Czym jest odlewanie ciśnieniowe
Odlewanie ciśnieniowe to proces produkcyjny stosowany do wytwarzania części metalowych o wysokiej dokładności wymiarowej i wykończeniu powierzchni. Polega on na wtłaczaniu ciekłego metalu do wnęki formy pod wysokim ciśnieniem. Wnęka formy jest tworzona przez dwie hartowane stalowe matryce, które są obrabiane mechanicznie w celu nadania im pożądanego kształtu.
Proces rozpoczyna się od stopienia metalu, zazwyczaj aluminium, cynku lub magnezu, w piecu. Następnie stopiony metal jest wtryskiwany do formy pod wysokim ciśnieniem za pomocą prasy hydraulicznej. Metal szybko krzepnie wewnątrz formy, a następnie obie połówki formy są otwierane, aby uwolnić gotowy element.
Odlewanie ciśnieniowe jest szeroko stosowane do produkcji części o złożonych kształtach i cienkich ściankach, takich jak bloki silników, obudowy skrzyń biegów oraz różnorodne komponenty samochodowe i lotnicze. Proces ten jest również popularny w produkcji dóbr konsumpcyjnych, takich jak zabawki, artykuły kuchenne i elektronika.
Odlewanie ciśnieniowe
Odlewanie ciśnieniowe to dość wyspecjalizowany proces, który rozwinął się głównie w XX wieku. Podstawowy proces obejmuje: ciekły metal wlewany/wtryskiwany do stalowej formy, a następnie pod wpływem wysokiej prędkości, stałego i rosnącego ciśnienia (w odlewaniu ciśnieniowym) i chłodzenia ciekły metal krzepnie, tworząc stały odlew. Zazwyczaj sam proces trwa tylko kilka sekund i jest szybkim sposobem formowania produktu metalowego z surowca. Odlewanie ciśnieniowe nadaje się do materiałów takich jak cyna, ołów, cynk, aluminium, magnez, stopy miedzi, a nawet stopy żelaza, takie jak stal nierdzewna. Głównymi stopami stosowanymi obecnie w odlewaniu ciśnieniowym są aluminium, cynk i magnez. Od wczesnych maszyn odlewniczych, które ustawiały narzędzia do formowania w orientacji pionowej, do obecnie powszechnego standardu poziomej orientacji i obsługi, napinania czterech prętów i w pełni komputerowego sterowania etapami procesu, proces ten rozwijał się na przestrzeni lat.
Branża ta rozrosła się do rozmiarów globalnej maszyny produkcyjnej, wytwarzającej komponenty do różnych zastosowań, z których wiele jest w zasięgu ręki, ze względu na ogromną różnorodność zastosowań odlewów ciśnieniowych.
Zalety odlewania ciśnieniowego
Oto niektóre zalety odlewania ciśnieniowego:
• Proces ten jest przystosowany do produkcji wielkoseryjnej.
• W porównaniu z innymi procesami obróbki metali (np. obróbką skrawaniem) możliwe jest szybkie wytwarzanie stosunkowo skomplikowanych odlewów.
• Elementy o wysokiej wytrzymałości produkowane w stanie surowym (w zależności od projektu elementu).
• Powtarzalność wymiarowa.
• Możliwe są sekcje o cienkich ściankach (np. 1-2,5 mm).
• Dobra tolerancja liniowa (np. 2 mm/m).
• Dobra jakość wykończenia powierzchni (np. 0,5-3 µm).
