Жидкая штамповка деталей

Жидкая штамповка – один из способов литейного производства, позволяющий получать детали любой конфигурации, включая сложные геометрические формы. Суть технологии заключается в том, что расплавленный металл заливается в матрицу, где происходит его кристаллизация под давлением. При этом давление регулируемое, а отдельные полости матрицы перекрываются, что задаёт нужную геометрию. Также возможен вариант жидкой штамповки, когда расплав подаётся в форму под воздействием поршня, где металл выдерживается до полутвёрдого состояния. Затем при помощи пуансона часть металла вытесняется в освободившийся при отходе поршня объём.

Такая методика широко распространена, но не лишена некоторых недостатков. В частности:

1. В основе технологии лежит технология литья под давлением, при которой расплав подаётся в форму через специальную втулку. Именно этот нюанс накладывает ограничения по использованию материалов. В частности, расплав должен обладать хорошей текучестью и минимальным интервалом кристаллизации. Кроме того, предъявляются определённые требования к коэффициенту усадки, чтобы избежать деформации детали в процессе твердения. Поэтому жидкая штамповка обычно используется для литья деталей из алюминия и малокомпонентных сплавов.
2. В закрытом штампе могут образовываться застойные зоны. Это обусловлено недостаточной компенсацией усадочных процессов по всему объёму заготовки.

Жидкая штамповка прототипов

Также известна методика жидкой штамповки прототипов. Здесь повышенное давление создаётся до начала пластической деформации расплава, раньше завершения процессов кристаллизации металла. Недостаток такой технологии литья заключается в том, что для прототипов со сложной геометрией невозможно получить равномерной прочности по всему сечению заготовки.

Несмотря на ряд недостатков, преимуществ у жидкой штамповки заметно больше. В частности, этот способ идеально подходит для создания деталей сложной геометрической формы с тонкими ответвлениями, например, автомобильных дисков. При этом полученные детали обладают хорошей механической прочностью и устойчивостью к динамическим и ударным нагрузкам.

Литье серийных деталей

В целом, основной способ литья серийных деталей от создания прототипа заготовки отличается лишь способом выполнения операций. Если при отливке прототипа давление в форме создаётся до начала кристаллизации расплава, то в серийное литьё протекает по иной технологии. В частности, здесь открываются полости первого и второго порядка, и свободный объём принудительно заполняется частично закристаллизовавшимся расплавом металла.

Фактически, использование данной технологии помогло решить много проблем в сфере литья металла. В частности, жидкая штамповка устраняет технические противоречия между необходимостью дополнительного повышения физико-механических свойств деталей и использованием для этого многокомпонентных сплавов алюминия.

Технологический процесс жидкой штамповки

Если рассматривать технологический процесс жидкой штамповки более подробно, процесс состоит из следующих этапов:

1. Верхний и верхний средний пуансон переводятся в верхнее положение. Пуансоны нижнего и среднего звена находятся в рабочем положении. В результате в формовочной матрице образуются полости первого и второго порядка. При этом внутреннее пространство перекрыто, чтобы в матрицу второго порядка не попал расплавленный метал, подающийся при начале заливки.
2. Полость первого порядка заполняется расплавом. Когда металл полностью заполняет полость, где начинается первичное формообразование в условиях повышенного давления. При этом полость второго порядка остаётся свободной. Будущая деталь выдерживается в таких условиях до момента, пока фаза твёрдой кристаллизации не достигнет 75%-80%. После этого верхние пуансоны смещаются в положение, необходимое для компенсации естественных процессов усадки. Затем на верхний пуансон подаётся максимально допустимое давление, смещающее его на заданную величину. Одновременно принудительно открываются нижние пуансоны, открывающие доступ металла в полость второго порядка.
3. Заданное на пуансоны давление выдерживается до полного затвердевания металла по всему пространству заготовки. При этом пуансоны смещаются на заданную технологическими условиями величину, чтобы компенсировать усадку. В результате по всему сечению детали происходит равномерная пластическая деформация.
4. На завершающем этапе, пуансоны извлекаются из матрицы. Штамповочная форма разделяется на две полуматрицы, отделяющие заготовку от пуансона. После этого отштампованная деталь извлекается из матрицы.

При неукоснительном соблюдении всех особенностей и нюансов рассмотренных выше процессов, отштампованные детали обладают повышенными физико-механическими свойствами, и не отличается по техническим параметрам от заготовок, полученных литьём под низким или высоким давлением, отливкой с кристаллизацией металла и объёмной горячей штамповки. При этом в результате замера отдельных характеристик, в частности, текучести образца, пределу прочности, твёрдости по Бринелю и относительного удлинения, свойства изделий, полученных методом жидкой штамповки заметно выше.

Патент на технологию жидкой штамповки деталей зарегистрирован на территории Российской Федерации. Сама методика достаточно простая, но эффективная. Металл заливается в свободную полость матрицы, где формуется под давлением пуансонов. Когда отливка достигает определённого уровня кристаллизации. После этого расплав принудительно подаётся в оставшуюся часть формовочной матрицы, которая до этого момента перекрывается нижним пуансоном. В отличие от других способов литья, матрица здесь динамично изменяющаяся, и положение пуансонов регулируются на каждом этапе технологического процесса. В настоящий момент, такая методика считается самой эффективной при отливке деталей сложной геометрической формы, к которым предъявляются определённые требования в плане механической прочности.