Czym jest odlewanie grawitacyjne?

Odlewanie grawitacyjne jest powszechnie stosowanym procesem odlewania metali, w którym kształt formy jest zapewniany przez matrycę, a stopiony metal jest wtłaczany do matrycy grawitacyjnie, a nie przez zewnętrzne umiejscowienie matrycy (dodatnie umiejscowienie). Metoda ta różni się od wysokociśnieniowego odlewania ciśnieniowego tym, że stopiony metal jest wtłaczany do matrycy pod ciśnieniem, ale jedynym sposobem podawania materiału do matrycy jest użycie grawitacji. Forma jest zwykle wykonana z trwałych metali, takich jak stal lub żeliwo, wielokrotnego użytku o wysokiej dokładności wymiarowej i wysokim wykończeniu powierzchni. Technika ta jest również bardzo popularna w produkcji części z metali nieżelaznych, takich jak aluminium, cynk, magnez i ich stopy. Podgrzewanie metalu do stanu metalicznego, a następnie wlewanie go do wstępnie podgrzanej stałej formy. Stopiony metal płynie w kierunku grawitacji i w dół do wnęki formy, co powoduje jej wypełnienie. Następnie forma jest otwierana i odlew jest wyrzucany, co może wymagać przycięcia, obróbki mechanicznej lub innej obróbki w celu poprawy powierzchni.

Jednym z najczęstszych zastosowań tego procesu jest grawitacyjne odlewanie aluminium, ponieważ aluminium jest lekkie, odporne na korozję i ma dobre właściwości mechaniczne. Technika ta jest szeroko stosowana w różnych gałęziach przemysłu, w tym w motoryzacji, lotnictwie, maszynach przemysłowych i towarach konsumpcyjnych, do produkcji trwałych, złożonych części, takich jak części silnika, obudowy, wsporniki itp. Jednym z powodów stosowania odlewania grawitacyjnego jest możliwość odlewania średnich i dużych ilości części o wysokiej jakości (niskiej porowatości) i dobrej wytrzymałości mechanicznej. Chociaż istnieją pewne ograniczenia, takie jak wyższe początkowe koszty oprzyrządowania i mniej złożone produkty niż w przypadku innych systemów odlewania, jego zalety sprawiają, że jest to odpowiednia i tania metoda dla wielu potrzeb produkcyjnych.

Zasadniczo odlewanie grawitacyjne jest precyzyjnym, powtarzalnym i racjonalnym materiałem, który jest ważny w nowoczesnym procesie obróbki metali.

Jak zrozumieć proces odlewania grawitacyjnego?

Była to łatwa, wydajna technika stanowiąca rdzeń odlewania grawitacyjnego. Wstępnie podgrzana metalowa forma ze stali lub żelaza jest pokryta środkiem antyadhezyjnym, gotowa do odlewania, odlewy są łatwo usuwane. Po przygotowaniu formy, wlewa się do niej stopiony metal, taki jak aluminium, magnez lub stopy miedzi. Aby metal wypełnił wnękę, forma po prostu stygnie i zestala się pod wpływem samej grawitacji.

Następnie forma jest otwierana, a odlew usuwany. Jeśli nie, nadmiar materiału pozostaje, niezależnie od tego, czy jest to system wlewowy lub kanałowy, czy inna część, jest on odcinany, a odlew może zostać wykończony przez obróbkę skrawaniem lub w inny sposób. W porównaniu do odlewania piaskowego, formy, w których odlewy są produkowane z piasku, są używane tylko raz. Element odlewany w matrycy grawitacyjnej jest znacznie ulepszony pod względem wydajności produkcji i spójności produktu, ponieważ metalowe matryce w odlewaniu grawitacyjnym mogą być ponownie użyte.

Różne opcje wykończenia powierzchni dla odlewów grawitacyjnych

Kolejną zaletą grawitacyjnego odlewania ciśnieniowego jest to, że może ono zapewnić części o gładkich, spójnych wykończeniach powierzchni bezpośrednio z formy. Jednakże, inne techniki wykańczania powierzchni, w zależności od wymagań funkcjonalnych i estetycznych produktu końcowego, mogą być dodane do procesu wykańczania w celu poprawy wyglądu, trwałości lub przygotowania części do dalszych procesów, takich jak malowanie lub galwanizacja. Poniżej wymieniono najczęściej stosowane wykończenia powierzchni części odlewanych grawitacyjnie:

1. Wykończenie odlewu

Jest to naturalna powierzchnia wynikająca bezpośrednio z procesu odlewania. Jeśli jednak jest odpowiednio przygotowany, a warunki procesu są optymalne, odlewanie grawitacyjne może wytworzyć raczej gładką powierzchnię w porównaniu do odlewania piaskowego. Komponenty wewnętrzne lub części, których wygląd nie jest krytyczny, zwykle akceptują odlewane powierzchnie.

