Hliníkové tlakové lití Materiály: Komplexní průvodce 

Tlakové lití hliníku je široce používaný, vysoce účinný výrobní proces, který dokáže vyrábět složité, vysoce pevné a lehké součásti s dobrou rozměrovou přesností. Jedná se o hromadnou výrobu odolných a přesných dílů a je založen na principu vstřikování roztavené hliníku do formy MOULD pod vysokým tlakem. V těchto odvětvích, kde výkon nebo životnost závisí na vlastnostech materiálu, se tato technika používá v širokém spektru. Slitina hliníku je klíčovým faktorem při výběru toho, jaký bude konečný výrobek, což zahrnuje pevnost, odolnost proti korozi, tepelné vlastnosti a obrobitelnost. Vlastnosti různých hliníkových slitin se liší, některé z nich zahrnují A380 - rovnováha mezi pevností a slévatelností; A383 - vynikající tekutost pro složité díly; a A360 - vysoká odolnost proti korozi. Kromě toho mohou mechanické vlastnosti dále zvýšit prvky mědi, manganu, hořčíku a křemíku.

Kromě výběru slitiny mohou výrobci také posílit hliníkové tlakové odlitky povrchovou úpravou, jako je eloxování, pokovování nebo práškové lakování, aby dosáhli vyšší odolnosti proti opotřebení, ochrany proti korozi a tvrdosti. Kromě toho jednotná tloušťka stěny, úhly tahu a výztužná žebra snižují kvalitu a bezchybnost součástí při nízkých nákladech. Správným výběrem správné hliníkové slitiny, vhodnými technikami zpevňování a při zohlednění dimenzování konstrukce hliníkových tlakových odlitků mohou být výrobci vysoce výkonných hliníkových tlakových odlitků přizpůsobeni konkrétně požadovaným průmyslovým problémům. V této příručce se zabýváme nejlepšími materiály, vlastnostmi slitin a metodami zpevňování a zvažováním konstrukce hliníkových dílů pro tlakové lití, které zlepší jejich odolnost a účinnost.

Tento článek vysvětluje materiály pro tlakové lití hliníku, vlastnosti slitin používaných v procesech tlakového lití, metody zpevňování a povrchové úpravy, jakož i konstrukční hlediska pro zlepšení výkonu, trvanlivosti a efektivity provozu součástí tlakového lití.

Co je to tlakové lití hliníku?  

Tlakové lití hliníku je proces vstřikování roztaveného hliníku pod vysokým tlakem do ocelové formy (kokily), při kterém se vyrábějí přesně tvarované složité a odolné kovové díly. Díky svým lehkým vlastnostem, pevnosti, odolnosti proti korozi a vynikající tepelné vodivosti se běžně používá v automobilovém a leteckém průmyslu, elektronice a v průmyslových aplikacích. Vzhledem k tomu, že se jedná o proces, je možná vysokorychlostní výroba, dobrá nákladová efektivita a dobrá rozměrová přesnost.

Konstrukce hliníkových tlakových odlitků 3 faktory, které je třeba zvážit 

Pro dosažení vysoce kvalitních, odolných a hospodárných dílů z hliníkového tlakového lití je nutné pečlivé plánování. Vhodný návrh může zvýšit efektivitu výroby, snížit počet vad a zvýšit celkový výkon. Hliníkové díly pro tlakové lití mají tři parametry, z nichž klíčové faktory jsou uvedeny níže.

1. Tloušťka a rovnoměrnost stěny

Proč je to důležité:

Správné plnění, chlazení a tuhnutí formy je zajištěno při stejné tloušťce stěny.

Změny tloušťky mohou nastat náhle a způsobit deformace, smrštění a pórovitost konečného dílu.

Osvědčené postupy

• Regulujte tloušťku stěny, abyste se vyhnuli vnitřním pnutím a špatnému stavu.
• Typický rozsah tloušťky stěny 1,5 mm - 4,0 mm se vztahuje k velikosti dílu a použití.
• Přejděte od náhlého přechodu k postupnému, abyste eliminovali slabá místa.

Příklad

Stejně jako u držáků automobilových motorů musí být tloušťka stěny konstantní, aby byla zachována pevnost a tepelná stabilita všech materiálů.

2. Návrh úhlů a filetů

Proč na tom záleží

Jednoduché úhly tahu pomáhají při vyjímání dílu z formy a zabraňují přilepení a povrchovým vadám. Filtry (zaoblené hrany) zabraňují koncentraci napětí a jsou ve formě odolnější.

