Ako funguje tlakové liatie? Proces za autocastingmi

Tlakové liatie funguje tak, že roztavený kov sa pod vysokým tlakom vtlačí do opätovne použiteľnej oceľovej formy, kde v priebehu niekoľkých sekúnd stuhne na presný, takmer hotový diel. Roztavený kov, zvyčajne hliník, zinok alebo horčík, sa vstrekuje pri tlakoch v rozmedzí približne od 1 000 do 20 000 psi (7 až 138 MPa), vyplní každý detail dutiny formy, rýchlo sa ochladí a vysunie sa ako súčasť, ktorá často potrebuje len orezanie, kým je pripravená na použitie. Táto kombinácia rýchlosti, opakovateľnosti a rozmerovej presnosti je presne dôvodom, prečo je tlakové liatie štandardným procesom väčšiny auto odlievanie dielov od blokov motora po skrine prevodoviek.

Nižšie uvedené časti prechádzajú jednotlivými fázami procesu, rozdielom medzi strojmi s horúcou a studenou komorou, zliatinami a tlakmi používanými konkrétne na automatické odlievanie dielov a ako posúdiť kvalitu odlievania.

Proces tlakového liatia, krok za krokom

Každý cyklus tlakového liatia má rovnakú postupnosť jadra, bez ohľadu na konkrétny typ stroja alebo použitú zliatinu. Pochopenie týchto krokov vysvetľuje, prečo môže tlakové liatie vyrobiť tisíce rovnakých dielov denne s minimálnymi rozdielmi medzi nimi.

Základné výrobné kroky

1. Vyčistite a namažte dve polovice oceľovej matrice, potom ich uzavrite a zopnite
2. Roztavte kovové ingoty v peci a udržujte ich pri ideálnej teplote odlievania pre tekutosť
3. Odmerajte roztavený kov do výstrelovej komory pre daný cyklus stroja
4. Vstreknite kov do dutiny matrice pomocou hydraulického piestu pri vysokom tlaku a rýchlosti
5. Udržujte tlak, kým je matrica chladená vodou a kov stuhne, často za menej ako sekundu
6. Otvorte matricu a vyhoďte hotový odliatok pomocou vyhadzovacích kolíkov
7. Odrežte prebytočný lem a vodiace lišty a potom aplikujte akúkoľvek požadovanú povrchovú úpravu, ako je eloxovanie alebo práškové lakovanie

Celá časť cyklu od vstrekovania po stuhnutie môže trvať len milisekúnd až niekoľko sekúnd , čo umožňuje jedinému stroju na tlakové liatie vyrobiť tisíce rovnakých dielov za jednu zmenu.

Tlakové liatie s horúcou komorou vs. so studenou komorou

Dve skupiny odliatkov sú rozdelené podľa miesta, kde sa kov taví. In tlakové liatie v horúcej komore , pec je zabudovaná priamo do stroja a piest tlačí roztavený kov cez ponorenú trubicu s "husím krkom" do formy. In tlakové liatie v studenej komore roztavený kov je naberaný zo samostatnej pece do nevyhrievanej brokovej komory predtým, ako ho hydraulický piest vtlačí do formy pod vysokým tlakom.

Kľúčové rozdiely na prvý pohľad

Vysoká teplota topenia hliníka by časom poškodila ponorený husí krk horúcej komory, a preto takmer všetky hliníkové odlievacie diely, vrátane motorových blokov a prevodových skríň, sa vyrábajú pomocou tlakového odlievania v studenej komore namiesto metódy horúcej komory vyhradenej pre zinok a iné zliatiny s nízkou teplotou topenia.

Vysokotlakové verzus nízkotlakové odlievanie automobilových dielov

Okrem rozdelenia horúcej/studenej komory je tlakové liatie tiež kategorizované podľa toho, aký tlak tlačí kov do formy, a táto voľba výrazne ovplyvňuje, pre ktoré časti automatického odlievania je proces vhodný.

Vysokotlakové odlievanie (HPDC)

HPDC vstrekuje roztavený kov pri 10 000 až 20 000 psi (približne 30 až 70 MPa) , čo mu dáva najrýchlejšie časy cyklu a najvyššie výrobné rýchlosti zo všetkých metód tlakového liatia. Je to predvolená voľba pre veľkoobjemové diely na automatické odlievanie, ako sú držiaky motora, kryty snímačov a kryty motora, kde najviac záleží na rýchlosti a cene za diel.

Nízkotlakové odlievanie (LPDC)

LPDC zvyčajne používa oveľa jemnejšie tlaky 2 až 15 psi (15 až 100 kPa) tlačí roztavený kov smerom nahor do formy cez stúpaciu rúrku s nízkou turbulenciou. Táto pomalšia, pokojnejšia náplň vytvára odliatky s menším počtom vnútorných defektov, a preto je LPDC štandardným procesom pre hliníkové kolesá a iné konštrukčné prvky kde mechanická integrita pri zaťažení je dôležitá viac ako surová výstupná rýchlosť.

