Tlakové lití hliníkových slitin 101

Tlakové lití hliníkové slitiny je proces tlakového lití, který je široce používaným výrobním procesem, při němž se efektivně vyrábějí přesné a složité kovové díly. V tomto případě můžeme uvést kovy, které mají díky své schopnosti být velmi pevné a zároveň lehké celou řadu aplikací. Kromě toho můžeme uvést, že prakticky odolné proti korozi, tj. slitiny hliníku, jsou oblíbené zejména při výrobě automobilů. Tento článek se zabývá také takovými oblastmi, jako jsou procesy, vlastnosti, problémy a aplikace tlakového lití hliníkových slitin. Získáme hluboký vhled do jeho kompletního procesu, typů a odlišností od jiných procesů.

Co je tlakové lití?

Jedná se o výrobní proces, při kterém se pomocí vysokého tlaku vytlačuje roztavený kov do dutiny formy. Umožňuje také vytvářet vynikající modely s téměř čistým tvarováním, přesnými rozměry povrchové úpravy a komplikovanými tvary.

Různé typy tlakového lití

Tlakové lití má mnoho typů. Pojďme si tyto typy podrobněji probrat;

1. Tlakové lití za tepla

Je vhodný především pro slitiny zinku a hořčíku. Tento proces vyžaduje ponoření vstřikovacího systému do roztaveného kovu, což usnadňuje rychlé lití. Je ideální pro použití ve velkovýrobě, ale nepřizpůsobený pro využití ve slitinách s vysokou teplotou tání. můžete přejít na stránku tlakové lití zinku se dozvědět více podrobností

2. Tlakové lití za studena

Nejlépe se hodí pro kovy, jako je hliník a mosaz, které mají vysoký bod tání. Taveninu zde přeneseme do studené komory a poté ji vstříkneme do formy. Šetří se tím tepelné ohrožení zařízení, ale má delší provozní cykly. Získat služby tlakového lití hliníku se o tomto procesu dozvíte více.

3. Nízkotlaké tlakové lití

Nízkotlaké lití pod tlakem se používá se slitinami hliníku a hořčíku. Způsobuje minimální pórovitost, ale dobrou strukturální kvalitu. Kromě toho je časově náročné, ale vhodné pro vytvoření pevnější části výrobku.

4. Vysokotlaké tlakové lití (HPDC)

Běžně se vyskytuje ve slitinách hliníku, zinku a hořčíku. Zde vstřikujeme roztavený kov pod velmi vysokým tlakem do složitých tvarů a jemných povrchových struktur. Je tedy velmi vhodný pro aplikace, které vyžadují díly s velkým výrobním množstvím a oblasti s velkými průřezy mohou být porézní. Přejít na vysokotlaké lití Chcete-li se dozvědět více podrobností.

5. Gravitační tlakové lití

K odlévání roztaveného kovu do formy se používá stálý tlak, čímž se získávají pevné předměty s nízkou pórovitostí. Používá se ve výrobních linkách, kde potřebujeme vyrobit menší počet dílů najednou, ale je relativně pomalejší než procesy založené na tlaku.

7. Lisování pod tlakem

Zde vyrábíme polotovary metodou tlakového kování, kdy je roztavený kov pod vysokým tlakem a může také zabránit pórovitosti odlitku. Tato metoda je vhodná pro strukturu dílu; má však vyšší náklady a pomalou dobu cyklu.

Definice tlakového lití hliníkových slitin

Tlakové lití hliníkové slitiny je proces, při kterém se roztavené materiály ze slitin hliníku pod tlakem vtlačují do forem nebo zápustek. Lze tak vytvořit požadovaný tvar a velmi hladký povrch. Používá se při výrobě dílů složitých tvarů, které vyžadují vysokou pevnost, tuhost a nízkou hustotu integrovanou s dobrou povrchovou úpravou a přesnými rozměry. Hliníková slitina má všechny příznivé vlastnosti, jako jsou vysoké koeficienty koroze a přestupu tepla a poměr tvrdosti k hmotnosti. Jednou z výhod tohoto procesu je, že tlakové lití je vhodné pro rozsáhlé výrobní procesy.

