Öntött szerszámok: A precíziós gyártás sarokköve

Mivel a modern gyártási világot körülveszik az öntött szerszámok, nem csoda, hogy az öntött szerszámok a precíz és megbízható fém alkatrészek gyártásának kritikus lépéseivé váltak. Legyen szó autóipari alkatrészekről vagy szórakoztató elektronikai termékekről, a cél az, hogy a termékek a legmagasabb minőségi szabványoknak feleljenek meg a tartósság, a funkció és a megjelenés tekintetében. Ez az átfogó útmutató az öntvény szerszámozás minden részével kapcsolatban, a típusoktól kezdve az előnyökön és hátrányokon át az alkalmazásokig, rendkívül hasznosnak fogja találni, ha teljes mértékben a gyártással foglalkozik.
Bár az öntött szerszámokból készült alkatrészek előállításának költségei kezdetben magasabbak, másrészről viszont kevesebb anyagpazarlással, gyorsabb gyártási ciklusidővel és azzal a képességgel jár, hogy összetett formaterveket készíthet nagyon kevés utófeldolgozással, ha egyáltalán van ilyen. Nemcsak a hűtőrendszerek és a hatékonyabb helyettesítő alkatrészek, mint például a cserebetétek, a felületi bevonatok és hasonlók terén elért előrelépések növelték a hatékonyságot és a tartósságot, hanem a kevésbé kopó rácsok és az elektromos rendszer jobb tisztítása is segített.

Mi az a Die Cast Tooling?

A szerszámöntés a szerszámöntéshez használt szerszámokat és eljárásokat jelenti. Ezek a szerszámok (formák) az olvadt fémet is nagy nyomás alatt összetett és pontos alkatrészekké alakítják. A fejlett nyomásos öntvény szerszámok tervezése anyagokat és aprólékos tervezési gyakorlatot, valamint fejlett mérnöki ismereteket igényel, hogy megkönnyítse a következetesen gyártott, hibamentes alkatrészek előállítását.
Először a fémet (általában alumíniumot, cinket vagy magnéziumot) megolvasztják és nagy nyomás alatt a szerszámba vezetik. A végtermék minősége a szerszámok pontosságától függ, ezért az ipari gyártás szempontjából az öntött szerszámok elengedhetetlenek.

Az öntvény szerszámok összetevői

Az öntési folyamat egy precíziós gyártási folyamat, amely nagymértékben támaszkodik a kiváló minőségű fémalkatrészek előállításához szükséges szerszámokra. Ezen eszközök kombinációja olyan, hogy pontosak, tartósak és hatékonyak. Az alábbiakban felsoroljuk a nyomásos öntés során leggyakrabban használt szerszámokat.

1. Szerszámok (formák)

A folyamat legkritikusabb eszköze a szerszám, más néven a szerszám. Két részből áll:

- A fedőszerszám; helyben marad és a befecskendező rendszerhez igazodik.

- Ha ez egy kidobószerszám, akkor az a megszilárdult öntvény kioldásához mozog. A szerszámok gyártásához edzett acélt használnak, hogy ellenálljanak a rendkívüli nyomásnak és a magas hőmérsékletnek. Meghatározzák, hogy milyen méretekkel készítik el, milyen összetettségű lesz a végtermék, és milyen pontos lesz. 

2. Üregbetétek

A szerszám belső alakját üregbetétekkel alakítják ki a bonyolult formák létrehozásához. Emiatt ezek a betétek cserélhetők, ami megkönnyíti a szerszám cseréjét különböző alkatrészekhez anélkül, hogy új szerszámot kellene gyártani.

3. Magcsapok

Belső furatok, hornyok vagy bonyolult mélyedések készítéséhez egy belső elemet hoznak létre egy magcsap segítségével. Ahhoz, hogy a késztermék vagy a termék a lehető legjobb minőségű legyen, szükség van rájuk.

4. Kidobócsapok

Az elkészült öntvényt a kidobócsapok sérülés nélkül távolítják el a szerszámüregből. Ezeket a csapokat a kidobórendszerhez használják, az alkatrész sima és könnyű eltávolítása érdekében.

5. Hűtőcsatornák

A szerszám hűtőcsatornákat tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a megfelelő hőmérséklet szabályozását az öntés során. Mivel az egyenletes hűtéssel elkerülhetők az olyan hibák, mint a vetemedés, a repedés vagy a zsugorodás, ez biztosítja az állandó minőséget is.