2. Śrutowanie / piaskowanie

Jest to obróbka strumieniowo-ścierna, polegająca na wystrzeliwaniu małych stalowych lub ceramicznych kulek na powierzchnię odlewu w celu usunięcia zgorzeliny, wypływek lub innych pozostałości. Proces ten tworzy jednolitą matową teksturę powierzchni, a także lepiej czyści powierzchnię i jest bardzo odpowiedni dla takich części, które są dalej wykańczane, takie jak malowanie proszkowe lub malowanie. 

3. Polerowanie

Mechaniczne usuwanie drobnych niedoskonałości służy do polerowania w celu poprawy gładkości i połysku powierzchni. Szczególnie w przypadku części estetycznych i tam, gdzie wymagane jest mniejsze tarcie. Polerowanie może być podstawowym polerowaniem, ręcznym lub zautomatyzowanym, lub obejmować wykończenie lustrzane.

4. Malowanie proszkowe

W malowaniu proszkowym proszek jest nakładany na powierzchnię odlewu i utwardzany pod wpływem ciepła, tworząc twardą i ochronną warstwę. Doskonała odporność na korozję, uderzenia i promieniowanie UV sprawiła, że nadaje się do komponentów samochodowych i zewnętrznych produkowanych w aluminiowych odlewach grawitacyjnych.

5. Anodowanie

Aluminiowe części odlewane grawitacyjnie mają wiele powodów, dla których warto wybrać anodowanie. Powierzchnia jest zagęszczana przez naturalną warstwę tlenku elektrochemicznie, co poprawia odporność na korozję i zapewnia możliwość dostosowania koloru. Anodowane powierzchnie są trwałe, kolory się nie ścierają i mają elegancki, profesjonalny wygląd.

6. Obróbka precyzyjnych powierzchni

W wielu przypadkach części odlewane grawitacyjnie są przynajmniej częściowo obrabiane po odlaniu, szczególnie w celu uzyskania dokładnych tolerancji lub wygładzenia krytycznych powierzchni. Obróbka CNC jest wykorzystywana do udoskonalania płaskich powierzchni i gwintów, a także uszczelniania obszarów, w których potrzeba precyzji wykracza poza możliwości samej matrycy.

7. Malowanie i powlekanie

Części wymagające oznakowania, kodowania kolorami lub ochrony mogą być wykonane dowolną z metod stosowanych w konwencjonalnym malowaniu na mokro. Nakładanie powłok malarskich odbywa się zwykle ręcznie lub za pomocą zautomatyzowanych linii natryskowych, często po oczyszczeniu lub zagruntowaniu powierzchni.

8. Chromowanie / obróbka chemiczna

Powłoki chromianowe lub konwersji chemicznej mogą być stosowane w celu zwiększenia ochrony przed korozją, a także poprawy przyczepności farby. Pasywna powłoka ochronna wytworzona w wyniku takich zabiegów ma niewielki wpływ na wymiary, ale chroni powierzchnię aluminium.

Zalety grawitacyjnego odlewania ciśnieniowego

Doskonałe właściwości mechaniczne są jednym z głównych powodów, dla których producenci preferują odlewanie grawitacyjne. W rezultacie odlewy produkowane w tym procesie mają zwykle mniej kieszeni powietrznych lub porowatości, a co za tym idzie, mocniejsze i bardziej niezawodne komponenty.

Inne kluczowe korzyści obejmują:

• Wysoka dokładność wymiarowa: Odlewanie grawitacyjne pozwala zachować wąskie tolerancje i drobne szczegóły wykonywanych części.
• Gładkie wykończenie powierzchni: Ponieważ metalowe formy zapewniają lepsze wykończenie powierzchni, obróbka końcowa jest ograniczona.
• Powtarzalność: Formy mogą być ponownie wykorzystane, dzięki czemu producenci mogą tworzyć duże ilości produktów o tym samym poziomie jakości.
• Wydajność materiałowa: Marnotrawstwo metalu jest zminimalizowane, o ile stosowane są odpowiednie projekty bramkowania i podawania.

