Magnija liešana: Vieglā metāla risinājumi

1. Ievads

Magnija liešana ir unikāla viegla veiktspējas un liela apjoma izgatavojamības konverģence.

Kā vieglākais konstrukcijas metāls, magnijs piedāvā ievērojamas priekšrocības nozarēs, kur svara samazināšana, spēka un svara attiecība, un siltuma veiktspēja ir kritiski.

Kas ir liešana?

Mirkšana ir metāla formēšanas process, kurā izkausētu metālu lielā ātrumā un spiedienā ievada tērauda veidnē, ražo gandrīz tīkla formas detaļas ar augstu izmēru precizitāti.

Magnijs, zemās kušanas temperatūras dēļ (~650°C), Lieliska liešanas spējas, un augsta plūstamība, ir ideāli piemērots šim procesam.

Kāpēc magnijs?

• Blīvums: ~1,78 g/cm³ (≈33% vieglāks par alumīniju, 75% vieglāks par tēraudu)
• Augstas stiprības un svara attiecība
• Lieliska vibrāciju slāpēšana un elektromagnētiskā ekranēšana

2. Magnija sakausējumi liešanai

Magnija liešanas sakausējumi ir īpaši izstrādāti, lai nodrošinātu vieglu veiktspēju, liešana, mehāniskā izturība, un izturība pret koroziju.

Visbiežāk lietotie magnija sakausējumi presliešanā pieder pie AM, THE, un AE sērija, ar citiem īpašiem sakausējumiem, kas izstrādāti augstas temperatūras vai nišas rūpnieciskiem lietojumiem.

Magnija liešanas sakausējumu klasifikācija

Magnija sakausējumus iedala kategorijās, pamatojoties uz to galvenajiem sakausējumiem. Nosaukšanas konvencija parasti atspoguļo ķīmiskais sastāvs, kur:

• Izšķirt = Alumīnijs
• Z = Cinks
• M = mangāns
• E = retzemju zemes (Piem., kērijs, itrijs, neodīms)
• S = Silīcijs
• Kandids = Cirkonijs

Piemēram, AZ91D galvenokārt sastāv no alumīnijs (9%) un cinks (1%), ar mangāna un citu elementu piedevām graudu rafinēšanai un stabilitātei.

Parastā magnija sakausējuma sērija liešanai

3. Magnija liešanas procesi

Magnija liešana ir precīza ražošanas metode, kurā izkausētu magnija sakausējumu iesmidzina tērauda veidnē zem augsta spiediena, lai iegūtu tīkla formas vai gandrīz tīkla formas sastāvdaļas..

Hot-Chamber vs. Aukstās kameras liešana

Magnija sakausējuma liešanā izmanto divus galvenos mašīnu tipus: kampaņa un aukstā kamera sistēmas.

Katrs no tiem ir pielāgots dažādām sakausējuma īpašībām, komponentu izmēri, un ražošanas prasības.

Karstās kameras liešana

Karstās kameras mašīnas, bieži dēvē par zoss kakla sistēmas, ir visizplatītākā magnija izvēle, jo metālam ir salīdzinoši zems kušanas punkts un tas nereaģē ar tēraudu.

Šī metode ir īpaši efektīva maziem un vidējiem komponentiem, parasti sver mazāk nekā 2 kg.

Šajā konfigurācijā, līdz ir integrēts kausēšanas katls injekcijas blokā.

Šajā katlā atrodas izkausētais magnija sakausējums, un virzuļa mehānisms to injicē caur a zoss kakla formas kanāls tieši matricas dobumā.

Īsais ceļš starp izkausēto baseinu un veidni samazina siltuma zudumus un uztur nemainīgu iesmidzināšanas temperatūru, parasti apkārt 640-680 °C— ideāli piemērots magnija plūstamībai.

Cikla laiki diapazons starp 10– 30 sekundes, padarot karstās kameras liešanu labi piemērotu plānsienu vai ģeometriski sarežģītu detaļu liela apjoma ražošanai, piemēram,:

• Mobilo ierīču korpusi
• Kameru rāmji
• Mazie elektronikas korpusi

Lai arī, integrētajai kausēšanas iesmidzināšanas sistēmai ir arī ierobežojumi.

