Jak działa odlewanie ciśnieniowe? Proces automatycznego odlewania części

Odlewanie ciśnieniowe polega na wtłaczaniu roztopionego metalu pod wysokim ciśnieniem do stalowej formy wielokrotnego użytku, gdzie w ciągu kilku sekund zestala się on w precyzyjną, prawie gotową część. Stopiony metal, zazwyczaj aluminium, cynk lub magnez, jest wtryskiwany pod ciśnieniem w zakresie od około 1000 do 20 000 psi (7 do 138 MPa), wypełnia każdy szczegół wnęki formy, szybko się ochładza i jest wyrzucany jako część, która często wymaga niewiele więcej niż przycięcia, zanim będzie gotowa do użycia. To połączenie szybkości, powtarzalności i dokładności wymiarowej jest właśnie powodem, dla którego odlewanie ciśnieniowe jest standardowym procesem w większości przypadków części do automatycznego odlewania od bloków silnika po obudowy skrzyń biegów.

W poniższych sekcjach opisano każdy etap procesu, różnicę między maszynami z komorą gorącą i zimną, stopy i ciśnienia stosowane w szczególności do części do automatycznego odlewania oraz sposób oceny jakości odlewu.

Proces odlewania ciśnieniowego, krok po kroku

Każdy cykl odlewania ciśnieniowego przebiega według tej samej sekwencji rdzenia, niezależnie od konkretnego typu maszyny lub użytego stopu. Zrozumienie tych etapów wyjaśnia, dlaczego odlewanie ciśnieniowe może wytwarzać tysiące identycznych części dziennie przy minimalnych różnicach między nimi.

Podstawowe etapy produkcji

1. Oczyść i nasmaruj dwie połówki stalowej matrycy, a następnie zamknij je i zaciśnij razem
2. Rozpuść wlewki metalu w piecu i utrzymuj je w idealnej temperaturze odlewania, aby zapewnić płynność
3. Dozować stopiony metal do komory strzałowej w tym cyklu maszyny
4. Wstrzyknij metal do wnęki matrycy za pomocą tłoka hydraulicznego pod wysokim ciśnieniem i dużą prędkością
5. Utrzymuj nacisk, gdy matryca jest chłodzona wodą, a metal twardnieje, często w czasie krótszym niż sekunda
6. Otworzyć matrycę i wysunąć gotowy odlew za pomocą wypychaczy
7. Przytnij nadmiar wypływki i prowadnic, a następnie nałóż wymagane wykończenie, takie jak anodowanie lub malowanie proszkowe

Cała część cyklu od wtrysku do zestalania może trwać od milisekund do kilku sekund co pozwala jednej maszynie odlewniczej wyprodukować tysiące identycznych części w ciągu jednej zmiany.

Odlewanie ciśnieniowe w komorze gorącej i w komorze zimnej

Obie rodziny odlewów są podzielone ze względu na miejsce topienia metalu. w odlewanie ciśnieniowe w gorącej komorze piec jest wbudowany bezpośrednio w maszynę, a tłok przepycha stopiony metal przez zanurzoną rurę typu „gęsia szyja” do matrycy. w Odlewanie ciśnieniowe w zimnej komorze roztopiony metal jest kadzi z oddzielnego pieca do nieogrzewanej komory strzałowej, po czym tłok hydrauliczny wtłacza go do matrycy pod wysokim ciśnieniem.

Kluczowe różnice w skrócie

Wysoka temperatura topnienia aluminium z czasem uszkodziłaby zanurzoną gęsią szyję gorącej komory i dlatego prawie wszystkie aluminiowe części samochodowe, w tym bloki silnika i obudowy skrzyń biegów, są produkowane przy użyciu odlewania ciśnieniowego w zimnej komorze zamiast metody gorącej komory zarezerwowanej dla cynku i innych stopów o niskiej temperaturze topnienia.

Odlewanie ciśnieniowe i niskociśnieniowe części samochodowych

Oprócz podziału komory gorącej/zimnej, odlewanie ciśnieniowe dzieli się również na kategorie według siły nacisku metalu w formie, a wybór ten znacząco wpływa na to, do jakich części automatycznego odlewania nadaje się dany proces.

Odlewanie ciśnieniowe (HPDC)

HPDC wstrzykuje stopiony metal o temperaturze 10 000 do 20 000 psi (około 30 do 70 MPa) co zapewnia najszybsze czasy cykli i najwyższe wskaźniki produkcji spośród wszystkich metod odlewania ciśnieniowego. Jest to domyślny wybór w przypadku dużych części do automatycznego odlewania, takich jak wsporniki silnika, obudowy czujników i obudowy silników, gdzie liczy się szybkość i koszt jednostkowy części.

Odlewanie ciśnieniowe pod niskim ciśnieniem (LPDC)

LPDC zazwyczaj stosuje znacznie łagodniejsze naciski 2 do 15 psi (15 do 100 kPa) , wypychając stopiony metal w górę do matrycy przez rurę wznośną z niską turbulencją. To wolniejsze i spokojniejsze wypełnienie pozwala uzyskać odlewy z mniejszą liczbą defektów wewnętrznych, dlatego standardowym procesem jest LPDC felgi aluminiowe i inne elementy konstrukcyjne gdzie integralność mechaniczna pod obciążeniem ma większe znaczenie niż surowa prędkość wyjściowa.