Grawitacyjne odlewanie aluminium jest obecnie najczęściej wybieraną opcją dla przemysłu, który chce produkować lekkie, wytrzymałe i odporne na korozję części.

Grawitacyjny odlew aluminiowy?

Grawitacyjne odlewanie ciśnieniowe stopów aluminium to metoda, w której metalowa forma (lub matryca) do odlewania grawitacyjnego jest wypełniana stopionym stopem aluminium pod wpływem samej siły grawitacji. Ogólnie rzecz biorąc, matryce te są wykonane ze stali lub żeliwa ze względu na ich odporność na zużycie i zdolność do wytrzymania serii cykli cieplnych. Cechą charakterystyczną tego procesu jest jego prostota, nie ma zewnętrznego ciśnienia używanego do wpychania metalu do formy. Przepływ jest kontrolowany wyłącznie przez grawitację.

Grawitacyjne odlewanie aluminium jest jedną z korzyści, które minimalizują wewnętrzne wady. Uwięzienie powietrza jest zminimalizowane, co z kolei minimalizuje porowatość, ponieważ forma wypełnia się bardzo powoli i naturalnie. Daje to odlewane komponenty o lepszej integralności i wydajności, a także większej wytrzymałości. Dlatego metoda ta jest powszechnie preferowana przez producentów do produkcji dobrych i precyzyjnie zaprojektowanych części.

Popularne stopy aluminium stosowane w odlewnictwie grawitacyjnym

Wybór odpowiedniego stopu ma kluczowe znaczenie w odlewaniu grawitacyjnym aluminium. Różne stopy zostały zaprojektowane z myślą o różnych właściwościach w zależności od zastosowania. Podział tych powszechnie stosowanych stopów aluminium można przeprowadzić zgodnie z ich składem, właściwościami mechanicznymi i zastosowaniami przemysłowymi w następujący sposób.

Niniejsza tabela zawiera proste porównanie różnych metod odlewania pod względem kilku ważnych czynników. Daje to producentom wyobrażenie o tym, która metoda odlewania jest najbardziej odpowiednia do zaspokojenia ich potrzeb.

Zastosowania odlewania grawitacyjnego

Ponieważ odlewanie grawitacyjne ma tę zaletę, że jest elastyczne i ekonomiczne, a także umożliwia produkcję części dobrej jakości, jest szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Wynika to z jego niezawodności i wydajności do tego stopnia, że może być wykorzystywany do produkcji małych i dużych partii trwałych, precyzyjnych i spójnych komponentów. Poniżej przedstawiono niektóre z najczęstszych zastosowań odlewania grawitacyjnego.

Przemysł motoryzacyjny

Kilka zastosowań odlewania grawitacyjnego można znaleźć w branży motoryzacyjnej, w tym odlewanie grawitacyjne krytycznych części silnika, takich jak bloki silnika, głowice cylindrów, elementy zawieszenia itp. oraz obudowy skrzyni biegów. Lekkie, ale wytrzymałe komponenty mogą być tworzone przy użyciu aluminiowych odlewów grawitacyjnych o doskonałym stosunku wytrzymałości do masy. Jest również wykorzystywany do produkcji części, w tym obudów samochodowych skrzyń biegów, części hamulcowych i kolektorów dolotowych samochodów, ponieważ oferują one ekstremalną trwałość i odporność chemiczną na ciepło i zużycie, które są ważnymi elementami użytkowania samochodów.

Lotnictwo i kosmonautyka

Proces grawitacyjnego odlewania ciśnieniowego jest ważnym procesem w przemyśle lotniczym i kosmicznym do produkcji części o niskiej gęstości, ale solidnych strukturalnie, które muszą być bezpieczne i działać tak, jak pozwolą na to przyszłe projekty i zastosowania. Shelton powtarza, że podobnie jak w przypadku większości odlewów grawitacyjnych, ważna jest precyzja i trwałość produktu, takiego jak wsporniki samolotu, części podwozia i sekcje kadłuba. Ze względu na konieczność zastosowania lekkiego materiału, ale bez utraty wytrzymałości, aluminiowe odlewy grawitacyjne są odpowiednie do zastosowań lotniczych.

