Kako funkcionira lijevanje pod pritiskom? Proces iza automatskog lijevanja dijelova

Lijevanje pod pritiskom djeluje tako što se rastaljeni metal pod visokim pritiskom gura u čelični kalup za višekratnu upotrebu, gdje se za nekoliko sekundi skrućuje u precizan, gotovo gotov dio. Rastaljeni metal, obično aluminij, cink ili magnezij, ubrizgava se pod tlakom u rasponu od otprilike 1000 do 20 000 psi (7 do 138 MPa), ispunjava svaki detalj šupljine kalupa, brzo se hladi i izbacuje kao dio koji često treba malo više od podrezivanja prije nego što bude spreman za upotrebu. Ova kombinacija brzine, ponovljivosti i točnosti dimenzija upravo je razlog zašto je lijevanje pod pritiskom standardni proces iza većine auto livenje dijelova , od blokova motora do kućišta mjenjača.

Odjeljci ispod prolaze kroz svaku fazu procesa, razliku između strojeva s vrućom i hladnom komorom, legure i tlakove koji se posebno koriste za dijelove za automatsko lijevanje i kako procijeniti kvalitetu lijevanja.

Proces lijevanja pod pritiskom, korak po korak

Svaki ciklus tlačnog lijevanja slijedi isti slijed jezgre, bez obzira na specifičnu vrstu stroja ili korištenu leguru. Razumijevanje ovih koraka objašnjava zašto se lijevanjem pod pritiskom mogu proizvesti tisuće identičnih dijelova dnevno s minimalnim razlikama među njima.

Osnovni koraci proizvodnje

1. Očistite i podmažite dvije polovice čelične matrice, zatim ih zatvorite i spojite
2. Rastopite metalne ingote u peći i držite ih na idealnoj temperaturi lijevanja za fluidnost
3. Odmjerite rastaljeni metal u komoru za sačmu za taj strojni ciklus
4. Ubrizgajte metal u šupljinu matrice pomoću hidrauličkog klipa pri velikom pritisku i brzini
5. Držite pritisak dok se matrica hladi vodom i dok se metal skrutne, često za manje od jedne sekunde
6. Otvorite matricu i izbacite gotov odljev pomoću klinova za izbacivanje
7. Odrežite višak bljeskalice i vodilice, a zatim nanesite bilo koju potrebnu završnu obradu kao što je eloksiranje ili premazivanje prahom

Cijeli dio ciklusa od ubrizgavanja do skrućivanja može trajati samo nekoliko milisekundi do nekoliko sekundi , što omogućuje jednom stroju za tlačni lijev da proizvede tisuće identičnih dijelova u jednoj smjeni.

Lijevanje pod pritiskom u vrućoj komori nasuprot hladnoj komori

Dvije obitelji odljevaka podijeljene su prema mjestu na kojem se metal topi. u tlačni lijev u vrućoj komori , peć je ugrađena izravno u stroj, a klip gura rastaljeni metal kroz uronjenu "guščju vratnu" cijev u matricu. u tlačni lijev u hladnoj komori , rastopljeni metal se lije iz zasebne peći u nezagrijanu komoru za sačmu prije nego što ga hidraulički klip tjera u matricu pod visokim tlakom.

Ključne razlike na prvi pogled

Visoka točka taljenja aluminija s vremenom bi oštetila potopljeni guščji vrat vruće komore, zbog čega gotovo svi aluminijski lijevani dijelovi za automobile, uključujući blokove motora i kućišta mjenjača, proizvode se lijevanjem pod pritiskom u hladnoj komori nego metoda vruće komore rezervirana za cink i druge legure s niskim talištem.

Visokotlačni naspram niskotlačnog lijevanja za autodijelove

Osim podjele vruće/hladne komore, lijevanje pod pritiskom također se kategorizira prema tome koliko pritiska tjera metal u kalup, a ovaj izbor značajno utječe na to za koje je dijelove automatskog lijevanja postupak prikladan.

Lijevanje pod visokim pritiskom (HPDC)

HPDC ubrizgava rastaljeni metal u 10 000 do 20 000 psi (otprilike 30 do 70 MPa) , što mu daje najbrže vrijeme ciklusa i najveću stopu proizvodnje od svih metoda tlačnog lijevanja. To je zadani izbor za velike količine autolijevanih dijelova kao što su nosači motora, kućišta senzora i kućišta motora, gdje su brzina i cijena po dijelu najvažniji.

Lijevanje pod niskim pritiskom (LPDC)

LPDC obično koristi mnogo blaže pritiske 2 do 15 psi (15 do 100 kPa) gurajući rastaljeni metal prema gore u matricu kroz usponsku cijev s niskom turbulencijom. Ovo sporije, mirnije punjenje proizvodi odljevke s manje unutarnjih grešaka, zbog čega je LPDC standardni postupak za aluminijske kotače i druge strukturne komponente gdje je mehanički integritet pod opterećenjem važniji od sirove izlazne brzine.

