KRATKO

Odabir pravih materijala za kalupno lijevanje uključuje dvije različite kategorije. Kalupi, odnosno matrice, izrađeni su od visokootpornih, toplinski otpornih alatnih čelika poput H13 i P20 kako bi izdržali ekstremne temperature i tlakove. Dijelovi se stvaraju ulijevanjem rastalih neželjeznih legura — uglavnom aluminija, cinka i magnezija — u te kalupe. Razumijevanje ove razlike ključno je za uspješnu proizvodnju.

Materijali za kalup vs. Materijali za lijevanje: Ključna razlika

Ura je česta točka zabune kod lijevanja pod tlakom razlika između materijala koji se koristi za izradu kalupa i materijala koji se koristi za izradu gotovog dijela. Razjašnjavanje ove razlike prvi je korak prema donošenju obrazloženih inženjerskih odluka. Oba materijala imaju potpuno različite funkcije i temeljito različita svojstva. Kalup je izdržljivo, višekratno upotrebljivo alat, dok je materijal za lijevanje sirovina koja postaje gotov proizvod.

Materijal kalupa mora biti iznimno izdržljiv. Njegova primarna uloga je sadržavanje rastopljenog metala pod ogromnim tlakom te izdržavanje tisuća termičkih ciklusa bez deformacije, pucanja ili trošenja. Zbog toga proizvođači koriste specijalne čelike za alate za rad na visokim temperaturama. Ovi čelici dizajnirani su za visoku tvrdoću, izvrsnu otpornost na termičku umornost i žilavost na povišenim temperaturama. Kao što je detaljno opisano u vodičima od HLC Metal Parts , trajnost i preciznost cijelog procesa lijevanja pod tlakom ovise o kvaliteti čelika za kalup.

Nasuprot tome, materijal za lijevanje odabire se na temelju željenih karakteristika konačnog dijela. Ovi materijali obično su neželjezni legure poznati po svojstvima poput izvrsne tekućine u rastopljenom stanju, niske točke taljenja, lagane težine i otpornosti na koroziju. Cilj je odabrati leguru koja se lako proteže u složene šupljine kalupa kako bi proizvela dimenzijski točan dio s potrebnom mehaničkom čvrstoćom i kvalitetom površine. Zahtjevi za performansama materijala za lijevanje temelje se isključivo na primjeni gotovog proizvoda, a ne na izdržljivosti alata za proizvodnju.

Zamjena ova dva pojma može dovesti do značajnih pogrešaka u dizajnu i proizvodnji. Na primjer, korištenje uobičajene legure za lijevanje kao materijala za kalup dovelo bi do odmahovitog otkaza jer bi se ona stopila pri kontaktu s materijalom za lijevanje. Tablica u nastavku ilustrira ovu osnovnu razliku kroz uobičajene primjere.

Detaljno: Čelici visokih performansi za kalupe za tlačno lijevanje

Materijali od kojih se izrađuju kalupi za tlačno lijevanje su nepriznati heroji proizvodnog procesa. Oni moraju pouzdano funkcionirati u nekim od najzahtjevnijih industrijskih uvjeta. Glavna kategorija materijala za ovaj zadatak su čelici za toplu obradu, skupina legura posebno formuliranih da zadrže svoju čvrstoću, tvrdoću i dimenzijsku stabilnost na vrlo visokim temperaturama. Ovi čelici ključni su za osiguravanje dugog vijeka trajanja kalupa i proizvodnju dosljednih, visokokvalitetnih dijelova kroz desetke tisuća ciklusa.

Najčešće korišteni materijal za kalupe za tlačno lijevanje je H13 alatni čelik. Prema detaljnom prikazu po Neway Precision , H13 nudi izuzetnu ravnotežu između tvrdoće, žilavosti i otpornosti na toplinsku umor. Sastav koji uključuje krom, molibden i vanadij omogućuje mu da izdrži termički šok uslijed ponovljenog punjenja rastaljenim metalom. Zbog toga je idealan izbor za lijevanje legura aluminija i cinka. Drugi uobičajeni materijal je čelik P20, koji se često isporučuje predtvrđen. Iako nije tako otporan na visoke temperature kao H13, P20 lakše se obrađuje i ekonomičniji je izbor za kalupe koji se koriste u aplikacijama s nižim temperaturama ili za kraće serije proizvodnje.