Výběr správného materiálu pro tlakové lití ze slitiny hliníku

Použité materiály jsou v oboru tlakového lití hliníkových slitin velmi důležité, protože určují účinnost, kvalitu, spolehlivost a cenu konečného výrobku. Správně zvolené slitiny zajišťují:

1. Pevnost a odolnost: Výrobky musí vydržet pracovní zatížení.
2. Tepelné a elektrické vlastnosti: Úzce souvisí s tepelnou vodivostí a rozptylem.
3. Odolnost proti korozi: Zásadní pro vyhledávání, které se týká outdoorových a námořních produktů nebo služeb.
4. Odlévatelnost: Minimalizuje výrobní deformace s menším počtem vad.
5. Obrobitelnost a dokončovací práce: Zajišťuje snížení složitosti procesů po odlití.
6. Efektivita nákladů: Dosahuje výkonnosti v oblasti plnění rozpočtu.
7. Udržitelnost: Takové slitiny mohou minimalizovat nebo dokonce způsobovat negativní dopady na životní prostředí.

Slitiny hliníku v tlakovém lití

Tlakové lití hliníkových slitin je běžné v mnoha průmyslových odvětvích, protože tyto materiály mají vlastnosti, které jsou u zápustek žádoucí, jako je nízká hmotnost, vysoká pevnost a odolnost proti korozi.

Kompletní proces tlakového lití hliníkových slitin

Při tlakovém lití hliníku se vytvářejí složité a přesné první díly působením tlaku na roztavené hliníkové slitiny. Níže jsou uvedeny klíčové fáze:

1. Příprava formy

• Design raznice: Opakovaně použitelná ocelová forma (matrice) je předem naplánovaná a přesně vyřezaná tak, aby odpovídala tvaru a funkci konkrétního právě vyráběného dílu.
• Předehřev matrice: Jedním z nich je zahřátí formy, aby se minimalizoval tepelný šok, a tím se usnadnil tok kovu.
• Mazání: Mazání se používá k zamezení přilepení a usnadnění demontáže některých dílů.

2. Tavení a výběr slitin

Hliníkové slitiny se pájkují v peci při teplotě přibližně 660 stupňů Celsia (1220 stupňů Fahrenheita). Tento hliník se pak udržuje při relativně konstantní teplotě, aby se zachovaly materiálové vlastnosti kovu.

3. Vstřikování

• Tlakové lití za tepla: V případě slitin s nízkým bodem tání (které jsou v případě hliníku poměrně vzácné).
• Tlakové lití za studena: Roztavený hliník je poté na vleku přenesen a nalit do studené komory kovacího lisu na hliníkové slitiny, kde je vstřikován pod vysokým tlakem od tisíce pěti set do dvaceti pěti tisíc liber síly.

Při použití vysokého tlaku je zajištěno, že roztavený hliník proudí přímo do malých štěrbin, což vede k vynikající povrchové úpravě.

4. Chlazení a tuhnutí

Jedná se o proces, při kterém se získaný roztavený hliník ochladí a ztuhne uvnitř dané formy. Chlazení minimalizuje vady, jako je smršťování nebo deformace, které vznikají v důsledku suchosti litiny.

5. Vyhazování

Když je odlitek zcela zformován, je jeho forma z odlitku vyhozena pomocí vyhazovacích kolíků. Forma je pak připravena k dalšímu cyklu použití pomocí softwaru Epicor.

6. Ořezávání a dokončování

V případě potřeby se z odlitku odstraní běhouny, brány a otřepy a ponechá se pouze potřebný tvar a forma objektu. Některé operace zahrnují provedení požadovaných povrchových úprav, jako je pískování, leštění nebo lakování.