6. Szellőzőnyílások és túlfolyókutak

A csapdába esett levegő a szellőzőnyílásokból szabadul ki, amikor az olvadt fémet a szerszámba fecskendezik, és a túlfolyó kutak a felesleges anyag összegyűjtésére szolgálnak. A végtermék mentes az üregektől vagy légzsákoktól, és ezt mindkét szerszám elősegíti.

7. Trim Dies

A vágószerszámok speciális szerszámok a felesleges anyag, pl. az öntvényekből származó pergés eltávolítására. A tiszta élek és a pontos méretek a végtermék számára biztosítottak, mert ezt ígérik.

8. Kenőrendszerek

A szerszámot néhány vizes kenőanyaggal kenik, hogy minimalizálják a kopást, csökkentsék a súrlódást, és megkönnyítsék az alkatrész eltávolítását. A kenés megfelelő formában javítja a szerszám élettartamát, megakadályozza a szerszám leállását és biztosítja a zökkenőmentes öntési műveleteket.

9. Shot Sleeves 

A befecskendező rendszer vezetői a lövedékhüvelyek, amelyek az olvadt fémet a szerszámüregbe vezetik. Mivel úgy vannak kialakítva, hogy képesek legyenek kezelni az extrém hőt és nyomást, a fém áramlásának egyenletesebbé tételét szolgálják.

10. Permetezők

A szerszámba porlasztók segítségével leválasztó anyagokat juttatnak, hogy megakadályozzák az olvadt fémnek a szerszámhoz való ragadását, és megkönnyítsék az alkatrész eltávolítását.

Ezek a szerszámok együtt dolgoznak, hogy konzisztens, kiváló minőségű és hibátlan alkatrészeket biztosítsanak, amelyek nélkülözhetetlenek az olyan iparágak számára, mint az autóipar, a repülőgépipar, az elektronika stb. számára.

Az öntött szerszámok típusai

Az öntött szerszámokból nincs semmi, ami egy méretben megfelelne mindenkinek. A gyártási követelményektől függően különböző típusú szerszámokat terveznek.

Együregű szerszámozás: Ez a szerszámtípus ciklusonként egy alkatrészt gyárt. Kis sorozatú gyártáshoz vagy prototípusgyártáshoz alkalmas.

Több üregű szerszámok: A több üregű szerszámok lehetővé teszik több azonos alkatrész egyidejű gyártását, ami növeli a gyártási hatékonyságot. Nagy sorozatgyártás esetén nagyon gyakran alkalmazzák.

Családi szerszámozás: A teljes szerszámozási módszer innovatív, sok különböző alkatrészt gyárt egy ciklusban. Különösen alkalmas az együtt gyártandó alkatrészek összeszerelésénél.

Egységszerszámok szerszámozása: A moduláris egységszerszámok a betét típusait vagy a szerszámok egyes részeit a teljes szerszám újrarajzolása nélkül helyettesíthetik. Ez csökkenti a költségeket és az állásidőt.

Vágószerszámok: Arra szolgálnak, hogy a kész alkatrészből eltávolítsák a felesleges anyagot (flash), így biztosítva, hogy a kész alkatrész megfeleljen a pontos specifikációknak.

Az öntött szerszámok előnyei

Napjainkban az öntött szerszámok számos előnye miatt nélkülözhetetlenek:

Precizitás és pontosság: A nagy méretpontosságot természetesen a fröccsöntéssel, a viszonylag szűk tűréshatárokkal rendelkező alkatrészek gyártásával és a bonyolult formatervezéssel lehet elérni.

Tartósság: Ezek a szerszámok kemény acélból készülnek, és jól bírják a nagynyomású öntés és a fokozott igénybevétel viszontagságait.

Hatékonyság: Az eljárás gyors és gazdaságos módot biztosít az azonos alkatrészek gyártására nagy mennyiségű selejt nélkül, és így gazdaságos a nagyüzemi gyártás számára.

Rugalmas tervezés: Az öntött szerszámok esetében olyan összetett formák, vékony falak és bonyolult részletek állnak rendelkezésre, amelyek más gyártási módszerekkel nem lehetségesek.

Anyagmegtakarítás: A szerszámozás páratlan, minimális hulladékot és selejtet tesz lehetővé, ami egy fenntarthatóbb gyártási folyamatot tesz lehetővé.

Felületkezelés: A legtöbbször az öntött alkatrészek viszonylag sima felületűek, amelyek kevés vagy semmilyen utófeldolgozást nem igényelnek, és időt és időt takarítanak meg.