Maszyny przemysłowe

Metoda odlewania grawitacyjnego jest stosowana w produkcji trwałych i wytrzymałych komponentów do maszyn przemysłowych, na przykład w obudowach pomp, obudowach przekładni lub wspornikach. Ponieważ części te muszą być odporne na wysokie ciśnienia, naprężenia mechaniczne i trudne warunki pracy, odlewanie grawitacyjne osiąga to poprzez wytwarzanie wytrzymałych elementów o niskiej porowatości. Części te są na przykład wykorzystywane w maszynach górniczych i sprzęcie rolniczym, a także w silnikach o dużej wytrzymałości.

Produkty konsumenckie

Odlewanie grawitacyjne jest również korzystne dla sektora produktów konsumenckich, a mianowicie naczyń kuchennych, opraw oświetleniowych i sprzętu dekoracyjnego. Na przykład, odlewanie grawitacyjne jest wykorzystywane do produkcji przedmiotów, w tym odlewanych aluminiowych patelni, zlewów kuchennych i wsporników oświetleniowych, ponieważ pozwala uzyskać dobre wykończenie powierzchni i stabilność kształtu odlewu.

Części artystyczne i elementy architektoniczne, takie jak posągi, panele dekoracyjne oraz okucia do drzwi i okien, są również wytwarzane w procesie odlewania grawitacyjnego. Wszechstronność odlewania grawitacyjnego oznacza, że jest to niezbędny proces w wielu gałęziach przemysłu, łączący dobrą ekonomię z dobrą wydajnością.

Materiały stosowane w odlewnictwie grawitacyjnym

Bardzo wszechstronnym procesem odlewania jest odlewanie grawitacyjne, które może być stosowane do odlewania szerokiej gamy materiałów. Kluczową częścią jest właściwy dobór materiału, ponieważ od niego bezpośrednio zależy wytrzymałość i wydajność produktu końcowego. Aluminium, cynk, miedź i stopy magnezu są najczęściej stosowanymi materiałami w odlewnictwie grawitacyjnym, ale inne rodzaje metali i stopów mogą być stosowane w zależności od wymagań produkowanej części.

1. Stopy aluminium

Stopy aluminium są zdecydowanie materiałami najczęściej stosowanymi w odlewnictwie grawitacyjnym ze względu na ich doskonały stosunek wytrzymałości do masy, doskonałą odporność na korozję i właściwości odlewnicze. Zazwyczaj znajdują one zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i maszynowym.

Niektóre kluczowe stopy aluminium obejmują:

• A356: A356 charakteryzuje się dobrą wytrzymałością, plastycznością i doskonałą skrawalnością i jest szeroko stosowany w blokach silników, obudowach i wspornikach stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.
• A380: Stop ten charakteryzuje się doskonałą płynnością, szczelnością i umiarkowaną wytrzymałością. Żeliwo jest powszechnie stosowane do produkcji bloków silnika, obudów i elementów przekładni.
• A413: Jeśli zostanie znaleziony, dobra skrawalność i wysoka wytrzymałość stopu z dobrą szczelnością ciśnieniową; jest to czasami spotykane w cylindrach hydraulicznych, zaworach i pompach.

Wysoka efektywność aluminiowych odlewów grawitacyjnych wynika głównie z połączenia lekkości i wytrzymałości mechanicznej.

2. Stopy cynku

Stopy cynku są często stosowane w odlewnictwie grawitacyjnym, ponieważ części wymagające dobrej wytrzymałości, twardości i odporności na korozję przy niewielkiej wadze są powszechne. Cynk jest stosunkowo niedrogim materiałem, który ma bardzo dobrą płynność i pozwala na wykonywanie złożonych form i detali.

Powszechnie stosowane stopy cynku obejmują:

• ZA8: Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, umiarkowaną plastycznością i dobrą stabilnością wymiarową. Jest często stosowany w produkcji części odlewanych ciśnieniowo z zachowaniem ścisłych tolerancji.
• Zamak: Jest to grupa stopów cynku, szczególnie popularnych w produkcji części samochodowych, sprzętu i odlewów dekoracyjnych ze względu na ich dobrą odporność na korozję i łatwość odlewania.

Cynkowe odlewy grawitacyjne są często używane w trwałych zastosowaniach wymagających wąskich tolerancji w sprzęcie, obudowach elektronicznych i ogólnych produktach konsumenckich.

