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

Turnările sub presiune din aliaj de magneziu sunt răspunsul cel mai direct atunci când o componentă metalică structurală trebuie să piardă în greutate fără a sacrifica rigiditatea, precizia dimensională sau performanța termică. Magneziul este cel mai ușor metal structural în uz industrial, cu aproximativ 1,74 g/cm³, ceea ce îl face cu aproximativ o treime mai ușor decât aluminiul. O matriță de magneziu turnată sub presiune, proiectată corect, poate susține secțiuni de perete sub 1,5 mm și poate produce totuși piese turnate cu rezistențe la tracțiune în intervalul 200 până la 230 MPa. Aliajul singur, însă, nu garantează o piesă bună; designul matriței, fereastra procesului și experiența inginerească a turnatorului sub presiune determină dacă proiectul se desfășoară fără probleme sau se transformă în deșeuri.

Ce este turnarea sub presiune din aliaj de magneziu?

Turnarea sub presiune a aliajului de magneziu este un proces de înaltă presiune care injectează magneziu topit într-o cavitate din oțel întărit la viteză mare. Presiunile de injecție variază în mod obișnuit între 10 și 70 MPa, iar cavitatea se umple în milisecunde, ceea ce este modul în care nervurile subțiri, boturile de montare și geometria internă complexă pot fi turnate în loc să fie prelucrate.

Majoritatea pieselor medii și mici din magneziu funcționează pe mașini cu cameră fierbinte, unde sistemul de injecție rămâne scufundat în aliajul topit, menținând metalul la o temperatură stabilă și scurtând timpii ciclului. Piesele turnate mai mari rulează de obicei pe mașini cu cameră rece, care toarnă o cantitate măsurată de aliaj într-un manșon de împușcare înainte de injectare. Ambele configurații se bazează pe aceleași elemente fundamentale: umplere rapidă a cavității, solidificare rapidă, răcire controlată și ejectare curată din instrument. Gazul de protecție este utilizat în timpul topirii pentru a limita oxidarea, iar topitura este manipulată fără fluxuri, astfel încât incluziunile rămân suficient de scăzute pentru proprietăți mecanice consistente.

După ejectare, piesele se deplasează prin tăiere, debavurare și, în multe cazuri, prelucrare CNC până la toleranța finală. Mașini de magneziu sunt ușor de utilizat, ceea ce este unul dintre avantajele practice ale materialului, dar prelucrarea trebuie făcută cu măsuri adecvate de siguranță la incendiu, deoarece așchiile fine de magneziu sunt inflamabile. Finisarea suprafeței, de la acoperirea de conversie la vopsire, urmează prelucrarea și face parte din specificația produsului livrat.

Alegerea aliajului și elementele de bază ale proprietăților mecanice

Alegerea aliajelor este prima decizie cu consecințe de durată, deoarece diferențele dintre aliajele obișnuite de magneziu sunt mai mari decât sugerează numele lor. Tabelul de mai jos rezumă calitățile standard utilizate în producția de turnare sub presiune.

AZ91D rămâne implicit pentru majoritatea carcaselor, consolelor, capacelor și pieselor structurale generale, deoarece combină o calitate excelentă, rezistență previzibilă și performanță la coroziune acceptabilă odată acoperită. AM60B și AM50A comercializează aproximativ 10 până la 15% din rezistența la tracțiune pentru o alungire de două până la trei ori mai mare, ceea ce le face aliajele potrivite pentru piesele care se confruntă cu impact, vibrații sau sarcini de încovoiere. AE42 este aliajul care specifică când o turnare trebuie să-și păstreze forma în apropierea căldurii susținute, deoarece adaosurile sale cu pământuri rare oferă rezistență la fluaj peste ceea ce poate oferi AZ91D.

Rezistența la coroziune este adesea greșit înțeleasă în magneziu. Magneziul nu este un campion la coroziune, dar aliajul potrivit, asociat cu un strat de conversie corect, funcționează acceptabil în mediile interioare și cele mai multe auto. Alegerea acoperirii contează adesea mai mult decât aliajul în practică, iar un furnizor care controlează atât procesul de turnare, cât și procesul de finisare oferă un rezultat mai previzibil.