Vlastnosti hliníkové slitiny pro tlakové lití

Probereme si tedy některé důležité mechanické, chemické a tepelné vlastnosti tlakového lití hliníkových slitin;

I. Mechanické vlastnosti

Mezi ně mohou patřit;

• Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti: Ideální pro odvětví, kde jsou hmotnost a pevnost kritickými parametry, jako je automobilový a letecký průmysl.
• Dobrá pevnost v tahu: Umožňuje odolnost slitin vůči vysokým namáháním.
• Vynikající odolnost proti únavě: Slibuje spolehlivý výkon v dynamických i cyklických aplikacích.

II. Tepelné vlastnosti

Níže jsou uvedeny některé tepelné vlastnosti tlakového lití hliníkové slitiny;

• Dobrá tepelná vodivost: Je však považován za pozitivní vlastnost materiálů, které se používají například ve výměnících tepla a v částech motorů, kde je požadován přenos tepla.
• Dobrá tepelná odolnost: Používá se na součásti vystavené vysokým teplotám, jako jsou bloky motorů a automobilové díly.

III. Chemická odolnost:

Obecně se jedná o;

• Odolnost proti korozi: Zejména v takových třídách, jako je A360, mají tyto slitiny poměrně dobré chování v náročných podmínkách.
• Dobrá odolnost proti oxidaci: Udržuje povrch vnějších součástí, které jsou náchylné na vlhkost a korozivní vlivy, neporušený a bezpečný pro venkovní nebo námořní použití.

Díky těmto vlastnostem jsou hliníkové slitiny prvotřídním materiálem pro tlakové lití, jehož výrobky jsou efektivní v různých odvětvích.

Příručka pro navrhování tlakového lití hliníkových slitin

Průvodce konstrukcí a výběr materiálu, obě tyto vlastnosti hrají důležitou roli při odlévání hliníku. Pojďme tedy řádně probrat průvodce konstrukcí;

Klíčové vlastnosti hliníkových slitin používaných při tlakovém lití

Zde jsou uvedeny některé důležité vlastnosti hliníkové slitiny, kterou používáme;

1. Lehké: Tyto slitiny mají vysoký poměr pevnosti k hmotnosti. Mají proto široké uplatnění v automobilovém a leteckém průmyslu.
2. Odolnost proti korozi: Přírodní oxidové vrstvy také poskytují ochranu před korozí a dalšími faktory, které neprospívají životnosti výrobku.
3. Vysoká tepelná a elektrická vodivost: Jsou proto ideální pro aplikace, které vyžadují odvod tepla a kvalitní elektrické systémy, jako jsou elektronické a motorové díly.
4. Vynikající odlévatelnost: Hliníkové slitiny mají také dobré tokové vlastnosti, takže do detailů formy může proudit více materiálu, což snižuje výskyt defektů a umožňuje konstruktérům snadno dosáhnout menších detailů.
5. Recyklovatelnost: Hliník lze recyklovat téměř donekonečna a nedochází ke ztrátě jeho vlastností, což je dobré pro udržitelnou výrobu.

Srovnání tlakového lití hliníku s jinými výrobními procesy

Následující tabulka nám poskytuje popisný přehled lití hliníku a dalšího výrobního procesu. Uvádí hlavní srovnání všech procesů;

Vysokotlaké tlakové lití hliníkových slitin

Vysokotlaké tlakové lití (HPDC) je široce používaná technika tlakového lití hliníkových slitin. Jedná se o nucené a rychlé lití roztavené hliníkové slitiny do ocelové dutiny pod vysokým tlakem.

Výhody HPDC s hliníkovými slitinami

• Přesnost a složitost: Vytváří tenké a jemné vzory s kontrolou blízkých rozměrů.
• Povrchová úprava: V tomto případě se dosáhne povrchů s menší drsností, a proto se na konečném výrobku provádí méně obrábění.
• Efektivita: Umožňuje náběh a vysokorychlostní výrobu, nízká doba cyklu.

Použití hliníkových slitin HPDC

1. Automobilový průmysl: Motory, převodovky a kola automobilů.
2. Elektronika: Chladiče, kryty a konektory.
3. Letectví a kosmonautika: Větrné lopatky pro větrné turbíny, součásti letadel, automobilů a spotřebního zboží.

Výhody tlakového lití hliníkových slitin.