3. Stopy magnezu

Stopy magnezu są lekkie i mają wysoką wytrzymałość, dzięki czemu nadają się do zastosowań wymagających redukcji masy. Jednym z najpopularniejszych zastosowań odlewów grawitacyjnych z magnezu jest przemysł motoryzacyjny i lotniczy do produkcji lekkich części konstrukcyjnych.

Kluczowe stopy magnezu stosowane w odlewnictwie grawitacyjnym to:

• AM60: Wytrzymałość i udarność tego stopu magnezu są wysokie, a spawanie jest łatwe; stopy te były stosowane w elementach konstrukcyjnych i częściach samochodowych.
• AZ91D: AZ91D charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję i dobrym stosunkiem wytrzymałości do masy i jest stosowany w przemyśle lotniczym, w tym we wspornikach i obudowach.

Magnez jest szczególnie cenny w takich branżach jak lotnictwo czy motoryzacja, ze względu na wysoki stosunek wytrzymałości do masy pozwalający na redukcję wagi w kontekście braku utraty wydajności.

4. Stopy miedzi

Odlewanie grawitacyjne jest stosowane w przypadku stopów miedzi o wysokiej wytrzymałości, odporności na zużycie i doskonałej przewodności cieplnej. Części, które muszą być odporne na wysokie temperatury i zużycie, są często wykonane z miedzi w różnych formach stopowych, takich jak stopy na bazie miedzi, mosiądze i brązy.

Powszechnie stosowane stopy miedzi:

• C356: Stop ten jest stosowany w częściach wymagających wysokiej wytrzymałości i odporności na zużycie, takich jak pierścienie tłokowe, części silnika i maszyny przemysłowe.
• C443: Jest to stop mosiądzu, zwykle zapewniający odporność na korozję i wytrzymałość w zastosowaniach morskich lub motoryzacyjnych.

Docenienie zdolności stopów miedzi do wytrzymywania ekstremalnie niekorzystnych warunków, takich jak wysokie temperatury, skłoniło je do zastosowania w takich obszarach jak silniki okrętowe, wymienniki ciepła i urządzenia elektryczne, takie jak komentatory.

5. Inne stopy

Inne specjalistyczne stopy mogą, w zależności od pożądanych właściwości produktu końcowego, być stosowane w odlewnictwie grawitacyjnym oprócz bardziej powszechnych materiałów. Niektóre z nich obejmują:

• Stopy ołowiu: W zastosowaniach, w których wymagana jest wysoka gęstość, folia jest używana w aplikacjach obejmujących przeciwwagi i ekranowanie.
• Stopy cyny: Służy do produkcji małych, niewielkich i precyzyjnych części wykorzystywanych w elektronice i przedmiotach dekoracyjnych.

Materiały te są wybierane na podstawie ich właściwości, które obejmują odporność na korozję, przewodność cieplną, gęstość i inne. Zastosowanie grawitacyjnego odlewania ciśnieniowego umożliwia wykorzystanie różnych materiałów do wytworzenia dostosowanych właściwości produktu.

Innowacje w grawitacyjnym odlewaniu ciśnieniowym

Dalsza poprawa procesu odlewania grawitacyjnego wynikała z ostatnich postępów w oprogramowaniu symulacyjnym, automatyzacji i projektowaniu form odlewniczych. Obecnie inżynierowie mogą symulować przepływ stopionego metalu i krzepnięcie, a tym samym optymalizować projekt formy i unikać wad.

Zależy to również od automatyzacji. Często stosuje się jednak odlewanie metalu, ekstrakcję odlewów, a także podstawowe etapy obróbki końcowej dla ramion robotów. Innowacje te zmniejszają koszty pracy, a także zapewniają bezpieczeństwo w miejscu pracy. W aluminiowych odlewach grawitacyjnych, rozwiązania takie jak wspomaganie próżniowe i ulepszone powłoki form były również w stanie zmniejszyć porowatość i wydłużyć żywotność formy.

Wpływ na środowisko i zrównoważony rozwój

W erze, w której zrównoważony rozwój zyskuje na znaczeniu, odlewanie grawitacyjne okazuje się być stosunkowo przyjazne dla środowiska. Jeśli formy są ponownie wykorzystywane, prowadzi to również do zmniejszenia ilości odpadów, a zużyty złom często jest poddawany recyklingowi i ponownie wykorzystywany w procesie.