Osvědčené postupy

• Pro plynulé vyhazování zahrňte úhel ponoru alespoň 1° až 3°.
• Pro zvýšení pevnosti a životnosti formy použijte na ostré rohy piliny.
• Vyhněte se hlubokým dutinám bez řádného tahu a výztuže.

Příklad

Různé typy elektronických skříní používají zaoblené hrany, úhelníky apod. pro lepší vyrobitelnost a pevnost.

3. Žebra a výztuhy 

Proč na tom záleží

Přidáním žeber zůstane hmotnost nízká, ale zvýší se pevnost. Takové vyztužení také udržuje tvar a pevnost pod tlakem.

Osvědčené postupy

• Chcete-li zvýšit tuhost, přidejte místo zvětšení tloušťky stěny žebra.
• Zachovejte rovnováhu tím, že tloušťka žebra bude 50 až 60 % tloušťky přilehlé stěny.
• Dbejte na to, aby byla žebra umístěna v přibližně stejné vzdálenosti od sebe, aby se snížilo riziko vzniku napětí v konstrukci žeber.

Příklad

Žebra se používají k zachování nízké pevnosti skříní automobilových převodovek při současném snížení množství potřebného materiálu.

Základní vlastnosti slitin pro tlakové lití hliníku

Materiálové vlastnosti hliníkových slitin pro tlakové lití spočívají ve vysoké pevnosti, nízké hmotnosti a vynikající ochraně proti korozi. Každá hliníková slitina si zachovává odlišné materiálové vlastnosti, které určují její praktické použití.

Tabulka 1 zobrazuje hliníkové tlakové lití, které obsahuje základní atributy materiálu.

Výrobky vytvořené tlakovým litím hliníku vykazují vyšší pevnost než výrobky vyrobené litím do písku, protože jejich výrobní metoda vede k rychlému ochlazení a rafinovanému uspořádání zrn.

Běžné hliníkové slitiny používané při indie-castingu

Při tlakovém lití se běžně používá několik hliníkových slitin, z nichž každá poskytuje určité jedinečné vlastnosti, které v konečném důsledku určují výkon a trvanlivost výrobku. Nejpoužívanější slitiny hliníku pro odlévání jsou:

1. A380 Hliníková slitina 

Vlastnosti: A380 je jednou z nejpoužívanějších slitin hliníku pro tlakové lití, protože má vynikající "pevnost, odolnost proti korozi a tepelnou vodivost". Kromě toho má dobrou tekutost, což umožňuje odlévání do složitých tvarů.

Aplikace: Tato slitina se hojně používá pro výrobu automobilových dílů, elektronických skříní, převodových skříní a držáků motorů.

2. Hliníková slitina A383 

Vlastnosti A383: Podobný jako A380, ale s lepší odolností proti praskání za tepla a lepšími vlastnostmi při lisování. To přináší výhody v případech, kdy jsou finální komponenty složité a vyžadují velkou přesnost.

Aplikace: Používá se u tenkostěnných a složitých dílů, u detailních elektronických krytů a součástí spotřebičů.

3. Hliníková slitina A360

Vlastnosti: A380 má lepší tažnost a vyšší odolnost proti korozi a tlakovou těsnost než tato slitina. Její odlévání je však obtížnější.

Aplikace: Vhodné pro vysoce výkonné aplikace, jako jsou letecké komponenty a lodní zařízení.

4. ADC12 Hliníková slitina 

Vlastnosti: Široce se používá v Japonsku a na dalších asijských trzích, má dobré odlévací vlastnosti, dobrou tepelnou stabilitu a vysokou pevnost. Nabízí také dobrou obrobitelnost.

Aplikace: Používá se v součástkách automobilových motorů, dílech jízdních kol a elektrickém nářadí.

5. Slitina hliníku AlSi10Mg 

Vlastnosti: Vysoká pevnost a dobrá kombinace mechanických vlastností, dobré tepelné vlastnosti a vlastnosti proti opotřebení. V aplikacích 3D tisku a tlakového lití se často používá.

Aplikace: Běžně se používá v leteckém a automobilovém průmyslu a u vysoce výkonných průmyslových dílů.

Vlastnosti slitin ovlivňující výstupní výsledek 

Výběr hliníkové slitiny je důležitým faktorem, který ovlivňuje kvalitu, výkon a účinnost konečného výrobku odlévaného pod tlakem. Každá ze slitin vykazuje jedinečné fyzikální, mechanické a chemické vlastnosti, které přímo ovlivňují přesnost odlévání, trvanlivost a výkon procesu. Znalost těchto vlastností umožňuje výrobcům zvolit nejlepší materiál odpovídající jejich potřebám.

