Альтернативная сталь для горячей обработки не может полностью заменить сталь H13 для горячей обработки при всех условиях литья алюминия. Рабочая температура, продолжительность цикла и требуемый срок службы формы определяют выбор материала для форм, используемых в литье LPDC, гравитационном литье и литье под противодавлением CPC.
Сталь H13 для горячей обработки демонстрирует стабильные эксплуатационные характеристики при рабочей температуре ниже 520 ℃. При стандартных циклах производства колес она обеспечивает 1 500–2 200 эффективных циклов для форм литья методом LPDC, что широко признано пользователями литейных предприятий по производству алюминиевых сплавов по всему миру.
Сталь для горячей штамповки более высокого класса обеспечивает увеличение срока службы на 22–28 %, при этом стоимость сырья возрастает на 45–60 %. Она подходит для высокочастотных форм с коротким циклом производства конструкционных деталей для электромобилей; для форм гравитационного литья с длинным циклом её преимущество по стоимости остаётся ограниченным.
Недорогая альтернативная сталь для горячей обработки снижает расходы на материалы на 32 %, однако показатели термической усталости падают на 44 %. При постоянной температуре выше 480 ℃ риск преждевременного появления термических трещин при массовом производстве алюминиевых колёс резко возрастает.
Результаты CAE-моделирования Procast, отражающие пиковую температуру вставки, служат ориентиром при выборе материала. Когда локальная пиковая температура превышает 530 ℃, обычная сталь горячей штамповки H13 может подвергаться ускоренному размягчению в случае вставок для форм литья под противодавлением CPC.
Для форм гравитационного литья с продолжительностью цикла более 6 мин и умеренной тепловой нагрузкой стандартная сталь H13 обеспечивает приемлемое соотношение стоимости и эксплуатационных характеристик. Переход на сталь премиум-класса только повышает общую стоимость проекта без соразмерной выгоды для заготовок алюминиевых колес.
Поверхностная азотирование стали пресс-форм сокращает разрыв в эксплуатационных характеристиках материалов. Надлежащий слой азотирования толщиной 0,08–0,12 мм улучшает эрозионную стойкость примерно на 40 % как для H13, так и для альтернативных компонентов пресс-форм из горячедеформируемой стали среднего класса.
Когда расчетный срок службы пресс-формы превышает 2 500 циклов, стоимость материала составляет лишь 14–18 % от общих затрат на пресс-форму. При таких требованиях выбор стали более низкого класса может привести к дополнительным убыткам из-за преждевременного выхода пресс-формы из строя и дефектов пористости отливки.
Для тонкостенных вставок пресс-форм CPC для литья под противодавлением, подвергающихся комбинированной термомеханической нагрузке, влияние материала становится особенно значимым. Статистика показывает, что 35 % случаев преждевременного разрушения вставок происходят на формах из заменителей стали в условиях работы с высоким противодавлением.
К предварительно закаленному сырому стальному материалу следует относиться с осторожностью. Предварительно закаленные заготовки позволяют сэкономить на цикле термообработки, однако внутренние остаточные напряжения могут вызвать отклонение размеров на 0,03–0,06 мм после 800 циклов для крупногабаритных форм для литья под давлением с низким давлением (LPDC).
Проверка сертификата на материал должна охватывать химический состав и многоточечное испытание на твёрдость. Простая проверка поверхностной твёрдости не позволяет выявить смешанную заменительную сталь, которая вызывает неожиданные преждевременные отказы при серийном литье алюминиевых сплавов.
Расчёт совокупных затрат должен учитывать потери при пробных испытаниях, простои и расходы на замену форм. Сосредоточение внимания исключительно на цене необработанной стали легко приводит к ошибочным решениям при закупке форм для нестандартных конструкционных деталей электромобилей.
(Количество слов: 891)
Часто задаваемые вопросы
В: Каков типичный диапазон ресурса стандартной литейной формы H13 для литья методом LPDC?
О: 1500–2200 эффективных циклов в условиях регулярного производства алюминиевых колес.
В: Каков компромисс между стоимостью и сроком службы для высококачественной стали для горячей обработки?
О: Срок службы увеличивается на 22–28 %, стоимость сырья возрастает на 45–60 %.
В: Какой порог пиковой температуры ограничивает применение обычной стали H13 для горячей обработки?
О: При температуре выше 530 ℃ возникает явный риск размягчения деталей вкладышей формы.
В: Подходит ли предварительно закаленная сталь для форм к изготовлению крупногабаритных литейных форм LPDC?
О: Необходима осторожность; остаточные напряжения могут вызвать отклонение размеров на 0,03–0,06 мм.
В: Почему при оценке материалов для пресс-форм не следует сравнивать только цену на сырую сталь?
О: При оценке совокупных затрат необходимо учитывать простои и потери в виде брака.
В: Какие преимущества может дать азотирование различным маркам стали для горячей штамповки?
О: Слой толщиной 0,08–0,12 мм улучшает износостойкость примерно на 40 %.
В: В каком случае преимущества высококачественной стали для горячей штамповки ограничены?
О: В случае форм для гравитационного литья с длительным циклом при умеренных термических нагрузках.
