Co to jest odlewanie ciśnieniowe

Odlewanie ciśnieniowe to produkcja Proces produkcji dokładnie zwymiarowanych, ostro zdefiniowanych, gładkich lub teksturowanych części metalowych. Odbywa się to poprzez wtłaczanie stopionego metalu pod wysokim ciśnieniem do metalowych matryc wielokrotnego użytku. Proces ten jest często opisywany jako najkrótsza droga między surowcem a gotowym produktem. Termin "odlewanie ciśnieniowe" jest również używany do opisania gotowej części.
Termin "odlewanie grawitacyjne" odnosi się do odlewów wykonanych w formy metalowe pod głowicą grawitacyjną. Jest ona znana jako stałe odlewanie form w USA i Kanadzie. To, co nazywamy "odlewaniem ciśnieniowym" jest tutaj znany jako "odlewanie wysokociśnieniowe" w Europie.

Jak produkowane są odlewy ciśnieniowe?

Odlewanie wysokociśnieniowe

Po pierwsze, stalowa forma zdolna do produkcji dziesiątek tysięcy odlewów w krótkim czasie musi być wykonana w co najmniej dwóch sekcjach, aby umożliwić usuwanie odlewów. Sekcje te są bezpiecznie zamontowane w maszynie i są rozmieszczone w taki sposób, że jedna jest nieruchoma (stała połowa matrycy), podczas gdy druga jest ruchoma (połowa matrycy wtryskiwacza). Aby rozpocząć cykl odlewania, dwie połówki matrycy są mocno zaciśnięte razem przez maszynę odlewniczą. Stopiony metal jest wtryskiwany do wnęki matrycy, gdzie szybko się zestala. Połówki matrycy są rozsuwane, a odlew jest wyrzucany. Matryce odlewnicze mogą być proste lub złożone, z ruchomymi prowadnicami, rdzeniami lub innymi sekcjami w zależności od złożoności odlewu.
Pełny cykl procesu odlewania ciśnieniowego jest zdecydowanie najszybszym znanym procesem produkcji precyzyjnych części z metali nieżelaznych. Jest to wyraźny kontrast w stosunku do odlewanie w piasku który wymaga nowej formy piaskowej dla każdego odlewu. Podczas gdy proces stałego odlewu wykorzystuje żelazne lub stalowe formy zamiast piasku, jest on znacznie wolniejszy i nie tak precyzyjny jak odlew piaskowy. odlewanie ciśnieniowe.

Rodzaje maszyn do odlewania ciśnieniowego

Niezależnie od typu używanej maszyny, istotne jest, aby połówki matrycy, rdzenie i/lub inne ruchome sekcje były bezpiecznie zablokowane w miejscu podczas cyklu odlewania. Ogólnie rzecz biorąc, siła zacisku maszyny zależy od (a) przewidywanej powierzchni odlewu (mierzonej na linii podziału matrycy) i (b) ciśnienia stosowanego do wtryskiwania metalu do matrycy. Większość maszyn wykorzystuje mechanizmy przełączające uruchamiane siłownikami hydraulicznymi (czasami ciśnieniem powietrza) w celu uzyskania blokady. Inne wykorzystują bezpośrednio działające ciśnienie hydrauliczne. Systemy blokad bezpieczeństwa są stosowane, aby zapobiec otwarciu matrycy podczas cykli odlewania.
Maszyny do odlewania ciśnieniowego, duże lub małe, zasadniczo różnią się tylko metodą stosowaną do wtryskiwania stopionego metalu do matrycy. Są one klasyfikowane i opisywane jako maszyny do odlewania ciśnieniowego z gorącą lub zimną komorą.

Maszyny do odlewania ciśnieniowego z gorącą komorą

Maszyny z gorącą komorą (rys. 1) są używane głównie do cynku i stopów o niskiej temperaturze topnienia, które nie atakują łatwo i nie powodują erozji metalowych garnków, cylindrów i tłoków. Zaawansowana technologia i rozwój nowych, wysokotemperaturowych materiałów rozszerzyły zastosowanie tego sprzętu na Odlewanie ciśnieniowe stopów magnezu.
Rysunek 1: Maszyna z gorącą komorą. Schemat przedstawia mechanizm tłoka, który jest zanurzony w stopionym metalu. Nowoczesne maszyny są sterowane hydraulicznie i wyposażone w automatyczne sterowanie cyklem i urządzenia zabezpieczające.
W maszynie z gorącą komorą mechanizm wtryskowy jest zanurzony w stopionym metalu w piecu przymocowanym do maszyny. Gdy tłok jest podnoszony, otwiera się otwór umożliwiający napełnienie cylindra stopionym metalem. Gdy tłok porusza się w dół, uszczelniając port, wtłacza stopiony metal przez gęsią szyję i dyszę do matrycy. Po zestaleniu się metalu tłok jest wycofywany, matryca otwiera się, a powstały odlew jest wyrzucany.
Maszyny gorącokomorowe są szybkie w działaniu. Czasy cykli wahają się od mniej niż jednej sekundy dla małych komponentów ważących mniej niż jedną uncję do trzydziestu sekund dla odlewów o wadze kilku funtów. Matryce są napełniane szybko (zwykle od pięciu do czterdziestu milisekund), a metal jest wtryskiwany pod wysokim ciśnieniem (od 1500 do ponad 4500 psi). Niemniej jednak, nowoczesna technologia zapewnia ścisłą kontrolę nad tymi wartościami, dzięki czemu odlewy charakteryzują się drobnymi szczegółami, ścisłymi tolerancjami i wysoką wytrzymałością.

