Ce este turnarea sub presiune

Turnarea sub presiune este un proces de fabricație proces de producție a unor piese metalice cu dimensiuni precise, cu suprafețe netede sau texturate, bine definite. Se realizează prin forțarea metalului topit sub presiune ridicată în matrițe metalice reutilizabile. Procesul este adesea descris ca fiind cea mai scurtă distanță dintre materia primă și produsul finit. Termenul "turnare sub presiune" este, de asemenea, utilizat pentru a descrie piesa finită.
Termenul "turnare prin gravitație" se referă la piesele turnate în matrițe metalice sub un cap gravitațional. Acesta este cunoscut sub numele de turnare matriță permanentă în S.U.A. și Canada. Ceea ce noi numim "turnare sub presiune" aici este cunoscut sub numele de "turnare sub presiune înaltă" în Europa.

Cum sunt produse piesele turnate sub presiune

Turnare sub presiune înaltă

În primul rând, o matriță de oțel capabilă să producă zeci de mii de piese turnate într-o succesiune rapidă trebuie să fie realizată în cel puțin două secțiuni pentru a permite îndepărtarea pieselor turnate. Aceste secțiuni sunt montate în siguranță într-o mașină și sunt dispuse astfel încât una dintre ele să fie fixă (jumătate de matriță fixă), iar cealaltă să fie mobilă (jumătate de matriță injectoare). Pentru a începe ciclul de turnare, cele două jumătăți de matriță sunt fixate strâns împreună de mașina de turnare sub presiune. Metalul topit este injectat în cavitatea matriței, unde se solidifică rapid. Cele două jumătăți ale matriței sunt îndepărtate și piesa turnată este ejectată. Matrițele de turnare sub presiune pot fi simple sau complexe, având glisiere mobile, miezuri sau alte secțiuni, în funcție de complexitatea piesei turnate.
Ciclul complet al procesului de turnare sub presiune este de departe cel mai rapid cunoscut pentru producerea de piese precise din metale neferoase. Acest lucru este în contrast puternic cu turnare în nisip care necesită o nouă matriță de nisip pentru fiecare turnare. În timp ce procesul de matrițare permanentă utilizează matrițe din fier sau oțel în loc de nisip, acesta este considerabil mai lent și nu la fel de precis ca turnare sub presiune.

Tipuri de mașini pentru turnare sub presiune

Indiferent de tipul de mașină utilizat, este esențial ca jumătățile de matriță, miezurile și/sau alte secțiuni mobile să fie bine fixate în timpul ciclului de turnare. În general, forța de strângere a mașinii este guvernată de (a) suprafața proiectată a piesei turnate (măsurată la linia de separare a matriței) și (b) presiunea utilizată pentru injectarea metalului în matriță. Majoritatea mașinilor utilizează mecanisme de tip basculant acționate de cilindri hidraulici (uneori presiune a aerului) pentru a realiza blocarea. Altele utilizează presiunea hidraulică cu acțiune directă. Sistemele de blocare de siguranță sunt utilizate pentru a împiedica deschiderea matriței în timpul ciclurilor de turnare.
Mașinile de turnare sub presiune, mari sau mici, au la bază doar metoda utilizată pentru injectarea metalului topit în matriță. Acestea sunt clasificate și descrise ca mașini de turnare sub presiune cu cameră caldă sau rece.

Mașini de turnare sub presiune cu cameră fierbinte

Mașinile cu cameră fierbinte (Fig.1) sunt utilizate în principal pentru zinc și aliaje cu punct de topire scăzut, care nu atacă și nu erodează ușor vasele metalice, cilindrii și plungerii. Tehnologia avansată și dezvoltarea de materiale noi, la temperaturi mai ridicate, au extins utilizarea acestui echipament pentru turnare sub presiune din aliaj de magneziu.
Figura 1: Mașină cu cameră fierbinte. Diagrama ilustrează mecanismul plonjorului care este scufundat în metal topit. Mașinile moderne sunt acționate hidraulic și echipate cu dispozitive de control automat al ciclurilor și de siguranță.
În cazul mașinii cu cameră fierbinte, mecanismul de injecție este scufundat în metal topit într-un cuptor atașat la mașină. Pe măsură ce pistonul este ridicat, un orificiu se deschide permițând metalului topit să umple cilindrul. Pe măsură ce plonjorul se deplasează în jos, etanșând orificiul, acesta forțează metalul topit prin gâtul de gâscă și duză în matriță. După ce metalul s-a solidificat, pistonul este retras, matrița se deschide, iar piesa turnată rezultată este ejectată.
Mașinile cu cameră fierbinte sunt rapide în funcționare. Durata ciclului variază de la mai puțin de o secundă pentru componentele mici care cântăresc mai puțin de o uncie la treizeci de secunde pentru o piesă turnată de câteva kilograme. Matrițele sunt umplute rapid (în mod normal între cinci și patruzeci de milisecunde), iar metalul este injectat la presiuni ridicate (de la 1.500 la peste 4.500 psi). Cu toate acestea, tehnologia modernă oferă un control strâns asupra acestor valori, producând astfel piese turnate cu detalii fine, toleranțe reduse și rezistență ridicată.