Dodatkowo, aluminium, jeden z najczęściej stosowanych materiałów w odlewnictwie grawitacyjnym, w dużym stopniu nadaje się do recyklingu. Wreszcie, proces ten zużywa mniej energii niż inne metody produkcji, zwłaszcza gdy technologia jest zoptymalizowana przez nowoczesne piece i systemy kontroli procesu.

Odlewanie grawitacyjne a inne metody odlewania

Chociaż odlewanie grawitacyjne jest szeroko stosowaną techniką, nie jest to jedyna metoda tworzenia części metalowych. Różne metody odlewania mają różne zalety dla producenta, w zależności od wymagań. W porównaniu z innymi metodami odlewania, które obejmują odlewanie piaskowe, odlewanie wysokociśnieniowe, odlewanie inwestycyjne i odlewanie niskociśnieniowe, odlewanie grawitacyjne umożliwia producentowi podjęcie świadomej decyzji o tym, który rodzaj odlewania najlepiej nadaje się do jego konkretnych wymagań. 

Odlewanie grawitacyjne a odlewanie piaskowe

Istnieje zasadnicza różnica między materiałem formy do odlewania grawitacyjnego i piaskowego. W przypadku odlewania grawitacyjnego stałe formy są często odlewane lub stalowe, a formy do odlewania piaskowego są jednorazowe. W rezultacie prowadzi to do znacznych różnic w wykończeniu powierzchni i dokładności wymiarowej.

Wykończenie powierzchni jest gładsze niż w przypadku odlewów piaskowych i znacznie bardziej jednolite. Również spójność wymiarowa jest lepsza. Proces odlewania piaskowego jest jednak bardziej elastyczny, jeśli kształty są większe lub bardziej złożone. Co więcej, odlewanie piaskowe ma niższe początkowe koszty oprzyrządowania, a zatem jest bardziej opłacalne w przypadku małych ilości lub dużych elementów. Odlewanie grawitacyjne jest mniej kosztowne w przypadku produkcji części o średniej i dużej objętości oraz zapewnia lepszą jakość i spójność części.

Odlewanie ciśnieniowe a odlewanie grawitacyjne.

Sposób, w jaki stopiony metal jest wprowadzany do formy, jest jedną z głównych różnic między odlewaniem ciśnieniowym a grawitacyjnym. Odlewanie grawitacyjne to rodzaj żeliwa, który pozwala stopionemu metalowi wejść do wnęki formy z powodu siły grawitacji, stąd wolniejszy i bardziej kontrolowany proces napełniania. Utrzymuje to porowatość na niskim poziomie i wzmacnia oraz poprawia niezawodność części.

Jednak odlewanie wysokociśnieniowe wymaga ciśnienia hydraulicznego, aby wepchnąć stopiony metal do gniazda formy ze znacznie większą prędkością. Chociaż jest to szybkie rozwiązanie do produkcji złożonych kształtów, jest bardziej podatne na większą porowatość w produkcie końcowym. Z tego powodu odlewanie grawitacyjne jest najczęściej stosowane, gdy wymagana jest wytrzymałość mechaniczna i niska porowatość, na przykład w przypadku części samochodowych i elementów konstrukcyjnych. Chociaż szybsze, wysokociśnieniowe odlewanie ciśnieniowe może być bardziej odpowiednie dla części, w których szczegóły są małe, a prędkość ma kluczowe znaczenie.

Odlewanie grawitacyjne a odlewanie inwestycyjne 

Innym sposobem, który wyróżnia się od odlewania grawitacyjnego, jest odlewanie inwestycyjne lub odlewanie metodą traconego wosku. Odlewanie inwestycyjne jest jednym z najbardziej precyzyjnych procesów i wymaga wykonania woskowej wersji części, pokrycia tej woskowej formy ceramiczną powłoką, a następnie stopienia wosku i utworzenia formy. Tak wysokiej jakości i szczegółowe części są jednak osiągane tylko dzięki temu procesowi, dlatego jest on bardzo odpowiedni dla branż, które w dużym stopniu polegają na częściach, takich jak lotnictwo, urządzenia medyczne i biżuteria.