Kihívások az öntvény szerszámgyártásban

Az öntvény szerszámozással kapcsolatos kihívások sokrétűek, bár az öntvény szerszámozásnak vannak előnyei:

1. Magas kezdeti költségek

A szerszámok gyártása és tervezése költséges lehet (bár ez a méretaránytól is függhet), és a kis méretű gyártók számára nagy tőkebefektetésre van szükség a szerszámokhoz.

2. Karbantartási követelmények

A szerszámok karbantartására és a termék minőségének megőrzésére rendszeresen szükség van. A karbantartás elmulasztása hibákat és késedelmet okoz a gyártásban.

3. Tervezési korlátozások

A vészhelyzeti tervezés fontos, sőt, bizonyos esetekben kritikus jelentőségű. A rendkívül bonyolult formatervek is igényelhetnek fejlett technikákat vagy többlépcsős eljárásokat, amelyek növelik a gyártási költségek összetettségét.

4. Termikus fáradtság

Az ismétlődő magas hőmérsékletek elhasználhatják a szerszámot, és a kopott szerszám idővel repedések vagy deformálódások keletkeznek.

Az öntvény szerszámok tervezésénél figyelembe veendő tényezők

A következőkben részletesen megtervezzük és figyelembe vesszük a hatékony és megbízható öntött szerszámok létrehozásában szerepet játszó tényezőket.

1. Anyag kiválasztása

A szerszámtervezés a fém kiválasztásán alapul. Általában az alumíniumot, a cinket és a magnéziumot használják, amelyek könnyű, erős és korrózióálló tulajdonságokkal rendelkeznek.

2. Hőgazdálkodás

Másrészt megfelelő hűtőrendszerekre van szükség a túlmelegedés megelőzése érdekében, amely az öntvényben hibákat okozhat.

3. Szerszám élettartama

A jobb minőségű anyagok kiválasztása a szerszám készítésekor meghosszabbítja annak élettartamát és csökkenti a csere gyakoriságát.

4. Költséghatékonyság

A kezdeti szerszámkészítési költségek magasak, de egységnyi darabra vetítve nagyon alacsonyak a nagy sorozatú gyártás esetén.

5. A termék összetettsége

Minél összetettebb az alkatrész kialakítása, annál bonyolultabb a szerszámozás. A másik hatás az átfutási időre és a költségekre lehet.

Az öntött szerszámok alkalmazása

Az öntvény szerszámozás azonban számos iparágban kritikus fontosságú gyakorlat az összetett és kiváló minőségű fémalkatrészek gyártásához. A legkülönbözőbb alkalmazásokhoz nélkülözhetetlen, mivel képes tartós, könnyű és pontos alkatrészek előállítására. A következő főbb iparágak közül néhány, amelyek széles körben használják az öntvény szerszámozást:

1. Autóipari

Az autóiparban az öntött szerszámok nagyon fontosak. Olyan öntött alkatrészeket használnak, mint a motorblokkok, sebességváltóházak, konzolok, kormánymű-alkatrészek stb., amelyeket nagyon szigorú pontossági, szívóssági és szilárdsági előírásoknak megfelelően kell önteni. Az eljárás természetesen a modern járművek üzemanyag-hatékonyságának növelése szempontjából fontos könnyű alkatrészek gyártásához is hasznos.

2. Szórakoztató elektronika

Az elektronikai gyártás során az öntést széles körben használják az okostelefonok kereteinek, a laptopok burkolatainak, a csatlakozóknak és a hűtőbordáknak a gyártására. Az eljárásnak az a képessége, hogy bonyolult kialakítású, mivel az alkatrészek könnyűek és erősek is, szintén előnyös ezeknek az alkatrészeknek.

3. Repülőgépipar

Az öntvény szerszámok alkalmazása a repülőgépiparban létezik, ahol az olyan alkatrészek, mint a házak, konzolok és szerkezeti elemek könnyű, de robusztus alkatrészek előállítására szolgálnak. Ebben a modern iparágban ezeknek az alkatrészeknek szigorú teljesítmény- és biztonsági követelményeknek kell megfelelniük, és itt a nyomásos öntés adja azt, amire szükség van.

4. Ipari berendezések

Szállítás Die öntött szivattyúk, fogaskerekek, szelepek és házak ipari gépalkatrészekhez. A nyomásos öntés garantálja, hogy az ilyen alkatrészek megfelelnek a szigorú működési előírásoknak.

