Odlewanie ciśnieniowe: Kiedy stosowanie odlewania ciśnieniowego aluminium jest celowe w przeciwieństwie do innych rodzajów odlewania metalu?

Kiedy stosowanie odlewania ciśnieniowego aluminium jest celowe w przeciwieństwie do innych rodzajów odlewania metalu?

Ten artykuł jest przeznaczony dla osób, które jako pierwsze zderzyły się z potrzebą odlewania części z metalu. Najważniejsze jest to, że można próbować wykonać tę samą część lub partię części dowolną znaną metodą odlewania metalu.
Jedyną różnicą jest to, że przy odlewaniu części za pomocą różnych metod, otrzymamy różne odlewy pod względem jakości, kosztów i czasu spędzonego na procesie odlewania. Wariacje są wystarczające, mogą być wysokiej jakości, ale części mogą się okazać bardzo drogie, mogą być nawet zbyt droższe, a przy tym w ogóle niezadowalające jakościowo, mogą być średniej jakości w odpowiedniej cenie, ale można prawidłowo wybrać rodzaj odlewu i uzyskać wysoką jakość, wydając na nie minimalną ilość pieniędzy i czasu.
Dlatego naszym celem jest wybór odpowiedniego rodzaju odlewu, a następnie uzyskanie odlewu niedrogiego i wysokiej jakości. Jak to zrobimy? Mam taki plan. Najpierw powinniśmy zrozumieć, jakie istnieją rodzaje odlewów. A następnie określić kryteria do części, według których możemy określić rodzaj odlewania metali, który jest najbardziej odpowiedni, aby osiągnąć nasz główny cel – uzyskanie wysokiej jakości odlewów przy minimalnych zatratach.
Więc idziemy od prostych do złożonych, i zapoznamy się ze wszystkimi dostępnymi opcjami w naszym „menu” odlewni.

  1. Pierwszy rodzaj odlewania metali, który weźmiemy pod uwagę, odlewanie w formach piaskowo-gliniastych.

    Czynnikiem decydującym w tym procesie jest to, że formy są jednorazowe, tj. każda taka forma może być użyta tylko jeden raz, po czym zostaje zniszczona i do następnego odlewania należy wykonać następującąformę. A to nie jest wcale taki szybki proces i dość pracochłonny. Formy piaskowo-gliniaste tworzązagęszczając mieszankiformierskie (bazujące się na piasku kwarcowym, glinie i materiałach pomocniczych) na modelu produktu (zwykle wykonanym z drewna) w kolbie. Przed uszczelnieniem mieszanki formierskiej na model wewnątrz kolby zostaje zainstalowany układ wlewowy (w którym płynie roztopiony stop i zostają odprowadzany gazy), a także pręty (które są wykorzystywane do uzyskania otworów w odlewie). Ten rodzaj odlewania może być dość dobrze zautomatyzowany lub całkowicie niezautomatyzowany, ale esencja pozostaje taka sama – służy do uzyskania pojedynczych próbek odlewanych części. Jedna forma – jednaczęść.
    Zalety tego rodzaju odlewania: możliwość uzyskania części o różnych kształtach i masach.
    Wady: mała dokładność rozmiarów powstałych odlewów, niska jakość powierzchni, wysoka pracochłonność procesu.