Odlewanie inwestycyjne jest jednak dość skomplikowane i wymaga dłuższego czasu realizacji, a także jest droższe. Jednak w przeciwieństwie do odlewania grawitacyjnego, odlewanie grawitacyjne jest szybsze i tańsze, szczególnie w przypadku części, które nie wymagają takiego samego poziomu skomplikowania. Odlewanie inwestycyjne jest znane ze swojej dokładności i wykończenia powierzchni, ale odlewanie grawitacyjne wykorzystuje tańsze rozwiązanie do produkcji funkcjonalnych części o dobrych właściwościach mechanicznych w średnich i dużych ilościach.

Odlewanie niskociśnieniowe a odlewanie grawitacyjne

Inną techniką opartą na odlewaniu grawitacyjnym jest odlewanie niskociśnieniowe, które wykorzystuje kontrolowane ciśnienie do wtłaczania stopionego metalu do formy. Prowadzi to do bardziej jednolitego wypełnienia i większej gęstości materiału, co może poprawić kilka potencjalnie problematycznych wad, takich jak puste przestrzenie i porowatość.

W przypadku odlewania grawitacyjnego koszt sprzętu i form jest niższy niż w przypadku odlewania niskociśnieniowego, ale otrzymywane części są gorszej jakości, z niedoskonałościami materiału i defektami. Jest on bardziej złożony niż obecny system niskociśnieniowy, ale nadaje się do produkcji większej ilości, wyższej jakości przy niższych kosztach niż wszystkie obecne systemy niskociśnieniowe. Ze względu na nieco mniejszą kontrolę nad przepływem metalu, odlewanie grawitacyjne (lub niskociśnieniowe) jest nadal bardziej konwencjonalnym i ekonomicznym sposobem produkcji komponentów o średnim stopniu złożoności, takich jak części silników samochodowych i elementy konstrukcyjne w większości branż. 

Tabela porównawcza: Odlewanie grawitacyjne a inne metody odlewania

Ograniczenia odlewania grawitacyjnego

Odlewanie grawitacyjne ma pewne ograniczenia, ale ma też wiele zalet, takich jak dobra dokładność wymiarowa, dobre wykończenie powierzchni, dobra wytrzymałość mechaniczna itp. Aby wybrać odpowiedni proces produkcyjny dla konkretnego zastosowania, należy zrozumieć te wady.

1. Wysoki początkowy koszt oprzyrządowania

Koszt matrycy (formy) jest główną wadą odlewania grawitacyjnego. Koszt oprzyrządowania może być znaczny, ponieważ proces wykorzystuje trwałe formy metalowe (zwykle stalowe lub żeliwne). Ponieważ odlewanie grawitacyjne jest opłacalne tylko w przypadku produkcji średnio- i wielkoseryjnej, jest ono zwykle wykonywane tylko w ten sposób. Odlewanie piaskowe może być droższym procesem dla niskich wolumenów produkcji.

2. Ograniczona złożoność projektu

Jednak kształty, które są niezwykle złożone lub mają złożone cechy wewnętrzne, są mniej odpowiednie do produkcji w procesie odlewania grawitacyjnego. Ponieważ stopiony metal nie wpływa do formy pod żadnym ciśnieniem innym niż grawitacyjne, może nie być w stanie dobrze wypełnić bardzo cienkich lub głębokich wnęk w formie. Podcięcia, drobne otwory lub wyjątkowo cienkie ścianki to cechy, które są trudniejsze do osiągnięcia w porównaniu z odlewaniem inwestycyjnym lub odlewaniem wysokociśnieniowym.

3. Dłuższy czas chłodzenia

Podczas gdy czasy chłodzenia i krzepnięcia w odlewaniu wysokociśnieniowym mogą być dość krótkie, czasy chłodzenia i krzepnięcia w odlewaniu grawitacyjnym mogą być dłuższe. Może to zatem spowolnić ogólny czas cyklu i tempo produkcji. W przypadku szybszych i szybkich zastosowań produkcyjnych może to nie być najlepszy wybór.

4. Ograniczona kompatybilność materiałowa

Chociaż odlewanie grawitacyjne może być stosowane ze wszystkimi metalami nieżelaznymi, jest ono najbardziej skuteczne w przypadku aluminium i mniej skuteczne w przypadku stopów cynku i magnezu. Jednak wysokie temperatury topnienia materiałów żelaznych, takich jak stal lub żelazo, sprawiają, że nie nadają się one do nich, ponieważ temperatura topnienia osłabia formę i skraca jej żywotność. W konsekwencji zakres zastosowań odlewania grawitacyjnego jest ograniczony.