Maszyny do odlewania ciśnieniowego z zimną komorą

Wtryskarki zimnokomorowe (rys. 2) różnią się od wtryskarek gorącokomorowych przede wszystkim pod jednym względem: tłok wtryskowy i cylinder nie są zanurzone w roztopionym metalu. Stopiony metal jest wlewany do "zimnej komory" przez port lub szczelinę wlewową za pomocą ręcznej lub automatycznej kadzi. Hydraulicznie sterowany tłok, przesuwając się do przodu, uszczelnia port, wtłaczając metal do zablokowanej matrycy pod wysokim ciśnieniem. Ciśnienie wtrysku wynosi od 3000 do ponad 10000 psi dla stopów aluminium i magnezu oraz od 6000 do ponad 15000 psi dla stopów miedzi.

Rysunek 2: Maszyna z zimną komorą. Schemat przedstawia matrycę, zimną komorę i poziomy siłownik lub tłok (w pozycji ładowania).
Odlewanie ciśnieniowe zapewnia skomplikowane kształty przy zachowaniu bliższych tolerancji niż wiele innych procesów produkcji masowej. W maszynie z zimną komorą do komory wlewana jest większa ilość stopionego metalu, która jest potrzebna do wypełnienia wnęki matrycy. Pomaga to utrzymać ciśnienie wystarczające do solidnego wypełnienia wnęki stopem odlewniczym. Nadmiar metalu jest wyrzucany wraz z odlewem i stanowi część kompletnego odlewu.
Działanie maszyny "zimnokomorowej" jest nieco wolniejsze niż maszyny "gorącokomorowej" ze względu na operację kadziowania. Maszyna z zimną komorą jest używana do wysokiej temperatury topnienia stopy odlewnicze ponieważ zespoły tłoka i cylindra są mniej narażone na atak, ponieważ nie są zanurzone w stopionym metalu.

Odlewy ciśnieniowe i ich konstrukcja

Matryce odlewnicze (rys. 3) są wykonane ze stopowej stali narzędziowej w co najmniej dwóch sekcjach zwanych stałą połową matrycy i połową wypychacza. Stała połówka matrycy jest montowana od strony systemu wtrysku stopionego metalu. Połowa matrycy wypychacza, do której przylega odlew i z której jest wyrzucany po otwarciu matrycy, jest zamontowana na ruchomej płycie maszyny.

Stała połowa matrycy jest zaprojektowana tak, aby zawierała otwór wlewowy, przez który stopiony metal wchodzi do matrycy. Połowa wypychacza zwykle zawiera prowadnice (przejścia) i bramy (wloty), które kierują stopiony metal do wnęki (lub wnęk) matrycy. Połowa wypychacza jest również połączona ze skrzynką wypychacza, w której znajduje się mechanizm wyrzucania odlewu z matrycy. Wyrzucenie następuje, gdy sworznie połączone z płytą wypychacza przesuwają się do przodu, aby wypchnąć odlew z wnęki. Zwykle dzieje się to w ramach skoku otwarcia maszyny. Umieszczenie kołków wypychacza musi być starannie rozmieszczone, aby siła wywierana na odlew podczas wypychania nie powodowała deformacji. Sworznie powrotne przymocowane do płyty wypychacza przywracają tę płytę do pozycji odlewania, gdy matryca się zamyka.
Rdzenie stałe i ruchome są często używane w matrycach. W przypadku rdzenia stałego, oś rdzenia musi być równoległa do kierunku tłoczenia. forma odlewnicza otwieranie. Jeśli są ruchome, często są przymocowane do prowadnic rdzenia. Jeśli bok konstrukcji odlewu ciśnieniowego wymaga wgłębienia, matryca może być wykonana z jednym lub kilkoma suwakami, aby uzyskać pożądany rezultat bez wpływu na wyrzucanie odlewu z wnęki matrycy. Wszystkie ruchome prowadnice i rdzenie muszą być starannie dopasowane i mieć możliwość bezpiecznego zablokowania w pozycji podczas cyklu odlewania. W przeciwnym razie stopiony metal może zostać wepchnięty w ich prowadnice, powodując zakłócenie pracy. Chociaż prowadnice i rdzenie zwiększają złożoność i koszt konstrukcji matrycy, umożliwiają one produkcję odlewów ciśnieniowych w wielu różnych konfiguracjach i zwykle bardziej ekonomicznie niż jakikolwiek inny proces obróbki metali.