5. Orvostechnikai eszközök

Az orvostudomány területén a szerszámöntvények nagyon fontosak a megbízható és pontos alkatrészek előállításához olyan eszközökhöz, mint a képalkotó eszközök, diagnosztikai eszközök és sebészeti eszközök. Rendkívül fontos, hogy ezeket az eszközöket szűk tűréshatárokkal lehessen gyártani, mivel ezek nagyon fontosak magának az alkatrésznek a biztonsága és hatékonysága szempontjából.

6. Megújuló energia

A megújuló energiaforrások elterjedésével az öntött szerszámok a szélturbinák, a napelemtartók vagy az elektromos járművek alkatrészeinek előállítására szolgáló módszerré válnak a tartósság és a hatékonyság elérése érdekében.

Az öntött szerszámok számos különböző ágazatban támogatják az innovációt és a gyártást, amint azt az alábbi alkalmazások is mutatják.

Innovációk az öntvény szerszámgyártásban

A technológiai fejlődés átalakítja a szerszámöntést: a folyamat egyre inkább a lehetséges, hatékony és pontos. Ez átalakítja az iparágat, mivel csökkenti a hulladékot, javítja a minőséget és meghosszabbítja a szerszámok élettartamát. AZ ALÁBBIAKBAN NÉHÁNY FIGYELEMRE MÉLTÓ ELŐRELÉPÉSRŐL ÍRTUNK:

Additív gyártás: Az öntvény szerszámozásnak sok köze van az additív gyártáshoz, vagyis a 3D nyomtatáshoz. A rendezőkkel prototípus szerszámokat készítenek, amelyeket a gyártók a tervek gyors és alacsony költségű tesztelésére és finomítására használnak. Ez felgyorsítja a fejlesztési ciklust, és csökkenti a nagyüzemi gyártás során előforduló hibák kockázatát. A 3D nyomtatás lehetővé teszi az olyan összetett geometriák gyártását is, amelyek hagyományos gyártási technikákkal nem készíthetők el.

Fejlett bevonatok: Öntöttvas a szerszámokat felületi bevonattal látják el, pl. fizikai gőzfázisú leválasztással (PVD) és nitridálással, mivel az öntvény termékeknél jobb kopásállóságra, hőstabilitásra és felületi keménységre van szükség. E bevonatok hozzáadása segít megvédeni a szerszámokat a nagynyomású öntés kemény körülményeitől, így meghosszabbítja az egyes szerszámok élettartamát és csökkenti a karbantartási költségeket. A bevonatok javítják a végtermék minőségét is, mivel csökkentik a súrlódást és megakadályozzák, hogy az olvadt fém a szerszámhoz tapadjon.

Szimulációs szoftver: A mérnökök fejlett szimulációs eszközöket használnak a szerszámok optimális tervezéséhez, mielőtt a gyártás egyáltalán megkezdődne. Az eredmény ezek az eszközök, amelyek szimulálják az olvadt fém áramlását, a hűtési sebességet és a lehetséges hibákat, így a gyártók még a tervezési fázisban megtalálhatják és kijavíthatják a hibákat, mielőtt azok felmerülnének. Ezáltal ezt el is éri: Csökken a próbálkozások és hibák száma, az átfutási idő lerövidül, és a gyártás sikere valójában nagyobb.

Automatizált rendszerek: Az öntési folyamat az automatizálás, valamint a hatékonyság és a következetesség javulása miatt változáson megy keresztül. Az olvadt fém befecskendezése, az alkatrészek kezelése és a kész alkatrészek ellenőrzése során robotizált rendszereket alkalmaznak. Az automatizált rendszerek kiküszöbölik az emberi hibákat, gyorsabb gyártási sebességet biztosítanak, és minden tételt egységes minőségben állítanak elő.

Intelligens felügyelet és IoT-integráció: A tárgyak internetének (IoT) integrálása lehetővé teszi a nyomásos szerszámok valós idejű felügyeletét. A szerszámokba ágyazott hőmérséklet-, nyomás- és kopásérzékelők az adatokat a prediktív karbantartásba táplálják, és növelik a karbantartás általános hatékonyságát.

Segítenek abban, hogy az öntvényipar egyre pontosabbá, fenntarthatóbbá és rugalmasabbá váljon, és ez az iparág továbbra is olyan iparág, amelyet nem lehet sokáig figyelmen kívül hagyni.