Sakausējumi ar augstāku kušanas temperatūru vai tie, kuriem ir lielāka nosliece uz oksidācija un piesārņojums (piemēram, alumīnijs vai retzemju sastāvi) ir nav saderīgs ar šo procesu.

Nepārtraukta izkausēta metāla pakļaušana gaisa iedarbībai palielina oksidēšanās risku, laika gaitā samazinot sakausējuma tīrību.

Aukstās kameras liešana

Turpretī, aukstās kameras mašīnas ir izstrādāti priekš lielākas un sarežģītākas daļas, bieži sver līdz 25 kg vai vairāk.

Šī metode atdala kausēšanas krāsni no iesmidzināšanas sistēmas, piedāvājums lielāka kontrole pār sakausējuma kvalitāti un temperatūras stabilitāti.

Darbībā, izkausēts magnijs ir ar kausu manuāli vai robotiski no ārējā tīģeļa uz šāviena uzmavu.

Pēc tam hidrauliskais virzulis iespiež metālu veidnē augsts injekcijas spiediens— parasti starp 50 un 150 MPA.

Šī atdalīšana ļauj labāk apstrādāt sakausējumus, kas ir jutīgi pret termisko ciklu un gaisa iedarbību.

Ražošanā parasti izmanto aukstumkameras liešanu:

• Autobūves šasijas sastāvdaļas
• Strukturālās kronšteini
• Transmisijas korpusi
• Lieli e-mobilitātes lējumi

Lai gan cikla laiki ir garāki, pateicoties papildu izkraušanas posmam un pagarinātam sacietēšanas periodam,

process ir labāk piemērots lietojumprogrammām, kurām ir pieprasījums lielāka izturība, izmēru precizitāte, un biezākas sienu daļas.

4. Veidņu dizains un instrumenti magnija liešanā

Izrāde, uzticamība, un magnija presliešanas izmaksu efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no pelējuma (mirt) dizaina un instrumentu stratēģija.

Labi izstrādāta presforma ne tikai nodrošina izmēru precizitāti un atkārtojamību, bet arī palielina instrumenta kalpošanas laiku un samazina liešanas defektus, piemēram, porainību., deformācija, vai nepilnīgs pildījums.

Materiāli un virsmas pārklājumi

Ņemot vērā augsto iesmidzināšanas spiedienu (līdz 150 MPA) un ātrs termiskais cikls (no ~650 °C kausēta magnija līdz mirstes temperatūrai ~200–250 °C), matricas materiālam ir jābūt:

• Augsta termiskā noguruma izturība
• Lieliska nodilumizturība
• Laba stingrība un pulējamība

Parastie die materiāli:

• H13 instrumentu tērauds: Rūpniecības standarts magnija sakausējuma liešanas presformām; gaisā cietošs tērauds ar augstu hroma un molibdēna saturu.
• Premium H11 vai H21: Izvēlēts gadījumos, kad sarežģītās ģeometrijās nepieciešama papildu karstuma stiprība vai stingrība.

Virsmas procedūras:

Lai pagarinātu stangas kalpošanas laiku un samazinātu lodēšanu (metāla saķere), tiek veikta virsmas apstrāde:

• PVD/CVD pārklājumi (Piem., TiN, CrN): Nodrošina zemu berzi, augstas cietības virsmas.
• Nitrēšana: Uzlabo virsmas cietību un nodilumizturību.
• Borizēšana: Izmanto kritiskās vietās, kur ir nosliece uz eroziju.

Kritiskie dizaina elementi

• Dzesēšanas sistēmas: Daudzkanālu ķēdes samazina cikla laiku līdz pat 25%.
• Vārti un ventilācija: Plānās sienas ventilācijas atveres (0.05-0,1 mm) samazināt gāzes porainību.
• Mirst paredzamais mūža ilgums: 500,000-2 miljoni ciklu, atkarībā no sakausējuma un apkopes.

