Полутвердое металлическое литье

Литье полутвердого металла ( SSM ) представляет собой близкий к чистой форме вариант литья под давлением, . ^{[ 1 ]} Сегодня этот процесс используется с цветными металлами, такими как алюминий, медь, ^{[ 2 ]} и магний. Он может работать с высокотемпературными сплавами, в которых отсутствуют подходящие материалы для штампов. Этот процесс сочетает в себе преимущества литья и ковки . Процесс назван в честь свойства жидкости тиксотропии , которое является явлением, которое позволяет этому процессу работать. Тиксотропные жидкости текут при сдвиге, но загустевают при стоянии. ^{[ 3 ]} Потенциал этого типа процесса был впервые признан в начале 1970-х годов. ^{[ 3 ]} Три его варианта — тиксолитье, реолитье и тиксоформование. SIMA — это специализированный процесс подготовки алюминиевых сплавов к тиксолитью с использованием горячей и холодной обработки. ^{[ нужны разъяснения ]}

SSM выполняется при температуре, при которой металл находится между температурой ликвидуса и солидуса , в идеале от 30 до 65% твердого вещества. Чтобы смесь была пригодной к использованию, она должна иметь низкую вязкость, а для достижения этой низкой вязкости материалу необходим глобулярный первичный элемент, окруженный жидкой фазой. ^{[ 2 ]} Диапазон температур зависит от материала и для алюминиевых сплавов может достигать 50 °С, а для медных сплавов с узким диапазоном плавления может составлять всего несколько десятых градуса. ^{[ 4 ]}

SSM обычно используется для приложений высокого класса. Типичные детали из алюминиевых сплавов включают конструкционные медицинские и аэрокосмические детали, детали, работающие под давлением, оборонительные детали, опоры двигателя, жгуты датчиков воздушного коллектора, блоки двигателей и корпуса фильтров масляных насосов. ^{[ 5 ]}

История

Тиксомолдинг был изобретен компанией Dow Chemical в 1980-х годах путем преобразования экструдера для пластмасс. В 1990 году они передали свой патент 1987 года компании Thixomat Inc. Japan Steel Works Ltd. и Husky Injection Molding Systems Ltd. лицензировали эту технологию. ^{[ 6 ]}

По состоянию на 2024 год самой значимой деталью автомобиля, изготовленной методом тиксоформования, был держатель запасного колеса Jeep Wrangler . ^{[ 6 ]}

Однако в 2024 году Idra выпустила свои тиксоформовочные машины с тиксотропным поршневым впрыском (TPI). ^{[ 6 ]}

Процессы

Четыре метода включают полутвердое литье. Для алюминиевых сплавов наиболее распространенными процессами являются тиксолитье, реолитье и SIMA.

Для магниевых сплавов наиболее распространенным процессом является тиксоформование. ^{[ 7 ]}

тиксокастинг

При тиксолитье используется предварительно отлитая заготовка с недендритной микроструктурой, которую обычно получают путем энергичного перемешивания расплава во время отливки прутка. Индукционный нагрев обычно используется для повторного нагрева заготовок до полутвердого температурного диапазона, а машины для литья под давлением используются для впрыскивания полутвердого материала в штампы из закаленной стали. Тиксокастинг используется в коммерческих целях. Технология тиксолитья позволяет производить компоненты высокого качества благодаря однородности продукта, которая достигается за счет использования предварительно отлитых заготовок, изготовленных в тех же идеальных условиях непрерывной обработки, которые используются для изготовления поковок или прокатного проката. ^{[ 8 ]} Основным недостатком является то, что это дорого из-за специализированных заготовок, хотя предприятия с собственными возможностями магнитогидродинамической непрерывной разливки могут перерабатывать 100% собственных доходов. К другим недостаткам относятся поддержка ограниченного числа сплавов и собственная возможность магнитогидродинамического литья для прямого повторного использования лома. ^{[ 9 ]}