Considerații de proiectare a matriței turnate sub presiune de magneziu

Forma turnată sub presiune din magneziu este locul unde se decide succesul unui program de magneziu. Aliajele de magneziu se solidifică mai repede decât aluminiul, astfel încât matrița trebuie să se umple, să se răcească și să se aerisească într-un mod care se potrivește cu comportamentul de înghețare rapidă. Oțelul pentru scule este în mod normal H13 sau o calitate echivalentă pentru lucru la cald, întărit și nitrurat, astfel încât cavitatea să supraviețuiască atât ciclurilor termice, cât și curgerii erozive a metalului topit.

Regulile de proiectare care contează cel mai mult sunt aceleași care cauzează cele mai multe probleme de producție atunci când sunt ignorate:

• Grosimea uniformă a peretelui în intervalul 1,5 până la 3,0 mm oferă cel mai bun comportament de umplere și răcire. Turnările cu pereți subțiri de la 0,8 la 1,2 mm sunt posibile, dar necesită porți mai largi, injecție mai rapidă și control mult mai strict al temperaturii matriței.
• Unghiurile de aspirare de 0,5 până la 2,0 grade pe pereții verticali permit piesei să părăsească matrița fără distorsiuni. Coastele și șefurile au nevoie de puțin mai multă curent decât pereții plati.
• Contracția este de aproximativ 0,6 până la 0,7 procente, în funcție de aliaj și grosimea secțiunii, iar dimensiunile cavității trebuie construite ținând cont de acest factor de contracție.
• Canalele de răcire echilibrate sunt esențiale. Răcirea neuniformă este cea mai comună cauză principală a deformarii, porozității interne și a pieselor respinse.
• Revărsările și ventilațiile au un efect direct asupra conținutului de gaz și oxizi. Ele colectează primul metal rece și oferă aerului prins o ieșire, care este exact locul unde se câștigă sau se pierde etanșeitatea la presiune.
• Știfturile ejectorului ar trebui să fie poziționați în număr mai mare, mai degrabă decât să se bazeze pe câțiva pini mari, deoarece secțiunile subțiri de magneziu se rupe ușor în timpul ejectării.

Un magazin care își proiectează și își construiește propriile scule rezolvă aceste probleme înainte ca matrița să ajungă la nivelul producției. De aceea, cumpărătorii de piese de magneziu preferă din ce în ce mai mult să lucreze cu un producător de turnare sub presiune care își proiectează și își construiește propriile matrițe în interior mai degrabă decât împărțirea sculelor și turnării între două companii separate. Calitatea matriței apare și în costul pe piesă: o unealtă cu inserții întărite corespunzător, linii de răcire potrivite și sisteme de evacuare durabile își menține timpul ciclului și calitatea piesei pentru sute de mii de fotografii, în timp ce o matriță ușor proiectată eșuează devreme și ia cu ea programul de producție.

Aplicații în diverse industrii

Automobile este cea mai mare și mai pretențioasă piață pentru turnarea sub presiune cu magneziu. Suporturile coloanei de direcție, carcasele transmisiei, cadrele panoului de instrumente și structurile scaunelor folosesc toate magneziu, deoarece înlătură greutatea exact acolo unde afectează manevrarea și eficiența. Platformele pentru vehicule electrice extind și mai mult lista, cu carcase e-drive și suporturi structurale care erau piese din aluminiu în urmă cu câțiva ani. Gama de componente auto din aliaj de magneziu produs de un turnator specializat ilustrează cât de strâns integrează aceste piese nervurile, boturile de montare și caracteristicile de disipare a căldurii.

Aliaj personalizat de magneziu Componente auto Furnizori, fabrică Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. este furnizori de componente pentru automobile din aliaj de magneziu personalizat din China și aliaj de magneziu pentru automobile... Vizualizare produs →

Echipamentele de comunicații și electronice sunt un alt utilizator important. Magneziul oferă ecranare EMI și RFI naturală, ceea ce înseamnă că un perete de 1,0 până la 1,2 mm blochează interferențele electromagnetice aproape la fel de bine ca un perete mult mai gros de aluminiu sau zinc. Această proprietate elimină nevoia de căptușeli de ecranare separate în multe carcase și capace. Deoarece echipamentele de comunicații sunt adesea instalate în aer liber, carcasa turnată trebuie să facă față, de asemenea, la căldură, umiditate și sarcini mecanice, ceea ce împinge proiectanții la magneziu atunci când piesele din plastic nu pot îndeplini cerințele combinate.

