Magnesium Alloy Die Castings: Process, Properties, and Mold Design Essentials

Odlewy ciśnieniowe ze stopów magnezu są najbardziej bezpośrednią odpowiedzią, gdy metalowy element konstrukcyjny musi schudnąć bez utraty sztywności, dokładności wymiarowej lub wydajności cieplnej. Magnez jest najlżejszym metalem konstrukcyjnym stosowanym w przemyśle, jego gramatura wynosi około 1,74 g/cm3, co czyni go mniej więcej o jedną trzecią lżejszym od aluminium. Prawidłowo zaprojektowana forma do odlewania ciśnieniowego magnezu może utrzymać sekcje ścianek o grubości poniżej 1,5 mm i nadal wytwarzać odlewy o wytrzymałości na rozciąganie w zakresie od 200 do 230 MPa. Sam stop nie gwarantuje jednak dobrej części; projekt formy, okno procesu i doświadczenie inżynieryjne odlewnika decydują o tym, czy projekt przebiega sprawnie, czy też zamienia się w złom.

Co to jest odlewanie ciśnieniowe stopu magnezu?

Odlewanie ciśnieniowe stopu magnezu to proces pod wysokim ciśnieniem, podczas którego z dużą prędkością wtryskiwany jest stopiony magnez do wnęki z hartowanej stali. Ciśnienia wtrysku zwykle mieszczą się w zakresie od 10 do 70 MPa, a wnęka wypełnia się w ciągu milisekund, dzięki czemu cienkie żebra, występy montażowe i złożona geometria wewnętrzna mogą być odlewane zamiast obrabiane.

Większość średnich i małych części magnezowych pracuje na maszynach gorącokomorowych, gdzie układ wtryskowy pozostaje zanurzony w roztopionym stopie, utrzymując metal w stabilnej temperaturze i skracając czas cykli. Większe odlewy zwykle wykonuje się na maszynach zimnokomorowych, które przed wtryskiem wlewają odmierzoną ilość stopu do tulei śrutowej. Obie konfiguracje opierają się na tych samych podstawach: szybkim wypełnianiu wnęki, szybkim krzepnięciu, kontrolowanym chłodzeniu i czystym wyrzucaniu z narzędzia. Podczas topienia stosuje się gaz ochronny, aby ograniczyć utlenianie, a stop jest przetwarzany bez topników, dzięki czemu wtrącenia pozostają na wystarczająco niskim poziomie, aby zapewnić stałe właściwości mechaniczne.

Po wyrzuceniu części poddawane są przycinaniu, gratowaniu i w wielu przypadkach obróbce CNC do ostatecznej tolerancji. Magnez można łatwo obrabiać, co jest jedną z praktycznych zalet tego materiału, ale obróbka musi odbywać się z zachowaniem odpowiednich środków bezpieczeństwa przeciwpożarowego, ponieważ drobne wióry magnezowe są łatwopalne. Wykończenie powierzchni, od powłoki konwersyjnej po malowanie, następuje po obróbce i stanowi część dostarczonej specyfikacji produktu.

Wybór stopu i podstawy właściwości mechanicznych

Wybór stopu to pierwsza decyzja o długotrwałych konsekwencjach, ponieważ różnice między popularnymi stopami magnezu są większe, niż sugeruje ich nazwa. Poniższa tabela podsumowuje standardowe gatunki stosowane w produkcyjnym odlewaniu ciśnieniowym.

AZ91D pozostaje materiałem domyślnym dla większości obudów, wsporników, pokryw i ogólnych części konstrukcyjnych, ponieważ łączy w sobie doskonałą lejność, przewidywalną wytrzymałość i akceptowalną odporność na korozję po pokryciu. AM60B i AM50A oferują około 10 do 15 procent wytrzymałości na rozciąganie w zamian za dwa do trzech razy większe wydłużenie, co czyni je odpowiednimi stopami na części narażone na uderzenia, wibracje lub zginanie. AE42 to stop określający, kiedy odlew musi zachować swój kształt w warunkach długotrwałego ogrzewania, ponieważ zawarte w nim dodatki pierwiastków ziem rzadkich zapewniają odporność na pełzanie przewyższającą tę, jaką może zapewnić AZ91D.

Odporność na korozję jest często źle rozumiana w przypadku magnezu. Goły magnez nie jest mistrzem korozji, ale odpowiedni stop w połączeniu z odpowiednią powłoką konwersyjną radzi sobie zadowalająco w pomieszczeniach zamkniętych i w większości środowisk motoryzacyjnych. W praktyce wybór powłoki często ma większe znaczenie niż stop, a dostawca kontrolujący zarówno proces odlewania, jak i wykańczania, zapewnia bardziej przewidywalny wynik.