Zde jsou uvedeny některé z hlavních výhod hliníkových odlitků;

• Vysoká přesnost a složité konstrukce: Hliníkové slitiny lze odlévat do forem a druhů složitých tvarů a detailních dělících linií, které jsou součástí návrhů.
• Dobrá povrchová úprava: Hliníkové díly odlévané pod tlakem jsou obecně velmi lesklé a kuželovité, takže po odlití není nutná žádná nebo jen velmi malá úprava, jako je leštění nebo povrchová úprava.
• Lehké a pevné: Hliníkové slitiny jsou lehké a tato vlastnost splňuje požadavky průmyslových odvětví, která se zabývají hmotností, jako je automobilový a letecký průmysl.
• Vynikající odolnost proti korozi: Ze všech dostupných materiálů patří hliníkové slitiny k nejméně náchylným ke korozi, což je dobrá zpráva pro venkovní i námořní prostředí.
• Cenově výhodné pro hromadnou výrobu: Po zhotovení formy je tlakové lití jednou z nákladově efektivnějších metod hromadné výroby, která snižuje náklady na jeden díl.

Nevýhody tlakového lití hliníkových slitin.

Mezi nejčastější problémy spojené s používáním tlakového lití hliníkových slitin patří:

• Vysoké počáteční náklady na nástroje: To často znamená, že náklady spojené s výrobou matrice mohou být vysoké a pro malý objem výroby nepříliš udržitelné.
• Omezená pevnost při vysokých teplotách: Podobně jako většina slitin neželezných kovů nejsou slitiny hliníku vhodné pro aplikace, kde se používají vysoké teploty, jako je tomu u ocelových materiálů.
• Problémy s pórovitostí: Pórovitost nebo dutiny jsou typické pro hliníkové tlakové lití a mohou změnit mechanické vlastnosti hotového dílu.
• Omezeno na tenkostěnné konstrukce: Hliníkové tlakové lití je vhodnější pro tenkostěnné díly, a proto má špatné vyhlídky na těžké a silné profily.
• Operace po odlití: Některé díly mohou potřebovat pouze dokončovací práce, které prodlužují čas i náklady na výrobu.

Aplikace tlakového lití hliníkových slitin

Probereme použití tohoto procesu v průmyslovém měřítku;

1. Automobilový průmysl: Používá se při výrobě malých motorových dílů, jako jsou válce, skříně převodovek a další díly, kde je potřeba vysoká pevnost a zároveň nízká hmotnost.
2. Letectví a kosmonautika: Používají se také na součásti letadel, jako jsou držáky, kryty a konstrukční díly, a poskytují lehká řešení s vysokou pevností, která vyhovují leteckým aplikacím.
3. Elektronika: Hliníkové tlakové odlitky se používají v pouzdrech výrobků spotřební elektroniky, mezi něž patří notebooky, mobilní telefony a napájecí zdroje pro ochranu a chladiče.
4. Námořní pěchota: Díly včetně čerpadel, skříní a elektrických krytů pro použití v mořském prostředí, kde je koroze velmi významná.
5. Průmyslová zařízení: U strojů a průmyslových zařízení se hliníkové odlitky používají pro převodovky, skříně a další aplikace díky pevnosti materiálu.

Problémy při tlakovém lití hliníkových slitin

Přesto má tlakové lití za použití hliníkových slitin své problémy.

Běžné problémy

Tyto problémy mohou zahrnovat;

1. Pórovitost: Při odlévání může docházet k pórovitosti plynů, což má za následek vznik dutin v materiálu.
2. Povrchové vady: Mohou se však vyskytnout některé závady, jako jsou studené uzávěry a průtočná potrubí.
3. Rozměrová nestabilita: Určitý stupeň smrštění během chlazení může být příčinou rozdílů ve stupni tolerance.

Řešení

• Vakuové tlakové lití: Snižuje pórovitost, protože odstraňuje zachycené plyny.
• Optimalizované systémy brány: Usnadňuje správné proudění roztaveného kovu do formy, a hraje tak klíčovou roli v procesu odlévání.
• Ošetření po odlití: Tepelné zpracování zlepšuje mechanické vlastnosti a využívá rozměrovou stabilitu.

