Электромеханическое литье алюминия под давлением: инженерное руководство по экранированию, охлаждению и снабжению

Электромеханическое литье алюминия под давлением представляют собой прецизионные алюминиевые компоненты — корпуса двигателей, корпуса разъемов, клеммные коробки и корпуса — изготовленные путем нагнетания расплавленного алюминиевого сплава в закаленную стальную матрицу под высоким давлением, выбранные специально потому, что литой алюминий сочетает в себе электропроводность для экранирования электромагнитных и радиочастотных помех с высокой теплопроводностью для рассеивания тепла в одной бесшовной детали.

Что делает литье под давлением «электромеханическим»

Не каждое литье алюминия под давлением является электромеханическим — этот термин конкретно описывает отливки, спроектированные так, чтобы находиться на границе между механической конструкцией и электрической или электронной системой. Это различие имеет значение, поскольку оно меняет то, какие свойства фактически указываются на чертеже.

Чисто конструкционный кронштейн оценивается в основном по прочности и точности размеров. Электромеханическое литье оценивается по этому параметру, а также по двум дополнительным свойствам, которые исходят от самого алюминия:

• Электропроводность для экранирования EMI/RFI — прочный бесшовный алюминиевый корпус образует сплошной проводящий барьер вокруг печатной платы, обмотки двигателя или радиочастотного модуля, блокируя электромагнитные помехи, чего не может сделать многопанельная сборка с зазорами.
• Теплопроводность для пассивного отвода тепла — алюминиевые сплавы для литья под давлением проводят тепло примерно в пределах 90–150 Вт/(м·К) , что позволяет проектировщику отливать охлаждающие ребра, ребра и геометрию радиатора непосредственно в стенку корпуса вместо последующего приклеивания отдельного радиатора.

Типичные детали этой категории включают торцевые щиты двигателя и отливки корпуса, клеммные коробки, корпуса частотно-регулируемых приводов и инверторных приводов, корпуса разъемов со встроенными монтажными фланцами, корпуса драйверов светодиодов и корпуса PDU (блока распределения питания). У них есть общее описание работы: удерживать форму, отводить от нее тепло и электрически защищать ее — и все это из одной отлитой детали.

Как на самом деле производятся эти детали в процессе литья под давлением

Литье под высоким давлением (HPDC) — это то, что делает электромеханическое литье экономичным в больших объемах: матрица из закаленной стали используется повторно в течение десятков тысяч циклов, и при каждом выстреле получается деталь, форма которой близка к идеальной, после чего требуется только целенаправленная механическая обработка. Этот процесс проходит через пять отдельных этапов.

Поскольку матрица изготовлена ​​из прецизионной стали, точность размеров и повторяемость являются двумя наиболее сильными аргументами в пользу литья под давлением по сравнению с литьем в песчаные формы: одна и та же полость производит одну и ту же деталь, выстрел за выстрелом, а это именно то, что нужно компоненту, предназначенному для автоматизированной сборки на производственной линии. Литье под давлением в вакууме все чаще применяется для электромеханических деталей, особенно потому, что оно удаляет воздух из полости матрицы перед впрыском, уменьшая пористость газа, которая в противном случае создала бы слабые места или пути утечки в корпусе, который должен иметь класс IP.

Выбор подходящего алюминиевого сплава

Выбор сплава — это единственное решение, оказывающее наибольшее влияние на стоимость, литейные качества и работоспособность детали после установки. На четыре сплава приходится подавляющее большинство работ по электромеханическому литью под давлением, и каждый из них выбран по разным причинам.

Начальное правило: A380 является правильным значением по умолчанию, если только конкретные требования не притягивают деталь к одному из других — приложения с тяжелыми радиочастотными и электромагнитными помехами — к ADC12, герметичные герметичные корпуса — к A360 или конструкционные несущие детали — к A356 с термообработкой после литья.

Защита от электромагнитных помех и управление температурным режимом в одной детали

Это сочетание свойств оправдывает выбор литого под давлением алюминия вместо пластика, полученного литьем под давлением, для всего, что содержит двигатель, печатную плату, беспроводной модуль или источник питания - и стоит понять, почему пластику трудно соответствовать ему, даже с дополнительными инженерными разработками.

