Sitomb Blog

Odlewanie zimno i gorąco komorowe

Wybór wariantu procesu zależy od temperatury topnienia przetwarzanego materiału. Poniżej opisano dwa główne warianty odlewania ciśnieniowego, przypisano do nich powszechnie stosowane stopy oraz porównano ich wady i zalety.

Maszyny do odlewania ciśnieniowego występuja w dwóch głównych odmianach, jako maszyny zimno bądź gorącokomorowe. Jak sama nazwa wskazuje, zasadnicza różnica polega na systemie zasilania, za pomocą którego stopiony metal jest dostarczany  faktycznemu procesowi odlewania.

Odlewanie gorąco komorowe, opis, zalety i wady

Najczęściej stosowane stopy przetwarzane w procesie gorąco komorowym bazują na cynku.

Stanowiska do odlewania gorąco komorowego składają się z maszyny odlewniczej, na której zamocowana jest forma ściskana z dużą siłą (forma posiada negatywne odbicie produkowanego detalu). Komorotuleja z kolei jest umieszczona bezpośrednio w tyglu pieca. Podczas procesu odlewniczego tłok umieszczony bezpośrednio w komorotulei cofa się podczas gdy komora zapełnia się stopionym materiałem, który następnie jest wtłaczany do formy pod wysokim ciśnieniem. Po „strzale” tłok powraca do pierwotnej pozycji. W tym samym czasie forma otwiera się i odlewy są wypychane z ruchomej połowy formy za pomocą wypychaczy. W zależności od wielkości produkowanego przedmiotu (~ czas krzepnięcia) cykl trwa od 3 do 9 sekund.

Jednostka odlewnicza (komorotuleja oraz tłok) jest w stałym kontakcie ze stopionym metalem. Aby nie dopuścić do obniżenia własności wytrzymałościowych oprzyrządowania, temperatura materiału w metodzie gorąco komorowej jest ograniczona do <500 ° C.
Oznacza to, że tą metodą można wytwarzać elementy ze stopów metali o niskiej temperaturze topnienia, przy czym cynk i jego stopy należą do najbardziej rozpowszechnionej grupy. W wyższych temperaturach stały kontakt między roztopionym materiałem  a jednostką odlewniczą nie jest już możliwy, ponieważ zużycie byłoby znacznie przyspieszone, niezawodność procesu została by ograniczona, a odlewany materiał  byłby chemicznie zanieczyszczony poprzez zachodzące procesy dyfuzyjne.

Ze względu na niską temperaturę procesu osiąga się doskonałą żywotność form stałych, która wynosi od 750 000 do 1 250 000 cykli.

Zanieczyszczone stopy cynku są narażone na specyficzny rodzaj korozji. Konieczna jest zatem ścisła kontrola stopnia zanieczyszczenia materiału.

 

 

 

 

 

Wady i zalety metody gorąco komorowej

Zalety: Wady:
Krótki czas cyklu (3-9 sekund) Ograniczenie ze względu na stosowane materiały (Zynk, Cyna oraz Magnez)
Niska przewodność cieplna materiału, a co za tym idzie długa żywotność form (>1.000.000 cykli) Ograniczona wielkość detali (< 5 kg)
Bardziej kompaktowa budowa maszyn i mniejsza ilość urządzeń peryferyjnych Duża prędkość wtłaczania generuje przepływ turbulentny
oraz liczne wady gazowe
Wysoka jakośc powierzchni  (Ra< 0,6µm)
wąski zakres tolerancji (<0,025mm)
Stosunkowo niska siła zwierająca maszyny odlewniczej
Duża wydajność energetyczna
Zaawansowana automatyzacja procesu (produkcje średnio-, wielkoseryjne)
Możliwe osiągnięcie grubości ścianki mniejszej niż > 1mm

 

 

Odlewanie zimno komorowe,  opis, zalety i wady

Najczęściej stosowane stopy przetwarzane w produkcji zimno komorowej oparte są na aluminium.

Ściślej mówiąc, maszyny ciśnieniowe wyposażone w  zimną komorę, składają się tylko z jednostki prasującej, w której zainstalowana jest stała forma a materiał musi być dostarczany z zewnątrz w postaci ciekłej. Dozowanie przed każdym strzałem odbywa się ręcznie lub za pomocą robota dozującego. Przed każdym strzałem wymagana ilość płynnego materiału wlewana jest  do komory odlewniczej. Stop jest następnie wtłaczany do zamkniętej formy z prędkością do 200 m / s. Po krótkim czasie chłodzenia narzędzie jest otwierane i odlew jest wypychany z formy dokładnie w ten sam sposób jak w metodzie gorącokomorowej. W metodzie opartej  o zimną komore czasy oscylują w granicy > 30 sekund. Stosowane stopy obejmują głównie aluminium, miedź i magnez.
Ponieważ jednostka odlewnicza (komora, tłok) jest odłączona od tygla z materiałem, w przeciwieństwie do metody o gorącej komorze, obciążenie termiczne jest przerywane cyklicznie. Jednak ogólne temperatury procesu są na wyższym poziomie, co oznacza, że żywotność jest ograniczona do około 200 000 strzałów (aluminium). Oprócz aluminium, stopy na bazie miedzi (mosiądz krzemowy) są jednymi z najpopulajniejszych metali stosowanych w procesie zimno komorowym. Metodę tą można podzielić również ze względu na  orientację komory odlewniczej. Może ona być zainstalowana poziomo bądź pionowo w maszynie. Z reguły konstrukcja pionowa jest bardziej korzystna pod względem technologii, ponieważ przepływ stopu może być skierowany równomiernie od dołu do formy, a komorotuleja jest równomiernie wypełniona.