Environmentální a ekonomická výhoda

Zde jsou uvedeny některé důležité ekologické a ekonomické výhody tlakového lití hliníkových slitin;

I. Recyklovatelnost

Hliník je recyklovatelný materiál, který je snadno recyklovatelný bez velkých ztrát vlastností. Snižuje také míru znečištění a pomáhá organizaci stát se šetrnou k životnímu prostředí.

II. Nákladová efektivita

Technika tlakového lití je nákladově efektivní, protože je účinnější a hliníkové slitiny jsou recyklovatelnější než jiné materiály.

III. Energetická účinnost

Využití lehkých hliníkových dílů umožňuje úsporu energie v aplikacích, jako je automobilový a letecký průmysl, a tím pomáhá minimalizovat emise uhlíku.

Technologický pokrok v oblasti tlakového lití hliníkových slitin

Tlakové lití je s vývojem nových forem a materiálů a technik odlévání stále se rozvíjejícím průmyslovým odvětvím.

Vývoj nových slitin

1. Pevnější a méně korozivní slitiny než stávající.
2. Speciální slitiny jsou určeny pro určitá průmyslová odvětví, například pro výrobu elektrických vozidel.

Nové technologie

1. Aditivní výroba: Lze je použít společně s tlakovým litím k výrobě řady hybridních procesů pro obtížné tvary.
2. Automatizace: Zvyšuje produktivitu a přesnost cyklu tlakového lití.
3. Simulační software: Předvídat vady odlitku a optimalizovat jeho konstrukci.

Budoucí trendy

• Vyšší poptávka po hliníkových slitinách z důvodu jejich přítomnosti v elektromobilech.
• Výroba vysoce výkonných a lehkých materiálů je vyžadována kvůli novým ekologickým normám.
• Zavedení inteligentního výrobního systému pro průběžné sledování kvality.

Závěr

Hliníkové slitiny jsou v průmyslu tlakového lití relativně nové. Přinesly mnoho změn díky mnoha výhodám, které přinášejí. Tak dlouho jako výrobci automobilů, letečtí inženýři i výrobci elektroniky požadují lehké a vysoce pevné materiály. Mohou je tedy používat v rámech automobilů, částech letadel, respektive elektronických přístrojích. Zde bude používání tlakového lití hliníkových slitin i nadále stoupat. S rozvojem technologií a jejich zdokonalováním se vyhlídky hliníkových slitin pro tlakové lití stále zlepšují. Tento jedinečný materiál a postupy jsou nejvýznamnějšími prostředky pro výrobu v budoucnosti.

Nejčastější dotazy

Proč se při tlakovém lití volí hliníkové slitiny?

Jsou poměrně lehké a odolávají korozi, kromě toho mají vysoký poměr pevnosti k hmotnosti, takže se hojně používají v mnoha průmyslových odvětvích.

Jaké typy tlakového lití lze rozlišit?

Existují tři základní kategorie: vysokotlaké tlakové lití, nízkotlaké tlakové lití a gravitační tlakové lití, které jsou použitelné pro různá použití.

Které typy hliníkových slitin se používají při tlakovém lití?

Příklady těchto materiálů jsou A360, A380 a ADC12, které se hojně používají pro svou pevnost a schopnost odlévání.

Jaké jsou vlastnosti hliníkových slitin používaných při tlakovém lití?

Mezi další vlastnosti patří pevnost v tahu, prodloužení a odolnost vůči vysokým teplotám, které zajišťují pevnost a spolehlivost.

Jakým způsobem snižuje tlakové lití hliníku dopad na životní prostředí?

Hliník je vysoce recyklovatelný materiál a lehký výrobek, který zvyšuje energetickou účinnost, zejména v automobilovém a leteckém průmyslu.

Jaké jsou slabiny hliníkového tlakového lití a jak je lze vyřešit?

Potíže, jako je pórovitost a drsnost povrchu, lze minimalizovat pomocí vakuového lití a testování vratného systému.