Odabir određenog alatnog čelika u velikoj mjeri ovisi o primjeni. Za iznimno zahtjevne poslove koji uključuju složene geometrije ili velike količine proizvodnje, proizvođači se mogu obratiti još naprednijim materijalima poput maraging čelika ili nikalnih superlegura, koji nude izuzetnu čvrstoću i dulji vijek trajanja uz višu cijenu. U automobilskoj industriji, gdje su preciznost i izdržljivost od ključne važnosti, odabir materijala je kritičan. Stručni proizvođači poput Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. demonstriraju stručnost u izradi visokopreciznih alata za automobilske žičane presove, proces koji se oslanja na slično izdržljive alatne čelike kako bi se osigurala dosljednost dijelova i dug vijek trajanja alata za OEM proizvođače i dobavljače prvog nivoa.

Kako bi se dodatno poboljšala izvedba, površine kalupa često podliježu specijaliziranim tretmanima. Nitriranje, na primjer, stvara vrlo tvrdi sloj na površini koji otpornost na habanje i eroziju uzrokovane strujanjem rastopljenog metala. Također se može nanijeti kromiranje radi povećanja tvrdoće površine i olakšavanja vađenja dijelova. Ovi tretmani mogu znatno produljiti radni vijek kalupa, čime se štiti značajna ulaganja u njegovu izradu. U nastavku je usporedba najčešćih čelika koji se koriste za kalupe u postupku pod tlakom lijevanja.

Vodič za najčešće legure za dijelove izrađene pod tlakom lijevanjem

Dok kalup osigurava oblik, legura za lijevanje daje konačnom dijelu njegovu tvar i funkciju. Većina dijelova izrađenih pod tlakom izrađuje se od tri glavne skupine neželjeznih legura: aluminija, cinka i magnezija. Svaka nudi jedinstven profil svojstava, zbog čega su prikladne za različite primjene. Odabir legure ključna je konstrukcijska odluka koja utječe na težinu, čvrstoću, izdržljivost i trošak dijela.

Aluminijevim spojevima

Aluminij je najčešći materijal u postupku lijevanja pod tlakom, cijeni se zbog izvrsnog omjera čvrstoće i težine, otpornosti na koroziju te toplinske vodljivosti. Kako je detaljno opisano u vodiču od strane Xometrija , legure poput A380 iznimno su sveprisutne i koriste se u širokom rasponu proizvoda, od blokova motora za automobile do kućišta za elektroniku i elektro alate. Još jedna uobičajena vrsta, ADC12, poznata je po izvrsnoj obradivosti, što joj omogućuje da ispuni složene kalupe tankih stijenki. Aluminijske legure pružaju ekonomično rješenje za proizvodnju laganih, a ipak čvrstih komponenti.

Cinkovska legira

Legure cinka, posebno one iz obitelji Zamak (npr. Zamak 3 i Zamak 5), predstavljaju još jedan temelj industrije pod pritiskom. Njihove ključne prednosti uključuju vrlo nisku temperaturu taljenja, što smanjuje troškove energije i produljuje vijek trajanja kalupa, te izuzetnu tekućinost. Ova tekućinost omogućuje izradu dijelova s iznimno finim detaljima i vrlo tankim stjenkama, često s izvrsnom površinskom obradom koja zahtijeva minimalnu naknadnu obradu. Legure cinka gušće su od aluminija, ali njihova čvrstoća i tvrdoća čine ih idealnima za primjenu poput automobilskih kvaka za vrata, dekorativne armature, zupčanika i elektroničkih spojnica.

Magnezijski spojevi

Kada je potrebna apsolutno minimalna težina, dizajneri se okreću legurama magnezija. Kao najlakši od svih konstrukcijskih metala, magnezij nudi najbolji omjer čvrstoće i težine. Legure poput AZ91D široko se koriste u primjenama gdje je smanjenje težine kritično, kao što su komponente za zrakoplovnu industriju, vrhunski automobilske dijelove i prijenosne elektronike poput kućišta za laptopove i fotoaparate. Iako skuplji od aluminija ili cinka, jedinstvena svojstva magnezija opravdavaju njegovu upotrebu u premium aplikacijama gdje su performanse i niska težina obavezni.

Ključni kriteriji odabira: Odabir pravog materijala za vašu primjenu

Odabir optimalnog materijala za kalup za pod pritiskom i za gotov proizvod zahtijeva pažljivu analizu mehaničkih, toplinskih i ekonomskih čimbenika. Taj proces odlučivanja nije usmjeren na pronalaženje jedinog „najboljeg” materijala, već na odabir najprikladnijeg za određenu primjenu. Ravnotežni pristup osigurava da gotov proizvod zadovoljava ciljeve učinkovitosti, a da mu istovremeno ostane prihvatljiva cijena proizvodnje.