Реокастинг

При реолитье получается полутвердая суспензия из расплавленного металла, полученного в типичной печи для литья под давлением. ^{[ 8 ]} Это позволяет использовать менее дорогое сырье в виде типичных сплавов для литья под давлением и обеспечивает прямую переработку. ^{[ 9 ]} Однако реолитье также создает проблемы с контролем процесса, так что после первоначального всплеска активности с помощью реолитья обрабатывается очень мало материала. ^{[ нужна ссылка ]}

Тиксомолдинг

Для магниевых сплавов при тиксоформовании используется машина, аналогичная литью под давлением. В ходе одностадийного процесса стружка из магниевого сплава комнатной температуры подается в заднюю часть нагретого барабана через объемный питатель. В стволе поддерживается атмосфера аргона для предотвращения окисления. Винтовой конвейер , расположенный внутри бочки, подает магниевую стружку вперед, пока она нагревается до полутвердого температурного диапазона. Вращение шнека обеспечивает необходимую силу сдвига для создания шаровидной структуры, необходимой для полутвердой отливки. Как только суспензии накопится достаточно, шнек движется вперед и впрыскивает суспензию в стальную матрицу. ^{[ 10 ]} Поток материала менее турбулентный, что создает почти нулевую пористость. Более медленная скорость подачи материала в матрицу продлевает срок службы матрицы более чем в 2 раза.

Модуль навозной жижи

Тиксотропное поршневое впрыскивание добавляет шнек для формирования суспензии в качестве модуля к традиционным машинам для литья под давлением. В нем сохраняется использование существующего инжекционного поршня для обеспечения достаточного давления при использовании шнека для подготовки (полурасплавления) металла. Кроме того, это исключает необходимость использования печей для выдержки и плавления (которые в противном случае плавят металл), предотвращая расслоение сплава во время выдержки. ^{[ 6 ]}

Активация расплава, вызванная напряжением (SIMA)

В методе SIMA материал сначала нагревается до температуры СММ. По мере приближения к температуре солидуса зерна рекристаллизуются с образованием мелкозернистой структуры. После прохождения температуры солидуса границы зерен плавятся, образуя микроструктуру SSM. Чтобы этот метод работал, материал должен быть экструдирован или подвергнут холодной прокатке в полутвердом состоянии. Этот метод поддерживает стержни диаметром менее 37 мм (1,5 дюйма). ^{[ 11 ]}

Преимущества

Высокое давление консолидации используется для производства деталей с высокой целостностью. Преимущества полутвердого литья: ^{[ 12 ]}

Сложные детали изготавливаются чистой формы
Поры свободны
Уменьшенная усадка
Механические характеристики
Герметичность под давлением
Жесткие допуски
Тонкие стены
Термически обрабатываемый (T4/T5/T6)
Хорошее качество поверхности
Более низкая температура литья ^{[ 3 ]}
Используются традиционные материалы из инструментальной стали. ^{[ 3 ]}
Простота автоматизации ^{[ 3 ]}
Производительность равна или превышает литья под давлением. производительность ^{[ 3 ]}
Однородная микроструктура. ^{[ 3 ]}
Относительно нечувствителен к температуре окружающей среды, поскольку небольшие потери тепла вызывают лишь незначительные изменения во фракции твердого вещества.

Недостатки

Производственные объекты требуют более высокой степени контроля за технологическими условиями,

Требуется более высокое конечное давление впрыска.
Требует более низких скоростей впрыска.
Требуются возможности магнито-гидродинамического непрерывного литья на месте для полной переработки возвратного материала собственного производства.
Отсутствие подходящих материалов для высокотемпературных штампов ограничивает экспериментальное применение литья металлов с высокой температурой плавления, таких как инструментальная сталь и стеллит .