Echipamentele industriale și uneltele electrice profită de amortizarea vibrațiilor a magneziului și de oboseala redusă a operatorului. Carcasele motorului, capacele cutiei de viteze și corpurile uneltelor de mână pot fi produse ca piese turnate unice cu boturi de montare, nervuri și aripioare de răcire integrate. Exemplele tipice arată cât de multă structură poate fi consolidată într-o singură parte și intervalul de geometrie piese turnate sub presiune din aliaj de magneziu pentru echipamente industriale demonstrează că consolidarea în practică.

Furnizori de echipamente industriale personalizate din aliaj de magneziu, fabrică Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. este furnizori de echipamente industriale din aliaj de magneziu personalizat din China și aliaj de magneziu industrial... Vizualizare produs →

Carcasele specializate, carcasele optice și componentele structurale mici formează o categorie mai largă de articole din aliaj de magneziu care arată flexibilitatea materialului dincolo de mainstreamul auto și industrial.

Furnizori de articole personalizate din aliaj de magneziu, fabrică Ningbo Yunmai Precision Machinery Co., Ltd. este furnizori de articole din aliaj de magneziu personalizat din China și o fabrică de articole din aliaj de magneziu. Electromagn... Vizualizare produs →

Verificări înainte de a comanda piese turnate sub presiune de magneziu

Aprovizionarea cu materiale turnate sub presiune de magneziu implică câteva decizii care nu se aplică proiectelor din aluminiu sau zinc în același mod.

• Cerințele mecanice sunt pe primul loc, alegerea aliajului pe al doilea. Dacă piesa va suporta sarcini de impact, alungirea de 3 procente a AZ91D poate fi o specificație greșită; AM60B sau AM50A este adesea apelul mai sigur.
• Protecția împotriva coroziunii trebuie convenită înainte de începerea sculelor. Majoritatea pieselor din magneziu primesc un strat de conversie, iar cumpărătorii industriali specifică de obicei tratamente fără crom cu fosfat sau mangan. Vopseaua și stratul de pudră au, de asemenea, nevoie de un pretratare corect, altfel nu vor funcționa.
• Așteptările privind porozitatea ar trebui scrise. Carcasele etanșe la presiune au nevoie de turnare asistată de vid și preaplinuri plasate cu grijă, iar poziția porții influențează deja locul unde va apărea porozitatea.
• Revizuirea designului matriței ar trebui să includă simularea umplerii, calculele unghiului de aspirare și aspectul de răcire. Solicitările de schimbare devin dramatic mai scumpe odată ce matrița este tratată termic și lustruită.
• Documentația procesului nu este opțională. Certificatele de materiale, rapoartele privind primul articol și datele de consistență lot la lot separă un proces controlat de un joc de noroc.
• Bugetul pentru operatiuni secundare. O turnare de magneziu poate avea o formă aproape de rețea, dar alezajele de precizie, filetele și fețele de îmbinare necesită încă prelucrare. Costul final de livrare ar trebui să includă prelucrarea, tratarea suprafeței și inspecția, nu doar prețul de turnare.

Furnizorii care proiectează matrița și desfășoară procesul de turnare sub un singur acoperiș tind să înțeleagă corect aceste puncte, deoarece aceeași echipă vede împreună proiectarea sculei, comportamentul procesului și rezultatele inspecției. Pentru inginerii care construiesc o listă scurtă de furnizori, o urmărire practică este să verifice știri din industrie despre materialele de turnare sub presiune cu magneziu și tehnologia matrițelor pentru a urmări modul în care se dezvoltă partea de producție.

Decizia de a utiliza piese turnate sub presiune din aliaj de magneziu este de obicei determinată de o simplă aritmetică: greutate mai mică, pereți mai subțiri și timpi de ciclu mai scurti. Fiabilitatea acelei aritmetici depinde de aliaj, matriță și disciplina de proces a turnătoriei în părți egale. Specificați aliajul în funcție de cerințele mecanice măsurate, revizuiți designul matriței turnate sub presiune cu magneziu la fel de atent ca desenul piesei și solicitați date care să demonstreze că procesul este controlat. Când aceste condiții sunt îndeplinite, turnarea sub presiune cu magneziu este una dintre cele mai rentabile moduri de a construi piese metalice ușoare, rigide și complexe.