Čimbenici za odabir materijala kalupa

Odabir alatnog čelika za kalup u prvom se redu temelji na uvjetima ljevanja i zahtjevima proizvodnje. Ključne aspekte koje navode stručnjaci s Ace Mold uključuje:

• Temperatura legure za ljevanje: Što je viša točka taljenja legure za ljevanje (npr. aluminij u odnosu na cink), materijal kalupa mora biti otporniji na toplinu. Zbog toga se H13 smatra standardom za aluminij, dok P20 može biti dovoljan za cink.
• Obujam proizvodnje: Za velike serije koje se broje u stotinama tisuća, korištenje izdržljivijeg i skupljeg alatnog čelika je mudra investicija, jer će imati dulji vijek trajanja i smanjiti vrijeme prostoja. Za prototipove ili proizvodnju u malim serijama, manje izdržljiv, ali lakše obradiv čelik može biti ekonomičniji.
• Složenost dijela: Složene geometrije s tankim stjenkama mogu stvoriti područja visokog naprezanja u kalupu. Potreban je čvršći čelik s visokom otpornošću na umor kako bi se spriječilo prerano pucanje i oštećenje.

Faktori za odabir legure za lijevanje

Prilikom odabira legure za sam dio, fokus se pomiče na krajnje uvjete uporabe i zahtjeve u pogledu performansi. Glavni faktori koje treba uzeti u obzir su:

• Mehaničke osobine: Hoće li dio biti izložen visokom naprezanju, udaru ili trošenju? Cinkove legure nude izvrsnu tvrdoću i žilavost, dok aluminij pruža bolju ravnotežu za strukturne komponente.
• Operativno okruženje: Hoće li dio biti izložen vlazi, kemikalijama ili ekstremnim temperaturama? Prirodna otpornost aluminija na koroziju čini ga idealnim za mnoge vanjske ili teške uvjete. Magnezij možda zahtijeva zaštitne premaze.
• Zahtjevi za težinom: Je li smanjenje težine primarni cilj dizajna? Magnezij je nedvojbeni pobjednik za primjene poput zrakoplovne industrije i prijenosne elektronike, a za njim slijedi aluminij.
• Budžet: Cijena po dijelu je važan faktor. Legure cinka i aluminija općenito su ekonomičnije od magnezija. Složenost dijela i potrebne završne obrade također imaju značajan utjecaj na konačnu cijenu.

Kako bi se ovaj postupak olakšao, dizajner bi trebao postaviti niz pitanja prije konačnog odabira materijala. Sljedeća kontrolna lista može poslužiti kao praktična polazna točka za svaki projekt pod tlačnim lijevanjem.

• Koja je očekivana ukupna proizvodna količina za ovaj dio?
• Koje su maksimalne i minimalne radne temperature kojima će dio biti izložen?
• Koje strukturne opterećenje ili udarci mora podnijeti dio tijekom svog vijeka trajanja?
• Je li težina dijela kritičan konstrukcijski ograničenje?
• Koji stupanj otpornosti na koroziju je potreban?
• Koja su zahtjevi za kvalitetu površine i vanjski izgled konačnog proizvoda?
• Koja je ciljana cijena po komadu?

Često postavljana pitanja

1. Koji se materijal koristi za kalupe za pod pritiskom lijevanje?

Kalupi za pod pritiskom lijevanje uglavnom se izrađuju od visokokvalitetnih alatnih čelika, točnije čelika za toplinski rad. Najčešći i najuniverzalniji izbor je čelik H13, koji nudi izvrsnu kombinaciju žilavosti, otpornosti na habanje i otpornosti na toplinsku umornost. Za primjene s nižim temperaturama ili kraće serije proizvodnje, P20 čelik je također popularna opcija.

2. Koji je najprikladniji materijal za razlijevanje pod tlakom?

Najpogodniji materijal za odlivak potpuno ovisi o zahtjevima primjene. Legure aluminija, poput A380, najpopularnije su u cjelini zbog odličnog odnosa čvrstoće, lagane težine, otpornosti na koroziju i cijene. Međutim, legure cinka bolji su izbor za dijelove koji zahtijevaju fine detalje i visoku žilavost, dok je magnezij najbolji izbor kada je smanjenje težine najviši prioritet.

3. Koji od sljedećih materijala se najčešće koristi za izradu kalupa za pod pritiskom lijevanje?

Među uobičajenim materijalima, alatni čelici su standard za izradu kalupa za pod pritiskom lijevanje. Čelici poput H13 i P20 posebno su razvijeni da izdrže visoke tlakove i termičke šokove svojstvene procesu pod pritiskom lijevanja. Ovi materijali osiguravaju izdržljivost kalupa i dimenzijsku točnost tijekom tisuća ciklusa lijevanja.