Mașini de turnare sub presiune cu cameră rece

Mașinile cu cameră rece (fig. 2) diferă de mașinile cu cameră caldă în primul rând printr-un aspect; pistonul de injecție și cilindrul nu sunt scufundate în metalul topit. Metalul topit este turnat într-o "cameră rece" printr-un orificiu sau printr-o fantă de turnare de către o lingură manuală sau automată. Un piston acționat hidraulic, care avansează înainte, închide orificiul forțând metalul să intre în matrița blocată la presiuni ridicate. Presiunile de injecție variază de la 3.000 la peste 10.000 psi pentru aliajele de aluminiu și magneziu și de la 6.000 la peste 15.000 psi pentru aliajele pe bază de cupru.

Figura 2: Mașină cu cameră rece. Diagrama ilustrează matrița, camera rece și berbecul orizontal sau pistonul (în poziția de încărcare).
Turnarea sub presiune oferă forme complexe cu toleranțe mai mici decât multe alte procese de producție în masă. Într-o mașină cu cameră rece, în cameră se toarnă mai mult metal topit decât este necesar pentru a umple cavitatea matriței. Acest lucru ajută la menținerea unei presiuni suficiente pentru a umple solid cavitatea cu aliaj de turnare. Excesul de metal este ejectat împreună cu piesa turnată și face parte din jetul complet.
Funcționarea unei mașini cu "cameră rece" este puțin mai lentă decât cea a unei mașini cu "cameră caldă" din cauza operației de turnare. O mașină cu cameră rece este utilizată pentru produse cu punct de topire ridicat aliaje de turnare sub presiune deoarece ansamblurile pistonului și cilindrului sunt mai puțin supuse atacurilor deoarece nu sunt scufundate în metal topit.

Turnarea sub presiune și construcția acestora

Matrițele de turnare sub presiune (fig. 3) sunt fabricate din oțeluri aliate pentru scule, în cel puțin două secțiuni numite jumătatea fixă a matriței și jumătatea ejectoare a matriței. Jumătatea matriței fixe este montată pe partea dinspre sistemul de injecție a metalului topit. Jumătatea de matriță ejectoare, la care aderă piesa turnată sub presiune și din care aceasta este ejectată atunci când matrița este deschisă, este montată pe platanul mobil al mașinii.

Jumătatea fixă a matriței este concepută pentru a conține gaura de scurgere prin care metalul topit intră în matriță. Jumătatea ejectorului conține, de obicei, canalele (pasajele) și porțile (intrările) care conduc metalul topit către cavitatea (sau cavitățile) matriței. Jumătatea ejectorului este, de asemenea, conectată la o cutie de ejectare care găzduiește mecanismul de ejectare a piesei turnate din matriță. Ejectarea are loc atunci când știfturile conectate la placa de ejectare se deplasează înainte pentru a forța ieșirea piesei turnate din cavitate. Acest lucru se întâmplă de obicei ca parte a cursei de deschidere a mașinii. Plasarea știfturilor de ejecție trebuie să fie realizată cu atenție, astfel încât forța exercitată asupra piesei turnate în timpul ejecției să nu provoace deformări. Pivoții de revenire fixați pe placa de ejectare readuc această placă în poziția de turnare pe măsură ce matrița se închide.
Miezurile fixe și mobile sunt adesea utilizate în matrițe. Dacă este fixă, axa miezului trebuie să fie paralelă cu direcția de matriță de turnare sub presiune deschidere. În cazul în care sunt mobile, acestea sunt adesea atașate la glisierele pentru miez. În cazul în care partea laterală a unui proiect de turnare sub presiune necesită o adâncitură, matrița poate fi realizată cu una sau mai multe glisiere pentru a obține rezultatul dorit fără a afecta ejectarea piesei turnate din cavitatea matriței. Toate glisierele și miezurile mobile trebuie să fie montate cu atenție și să aibă capacitatea de a fi blocate în poziție în timpul ciclului de turnare. În caz contrar, metalul topit ar putea fi forțat să intre în glisierele lor, provocând întreruperea operațiunilor. Deși glisierele și miezurile sporesc complexitatea și costul construcției matriței, ele fac posibilă producerea de piese turnate sub presiune într-o mare varietate de configurații și, de obicei, mai economic decât orice alt proces de prelucrare a metalelor.