5. Magnija sakausējuma īpašības

Magnija sakausējumi piedāvā unikālu viegluma kombināciju, laba mehāniskā izturība, liešana, un siltuma veiktspēja, padarot tos ideāli piemērotus strukturālām un elektroniskām lietojumprogrammām.

Parasto magnija liešanas sakausējumu galvenās īpašības

6. Izturība pret koroziju un virsmas aizsardzība

Lai gan magnijs tiek novērtēts tā vieglā svara un stiprības un svara attiecības dēļ, tā korozijas izturēšanās ir ievērojams inženiertehnisks izaicinājums, īpaši mitrā laikā, fizioloģiskais šķīdums, vai ķīmiski agresīva vide.

Magnija raksturīgās korozijas tendences

Magnijam ir ļoti reaģējoša virsma, un galvaniskajā sērijā tas atrodas zemā līmenī, padarot to termodinamiski neaizsargātu pret oksidāciju un elektroķīmiskiem uzbrukumiem.

Atšķirībā no alumīnija, magnija dabīgais oksīda slānis (MgO) ir poraina un nelīpoša, piedāvā ierobežotu aizsardzību.

Galvenie korozijas riski:

• Galvaniskā korozija saskaroties ar vairāk cēlmetāliem (Piem., tērauds, vara)
• Punktu korozija hlorīdu saturošā vidē (Piem., ceļa sāls, jūras ūdens)
• Šķiedru un plaisu korozija zem pārklājumiem vai pie ciešiem savienojumiem
• Ūdeņraža evolūcija, kas var saasināt mikroplaisāšanu un porainību

Korozijas veiktspēja ar sakausējumu

Dažādi magnija sakausējumi piedāvā dažādus korozijas izturības līmeņus:

• AZ91D: Mērena pretestība; piemērots iekštelpām vai viegli kodīgām vidēm.
• AM60B: Nedaudz labāks, jo tajā ir mazāks alumīnija saturs.
• AE44 / QE22: Paaugstināta izturība pret koroziju, pateicoties retzemju elementiem, pat paaugstinātā temperatūrā.

Virsmas aizsardzības stratēģijas

Magnija dabiskās oksīda plēves ierobežojumu dēļ, gandrīz vienmēr ir nepieciešama virsmas apstrāde pēc liešanas, Īpaši automobiļu, avi kosmosa, vai jūras lietojumiem.

Hroma pārveidošanas pārklājumi (CCC)

• Tradicionālā metode, bieži dzeltenā vai zaigojošā krāsā
• Nodrošina mērenu aizsardzību pret koroziju
• Sešvērtīgie hromāti tiek pakāpeniski izbeigti vides aizsardzības noteikumu dēļ

Anodējošs (Magokhid, Dow 17, HAE)

• Izveido biezāku oksīda slāni, lai uzlabotu izturību pret koroziju
• Mazāk efektīva nekā alumīnija anodēšana; bieži izmanto kā krāsu pamatu

Mikroloka oksidēšana (MAO) / Plazmas elektrolītiskā oksidēšana (PEO)

• Uzlabots keramikai līdzīgs virsmas slānis
• Lieliska termiskā stabilitāte, izturība pret nodilumu un koroziju
• Piemērots augstākās klases lietojumprogrammām (Piem., avi kosmosa, militārs, EV baterijas)

Organiskie pārklājumi & Krāsu sistēmas

• Epoksīda vai poliestera pārklājumi, ko uzklāj ar pulvera pārklājumu vai elektropārklājumu (e-mētelis)
• Jāizmanto ar atbilstošu pirmapstrādi (Piem., fosfāta vai cirkonija konversija)
• Efektīva vairāku gadu aizsardzības nodrošināšanai automobiļu servisā

Bezelektriska niķeļa pārklāšana

• Nodrošina gan koroziju, gan nodilumizturību
• Piemērots precīzām sastāvdaļām, kurām nepieciešama izmēru stabilitāte

8. Magnija liešanas pielietojumi

Automobiļu rūpniecība

Magnijs tiek plaši izmantots automobiļu rūpniecībā, lai samazinātu transportlīdzekļa svaru un uzlabotu degvielas efektivitāti un veiktspēju.