Jövőbeli trendek a nyomásos öntvény szerszámgyártásban

Az öntvény szerszámgyártás változik, hogy megfeleljen az új, könnyebb, erősebb és fenntarthatóbb termékek iránti igényeknek, mivel az iparágak egyre versenyképesebbé válnak. Néhány jövőbeli trend a következő:

1. Fenntarthatósági fókusz

A környezetbarát gyakorlatok bevezetését a hulladékcsökkentésre és az öntés energiafogyasztásának csökkentésére irányuló erőfeszítésekkel ösztönzik.

2. Könnyű anyagok

A magnéziumot és más könnyűszerkezetes ötvözeteket egyre gyakrabban használják az autóiparban és a repülőgépiparban.

3. Digitális ikertechnológia

A szerszámrendszerek digitális ikrei révén valós idejű felügyelet és előrejelző karbantartás valósítható meg, valamint a szerszámrendszerek hatékonyságának további növelése és az állásidő csökkentése.

Következtetés

A modern gyártási környezetben, öntött szerszámok egy olyan fontos alkatrész, amelyet kiváló minőségű fém alkatrészek pontos és következetes gyártásához használnak. Ez azonban egy nagyon összetett láncolat, amely szerszámokat, üregbetéteket, magcsapokat és kilövő rendszereket használ, amelyek mindegyike nagyon szűk tűréshatárokkal és összetett geometriával rendelkező alkatrészek előállításához kombinálódik. Széles körben alkalmazzák az autóiparban, a repülőgépiparban és az elektronikai iparban, mivel tartós és könnyű alkatrészek gyártását teszi lehetővé. A korábban említett edzett acél anyagból készült, érett, kiváló minőségű öntött szerszámok azt jelentik, hogy szélsőséges hőmérsékleten, és nyomáson is jó, hosszú élettartamú teljesítményt kaphat. A cserélhető betétek szerszámai, a fejlett hűtőrendszerek, a PVD bevonatok, valamint a fentieket előidéző innovációk javították a szerszámok hatékonyságát, miközben minimalizálták a hulladékot és növelték a tartósságukat. Bár ez nagy kezdeti beruházást igényel a szerszámokba, gyorsabb gyártási ciklusokat, kevesebb hibát és alacsonyabb gyártási költségeket tesz lehetővé nagy mennyiségben.
Bár az öntött szerszámok nem a gyengéknek valók, mégis a precíziós gyártás szerves részét képezik, mivel karbantartásuk és magas költségeik vannak. A technológia növekvő jelenlétének köszönhetően a 3D nyomtatott prototípusok és a digitális ikerrendszerek minden bizonnyal még hatékonyabbá és rugalmasabbá teszik a folyamatot. Dióhéjban összefoglalva, az öntött szerszámok kritikus fontosságúak a tartós, kidolgozott alkatrészek gyártásához, hogy az iparágak pontossággal és gyorsasággal lépést tartsanak a jelenlegi gyártási követelményekkel.

GYIK: Az öntvény szerszámozásról

1. Mi az öntvény szerszámozás?

A fröccsöntési folyamat speciális szerszámokat tartalmaz, amelyeket szerszámoknak neveznek, a szerszám (szerszámok) , és különböző üregbetétek, magcsapok és kilövő rendszerek, hogy az olvadt fémet a kívánt alkatrészekké alakítsák; a fröccsöntési szerszámokra úgy hivatkoznak, mint ezekre a speciális szerszámokra. Ezek a gyártás során a kiváló minőségű, konzisztens eredmények előállításának kulcsfontosságú részét képezik.

2. Milyen acélokat használnak az öntvény szerszámok gyártásához?

 Mivel az öntött szerszámok ilyen nagy nyomásnak és szélsőséges hőmérsékletnek vannak kitéve, az öntött szerszámok általában edzett acélból készülnek, például H13 szerszámacélból, 8407, H13, DIN 1.2344 stb. A felületi bevonatokhoz általában PVD és nitridálás adódik a tartósság és a kopásállóság növelése érdekében.

3. Mennyi az öntvény szerszámköltség?

A szerszámköltségek számos tervezési szemponttól, a szerszám méretétől és a felhasznált anyagtól függnek. Az egy alkatrészre jutó költség drámaian alacsonyabb, de a kezdeti beruházás a gyártás első pillanatában magas (például több ezer vagy tízezer dollár).

4. Mennyi ideig tart az öntött szerszámok élettartama?

Az öntött szerszámok élettartamát nagymértékben meghatározzák olyan tényezők, mint az öntött anyag, a karbantartási eljárások és az öntési folyamat. Az edzett acélból készült, kiváló minőségű szerszámok több százezer ciklust kibírnak, ha megfelelően ápolják és karbantartják őket.