Všeobecným pravidlom je, že ak je tlak príliš nízky pre hrúbku steny dielu, kov nemusí úplne naplniť formu skôr, ako vychladne, takže zanechajú neúplné časti alebo slabší odliatok. Prispôsobenie tlaku geometrii dielu je jedným z najdôležitejších procesných rozhodnutí tlakového odlievača.

Bežné diely na odlievanie automobilov a zliatiny za nimi

Hliník dominuje tlakovému odlievaniu automobilov, pretože poskytuje pomer pevnosti a hmotnosti, odolnosť proti korózii a tepelnú vodivosť, ktoré moderné vozidlá potrebujú. Len v Japonsku, 76 % hliníkových odliatkov a 77 % komponentov tlakového liatia sa používa v automobilovom priemysle , pričom zdôrazňuje, aký kľúčový je tento proces pre to, ako sa autá skutočne vyrábajú.

Často tlakovo odlievané diely pre automobily a ich zliatiny

Odliatok pod tlakom hliníkové puzdro prevodovky dosahuje približne 40% zníženie hmotnosti v porovnaní s tradičným ekvivalentom z liatiny , pričom si stále zachováva štrukturálnu integritu pri zaťažení krútiacim momentom presahujúcim 200 Nm. Táto úspora hmotnosti nie je len výrobným detailom: zníženie hmotnosti 1,3-tonového auta o 10 % znižuje spotrebu paliva približne o 8 %, čo je dôvod, prečo automobilky neustále tlačia viac komponentov od ocele po tlakovo odlievaný hliník.

Ako sa overuje kvalita dielov na odlievanie automobilov

Pretože súčiastky pre automatické odlievanie často nesú konštrukčné zaťaženie alebo utesňujú kvapaliny pod tlakom, kontrola kvality nie je voliteľná. Výrobcovia overujú rozmerovú presnosť a vnútornú neporušenosť skôr, ako sa diely dostanú na montážnu linku.

Typické kritériá kvality

• Rozmerová stabilita sa drží približne ±0,05 mm na presných krytoch automobilov
• Povrchová úprava terče okolo Ra < 1,6 um pre diely vyžadujúce hladké spojovacie povrchy
• Úrovne pórovitosti overené približne nižšie 0,1 % prostredníctvom CMM a röntgenovej kontroly
• Netesnosť potvrdená detektorom netesností s typickými priemyselnými prahovými hodnotami okolo 12 ml/min pre nízkotlakové komory a 8 ml/min pre vysokotlakové komory

Tieto kontroly sú dôležité, pretože odliatok môže prejsť statickým testom pevnosti, no po inštalácii stále zlyhá. Vibrácie z prevodovky a tepelné cykly pri jazde v reálnom svete môžu odhaliť pórovitosť alebo únikové cesty, ktoré by samotný test na skúšobnej stolici neprehliadol, a preto sa utesnené komponenty, ako sú skrine prevodovky, pred schválením zvyčajne testujú ďaleko za ich nominálnymi konštrukčnými špecifikáciami.

Prečo sa výrobcovia automobilov spoliehajú na tlakové liatie namiesto iných metód

V porovnaní s liatím do piesku alebo CNC obrábaním z predvalkov ponúka tlakové liatie kombináciu výhod, ktoré je ťažké zladiť pre diely potrebné vo veľkom objeme.

Výhody pre automobilovú výrobu

• Časti v tvare takmer siete ktoré vyžadujú minimálne sekundárne obrábanie, reznú prácu a odpad materiálu
• Komplexné geometrie v jednom kuse , nahradenie viacdielnych zostáv jedným odliatkom
• Vysoká opakovateľnosť s jednou matricou schopnou bežať státisíce cyklov
• Silná recyklovateľnosť , pretože viac ako 90 % hliníkových odliatkov je možné opätovne použiť a až 95 % hliníkových automobilových dielov už pochádza z recyklovaného materiálu
• Schopnosť tenkých stien pri niektorých procesoch dosahujú hrúbku steny len 2 mm pri zachovaní pevnosti v ťahu až 250 MPa v závislosti od zliatiny

Odhaduje sa, že rozšírené používanie tlakového odlievania hliníka vo vozidlách pomôže ušetriť 50 miliónov ton emisií CO2 ročne prostredníctvom úspor paliva, ktoré pochádzajú z ľahších vozidiel. Táto miera vplyvu je priamym výsledkom výrobného procesu, o ktorom väčšina vodičov ani neuvažuje, pričom sa potichu tvarujú diely pod kapotou zakaždým, keď sa nový model dostane do výroby.