Tā kā automobiļu ražotāji cenšas sasniegt stingrākus CO₂ emisiju mērķus un elektriskā mobilitāte kļūst arvien populārāka, magnija nozīme strauji paplašinās.

Parastie automobiļu komponenti:

• Stūres rata serdes
• Informācijas paneļa šķērssijas
• Transmisijas korpusi
• Sēdekļu rāmji un atzveltnes mehānismi
• Instrumentu paneļa balsti
• Pārnesumkārbas un pārnesumkārbu vāki
• Sajūga korpusi
• Akumulatoru korpusi (EV)

Aviācijas un aizsardzība

Aviācijas un kosmosa lietojumos, pieprasījums pēc viegliem materiāliem ar augstu izturību un vibrācijas slāpēšanu padara magnija sakausējumus īpaši vērtīgus.

To lieliskā izturības un svara attiecība un labā apstrādājamība ir izdevīga gan militārajā, gan komerciālajā aviācijā.

Aviācijas un kosmosa sastāvdaļas:

• Rotorplāna transmisijas korpusi
• Lidmašīnu korpusa piederumi un piekļuves paneļi
• Avionikas korpusi
• Iekšējie kronšteini un balsti
• Kravas nodalījuma un kabīnes korpusa sastāvdaļas

Elektronika un telekomunikācijas

Magnija lējumi tiek plaši izmantoti elektronikas rūpniecībā, kur elektromagnētiskā saderība (EMC) un siltuma vadība ir kritiska.

Magnijs nodrošina gan mehānisku atbalstu, gan aizsardzību pret elektromagnētiskiem traucējumiem (EMI).

Kopējās elektroniskās daļas:

• Klēpjdatoru un planšetdatoru korpusi
• Viedtālruņu rāmji
• Kameras korpusi
• TV un monitoru rāmji
• Cietais disks (HDD) apvalks
• Projektoru korpusi
• Serveru un telekomunikāciju iekārtu vāki

Rūpnieciskie un elektroinstrumenti

Rokas vai pārnēsājamiem instrumentiem, magnija mazais svars un augsta noguruma izturība nodrošina ievērojamas ergonomikas priekšrocības.

Materiāls arī uzlabo triecienu absorbciju un siltuma vadītspēju smagas slodzes vidē.

Instrumentu lietojumprogrammas:

• Spēka urbju korpusi
• Ripzāģu korpusi
• Triecienuzgriežņu atslēgu korpusi
• Akumulatoru instrumentu korpusi
• Siltuma izlietnes un motora rāmji

Jaunie tirgi un nākotnes tendences

Attīstoties tehnoloģijām, magnijs atrod jaunas lomas traucējošos lietojumos, jo īpaši tajos, kas saistīti ar vieglu robotiku, autonomās sistēmas, un elektriskā mobilitāte.

Jaunās lietojumprogrammas:

• Droni un bezpilota lidaparātu korpusi
• E-velosipēdu rāmji un akumulatoru moduļi
• Autonomie transportlīdzekļa sensoru korpusi
• Medicīnas ierīču sastāvdaļas (Piem., protezēšana, iekavas)
• Ilgtspējīga transportēšana (e-skūteri, mikromobilitātes platformas)

9. Magnija liešanas priekšrocības un trūkumi

Magnija liešana mūsdienu ražošanā arvien vairāk tiek izmantota tā izcilo svara un veiktspējas īpašību dēļ..

Magnija liešanas priekšrocības

Vieglākais strukturālais metāls

Magnija blīvums ir 1.74 G/cm³, aptuveni 35% vieglāks par alumīniju un 75% vieglāks par tēraudu,

padarot to ideāli piemērotu lietojumiem, kur svara samazināšana ir kritiska (Piem., avi kosmosa, EV, rokas instrumenti).

