скорости производства и экономической эффективности внутренняя резьба обычно создается с помощью вторичной механической обработки, например, нарезания резьбы. Это также исключает необходимость удаления стружки из отверстия.

Оборудование для литья алюминия под давлением легко позволяет нарезать резьбу. Литая резьба, как правило, используется только для наружной резьбы, где не требуется высокоточная посадка.

Если ваша деталь должна соответствовать требованиям к точности посадки, проконсультируйтесь с вашим литейным заводом. Для достижения более высокой точности может потребоваться дополнительная механическая обработка. Кроме того, основные диаметры должны соответствовать определениям формы резьбы, согласованным обеими сторонами.

Ниже показаны предельные размеры резьбы, полученной методом литья под давлением:

При отливке резьбы следует учитывать следующее:

• Для удаления заусенцев, образовавшихся между витками резьбы, может потребоваться дополнительная обрезка.
• По возможности старайтесь применять прямые допуски, а не указывать типы резьбы. Эти значения включают допуски для подвижных элементов штампа, линий разъема и линейных размеров.
• Если требуются более строгие допуски на резьбу, проконсультируйтесь с заводом по литью под давлением.
• Сохранение плоской резьбы на линии разъема может значительно упростить производственный процесс. Резьба полного диаметра не является строго обязательной. Плоская форма позволяет компенсировать небольшие смещения пресс-формы без влияния на деталь.

На следующей диаграмме показана рекомендуемая конфигурация для внешних потоков.

XII. Вставки

Вставка — это твердый материал, помещаемый в форму и становящийся неотъемлемой частью алюминиевой отливки. Вставки используются в тех случаях, когда выбранный сплав не соответствует требованиям, а конструкция требует интеграции компонентов, изготовленных из других материалов, с отливкой.

Существуют специализированные системы для вставок в литье алюминия под давлением. Вставка помещается в полость формы, и расплавленный алюминий обтекает ее, завершая процесс литья.

Вам может потребоваться включить резьбовые вставки в свою конструкцию в следующих случаях:

• Опорные точки подвержены износу.
• Резьба подвержена чрезмерному износу из-за частой разборки и установки крепежных элементов.
• Для противостояния концентрированным нагрузкам необходимы нити с более высокой прочностью на разрыв.

Литье под давлением с закладными элементами обходится дороже, чем обычное литье, а сложность установки закладных элементов влияет на себестоимость производства.

Предложения по вкладышам:

• Четко определите все необходимые технические характеристики с производителем литьевых форм. Из-за зазоров в пресс-форме для вставок часто требуются более строгие допуски. Получите согласие производителя, чтобы убедиться в достаточности допусков для вставок.
• Если вставки предоставляет заказчик, обсудите это с производителем, чтобы убедиться, что они находятся в пределах рекомендуемого диапазона допусков. Вставки с неправильными допусками могут серьезно повредить пресс-форму.
• Проанализируйте напряжения, возникающие из-за вставки, чтобы убедиться, что они не влияют на долгосрочную работоспособность изделия.
• Придайте вставке необходимую форму, чтобы обеспечить достаточную фиксацию при ожидаемых нагрузках, гарантируя тем самым структурную безопасность и устойчивость.
• Избегайте острых углов и других элементов, которые могут вызвать концентрацию напряжений в детали.

XIII. Конструкция пазов и канавок

Прорезь — это длинное отверстие, которое может иметь или не иметь закругленные концы. В основном она встречается в плоских прямоугольных алюминиевых деталях. Ее длина обычно ограничена. Прорезь всегда является сквозной, то есть она полностью проникает в деталь. В зависимости от длины и формы, прорези могут быть двусторонними, с ограниченной длиной, односторонними или полукруглыми.

Канавки могут иметь различные формы и размеры, такие как Т-образные пазы, пазы типа «ласточкин хвост», прямоугольные пазы, пазы с плоским дном, V-образные пазы и пазы в виде дуги окружности. Обычно они вырезаются по кромкам и используются для крепления компонентов, изготовленных из других материалов.

В конструкции пазы и канавки служат в качестве зажимных элементов для других компонентов или обеспечивают отверстия для прохождения таких деталей, как переключатели и рычаги.

Советы по проектированию пазов и канавок:

• Помните, что они могут зажимать или проходить сквозь другие компоненты.
• Избегайте слишком близкого расположения выемок, так как это может нарушить целостность детали и вызвать проблемы в производстве.
• Не оставляйте острых краев в прямоугольных/плоских канавках. Закруглите все внутренние и внешние кромки насколько это возможно, чтобы минимизировать затраты на покрытие и потенциальные дефекты. По той же причине кромки V-образных канавок также следует закруглять.

XIV. Острые края

В конструкции изделий из алюминия, изготовленных методом литья под давлением, острые кромки нежелательны. Они создают зоны перегрева в отливке, где концентрируются напряжения из-за усадки при затвердении. Это делает углы подверженными дефектам. Кроме того, нанесение покрытия на острые кромки затруднительно.

Следовательно, дизайнеры склонны скруглять все острые углы, даже с минимальным радиусом. Применяйте скругления, радиусы или фаски ко всем внутренним и внешним острым углам.

Еще одна проблема, связанная с внутренними острыми кромками, заключается в том, что они значительно увеличивают стоимость пресс-форм. Затраты на механическую обработку высоки и резко возрастают при повышении требований к точности.

Идеально острая кромка достижима для внешних кромок, но практически невозможна для внутренних. Даже при использовании самых точных инструментов внутренние кромки всегда будут иметь минимальный радиус.

Для обеспечения идеального соединения двух половинок формы можно смело использовать острые кромки вдоль линии разъема. В противном случае старайтесь свести количество острых кромок к минимуму.

Как Getzshape может помочь

Компания Getzshape предоставляет высококачественные услуги по изготовлению деталей на станках с ЧПУ, обработке листового металла, электроэрозионной обработке, литью под давлением и многому другому. Используя современное оборудование и строгий контроль качества, мы гарантируем точность и своевременную доставку как прототипов, так и крупных производственных партий. В качестве вашего комплексного партнера по производству, мы оптимизируем процессы закупки материалов, обработки, постобработки и логистики.