  2. Odlewanie kokilowe (odlewanie grawitacyjne).

    Istota procesu jest taka sama jak w poprzednim przykładzie. Rozważmy zatem różnice. Forma odlewnicza(kokila) nie jest jednorazowego użytku ani zniszczalna, i nadaje się do wielokrotnego użytku i jest niezniszczalna. Odpowiednio, jako rodzaj odlewania, ma mniej skomplikowany proces (kokila nie musi być wytwarzana ponownie po produkcji poprzedniego odlewu). Z reguły, kokile wykonane są z metalu. Ponieważ kokila jest metalowa, ma dużą wytrzymałość, pojemność cieplną, przewodność cieplną, apraktycznie brak przepuszczalności gazu. Z tego powodu ma następujące zalety w jakości odlewów: większą dokładność wymiarową i mniejszą chropowatość powierzchni.
    Odlewanie kokilowe służy do odlewania prawie wszystkich stopów metali: żeliwa, stali i metali nieżelaznych i ich stopów (aluminium, miedź i magnez). Z żeliwa i staliotrzymujemy odlewy o prostych i średnich kształtach, o średnich lub grubych ścianach.
    W kokilach trudnym lub niepraktycznym jest uzyskiwanie odlewów o rozwiniętej powierzchni, o złożonym kształcie, z ostrą różnicą w grubości ścian, z ostrymi kątami lub długimi wystającymi częściami. Ze względu na fakt, że koszt wytworzenia kokila i olinowania znacznie przewyższa koszt samego odlewania, ten rodzaj odlewania nie nadaje się do otrzymywania pojedynczych odlewów. Warto rozpocząć produkcję części przy użyciu odlewania kokilowego tylko wtedy, gdy minimalny rozmiar partii przekracza 50 jednostek lub więcej (w zależności od ich masy).

  3. Odlewanie według modeli odlewniczych.

    Dla zwięzłości i lepszego zrozumienia będziemy zastanawiać się nad różnicami i podobieństwami już rozważanych rodzajów odlewania. Główną różnicą tego rodzaju odlewu od poprzednich jest możliwość uzyskania dowolnej złożonejformy i rozwiniętej powierzchni zewnętrznej odlewu. Odlew ma wysoką dokładność i niską chropowatość. Ten rodzaj odlewania może produkować odlewane części o kilka gramów (jako przykład biżuteria) do kilkudziesięciu kilogramów.
    Proces odlewania jest opisany w następujący sposób. Najpierw wytwarzany jest bardzo dokładny model produktu, z którego wykonana jest forma, dzięki czemu później można uzyskać wiele modeli z materiałów łatwo topliwych. Każdy z tych łatwo topliwych modeli zostanie zużyty do wyprodukowania tylko jednejodlewanej formy metalowej. Te stopione modele wytwarza się przez prasowanie parafiny (lub innego materiału o niskiej temperaturze topnienia: stearyny, wosku itp. lub mieszanki soli dla dużych produktów) do formy. Odlewany model zanurza się w sproszkowanej zawiesinie ogniotrwałej w cieczy wiążącej. Warstwę tę suszy się, a następnie nanosi się przez analogię od 5 do 10 kolejnych warstw, naprzemiennie zanurzając w zawiesinie środka wiążącego i zraszając kompozycją ogniotrwałą różnych frakcji. Po zakończeniu suszenia ostatniej warstwy, odlewany model ogrzewa się powyżej temperatury topnienia i w ten sposób odlewa się z formy. Powstała skorupa (forma odlewnicza) jest rozgrzanaw wysokich temperaturach, instalowana w piecu i wypełniana płynnym metalem. Po schłodzeniu i krystalizacji odlewu, skorupa jest mechanicznie usuwana (niszcząc ją w wygodny sposób, np. rozbijając).
    Pomimo niezaprzeczalnej przewagi – możliwości uzyskania dowolnie złożonego kształtu i rozwiniętej powierzchni zewnętrznej, istnieją wady tego rodzaju odlewania. Jest to duże zużycie metalu i wysoki koszt jednostkowy materiałów eksploatacyjnych w kosztach odlewu. Dlatego stosuje się go głównie do masowej produkcji odlewów o wysokiej dokładności z minimalną kolejną obróbką mechaniczną lub bez niej, gdy kryterium ostatecznego kosztu odlewu jest drugorzędnym w stosunku do kryteriów jego jakości.