Wady i zalety metody gorąco komorowej.

Zalety: Wady:
Czasy cyklu poniżej 30 sekund Wymagane jest dostarczanie materiału do komorotulei
przy każdym cyklu
Możliwość stosowania szerszego zakresu materiałów konstrukcyjnych Relatywnie spora zabudowa stanowiska
Wysoka jakość powierzchni
(Ra< 0,6 µm)
Duża prędkość wtłaczania generuje przepływ turbulenty
oraz liczne wady gazowe
Niskie tolerancje (<0,4mm)
Niska grubość ścianek <1,4mm
Wysoka automatyzacja
Dopuszczalna waga odlewów  < 10kg

 

Przepływ turbulentny

Zarówno  w metodzie zimno, jak i gorąco komorowej  forma jest wypełniana turbulentnie, ze względu na  bardzo wysokie natężenie przepływu. Przepływy turbulentne zawsze generują pewien stopień wtrąceń gazu w ciekłym materiale. Uwięzione pęcherzyki gazu prowadzą do wad konstrukcyjnych, a tym samym do obniżenia wytrzymałości mechanicznej. Jednak stężenie porów i wtrąceń jest zwykle dopuszczalne i można je regulować za pomocą kontroli procesu i wcześniejszej symulacji w obszarach, w których wystąpiło takie ryzyko.

Wytrzymałość w odlewach cynkowych i odlewach aluminiowych

Czyste aluminium i cynk, podobnie jak wiele innych metali, mają zwykle niewystarczające właściwości wytrzymałościowe. Dlatego najczęściej stosuje się stopy, które znacznie poprawiają  właściwości mechaniczne.

Niemniej jednak, zarówno odlew cynkowy, jak i aluminiowy, ma niewystarczającą wytrzymałość do wielu zastosowań.

Do zastosowań, w których wymagana jest wysoka wytrzymałość, zwykle należy stosować stal lub porównywalny stop odlewniczy, taki jak mosiądz krzemowy  szczególnie w metodzie odlewania wysokociśnieniowego.

Oprócz typowych procesów zimno i gorąco komorowych istnieją jeszcze inne metody odlewania cynku i aluminium:

Metoda Acurad

Proces Acurad został opracowany przez General Motors Company w USA i jest stosowany do grubościennych elementów, w których wtrącenia gazu są krytyczne. W przeciwieństwie do konwencjonalnego odlewania ciśnieniowego stop jest przeprowadzany pod niskim ciśnieniem i przez wlew o stosunkowo dużej średnicy. W rezultacie ciekły materiał jest prowadzony w postaci laminarnej do stałej formy, a wnęka jest równomiernie odgazowana, co oznacza, że w materiale występuje mniej defektów gazowych. Po wypełnieniu stałej formy drugi cylinder naciska na zestalający się stop, tak że pozostała porowatość zostaje zmniejszona. Metoda ta jest nieodpowiednia dla cienkościennych elementów ze względu na powolne wypełnianie formy.

Odlewanie próżniowe i z wysoką próżnią

W odlewaniu próżniowym z  formy usuwane jest powietrze przed każdym cyklem. Ciekły materiał zostaje następnie wtłoczony do pustej przestrzeni w formie i szybko krzepnie. Usuwanie powietrza powoduje znaczne zmniejszenie zawartości gazów we wprowadzonym materiale. Odlewanie próżniowe umożliwia wytwarzanie odlewów aluminiowych, które mogą być spawane i poddawane obróbce cieplnej, ponieważ wtrącenia tlenu są ograniczony do minimum.

Odlewanie Tiksotropowe

Tiksotropowe odlewanie ciśnieniowe to odlewanie materiału w stanie częściowo płynnym.
W stanie pół-płynnym materiał zachowuje się jak ciało stałe bez wpływów zewnętrznych. Jeśli jednak materiał napotka naprężenie ścinające, płynie i staje się odkształcalne. Ten stan można osiągnąć w różnych wymiarach za pomocą stopów w pewnych wąskich przedziałach temperatur. Podczas stanu tiksotropowego materiał ma szczególnie korzystną strukturę. Ziarno jest szczególnie drobne, a materiał nie ulega upłynnieniu podczas odlewania, więc jego objętość nie zmienia się drastycznie, co zapobiega porowatości skurczowej.

Wadą tego procesu jest jednak wysoki koszt surowca, ponieważ musi on mieć specyficzny skład, aby mógł być stablilnie przetwarzany. Dokładne ustawienie poziomu temperatury w produkcji seryjnej jest również bardzo skomplikowane.