Почему алюминиевые щитки там, где пластику нужна помощь

Пластик по своей сути является электрическим изолятором. Чтобы придать пластиковому корпусу защиту от электромагнитных помех, производителям приходится добавлять проводящие наполнители, металлическое покрытие или проводящие покрытия, а поскольку эти наполнители редко распределяются совершенно равномерно в процессе формования, неравномерное распределение может оставлять небольшие зазоры в экранировании, иногда называемые отверстиями для электромагнитных помех, которые пропускают помехи. Корпус из литого под давлением алюминия по своей природе является проводящим, образуя один непрерывный барьер, и для его экранирования не требуется никаких этапов сборки.

Почему алюминий остывает там, где пластику нужна помощь

Та же логика применима и к теплу. Теплопроводные пластики существуют, но они обычно увеличивают стоимость материала и могут изменить текучесть, прочность или качество поверхности пластика — компромиссы, которые необходимо тщательно проверять для каждого применения. Алюминий, напротив, рассеивает тепло, что является основным свойством материала, поэтому охлаждающие ребра и внутренние ребра можно отлить непосредственно в стенку корпуса преобразователя частоты или светодиодного драйвера, а не приклеивать к ним в качестве отдельного радиатора постфактум.

Для корпусов с реальными требованиями к заземлению проектировщики также заранее отливают обработанные контактные поверхности и канавки для проводящих прокладок, поэтому путь экранирования встроен в инструмент, а не добавляется в последнюю очередь во время сборки.

Стандарты качества и испытания указать на чертеже

Поскольку электромеханические отливки одновременно несут нагрузку, рассеивают тепло и электрически функциональны, проверка качества означает проверку не только внешнего вида поверхности. Приведенные ниже стандарты и тесты — это то, что должно быть указано в инспекционной документации поставщика.

Пористость — это дефект, который стоит понять наиболее подробно, поскольку он практически незаметен до тех пор, пока не будет проверен, и напрямую влияет как на структурную целостность, так и на герметичность. Во время литья возникают два различных типа: газовая пористость , вызванное попаданием воздуха и паров смазки во время высокоскоростного впрыска, и усадочная пористость , который образуется по мере того, как металл сжимается при затвердевании в более толстых секциях. И то, и другое в значительной степени можно предотвратить с помощью правильной вентиляции, вакуумного литья и разработки конструкции литника/литника до того, как будет вырезана оснастка. Именно поэтому проверка процесса проектирования технологичности (DFM) поставщика так же важна, как и проверка отчетов о проверке готовой детали.

Контрольный список перед тем, как приступить к работе с инструментами

Инструменты для литья под давлением — это настоящая первоначальная инвестиция, поэтому стоит уточнить эти моменты у поставщика до того, как будет вырезана стальная матрица.

• Сплав определяется функциональностью, а не только стоимостью — убедитесь, что выбранный сплав соответствует фактическим требованиям к теплопроводности, проводимости и прочности детали, а не выбирается самый дешевый вариант по умолчанию.
• Проверка DFM завершена перед оснасткой - переходы между толщиной стенок, углы уклона и расположение литников/литников должны быть пересмотрены специально для минимизации риска пористости, а не только для того, чтобы сделать деталь поддающейся формованию.
• Допуски обрабатываемой поверхности указываются отдельно. - поверхности фланцев, резьбовые вставки, отверстия подшипников и отверстия разъемов обычно требуют механической обработки на станке с ЧПУ после литья для достижения допуска чертежа; подтвердите, какие поверхности требуют этого.
• Метод испытания на пористость соответствует назначению детали — декоративный кронштейн и герметичный корпус гарантируют различные уровни рентгеновского контроля или проверки на герметичность; спросите, что относится к вашей части.
• Сертификационные документы предоставляются по запросу. — Документация, соответствующая стандартам ISO 9001, IATF 16949 (для автомобилестроения) и RoHS/REACH, должна быть тем, что квалифицированный поставщик может предоставить без промедления.

Часто задаваемые вопросы