  4.  Odlewanie według modeli zgazowanych.

    Na tej metodzieodlewania zatrzymajmy się na chwilę. Od poprzedniego sposobu odlewania różnie się tym, że zamiast parafiny do wykonaniumodelu stosuje się polistyren, który nie jest wytapiany z formy skorupowej przed odlewaniem metalu, ale znajduje się bezpośrednio w mieszaninie piasku pod próżnią. Pod wpływem wysokiej temperatury roztopionego metalu, który wlewa się do formy z modelu piankowego – model zostaje odparowany, a stop metalu wypełnia objętość, która została zajęta przez model. Główne zalety tej metody to szeroki zakres masy odlewów: od 100 g do ponad 2000 kg i ich gabarytowe wymiary: od 4 cm do 1m.

  5. Odlewanie skorupowe (lub proces Croninga)

    Główną cechą tego typu odlewania jest to, że pozwala ono na produkcję odlewów według złożoności kształtu, dokładność i jakość powierzchni odlewów podobnejak i w odlewach uzyskanych przez odlewanie według modeli odlewniczych. Jednak koszty odlewów uzyskanych przez proces Croninga są niższe niż w przypadku odlewaniawedług modeli odlewniczych.
    Istota procesu jest następująca. Formę odlewniczą wytwarza się przez wylanie mieszaniny piasku kwarcowego i żywicy fenolowo-formaldehydowej lub proszku-bakelitu do metalowego modelu ogrzanego do temperatury 300 ° C. Mieszanina “przykleja się” do modelu, a następnie jest chłodzona przez kilkadziesiąt sekund, a nadmiar jest usuwany. Następnie mieszaninę ogrzewa się w tym modelu do 350-600 ° C, w ten sposób utwardzając formę. Istnieje alternatywny przykład wykonania nakładania mieszaniny na modelu – jest wdmuchiwana do szpary pomiędzy modelem a płytą konturową, która znajduje się zewnątrz modelu. . W tym wypadku piasek musi być platerowany, t.z. każde ziarenko piasku pokrywa cienka warstwa żywicy. Po usunięciu formy z modelu (w postaci 2 połówek formy) i przymocowaniu za pomocą zszywek lub kompozycji klejowej na bazieżywicy bakelitowej, przygotowuje się formę skorupową gotową do odlewania stopionego stopu.
    Odlewanie uzyskuje się przez wylanie stopu do takiejformy.
    Ten rodzaj odlewania może produkować odlewy o masie od 200 g do 30 kg. i o grubości ścianki od 3 do 15 mm.