Rodzaj form odlewniczych

Matryce są sklasyfikowane jako: z pojedynczym wgłębieniem, z wieloma wgłębieniami, kombinowane i jednostkowe (rysunki 4-A do 4-D).

Pojedyncza matryca nie wymaga wyjaśnienia. Matryce z wieloma wgłębieniami mają kilka wgłębień, które są identyczne. Jeśli matryca ma wgłębienia o różnych kształtach, nazywana jest matrycą kombinowaną lub rodzinną. Kombinacja matryc jest używana do produkcji kilku części do montażu. W przypadku prostych części, matryce jednostkowe mogą być stosowane w celu uzyskania oszczędności narzędzi i produkcji. Kilka części dla zespołu lub dla różnych klientów może być odlewanych w tym samym czasie za pomocą matryc jednostkowych. Jedna lub więcej matryc jednostkowych jest montowanych we wspólnym uchwycie i połączonych prowadnicami ze wspólnym otworem lub otworem wlewowym. Pozwala to na jednoczesne wypełnienie wszystkich wnęk.

Zalety odlewania ciśnieniowego

Części składowe odlewane ciśnieniowo, ozdobne wykończenia i/lub gotowe produkty oferują wiele funkcji, zalet i korzyści tym, którzy określają ten proces produkcyjny.

1. Odlewy ciśnieniowe są produkowane z wysoką wydajnością. Wymagana jest niewielka obróbka lub jej brak.
2. Odlewy ciśnieniowe mogą być produkowane z cieńszymi ściankami niż te uzyskiwane innymi metodami odlewania ... i znacznie mocniejsze niż plastikowe formy wtryskowe o tych samych wymiarach.
3. Odlewy ciśnieniowe zapewniają części, które są trwałe, stabilne wymiarowo oraz mają wrażenie i wygląd wysokiej jakości.
4. Matryce odlewnicze może wyprodukować tysiące identycznych odlewów w określonych tolerancjach, zanim wymagane będzie dodatkowe oprzyrządowanie.
5. Odlewy cynkowe mogą być łatwo powlekane lub wykańczane przy minimalnym przygotowaniu powierzchni.
6. Odlewy ciśnieniowe mogą być produkowane z powierzchniami symulującymi szeroką gamę tekstur.
7. Powierzchnie odlewane ciśnieniowo są gładsze niż w przypadku większości innych form odlewania.
8. Otwory w odlewach ciśnieniowych mogą być rdzeniowane i dostosowane do rozmiarów wierteł gwintowanych.
9. Gwinty zewnętrzne części mogą być łatwo odlewane ciśnieniowo.
10. Odlewy ciśnieniowe zapewniają integralne elementy mocujące, takie jak występy i kołki, co może skutkować oszczędnościami w montażu.
11. Wkładki z innych metali i niektórych niemetali mogą być odlewane ciśnieniowo.
12. Odporność na korozję stopów odlewniczych waha się od dobrej do wysokiej.
13. Odlewy ciśnieniowe są monolityczne. Łączą wiele funkcji w jednej części o złożonym kształcie. Ponieważ odlewy ciśnieniowe nie składają się z oddzielnych części, spawanych lub łączonych ze sobą, ich wytrzymałość wynika z materiału, a nie z gwintów, spawów itp.
14. Proces odlewania ciśnieniowego może produkować odlew aluminiowyodlew magnezowy, odlew cynkowy, odlew mosiężny , odlewanie ołowiu i tak dalej, a wszystkie z nich można łatwo produkować na masową skalę.

Odlewanie ciśnieniowe jest wydajnym, ekonomicznym procesem, który przy maksymalnym wykorzystaniu swojego potencjału zastępuje zespoły różnych części wytwarzanych w różnych procesach produkcyjnych przy znacznych oszczędnościach kosztów i robocizny.