5. Zużycie i konserwacja form

Formy metalowe stosowane w odlewnictwie grawitacyjnym z czasem ulegają zużyciu i zmęczeniu termicznemu, ponieważ są wielokrotnie podgrzewane i chłodzone. Powoduje to degradację powierzchni formy i może skutkować wadliwymi komponentami, jeśli konserwacja nie jest przeprowadzana prawidłowo. Regularna konserwacja i ewentualna wymiana form wiąże się z kosztami operacyjnymi.

6. Obsługa ręczna lub półautomatyczna

Odlewanie grawitacyjne jest jednak mniej zautomatyzowane niż inne metody odlewania, takie jak odlewanie wysokociśnieniowe. Ręczne lub półautomatyczne wlewanie stopionego metalu do formy może być wykonywane ze względu na zmienność jakości i zmniejszenie zależności od siły roboczej. Jest to również mniej wydajne w środowiskach wysokonakładowych z w pełni zautomatyzowaną produkcją

Wnioski 

Odlewanie grawitacyjne jest ważnym procesem produkcyjnym. Technika ta polega na wykorzystaniu grawitacji do załadowania form stopionym metalem, uzyskania wysokiej jakości i niezawodnych części o doskonałym wykończeniu powierzchni i właściwościach mechanicznych. Jest to wyjątkowe rozwiązanie, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i maszyn przemysłowych, gdzie wytrzymałość, spójność i trwałość nie mogą być zagrożone. Proces może być stosowany do odlewania grawitacyjnego aluminium lub podstawowego odlewania grawitacyjnego aluminium i może zaopatrzenie producenta z opłacalnym i wydajnym sposobem grawitacyjnego odlewania aluminium dla zakresów wielkości produkcji od średniej do wysokiej. Odlewanie grawitacyjne pozostaje prostą metodą stosowaną przez wiele lat ze względu na połączenie prostoty i wydajności.

Główną zaletą tego procesu jest jego wszechstronność. Może przetwarzać wszystkie rodzaje metali nieżelaznych, przy czym odlewanie grawitacyjne aluminium jest najbardziej popularne, ponieważ aluminium jest lekkie, odporne na korozję i nadaje się do recyklingu. Lepsza dokładność wymiarowa i powtarzalność, ponieważ odlewanie grawitacyjne wykorzystuje trwałe formy metalowe, co również pomaga zapewnić, że każda część spełnia standardy branżowe. Obecnie proces odlewania grawitacyjnego ewoluował, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie przemysłu na dobre, mocne i lekkie rozwiązania. Metoda ta zapewnia trwałość, oszczędność kosztów i wytwarzanie spójnych produktów do wykorzystania w produkcji komponentów silnika, części maszyn lub elementów konstrukcyjnych.

Najczęściej zadawane pytania

1. Jaka jest ogromna różnica między odlewaniem grawitacyjnym a odlewaniem wysokociśnieniowym?

Odlewanie grawitacyjne wykorzystuje jedynie grawitację do wypełnienia formy, a odlewanie wysokociśnieniowe wykorzystuje ciśnienie hydrauliczne. Chociaż jest wolniejsze ze względu na większą liczbę etapów, odlewanie grawitacyjne tworzy gęstsze, bardziej niezawodne części.

2. Dlaczego aluminium jest powszechnie stosowane do odlewania grawitacyjnego?

Zgodnie z dokumentem Aluminium for Swordfish Applicability to Casting Technology (znanym również jako niniejszy przewodnik), aluminium jest lekkie, odporne na korozję i ma doskonałą przewodność cieplną, co oznacza, że dobrze nadaje się do odlewania grawitacyjnego w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

3. Czy odlewanie grawitacyjne nadaje się do produkcji małoseryjnej?

Odlewanie grawitacyjne jest najbardziej skuteczne w przypadku produkcji średnio- i wielkoseryjnej ze względu na koszt stałych form. Odlewanie piaskowe jest zwykle bardziej ekonomiczne niż w przypadku małych partii.

4. Jakie są warunki środowiskowe odlewania grawitacyjnego?

Jest to produkt przyjazny dla środowiska, ponieważ nie wymaga użycia bardzo zanieczyszczających materiałów, takich jak plastik. Nowoczesne procesy zużywają znacznie mniej energii, a także zmniejszają ilość odpadów dzięki formom wielokrotnego użytku.