Lieliska liešanas spējas

Magnija sakausējumiem ir izcilas plūsmas īpašības, kas ļauj veikt atliešanu plānsienu, komplekss, un ļoti detalizētas ģeometrijas ar minimālu porainību vai saraušanās defektiem.

Augstas stiprības un svara attiecība

Daudzi magnija sakausējumi (Piem., AZ91D, AE44) nodrošina iespaidīgu mehānisko veiktspēju attiecībā pret to masu, piedāvājot stiepes stiprību 200-280 MPa diapazons.

Izcila apstrādājamība

Magnija mašīnas ātrāk un ar mazāku instrumentu nodilumu nekā alumīnijs, samazinot ražošanas laiku un instrumentu apkopi. Tās skaidas viegli saplīst un aiznes siltumu prom no griešanas zonas.

Elektromagnētiskais ekranējums

Magnijs piedāvā efektīvus EMI/RFI ekranējums, padarot to ļoti piemērotu elektronikas korpusiem, telekomunikāciju, un automobiļu vadības bloki.

Slāpēšanas spēja

Materiālam ir lieliskas vibrācijas slāpēšanas īpašības, palīdzot samazināt troksni, šoks, un nogurums automobiļu un elektroinstrumentu komponentēs.

Pārstrāde

Magnija sakausējumi ir 100% pārstrādājams ar minimālu īpašību pasliktināšanos, atbalstot aprites ražošanas un ilgtspējības iniciatīvas.

Magnija liešanas trūkumi

Uzņēmība pret koroziju

Magnijs ir ļoti reaģējošs un nosliece uz galvaniskā un punktveida korozija, īpaši hlorīdu bagātā vai mitrā vidē. Virsmas aizsardzība (Piem., pārklājums, Anodējošs) parasti ir obligāta.

Ierobežota izturība augstā temperatūrā

Lielākā daļa komerciālo magnija sakausējumu mīkstina paaugstinātā temperatūrā, ierobežojot to izmantošanu iepriekš 120-175 °C. Specializētie sakausējumi, piemēram, AE44 un QE22, piedāvā nelielus uzlabojumus.

Augstas izmaksas

Magnija izejvielu izmaksas parasti ir 30% augstāks nekā alumīnija.

Papildus, magnija sakausējumu apstrādei ir nepieciešams specializēts aprīkojums un apstrāde metāla reaktivitātes dēļ, palielinot kopējās ražošanas izmaksas.

Oksidācija un uzliesmojamība

Izkausēts magnijs var aizdegties, ja ar to netiek pareizi rīkoties. Tas rada nepieciešamību stingri liešanas protokoli, aizsargājošas atmosfēras (Piem., SF₆ aizstājēji), un drošības aprīkojums.

Zemāka elastība nekā alumīnijam

Lai gan magnija sakausējumi, piemēram, AM60B, nodrošina pienācīgu pagarinājumu, vairums sakausējumu ir trauslāki nekā viņu alumīnija kolēģi, kas var ierobežot deformāciju sadursmes zonās vai veidošanās vietās.

Metināšanas ierobežojumi

Magnijs ir grūti metināms, īpaši izmantojot tradicionālās metodes. Berzes maisīšanas metināšana un lāzermetināšana piedāvā alternatīvas, taču palielina sarežģītību un izmaksas.

10. Kāpēc magnija liešana ir dārgāka?

Magnija sakausējuma presformas liešanas augstākās izmaksas var saistīt ar vairākiem faktoriem.

Pirmkārt, magnija izejvielu izmaksas ir augstākas nekā biežāk izmantotajiem metāliem, piemēram, alumīnija.

Magnija ražošanai nepieciešami energoietilpīgāki procesi, kas veicina tā salīdzinoši dārgo cenu.

Otrkārt, magnija sakausējumi ir reaktīvāki, un kausēšanas laikā tiem ir nepieciešama īpaša apstrāde un aprīkojums, liešana, un apstrādes posmi.

Tas ietver aizsargatmosfēras izmantošanu kausēšanas laikā, lai novērstu oksidēšanos, kas palielina darbības izmaksas.