Porównania z innymi produktami

Części formowane wtryskowo z tworzyw sztucznych

W porównaniu z Części do formowania wtryskowego tworzyw sztucznychOdlewy ciśnieniowe są mocniejsze, sztywniejsze, bardziej stabilne, bardziej odporne na ciepło i znacznie przewyższają tworzywa sztuczne pod względem właściwości / kosztów. Pomagają zapobiegać emisji fal radiowych i elektromagnetycznych. W przypadku chromowania, odlewy ciśnieniowe znacznie przewyższają tworzywa sztuczne. Odlewy ciśnieniowe mają wysoki stopień trwałości pod obciążeniem w porównaniu z tworzywami sztucznymi, są całkowicie odporne na promienie ultrafioletowe, warunki atmosferyczne i pękanie naprężeniowe w obecności różnych odczynników. Cykle produkcyjne odlewów ciśnieniowych są znacznie szybsze niż w przypadku form wtryskowych z tworzyw sztucznych. Tworzywa sztuczne mogą być jednak tańsze w przeliczeniu na jednostkę objętości, mają nieodłączne właściwości koloru, które mają tendencję do eliminowania wykończenia, są wrażliwe na temperaturę i są dobrymi izolatorami elektrycznymi.

Odlewy piaskowe

W porównaniu z odlewami piaskowymi, odlewy ciśnieniowe wymagają znacznie mniej obróbki skrawaniem; mogą być wykonane z cieńszymi ściankami; mogą mieć wszystkie lub prawie wszystkie otwory na wymiar; mogą być utrzymywane w znacznie bliższych granicach wymiarowych; są produkowane szybciej w matrycach, które wykonują tysiące odlewów bez wymiany; nie wymagają nowych rdzeni dla każdego odlewu; są łatwo wyposażone we wkładki odlewane na miejscu; mają gładsze powierzchnie i wymagają znacznie niższych kosztów pracy na odlew. Z drugiej strony, odlewy piaskowe mogą być wykonane z metali żelaznych i wielu stopów nieżelaznych, które nie nadają się do odlewania ciśnieniowego. Kształty, których nie można uzyskać za pomocą odlewów ciśnieniowych, są dostępne w odlewach piaskowych; maksymalny rozmiar może być większy; koszt oprzyrządowania jest często niższy, a małe ilości mogą być produkowane bardziej ekonomicznie. możesz sprawdzić więcej piaskowy odlew aluminiowy

Stałe odlewy do form

W porównaniu z odlewy w formach stałychOdlewy kokilowe mogą być wykonane w bardziej wąskich granicach wymiarowych i z cieńszymi przekrojami; otwory mogą być rdzeniowane; są produkowane z większą szybkością przy mniejszym nakładzie pracy ręcznej; mają gładsze powierzchnie i zwykle kosztują mniej za odlew kokilowy. Odlewanie w formach stałych wiąże się z nieco niższymi kosztami oprzyrządowania; może być wykonane z rdzeniem piaskowym, uzyskując kształty niedostępne w odlewach ciśnieniowych.

Odkuwki

W porównaniu z odkuwkami, odlewy ciśnieniowe mogą mieć bardziej skomplikowane kształty i kształty, które nie nadają się do kucia; mogą mieć cieńsze sekcje; mogą być utrzymywane w bliższych wymiarach i mieć rdzeń niewykonalny w odkuwkach. Odkuwki są jednak gęstsze i mocniejsze niż odlewy ciśnieniowe; mają właściwości stopów kutych; mogą być produkowane z metali żelaznych i innych oraz w rozmiarach nieodpowiednich dla odlewów ciśnieniowych.

Tłoczenie

W porównaniu z tłoczeniem, jeden odlew ciśnieniowy może często zastąpić kilka części. Odlewy ciśnieniowe często wymagają mniejszej liczby operacji montażowych; mogą być utrzymywane w bliższych granicach wymiarowych; mogą mieć prawie każdą pożądaną zmianę grubości przekroju; wiążą się z mniejszą ilością odpadów w postaci złomu; są produkowane w bardziej złożonych kształtach i mogą być wykonane w kształtach, których nie można uzyskać w formach tłoczonych. Tłoczenie, z drugiej strony, ma właściwości kutych metali; może być wykonane ze stali i stopów nieodpowiednich do odlewania ciśnieniowego; w swoich prostszych formach są produkowane szybciej; i mogą ważyć mniej niż odlewy ciśnieniowe.

Produkty do maszyn śrubowych

W porównaniu z produktami do maszyn śrubowych, odlewy ciśnieniowe są często produkowane szybciej; wiążą się ze znacznie mniejszą ilością odpadów w postaci złomu; mogą być wykonane w kształtach trudnych lub niemożliwych do wyprodukowania z prętów lub rur i mogą wymagać mniejszej liczby operacji. Z drugiej strony, produkty do maszyn śrubowych mogą być wykonane ze stali i stopów, które nie mogą być odlewane ciśnieniowo; mają właściwości metali kutych i wymagają mniejszych kosztów oprzyrządowania.