Uwagi dotyczące projektowania form odlewanych ciśnieniowo z magnezu

Od formy do odlewania ciśnieniowego magnezu decyduje się sukces programu produkcji magnezu. Stopy magnezu krzepną szybciej niż aluminium, więc forma musi się napełniać, chłodzić i wentylować w sposób odpowiadający szybkiemu zamarzaniu. Stal narzędziowa to zwykle H13 lub równoważny gatunek do pracy na gorąco, hartowana i azotowana, dzięki czemu wnęka jest w stanie przetrwać zarówno cykle termiczne, jak i erozyjny przepływ stopionego metalu.

Najważniejsze zasady projektowania to te same, które, jeśli zostaną zignorowane, powodują najwięcej problemów w produkcji:

• Jednolita grubość ścianki w zakresie od 1,5 do 3,0 mm zapewnia najlepsze właściwości wypełniające i chłodzące. Możliwe są odlewy cienkościenne od 0,8 do 1,2 mm, ale wymagają one szerszych przewężek, szybszego wtrysku i znacznie ściślejszej kontroli temperatury matrycy.
• Kąty pochylenia od 0,5 do 2,0 stopni na pionowych ścianach pozwalają części opuścić formę bez zniekształceń. Żebra i występy wymagają nieco większego przeciągu niż płaskie ściany.
• Skurcz wynosi około 0,6 do 0,7 procent w zależności od stopu i grubości przekroju, a wymiary wnęki muszą być konstruowane z uwzględnieniem współczynnika skurczu.
• Zrównoważone kanały chłodzące są niezbędne. Nierównomierne chłodzenie jest najczęstszą przyczyną wypaczeń, porowatości wewnętrznej i odrzutów części.
• Przelewy i otwory wentylacyjne mają bezpośredni wpływ na zawartość gazów i tlenków. Zbierają pierwszy zimny metal i odprowadzają uwięzione powietrze, czyli dokładnie tam, gdzie uzyskuje się lub traci szczelność ciśnieniową.
• Trzpienie wypychacza powinny być rozmieszczone w większej liczbie, zamiast polegać na kilku dużych kołkach, ponieważ cienkie sekcje magnezowe łatwo ulegają rozdarciu podczas wyrzucania.

Warsztat, który projektuje i buduje własne oprzyrządowanie, rozwiązuje te problemy, zanim forma dotrze na halę produkcyjną. Dlatego nabywcy części magnezowych coraz częściej wolą współpracować producent odlewów ciśnieniowych, który samodzielnie projektuje i buduje własne formy zamiast dzielić oprzyrządowanie i odlewy pomiędzy dwie oddzielne firmy. Jakość formy przejawia się również w koszcie na część: narzędzie z odpowiednio hartowanymi wkładkami, dopasowanymi przewodami chłodzącymi i trwałymi systemami wypychaczy utrzymuje czas cyklu i jakość części przez setki tysięcy strzałów, podczas gdy lekko zaprojektowana forma wcześnie ulega uszkodzeniu i zabiera ze sobą harmonogram produkcji.

Zastosowania w różnych branżach

Największym i najbardziej wymagającym rynkiem odlewów ciśnieniowych magnezu jest branża motoryzacyjna. Wsporniki kolumny kierownicy, obudowy skrzyni biegów, ramy tablicy przyrządów i konstrukcje siedzeń wykorzystują magnez, ponieważ zmniejsza on masę dokładnie tam, gdzie ma to wpływ na prowadzenie i wydajność. Platformy pojazdów elektrycznych poszerzają tę listę o obudowy napędów elektrycznych i wsporniki konstrukcyjne, które kilka lat temu były częściami aluminiowymi. Zakres komponenty samochodowe ze stopu magnezu wyprodukowane przez specjalistyczną odlewnię ciśnieniową pokazuje, jak ściśle te części integrują żebra, występy montażowe i elementy rozpraszające ciepło.

Niestandardowe części samochodowe ze stopu magnezu Dostawcy, fabryka Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. jest niestandardowym chińskim dostawcą komponentów samochodowych ze stopu magnezu i stopu magnezu z branży motoryzacyjnej... Zobacz produkt →

Kolejnym ważnym użytkownikiem jest sprzęt komunikacyjny i elektroniczny. Magnez zapewnia naturalne ekranowanie EMI i RFI, co oznacza, że ​​ścianka o grubości od 1,0 do 1,2 mm blokuje zakłócenia elektromagnetyczne prawie tak dobrze, jak znacznie grubsza ściana aluminiowa lub cynkowa. Ta właściwość eliminuje potrzebę stosowania oddzielnych wkładek ekranujących w wielu obudowach i pokrywach. Ponieważ sprzęt komunikacyjny jest często instalowany na zewnątrz, odlewana obudowa musi również wytrzymywać ciepło, wilgoć i obciążenia mechaniczne, co zmusza projektantów do stosowania magnezu, gdy części z tworzyw sztucznych nie są w stanie spełnić połączonych wymagań.