Proces odlewania ciśnieniowego w gorącej komorze obejmuje stopienie wlewka metalu w piecu, który znajduje się blisko/integralnie z nieruchomą połówką płyty maszyny odlewniczej, a następnie wtryskiwanie ciekłego metalu za pomocą zanurzonego tłoka bezpośrednio przez gęsią szyję i dyszę do formy. Gęsia szyja i dysza wymagają podgrzania, aby zapobiec zamarzaniu metalu przed dotarciem do wnęki formy. To właśnie podgrzewanie i ciekły metal w tym procesie są przyczyną powstania nazwy „gorąca komora”. Masa wtrysku odlewu zależy od skoku, długości i średnicy tłoka, a także od rozmiaru tulei/komory. Dysza również odgrywa rolę, którą należy uwzględnić przy projektowaniu formy. Po zestaleniu się metalu w wnęce formy (zajmuje to zaledwie kilka sekund) ruchoma połówka płyty maszyny, do której przymocowana jest ruchoma połowa formy, otwiera się, a odlew jest wyrzucany z powierzchni formy i usuwany z formy. Powierzchnie formy są następnie smarowane za pomocą systemu natryskowego, forma zamyka się i proces powtarza się.
Dzięki temu „zamkniętemu” systemowi topienia/wtrysku metalu i minimalnemu ruchowi mechanicznemu, odlewanie ciśnieniowe w gorącej komorze może zapewnić większą oszczędność produkcji. Stop cynku metalicznego jest stosowany głównie w odlewaniu ciśnieniowym w gorącej komorze i charakteryzuje się stosunkowo niską temperaturą topnienia, co dodatkowo zapewnia niskie zużycie maszyn (garnka, gęsiej szyi, tulei, tłoka, dyszy) oraz narzędzi matrycowych (co przekłada się na dłuższą żywotność narzędzi w porównaniu z narzędziami do odlewania ciśnieniowego z aluminium – w zależności od akceptacji jakości odlewu).
Nazwa „komora zimna” pochodzi od procesu wlewania ciekłego metalu do komory zimnej/tulei wtryskowej, która jest przymocowana przez nieruchomą płytę półmatrycy do tylnej części nieruchomej półmatrycy. Piece do podgrzewania/topienia ciekłego metalu są zazwyczaj zlokalizowane tak blisko końca wtrysku maszyny odlewniczej, jak to praktycznie możliwe, tak aby operator ręczny lub automatyczna kadź odlewnicza mogła pobrać ciekły metal potrzebny do każdego wtrysku/cyklu za pomocą kadzi i wlać ciekły metal do otworu wlewowego w tulei/komorze wtryskowej. Końcówka tłoka (która jest częścią zużywalną i wymienną, precyzyjnie obrobioną do średnicy wewnętrznej tulei wtryskowej z uwzględnieniem rozszerzalności cieplnej) połączona z tłokiem maszyny przepycha ciekły metal przez komorę wtryskową do wnęki matrycy. Maszyna odlewnicza po otrzymaniu polecenia przeprowadzi pierwszy etap, przepychając ciekły metal przez otwór wlewowy w tulei. Dalsze etapy odbywają się pod zwiększonym ciśnieniem hydraulicznym z tłoka, wtryskując ciekły metal do wnęki matrycy. Cały proces trwa kilka sekund. Szybkie i rosnące ciśnienie oraz spadek temperatury metalu powodują jego krzepnięcie w gnieździe matrycy. Ruchoma półpłyta maszyny odlewniczej (do której przymocowana jest ruchoma połowa formy) otwiera się i wyrzuca zastygnięty odlew z powierzchni matrycy. Odlew jest usuwany, powierzchnie matrycy są smarowane systemem natryskowym, a następnie cykl się powtarza.
Maszyny z komorą zimną nadają się do odlewania ciśnieniowego aluminium. Części maszyny (tuleja wtryskowa, końcówka tłoka) można z czasem wymienić, a tuleje można poddać obróbce metalu w celu zwiększenia ich trwałości. Stop aluminium jest topiony w tyglu ceramicznym ze względu na jego stosunkowo wysoką temperaturę topnienia i konieczność zmniejszenia ryzyka wychwytywania żelaza, co jest niebezpieczne w tyglach żelaznych. Ponieważ aluminium jest stosunkowo lekkim stopem metali, umożliwia odlewanie dużych i ciężkich odlewów ciśnieniowych lub tam, gdzie wymagana jest zwiększona wytrzymałość i lekkość odlewów ciśnieniowych.