Tip de matrițe de turnare sub presiune

Matrițele sunt clasificate în: cu o singură cavitate, cu cavități multiple, combinate și unitare (figurile 4-A-4-D).

O matriță cu o singură cavitate nu necesită nicio explicație. Matrițele cu cavități multiple au mai multe cavități care sunt toate identice. Dacă o matriță are cavități de forme diferite, aceasta se numește matriță combinată sau de familie. O combinație de matrițe este utilizată pentru a produce mai multe piese pentru un ansamblu. Pentru piese simple, pot fi utilizate matrițe unitare pentru a realiza economii la scule și producție. Mai multe piese pentru un ansamblu sau pentru clienți diferiți pot fi turnate în același timp cu matrițe unitare. Una sau mai multe matrițe unitare sunt asamblate într-un suport comun și conectate prin intermediul unor canale de rulare la o deschidere comună sau la un orificiu de distribuție. Acest lucru permite umplerea simultană a tuturor cavităților.

Avantajele turnării sub presiune

Piesele componente turnate sub presiune, ornamentele decorative și/sau produsele finite oferă multe caracteristici, avantaje și beneficii celor care specifică acest proces de fabricație.

1. Piesele turnate sub presiune sunt produse la rate ridicate de producție. Este necesară o prelucrare redusă sau inexistentă.
2. Piesele turnate sub presiune pot fi produse cu pereți mai subțiri decât cei care pot fi obținuți prin alte metode de turnare ... și mult mai puternice decât piesele turnate prin injecție de plastic cu aceleași dimensiuni.
3. Turnarea sub presiune oferă piese care sunt durabile, stabile din punct de vedere dimensional și au senzația și aspectul calității.
4. Matrițe de turnare sub presiune poate produce mii de piese turnate identice în limitele toleranțelor specificate înainte de a fi nevoie de unelte suplimentare.
5. Zinc turnat sub presiune pot fi ușor placate sau finisate cu un minim de pregătire a suprafeței.
6. Piesele turnate sub presiune pot fi produse cu suprafețe care simulează o mare varietate de texturi.
7. Suprafețele turnate sub presiune, așa cum sunt turnate, sunt mai netede decât majoritatea celorlalte forme de turnare.
8. Găurile din piesele turnate sub presiune pot fi găurite și realizate în funcție de dimensiunile burghiului.
9. Filetele exterioare ale pieselor pot fi turnate sub presiune.
10. Piesele turnate sub presiune oferă elemente de fixare integrate, cum ar fi bosaje și știfturi, care pot duce la economii de asamblare.
11. Inserțiile din alte metale și unele nemetale pot fi turnate pe loc.
12. Rezistența la coroziune a aliajelor de turnare sub presiune variază de la bună la ridicată.
13. Piesele turnate sub presiune sunt monolitice. Acestea combină mai multe funcții într-o singură piesă de formă complexă. Deoarece piesele turnate sub presiune nu sunt formate din părți separate, sudate sau fixate împreună, rezistența este cea a materialului, nu cea a firelor sau a sudurilor etc.
14. Procesul de turnare sub presiune poate produce aluminiu turnat sub presiune, carcasa de magneziu, zinc turnat sub presiune, alamă turnată sub presiune , turnarea plumbului și așa mai departe, iar toate acestea pot fi ușor produse masiv.

Turnarea sub presiune este un proces eficient și economic care, atunci când este utilizat la potențialul său maxim, înlocuiește ansambluri de o varietate de piese produse prin diverse procese de fabricație, cu economii semnificative de costuri și de forță de muncă.