Zvýšení pevnosti hliníkových dílů tlakového lití 

Přirozená úroveň síly tlakové lití hliníku existují díly. Jejich pevnost a mechanické vlastnosti však lze ještě zlepšit legujícími prvky a povrchovou úpravou. Správně zvolenou metodou se zvýší tvrdost, odolnost proti korozi a výkonnost obecně.

1. Legující prvky pro zvýšení pevnosti

Pro zvýšení pevnosti, odolnosti proti korozi a obrobitelnosti se při tlakovém lití přidávají některé specifické legující prvky. Běžně používané prvky a jejich účinek jsou uvedeny v následující tabulce.

Tabulka 1: Legující prvky pro zvýšení pevnosti 

2. Povrchové úpravy pro zvýšení pevnosti

Zvyšují také tvrdost, odolnost proti opotřebení a korozi. Níže jsem popsal nejúčinnější způsoby ošetření:

Tabulka 2 Výhody a povrchové úpravy

Níže jsou uvedeny klíčové vlastnosti slitin při tlakovém lití hliníku, které ovlivňují výstupní výsledky.

1. Pevnost a tvrdost

Dopad: Kromě vyšší pevnosti a tvrdosti zvyšuje schopnost výrobku odolávat deformacím, opotřebení a nárazům.

Příklad: Slitina A380 je dobře známá pro svou velmi vysokou pevnost a měla by být zvažována pro automobilové a konstrukční díly.

ohleduplnost:  Tvrdší slitiny se obtížně obrábějí a dokončují.

2. Tekutost a odlévatelnost

Výsledek: Slitiny s dobrou tekutostí se snadno smršťují do složitých forem, čímž se minimalizují vady, jako je pórovitost a smršťování.

Například:  Slitina A383 má lepší tekutost než A380 a je vhodná pro tenkostěnné součásti.

Vzhledem k tomu: Za zvážení stojí úplné výplně a povrchové vady způsobené špatnou tekutostí.

3. Odolnost proti korozi

Dopad: Životnost výrobku se prodlužuje díky použití slitin odolných proti korozi ve venkovních i námořních aplikacích.

Například: Slitiny A360 a AlSi10Mg vykazují velmi dobrou odolnost proti korozi, a proto jsou vhodnými kandidáty pro použití v námořním a leteckém průmyslu.

Úvahy: U slitin, které jsou méně odolné vůči korozi, může být nutné přidat další povlaky nebo úpravy.

4. Tepelná a elektrická vodivost

Odvádění tepla: Zlepšení odvodu tepla se promítá do vysoké vodivosti, která je nezbytnou výhodou jak pro elektronické, tak pro motorové komponenty.

Například: Slitina AlSi10Mg má vynikající tepelné vlastnosti a lze ji použít pro chladiče a součásti motorů.

Tepelná vodivost: Vysoká tepelná vodivost může být kompenzována nižší pevností a vyžaduje zesílení.

5. Tažnost a houževnatost

Charakteristika: Součásti vyrobené z tvárnějšího materiálu by byly schopny odolávat ohybu a deformaci bez praskání.

Příklad: Slitina A380 není tak tvárná jako slitina A360, která je proto vhodná pro použití i v rázově odolných aplikacích.

Tvrdost a odolnost proti opotřebení: Jsou tím nižší, čím je slitina považována za tvárnější.

6. Obrobitelnost a povrchová úprava

Dopad: Slitiny, které se snadněji obrábějí, zvyšují produktivitu, snižují výrobní náklady a zlepšují kvalitu povrchové úpravy oproti broušení.

Příklad: Slitina ADC12 je díky své dobré obrobitelnosti jedním z hojně používaných materiálů pro přesné součásti.

Úvahy o zpracování: U některých slitin může být nutné povrch vyleštit tak, jak je, nebo jej například opatřit povlakem, aby byl hladký.

7. Odolnost proti smršťování a pórovitosti

Slitiny:  Čím menší je smrštění slitiny, tím přesnější jsou rozměry dílů a tím méně je vad.

A380 má nižší smrštění: než slitina A383, a přestože A380 má vyšší smrštění než železo, je pro aplikace s úzkou tolerancí vhodnější než železo, které má ze všech tří slitin nejnižší smrštění.

Výhody: Vysoká pórovitost může snížit efektivní hustotu média a může zvýšit pevnost v tlaku díky výslednému zpevňujícímu účinku.