Urządzenia przemysłowe i elektronarzędzia wykorzystują magnez do tłumienia drgań i zmniejszają zmęczenie operatora. Obudowy silników, pokrywy przekładni i korpusy narzędzi ręcznych mogą być produkowane jako pojedyncze odlewy ze zintegrowanymi występami montażowymi, żebrami i żeberkami chłodzącymi. Typowe przykłady pokazują, jak wiele konstrukcji można połączyć w jedną część i jaki jest zakres geometrii odlewy ciśnieniowe ze stopów magnezu do urządzeń przemysłowych pokazuje tę konsolidację w praktyce.

Niestandardowi dostawcy sprzętu przemysłowego ze stopu magnezu, fabryka Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. jest chińskim dostawcą niestandardowego sprzętu przemysłowego ze stopu magnezu i... Zobacz produkt →

Obudowy specjalistyczne, obudowy optyczne i drobne elementy konstrukcyjne stanowią szerszą kategorię elementy ze stopu magnezu co pokazuje elastyczność materiału wykraczającą poza główny nurt motoryzacyjny i przemysłowy.

Niestandardowe elementy ze stopu magnezu Dostawcy, fabryka Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. jest chińskim dostawcą niestandardowych elementów ze stopu magnezu i fabryką elementów ze stopu magnezu. Elektromag... Zobacz produkt →

Sprawdza przed zamówieniem odlewów ciśnieniowych magnezu

Pozyskiwanie odlewów ciśnieniowych magnezu wiąże się z kilkoma decyzjami, które nie dotyczą w ten sam sposób projektów z aluminium i cynku.

• Wymagania mechaniczne są na pierwszym miejscu, a wybór stopu na drugim miejscu. Jeśli część będzie przyjmować obciążenia udarowe, 3-procentowe wydłużenie AZ91D może być niewłaściwą specyfikacją; AM60B lub AM50A są często bezpieczniejszym rozwiązaniem.
• Zabezpieczenie antykorozyjne należy uzgodnić przed rozpoczęciem oprzyrządowania. Większość części magnezowych otrzymuje powłokę konwersyjną, a nabywcy przemysłowi często wybierają obróbkę fosforanem lub manganem bez chromu. Farba i powłoka proszkowa również wymagają odpowiedniej obróbki wstępnej, w przeciwnym razie nie będą działać prawidłowo.
• Należy spisać oczekiwania dotyczące porowatości. Obudowy szczelne ciśnieniowo wymagają odlewania podciśnieniowego i starannie rozmieszczonych przelewów, a położenie zasuwy już wpływa na to, gdzie pojawi się porowatość.
• Przegląd projektu formy powinien obejmować symulację wypełnienia, obliczenia kąta pochylenia i układ chłodzenia. Żądania zmian stają się dramatycznie droższe, gdy forma zostanie poddana obróbce cieplnej i wypolerowaniu.
• Dokumentacja procesu nie jest opcjonalna. Certyfikaty materiałowe, raporty dotyczące pierwszych artykułów i dane dotyczące spójności poszczególnych partii odróżniają kontrolowany proces od ryzyka.
• Budżet na operacje dodatkowe. Odlew magnezu może mieć kształt zbliżony do netto, ale precyzyjne otwory, gwinty i powierzchnie współpracujące nadal wymagają obróbki. Ostateczny dostarczony koszt powinien obejmować obróbkę skrawaniem, obróbkę powierzchni i kontrolę, a nie tylko cenę odlewu.

Dostawcy, którzy projektują formę i przeprowadzają proces odlewania pod jednym dachem, zwykle dobrze sobie radzą z tymi punktami, ponieważ ten sam zespół wspólnie widzi projekt narzędzia, zachowanie procesu i wyniki kontroli. W przypadku inżynierów tworzących krótką listę dostawców praktyczną kontynuacją jest sprawdzenie wiadomości branżowe na temat materiałów do odlewania ciśnieniowego magnezu i technologii form aby śledzić jak rozwija się strona produkcyjna.

Decyzja o zastosowaniu odlewów ciśnieniowych ze stopów magnezu jest zwykle podyktowana prostą arytmetyką: mniejsza waga, cieńsze ścianki i krótsze czasy cykli. Wiarygodność tej arytmetyki zależy w równych częściach od stopu, formy i dyscypliny procesowej odlewni. Określ stop pod kątem zmierzonych wymagań mechanicznych, przejrzyj projekt formy do odlewu ciśnieniowego magnezu równie dokładnie, jak rysunek części i zażądaj danych potwierdzających kontrolę procesu. Kiedy te warunki są spełnione, odlewanie ciśnieniowe magnezu jest jednym z najbardziej opłacalnych sposobów budowania lekkich, sztywnych i skomplikowanych części metalowych.