  6. Odlewanie metali pod ciśnieniem (odlewanie ciśnieniowe aluminium).

    Tego rodzaju odlewanie metali jest trudne do opisania na przykładzie różnic i podobieństw z dowolnego z wyżej wymienionych przykładów. Ponieważ jest bardzo różny zarówno pod względem procesu technologicznego, jak i jakości odlewu oraz ograniczeń formy zewnętrznej i wewnętrznej odlewu.
    Proces organizacji odlewania ciśnieniowego konkretnej części wygląda tak. Najpierw trzeba wykonać formę odlewniczą (do odlewania ciśnieniowego aluminiumzwykle nazywa się to formą). Obecnie jest zamawiana przez firmy specjalizujące się w produkcji form. Projektowanie i produkcja formy jest złożonym, odpowiedzialnym, dokładnym i kosztownym procesem. Przybliżony czas na zaprojektowanie formy wynosi około 2 tygodnie. Kolejne 2-4 tygodnie będą potrzebne, aby ją wyprodukować . I kolejne 2-4 tygodnie na odbiór i dostawę do odlewni. W sumie, jak widać, zajmie to od półtora do dwóch i pół miesiąca. Średni koszt produkcji formy nie istnieje. Obliczenia przeprowadza się indywidualnie dla określonej części (odlewu) i specyficznych wymagań dotyczących odlewania u klienta. Koszt zwykle waha się od 10 do 100 tysięcy dolarów. Forma do odlewania ciśnieniowego wykonana jest z wysokiej jakości stali o twardości 37-48 HRC. Forma składa się z kilku ruchomych i nieruchomych części, które są niezbędne, aby w stanie zamkniętym jego wnęka tworzyła konieczny kształt przyszłego odlewu metalu, a w stanie otwartym odlew można swobodnie wyjąć z formy.
    Po uzyskaniu formy jest ona instalowana na maszynie do odlewania. Dalej jest bezpośrednio proces odlewania ciśnieniowego: roztopiony stop aluminium (lub inne stopynieżelazne) wlewa się do komory prasowania, a następnie pod działaniem tłoka z dużym ciśnieniem (kilkaset razy przekraczającym ciśnienie w stopionym metalu w dowolnej innej formie odlewania) jest wyrzucany z komory prasowania (w rzeczywistości – dużej metalowej strzykawki) do zamkniętej formy, gdzie następnie krystalizuje się tworząc odlew. Następnie forma zostaje otwarta, a odlew aluminiowy (lub odlew z innego stopu metalu – przyszłej formowanej części) wypycha się z formy i ekstrahuje się w celu dalszego wykorzystania.
    Zalety tego typu odlewania są następujące:
    bardzo wysoka produktywność od kilkudziesięciu do kilku tysięcy odlewów na godzinę;
    mała chropowatość powierzchni ( 5-8klasa);
    wysoka dokładność wymiarowa (3-5 klasa);
    potrzeba minimalnej późniejszej mechanicznej obróbki odlewu lub, brak takiej konieczności;
    grubość ścianek odlewu może dochodzić do 0,6 mm;
    szeroki zakres wagi odlewów – od kilkudziesięciu gramów do 30-40 kg.

    Wadami tego rodzaju odlewania jest dostępność większych ograniczeń na wewnętrznej i zewnętrznej formie odlewanej części niż w innych metodach, w których rozwinięta powierzchnia i złożoność formy są główną zaletą.

Aby się nie pogubić w tych wszystkich rodzajach odlewania poniżej znajduje się tabela z listą kryteriów, według których można wstępnie określić, czy odlewanie ciśnieniowe aluminiowy jest odpowiedni dla ciebie, lub, jeśli nie jest odpowiedni, określić inny rodzaj, który jest bardziej odpowiedni dla twoich warunków odlewania metali

Tabela: “Kryteria określające właściwy rodzaj odlewania”

Odlewanie w formach piaskowo-gliniastych Odlewaniekokilowe Odlewanie według modeli odlewniczych Odlewanie według modeli zgazowanych.

 

Odlewanieskorupowe Odlewanie ciśnieniowe (odlewanie ciśnieniowe aluminium)
Stopy Dowolne Dowolne Dowolne Dowolne Dowolne Metale nieżelazne
Klasa dokładności wymiarowej 6-16 5-13 4-11 3-13 4-11 3-8
Klasa dokładności powierzchni 7-21 4-14 3-13 3-13 5-16 2-11
Chropowatość(Ra), mkm 8- >100 4-40 3.2-32 3.2-32 6.3-63 2-20
Maksymalna masa odlewu, kg 100000 500; 4000; 14000 (stop metali nieżelaznych, stal, żeliwo) 150 2000 300 32
Zakres grubości ścianki, mm 3 iwięcej 3-100 0.5-6 0.5-6 3-15 0,6-6
Minimalna uzasadniona wielkość partii, szt. 1 iwięcej 200 i mniejsze

50 iwiększe odlewy

100 1000 200 10000
Dopuszczalna złożoność formy wysoka średnia wysoka wysoka złożona średnia
Inwestowanie w sprzęt, USD od 100 od 3000 od 1000 od 1000 od 3000 od 10000

Koszt odlewania ciśnieniowego aluminium można dowiedzieć się, wysyłając zapytanie ofertowe.