Faktory, které je třeba zvážit při výběru materiálu pro tlakové lití hliníku 

Při výběru vhodné hliníkové slitiny pro tlakové lití, která zajistí nejvyšší výkon při minimálních nákladech, je třeba zvážit několik aspektů:

• Pevnost a odolnost: V závislosti na použití nabízejí tyto slitiny vyšší pevnost v tahu a odolnost proti nárazu.
• Odolnost proti korozi: Slitiny s dobrou odolností proti korozi jsou vhodné pro venkovní nebo námořní použití.
• Tepelná a elektrická vodivost: Jiné mohou být vhodnou volbou v prostředí s vysokými teplotami, jako jsou chladiče nebo elektrické skříně.
• Snadnost obrábění: (obrobitelnost) se týká procesu po odlití včetně vrtání, frézování a dokončovacích prací.
• Náklady a dostupnost: Některé slitiny mohou být dražší a méně dostupné než jiné, což ovlivňuje celkové výrobní náklady.

Použití materiálů pro tlakové lití hliníku

Důvodem, proč se hliníkové tlakové odlitky hojně používají v mnoha průmyslových odvětvích, je kromě nízké hmotnosti a vysoké pevnosti a odolnosti proti korozi také vynikající tepelná a elektrická vodivost. Díky těmto vlastnostem je hliník vynikajícím materiálem pro výrobu složitých vysoce výkonných dílů s potřebnou odolností a přesností. Níže jsou uvedena některá z hlavních průmyslových odvětví, která používají materiály pro tlakové lití hliníku:

Automobilový průmysl

V automobilovém průmyslu je tlakové lití hliníku jedním z nejdůležitějších dílů, kde je snížení hmotnosti vozidla klíčové pro zvýšení účinnosti paliva, snížení emisí a zlepšení výkonu. Hliník je materiál, který výrobci raději používají, protože z něj lze vyrobit pevné a zároveň lehké díly. Mezi běžné aplikace patří např:

• Součásti motoru (hlavy válců, bloky motorů, písty a olejové vany).
• Převodovky a převodové skříně, které plynule přenášejí výkon.
• Konstrukční součásti, jako jsou díly podvozku, součásti zavěšení a držáky.
• Pro optimální účinnost krytů baterií pro elektromobily je nutná vysoká tepelná vodivost a nízká hmotnost.

Průmyslová zařízení

Je důležité vědět, že hliníkové tlakové odlitky se používají pro náročné průmyslové aplikace, kde je nejdůležitější pevnost a odolnost. Tyto materiály mají velkou odolnost proti opotřebení a vydrží náročné provozní podmínky:

• Používá se ve výrobních a automatizačních strojních dílech.
• Hladký přenos kapaliny a efektivní provoz skříní čerpadla a kompresoru.
• Nářadí a zařízení pro náročné použití, které vyžadují dlouhotrvající výkon s malou údržbou.
• Komponenty hydraulických a pneumatických systémů pro výkonný a spolehlivý provoz v průmyslovém prostředí.

Elektronický a elektrotechnický průmysl

Hliníkové tlakové odlitky mají vynikající odvod tepla, elektrickou vodivost a odolnost proti korozi, což z nich činí velmi užitečný materiál pro elektronický průmysl. Mezi běžné aplikace patří:

• Chladiče, které účinně odvádějí teplo v počítačích, LED světlech a měničích napájení.
•  Chraňte citlivé součásti, jako jsou elektronické skříně a pouzdra.
• Konektory a držáky se používají ve spotřební elektronice, napájecích zdrojích a komunikačních zařízeních.
• Pevnost bez zvýšení hmotnosti krytů smartphonů a notebooků.

Letectví a obrana

V leteckém a obranném průmyslu hraje lehký, ale pevný materiál zásadní roli při zvyšování účinnosti paliva a zvyšování nosnosti a celkového výkonu. Hliníkové tlakové lití nabízí vysokou přesnost a strukturální integritu pro.

• Používají se pro součásti leteckých motorů a turbín, které musí odolávat teplu a korozi.
• Snížení celkové hmotnosti konstrukčních částí draku bez snížení odolnosti.
• Pouzdra navigačního a řídicího systému zajišťující spolehlivost v extrémních podmínkách.
• Pro použití ve vojenském vybavení, protože vyžaduje pevnost a přesnost, které jsou nezbytné pro potřebný výkon a bezpečnost.