См. также

Ссылки

Примечания

^ «Добро пожаловать в MyNADCA!» . сайт diecasting.org . Проверено 20 августа 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б Янг 2006 , с. 1.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Лоу, Энтони; Риджуэй, Кейт; Аткинсон, Хелен (сентябрь 1999 г.), «Тиксоформование» , Materials World , 7 (9): 541–543 .
^ Винарчик, Эдвард Дж. (2003), Процессы литья под давлением с высокой надежностью , том. 1, Wiley-IEEE, стр. 91–101, ISBN. 978-0-471-20131-1 .
^ Капранос, Платон (2008). Учеб. 10-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов. Ахен, Германия и Льеж, Бельгия. {{cite conference}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Зирпс, Мелисса (15 января 2024 г.). «Как тиксомолдинг меняет производство электромобилей» . Журнал Light Metal Age . Проверено 19 августа 2024 г.
^ ЛеБо, С.; Декер, Р. (1998). Микроструктурный дизайн тиксоформованных магниевых сплавов . Учеб. 5-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов. Голден, Колорадо.
^ Jump up to: ^а ^б Мидсон, Стивен П. (сентябрь 2008 г.). «Полутвердое литье алюминиевых сплавов: обновленная информация». Инженер по литью под давлением .
^ Jump up to: ^а ^б Джон Л., Йорстад (сентябрь 2006 г.), «Технологии будущего алюминия в литье под давлением» (PDF) , Die Casting Engineering : 18–25, заархивировано (PDF) из оригинала 14 июня 2011 г.
^ Мидсон, Стивен П.; Килберт, Роберт К.; Ле Бо, Стивен Э.; Декер, Раймонд (2004). Руководство по производству полутвердых деталей из магния, полученных методом тиксоформования, используемых в конструкциях . Учеб. 8-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов. Лимасол, Кипр.
^ Янг 2006 , с. 2.
^ Мидсон, Стивен р. (1996). Конференция NADCA по полутвердому и литью под давлением. Роузмонт, Иллинойс. {{cite conference}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

Библиография

Янг, Кеннет П. (2006), Литье полутвердого металла: снижение стоимости деталей из медных сплавов (PDF) , Управление технической помощи Массачусетса, заархивировано из оригинала (PDF) 7 октября 2006 г.

Внешние ссылки

Видео автоматической ковочной ячейки для ССМ
«ТПИ Технология» . tpi-technology.com . Проверено 19 августа 2024 г.

[diecasting-1] «Добро пожаловать в MyNADCA!» . сайт diecasting.org . Проверено 20 августа 2015 г.

[FOOTNOTEYoung20061-2] Jump up to: ^а ^б Янг 2006 , с. 1.

[azom-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Лоу, Энтони; Риджуэй, Кейт; Аткинсон, Хелен (сентябрь 1999 г.), «Тиксоформование» , Materials World , 7 (9): 541–543 .

[4] Винарчик, Эдвард Дж. (2003), Процессы литья под давлением с высокой надежностью , том. 1, Wiley-IEEE, стр. 91–101, ISBN. 978-0-471-20131-1 .

[5] Капранос, Платон (2008). Учеб. 10-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов. Ахен, Германия и Льеж, Бельгия. {{cite conference}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

[:0-6] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Зирпс, Мелисса (15 января 2024 г.). «Как тиксомолдинг меняет производство электромобилей» . Журнал Light Metal Age . Проверено 19 августа 2024 г.

[7] ЛеБо, С.; Декер, Р. (1998). Микроструктурный дизайн тиксоформованных магниевых сплавов . Учеб. 5-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов. Голден, Колорадо.

[dce-8] Jump up to: ^а ^б Мидсон, Стивен П. (сентябрь 2008 г.). «Полутвердое литье алюминиевых сплавов: обновленная информация». Инженер по литью под давлением .

[jorstad-9] Jump up to: ^а ^б Джон Л., Йорстад (сентябрь 2006 г.), «Технологии будущего алюминия в литье под давлением» (PDF) , Die Casting Engineering : 18–25, заархивировано (PDF) из оригинала 14 июня 2011 г.

[10] Мидсон, Стивен П.; Килберт, Роберт К.; Ле Бо, Стивен Э.; Декер, Раймонд (2004). Руководство по производству полутвердых деталей из магния, полученных методом тиксоформования, используемых в конструкциях . Учеб. 8-й Интер. Конф. Полутвердая обработка сплавов и композитов. Лимасол, Кипр.

[FOOTNOTEYoung20062-11] Янг 2006 , с. 2.

[12] Мидсон, Стивен р. (1996). Конференция NADCA по полутвердому и литью под давлением. Роузмонт, Иллинойс. {{cite conference}}: Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]