Ogólną zasadą jest, że jeśli ciśnienie jest zbyt niskie w stosunku do grubości ścianki części, metal może nie całkowicie wypełnić formę przed ochłodzeniem, pozostawiając niekompletne sekcje lub słabszy odlew. Dopasowanie ciśnienia do geometrii części jest jedną z najważniejszych decyzji procesowych podejmowanych przez osobę zajmującą się odlewaniem ciśnieniowym.

Typowe części do automatycznego odlewania i stopy za nimi

Aluminium dominuje w odlewach ciśnieniowych w samochodach, ponieważ zapewnia stosunek wytrzymałości do masy, odporność na korozję i przewodność cieplną, których potrzebują nowoczesne pojazdy. W samej Japonii W przemyśle motoryzacyjnym wykorzystuje się 76% odlewów aluminiowych i 77% elementów odlewów ciśnieniowych , podkreślając, jak istotny jest ten proces dla faktycznej budowy samochodów.

Często odlewane części samochodowe i ich stopy

Odlew aluminiowa obudowa przekładni zapewnia redukcję masy o około 40% w porównaniu z tradycyjnym żeliwnym odpowiednikiem , zachowując jednocześnie integralność strukturalną pod obciążeniem momentem obrotowym przekraczającym 200 Nm. Ta oszczędność masy to nie tylko szczegół produkcyjny: zmniejszenie masy samochodu o masie 1,3 tony o 10% zmniejsza zużycie paliwa o około 8%, dlatego producenci samochodów stale wykorzystują coraz więcej komponentów, od stali po odlewane ciśnieniowo aluminium.

Jak weryfikuje się jakość części do automatycznego odlewania

Ponieważ części odlewane automatycznie często przenoszą obciążenia konstrukcyjne lub płyny uszczelniające pod ciśnieniem, kontrola jakości nie jest opcjonalna. Producenci sprawdzają dokładność wymiarową i solidność wewnętrzną, zanim części dotrą na linię montażową.

Typowe standardy jakości

• Stabilność wymiarowa utrzymana w przybliżeniu ±0,05 mm na precyzyjnych obudowach samochodowych
• Cele wykończenia powierzchni wokół Ra ≤1,6 µm do części wymagających gładkich powierzchni współpracujących
• Poziomy porowatości zostały zweryfikowane poniżej w przybliżeniu 0,1% poprzez współrzędnościową maszynę pomiarową i kontrolę rentgenowską
• Szczelność potwierdzona detektorem nieszczelności, przy typowych progach branżowych około 12 mL/min dla komór niskociśnieniowych i 8 mL/min dla komór wysokociśnieniowych

Kontrole te mają znaczenie, ponieważ odlew może przejść test wytrzymałości statycznej, a mimo to po zainstalowaniu nadal nie odnieść skutku. Wibracje powodowane przez przekładnię zębatą i cykle termiczne podczas rzeczywistej jazdy mogą ujawnić porowatość lub ścieżki wycieków, których nie przeoczyłby sam test na stanowisku laboratoryjnym, dlatego też uszczelnione elementy, takie jak obudowy przekładni, przed zatwierdzeniem są zwykle testowane znacznie wykraczające poza ich nominalne specyfikacje projektowe.

Dlaczego producenci samochodów polegają na odlewaniu ciśnieniowym zamiast na innych metodach

W porównaniu z odlewaniem w formach piaskowych lub obróbką CNC kęsów, odlewanie ciśnieniowe oferuje kombinację zalet, które trudno zapewnić w przypadku części potrzebnych w dużych ilościach.

Korzyści dla produkcji samochodów

• Części o kształcie zbliżonym do siatki które wymagają minimalnej obróbki wtórnej, pracy przy cięciu i strat materiału
• Złożone geometrie w jednym kawałku , zastępując zespoły wieloczęściowe pojedynczym odlewem
• Wysoka powtarzalność , z pojedynczą matrycą zdolną do pracy przez setki tysięcy cykli
• Silna zdolność do recyklingu , ponieważ ponad 90% odlewów aluminiowych można ponownie wykorzystać, a aż do 95% części samochodowych z odlewanego aluminium pochodzi już z materiałów pochodzących z recyklingu
• Możliwość stosowania cienkościennych ścian , przy czym w niektórych procesach osiąga się grubość ścianek zaledwie 2 mm przy zachowaniu wytrzymałości na rozciąganie do 250 MPa, w zależności od stopu

Szacuje się, że powszechne zastosowanie odlewów ciśnieniowych aluminium w pojazdach pomoże zaoszczędzić około 50 milionów ton emisji CO2 rocznie poprzez oszczędność paliwa wynikającą z lżejszych pojazdów. Taka skala wpływu jest bezpośrednim skutkiem procesu produkcyjnego, o którym większość kierowców nawet nie myśli, a który polega na cichym kształtowaniu części pod maską za każdym razem, gdy nowy model wchodzi do produkcji.