Papildus, nepieciešamība pēc virsmas apstrādes, lai uzlabotu izturību pret koroziju, vēl vairāk palielina magnija spiedienliešanas detaļu kopējās izmaksas salīdzinājumā ar dažiem citiem metāliem, kuriem var būt nepieciešama mazāka apstrāde..

11. Salīdzinājums ar citiem liešanas materiāliem

Magnija preslējumu bieži salīdzina ar citiem izplatītiem materiāliem, piemēram alumīnijs un cinks, sakarā ar to plašo pielietojumu precizitātes komponentos.

Katrs materiāls piedāvā unikālu īpašību līdzsvaru, maksāt, un apstrādājamība.

Galvenie salīdzināmie parametri

12. Secinājums

Magnija liešana ir attīstījusies par a kritiskā ražošanas tehnoloģija prioritārām nozarēm viegls spēks, Izmēra precizitāte, un augsta ražošanas caurlaidspēja.

Kamēr tas nāk ar materiālu, instrumenti, un virsmas aizsardzības problēmas, tā veiktspējas priekšrocības— jo īpaši transporta un elektronikas jomā — turpina attaisnot tā izmantošanu.

Tā kā globālā pāreja uz elektrifikācija, ilgtspējība, un vieglā inženierija paātrina, magnija liešana mūsdienu dizaina un ražošanas stratēģijās kļūs vēl svarīgāka.

Pielāgoti liešanas pakalpojumi no DIE

Šis piedāvā augstas kvalitātes pasūtījuma liešanas pakalpojumi pielāgota, lai atbilstu jūsu precīzajām specifikācijām.

Ar daudzu gadu pieredzi un modernu aprīkojumu, mēs specializējamies precīzu metāla detaļu ražošanā, izmantojot alumīnijs, cinks, un magnijs sakausējumi.

Ko mēs piedāvājam:

• OEM & ODM liešanas risinājumi
• Atbalsts priekš no maza līdz liela apjoma ražošanai
• Pielāgota veidņu projektēšana un inženiertehniskais atbalsts
• Stingras izmēru pielaides un lieliska virsmas apdare
• Sekundārās operācijas, ieskaitot CNC apstrāde, virsmas apstrāde, un montāža

FAQ

Vai magniju ir viegli izliet?

Magnijs ir salīdzinoši viegli liejams, pateicoties tā izcilajai plūstamībai un zemajai kušanas temperatūrai (~650°C).

Lai arī, tā augstajai ķīmiskajai reaģētspējai ir nepieciešama kontrolēta atmosfēra un specializēts aprīkojums, lai novērstu oksidēšanos un nodrošinātu augstas kvalitātes lējumus.

Kā tiek izgatavotas magnija presformas?

Magnija presformas parasti ir izgatavotas no augstas stiprības instrumentu tērauda, ​​piemēram, H13, kas ir termiski apstrādāti, lai nodrošinātu cietību un izturību.

Tie bieži ietver precīzus dzesēšanas kanālus un virsmas pārklājumus (piemēram, PVD vai CVD) izturēt termisko nogurumu un nodilumu atkārtotu liešanas ciklu laikā.

Kāds metāls ir vislabākais liešanai?

Labākais metāls ir atkarīgs no pielietojuma: magnijs piedāvā vieglāko svaru un labu izturību; alumīnijs līdzsvaro spēku, izturība pret koroziju, un izmaksas; cinks izceļas ar detalizētu izšķirtspēju un zemu kušanas temperatūru.

Izvēle tiek veikta, pamatojoties uz veiktspēju, maksāt, un dizaina prasības.

Kāpēc alumīnija vietā lietot magniju?

Magnijam ir priekšroka, nevis alumīnijam, ja svara samazināšana ir kritiska, jo tas ir aptuveni 35% šķiltavas.

Tas piedāvā arī izcilu apstrādājamību un labu izmēru stabilitāti, padarot to ideāli piemērotu automobiļu un kosmosa detaļām, kur masas samazināšana uzlabo degvielas efektivitāti un veiktspēju.