Comparații cu alte produse

Turnare prin injecție a materialelor plastice Piese

Comparativ cu turnare prin injecție a plasticului Piese, piesele turnate sub presiune sunt mai puternice, mai rigide, de dimensiuni mai stabile, mai rezistente la căldură și sunt mult superioare materialelor plastice în ceea ce privește proprietățile/costul. Acestea ajută la prevenirea frecvențelor radio și a emisiilor electromagnetice. Pentru cromare, piesele turnate sub presiune sunt mult superioare plasticului. Piesele turnate sub presiune au un grad ridicat de permanență sub sarcină în comparație cu materialele plastice, sunt complet rezistente la razele ultraviolete, la intemperii și la fisurarea sub tensiune în prezența diferiților reactivi. Ciclurile de fabricație pentru producerea pieselor turnate sub presiune sunt mult mai rapide decât pentru piesele turnate prin injecție din plastic. Cu toate acestea, materialele plastice pot fi mai ieftine pe baza unui volum unitar, au proprietăți inerente de culoare care tind să elimine finisarea, sunt sensibile la temperatură și sunt buni izolatori electrici.

Piese turnate în nisip

Comparativ cu piesele turnate în nisip, piese turnate sub presiune necesită mult mai puțină prelucrare; pot fi fabricate cu pereți mai subțiri; pot avea toate sau aproape toate găurile găurite la dimensiune; pot fi menținute în limite dimensionale mult mai apropiate; sunt produse mai rapid în matrițe care realizează mii de piese turnate sub presiune fără înlocuire; nu necesită miezuri noi pentru fiecare piesă turnată; sunt ușor prevăzute cu inserții turnate pe loc; au suprafețe mai netede și implică un cost al forței de muncă mult mai mic per piesă turnată. Pe de altă parte, piesele turnate în nisip pot fi realizate din metale feroase și din multe aliaje neferoase care nu sunt potrivite pentru turnarea sub presiune. Formele care nu pot fi produse prin turnare sub presiune sunt disponibile în piese turnate în nisip; dimensiunea maximă poate fi mai mare; costul sculelor este adesea mai mic și cantitățile mici pot fi produse mai economic. puteți verifica mai mult turnare aluminiu nisip

Piese turnate în formă permanentă

Comparativ cu piese turnate în matriță permanentă, piesele turnate sub presiune pot fi realizate în limite dimensionale mai apropiate și cu secțiuni mai subțiri; găurile pot fi găurite; sunt produse la viteze mai mari cu mai puțină muncă manuală; au suprafețe mai netede și, de obicei, costă mai puțin per piesă turnată sub presiune. Turnarea în matriță permanentă implică costuri de scule ceva mai mici; poate fi realizată cu miezuri de nisip care dau forme care nu sunt disponibile în turnarea sub presiune.

Forjare

Comparativ cu piesele forjate, piese turnate sub presiune pot fi realizate în forme mai complexe și pot avea forme care nu pot fi forjate; pot avea secțiuni mai subțiri; pot fi menținute la dimensiuni mai apropiate și pot fi perforate, ceea ce nu este posibil în cazul forjărilor. Cu toate acestea, piesele forjate sunt mai dense și mai rezistente decât piesele turnate sub presiune; au proprietățile aliajelor forjate; pot fi produse din metale feroase și din alte metale și în dimensiuni care nu sunt potrivite pentru piesele turnate sub presiune.

Ștampilare

Comparativ cu ștanțarea, o piesă turnată sub presiune poate înlocui adesea mai multe piese. Piesele turnate sub presiune necesită în mod frecvent mai puține operațiuni de asamblare; pot fi menținute în limite dimensionale mai apropiate; pot avea aproape orice variație dorită a grosimii secțiunii; implică mai puține deșeuri; pot fi produse în forme mai complexe și pot fi realizate în forme care nu pot fi produse în forme ștanțate. Pe de altă parte, piesele ștanțate au proprietățile metalelor forjate; pot fi fabricate din oțel și din aliaje care nu sunt adecvate pentru turnarea sub presiune; în formele lor mai simple, sunt produse mai rapid; și pot cântări mai puțin decât piesele turnate sub presiune.

Produse pentru mașini cu șurub

Comparativ cu produsele mașinilor cu șurub, piese turnate sub presiune sunt adesea produse mai rapid; implică mult mai puține deșeuri; pot fi fabricate în forme greu sau imposibil de produs din bare sau tuburi și pot necesita mai puține operațiuni. Pe de altă parte, produsele pentru mașini cu șurub pot fi fabricate din oțel și aliaje care nu pot fi turnate sub presiune; acestea au proprietățile metalelor forjate și necesită mai puține cheltuieli pentru scule.