Spotřební zboží a spotřebiče

Hliníkové tlakové lití se hojně využívá také v průmyslu domácích spotřebičů a spotřebního zboží, a to díky nízké hmotnosti hliníku, jeho estetickému vzhledu a odolnosti proti korozi. Mezi běžná použití patří:

• Tepelná odolnost je vysoká, používá se pro díly chladniček a trub.
• Odolné a antikorozní součásti pračky.
• Pevné a elegantní rámy nábytku a dekorativní kování.
• Například vrtačky a pily, u nichž lze využít lehkou konstrukci pro zlepšení použitelnosti.

Proč tlakové lití hliníku?

• Jeho obliba v různých průmyslových odvětvích při tlakovém lití hliníku je dána:
• Lehké a silné - potřeby pro snížení spotřeby paliva a dosahu.
• Odolnost proti korozi - zajišťuje odolnost v náročných podmínkách.
• Tepelná a elektrická vodivost - ideální pro elektroniku a energetické aplikace.
• Hospodárnost při hromadné výrobě - Snižuje materiálový odpad a náklady na následné zpracování.
• Lze vytvářet složité tvary - lze dosáhnout vysokého stupně složitosti konstrukce.

Tlakové lití hliníku bude i nadále klíčovou technologií pro tyto inovace, protože průmyslová odvětví nadále požadují lehčí, pevnější a účinnější materiály. Existují dva hlavní důvody pro rostoucí oblibu tlakového lití hliníku: je možné se rozvíjet v oblasti vývoje slitin, automatizace a udržitelnosti a bude růst.

Závěr 

V současné době je tlakové lití hliníku stále zásadní součástí výroby díky lehkým, pevným a cenově výhodným řešením, která nabízí různým průmyslovým odvětvím. Výběr hliníkových slitin, jako jsou A380, A383, A360, ADC12 a také AlSi10Mg, je významný zejména pro jejich pevnost, odolnost proti korozi a tepelné vlastnosti. Každá slitina je jedinečná a má určité přednosti, které se uplatní v automobilovém, leteckém, průmyslovém a spotřebitelském průmyslu. Výběr slitiny není pro zlepšení mechanických vlastností hliníkových dílů odlévaných pod tlakem zcela dostačující, místo toho lze pro zlepšení mechanických vlastností využít legujících prvků a povrchové úpravy. Techniky zinkování, eloxování a práškového lakování zvyšují odolnost proti opotřebení a životnost. Vedle toho by promyšleně navržené díly měly mít rovnoměrnou tloušťku stěny, pravé úhly tahu a výztužná žebra, aby se omezily vady a usnadnila efektivní výroba. Správná kombinace materiálu, úpravy a konstrukčního přístupu při použití anumových tlakových odlitků zajišťuje, že výrobci vyrábějí vysoce kvalitní díly, které splňují požadavky na vysokou výkonnost. Tlakové lití hliníku bude i nadále spolehlivou a univerzální formou výrobního procesu pro součásti automobilových motorů, letecké konstrukce nebo přesnou elektroniku a výše uvedené aplikace.

Často kladené otázky (FAQ)

1. Která hliníková slitina je nejvhodnější pro tlakové lití?

Hliník A380 je jednou z nejčastěji používaných hliníkových slitin při tlakovém lití, a to díky dobré rovnováze mezi pevností, odolností proti korozi a odlévatelností. Velmi často se používá v automobilovém průmyslu a v průmyslových aplikacích.

2. Jakými způsoby lze zvýšit pevnost hliníkových dílů odlévaných pod tlakem?

Pevnost hliníkových odlitků lze zvýšit legujícími prvky, jako je měď, hořčík a křemík, nebo povrchovou úpravou, jako je eloxování, pokovování nebo práškové lakování.

3. Jaké jsou hlavní důvody pro odlévání dílů zápustek z hliníku?

Lehké a pevné součásti, vynikající tepelná a elektrická vodivost, odolnost proti korozi, schopnost vyrábět složité tvary s velmi vysokou přesností lze vyrobit pomocí tlakového lití hliníku.

4. Ve kterých průmyslových odvětvích se obvykle používají hliníkové tlakové odlitky?

V závislosti na jedinečných požadavcích na tváření se hliníkové tlakové lití používá při výrobě všech druhů dílů motorů, skříní převodovek, konstrukčních součástí, chladičů, krytů, čerpadel, kompresorů, automobilů, letectví, elektroniky a průmyslových strojů.

5. Která metoda lití je lepší v porovnání s jinými metodami lití?

Díky vysokotlakému plnění forem a rychlému ochlazování poskytuje hliníkové tlakové lití vyšší přesnost a rychlejší výrobu než lití do písku a investiční lití s pevnějšími díly.