Kao opće pravilo, ako je tlak prenizak za debljinu stijenke dijela, metal možda neće u potpunosti ispuniti kalup prije nego što se ohladi, ostavljajući nepotpune dijelove ili slabiji odljev. Usklađivanje tlaka s geometrijom dijela jedna je od najvažnijih procesnih odluka koje donosi lijevač.

Uobičajeni dijelovi za automatsko lijevanje i legure iza njih

Aluminij dominira u automobilskom lijevanju pod pritiskom jer pruža omjer čvrstoće i težine, otpornost na koroziju i toplinsku vodljivost koji su potrebni modernim vozilima. Samo u Japanu, 76% aluminijskih odljevaka i 77% komponenti za tlačni lijev koristi se u automobilskoj industriji , naglašavajući koliko je ovaj proces središnji za način na koji se automobili zapravo izrađuju.

Često lijevani automobilski dijelovi i njihove legure

Odljevak pod pritiskom aluminijsko kućište prijenosa postiže otprilike 40% smanjenja težine u usporedbi s tradicionalnim ekvivalentom od lijevanog željeza , dok još uvijek održava strukturni integritet pod okretnim momentom opterećenja većim od 200 Nm. Ta ušteda težine nije samo proizvodni detalj: smanjenje težine automobila od 1,3 tone za 10% smanjuje potrošnju goriva za oko 8%, zbog čega proizvođači automobila nastavljaju gurati sve više komponenti od čelika do tlačno lijevanog aluminija.

Kako se provjerava kvaliteta u dijelovima za automatsko lijevanje

Budući da dijelovi za automatsko lijevanje često nose strukturna opterećenja ili tekućine za brtvljenje pod pritiskom, kontrola kvalitete nije obavezna. Proizvođači potvrđuju točnost dimenzija i unutarnju čvrstoću prije nego što dijelovi ikada dospiju na proizvodnu traku.

Tipična mjerila kvalitete

• Dimenzijska stabilnost održana je otprilike ±0,05 mm na preciznim automobilskim kućištima
• Površinska obrada ciljeva okolo Ra ≤1,6 µm za dijelove koji zahtijevaju glatke spojne površine
• Niže grubo potvrđene razine poroznosti 0,1% kroz CMM i rendgenski pregled
• Nepropusnost potvrđena detektorom curenja, s tipičnim industrijskim pragovima od oko 12 mL/min za niskotlačne komore i 8 mL/min za visokotlačne komore

Ove provjere su važne jer odljevak može proći statičku provjeru čvrstoće, ali i dalje pada nakon postavljanja. Vibracije od prijenosa zupčanika i toplinski ciklusi u stvarnoj vožnji mogu otkriti poroznost ili putove curenja koje bi samo ispitivanje na stolu propustilo, zbog čega se zabrtvljene komponente poput kućišta prijenosa obično testiraju znatno iznad svojih nominalnih projektnih specifikacija prije odobrenja.

Zašto se proizvođači automobila oslanjaju na lijevanje pod pritiskom u odnosu na druge metode

U usporedbi s lijevanjem u pijesak ili CNC obradom trupaca, lijevanje pod pritiskom nudi kombinaciju prednosti koju je teško usporediti za dijelove koji su potrebni u velikom volumenu.

Prednosti za automobilsku proizvodnju

• Dijelovi gotovo neto oblika koji zahtijevaju minimalnu sekundarnu strojnu obradu, rezni rad i materijalni otpad
• Kompleksne geometrije u jednom komadu , zamjenjujući višedijelne sklopove jednim odljevkom
• Visoka ponovljivost , s jednom matricom koja može raditi stotine tisuća ciklusa
• Snažna mogućnost recikliranja , budući da se više od 90% aluminijskih odljevaka može ponovno upotrijebiti, a do 95% autodijelova od lijevanog aluminija već dolazi od recikliranog materijala
• Mogućnost tankih stijenki , s nekim postupcima koji postižu debljinu stijenke od samo 2 mm uz zadržavanje vlačne čvrstoće do 250 MPa, ovisno o leguri

Procjenjuje se da raširena uporaba aluminijskog tlačnog lijevanja u vozilima pomaže uštedi 50 milijuna tona CO2 emisije svake godine kroz uštedu goriva koja proizlazi iz lakših vozila. Taj razmjer utjecaja izravan je rezultat proizvodnog procesa o kojem većina vozača nikad ne razmišlja, tihog oblikovanja dijelova ispod haube svaki put kad novi model krene u proizvodnju.