TL;DR

A megfelelő anyagok kiválasztása nyomásos öntéshez két különböző kategóriát foglal magá. Az űrítések, vagyis az öntőformák, nagy szilárdságú, hőálló szerszámacélból készülnek, mint például az H13 és P20, hogy ellenálljanak a szélsőséges hőmérsékleteknek és nyomásnak. Magukat az alkatrészeket pedig olvadt, nem vasalapú ötvözetek – elsősorban alumínium, cink és magnézium – beöntésével állítják elő ezekbe az űrítésekbe. Ennek a különbségnek a megértése elengedhetetlen a sikeres gyártáshoz.

Öntőforma-anyagok vs. Öntési anyagok: Egy kritikus különbség

Az öntés egyik gyakori félreértési forrása a forma elkészítéséhez használt anyag és a végső alkatrész létrehozásához használt anyag közötti különbség. Ennek tisztázása az első lépés az informált mérnöki döntések meghozatala felé. A kettő teljesen más funkciót tölt be, és alapvetően eltérő tulajdonságokkal rendelkezik. A forma egy tartós, újrahasznosítható szerszám, míg az öntőanyag a nyers anyag, amely a kész termékké válik.

A forma anyagának kivételesen erősnek kell lennie. Fő feladata, hogy hatalmas nyomás alatt tartalmazza a forró fém olvadékot, és ezre számra bírja a hőciklusokat deformálódás, repedés vagy elhasználódás nélkül. Ezért a gyártók speciális melegmunka szerszámacélokra támaszkodnak. Ezek az acélok nagy keménységre, kiváló hőfáradási ellenállásra és szívósságra vannak tervezve magas hőmérsékleten. Ahogyan a HLC Metal Parts útmutatói részletesen ismertetik, az egész öntőforma működésének élettartama és pontossága a formaacél minőségétől függ.

Ezzel szemben az öntőanyagot a végső alkatrész kívánt tulajdonságai alapján választják ki. Ezek az anyagok általában olyan nem vasalapú ötvözetek, amelyek kiemelkedő folyékonyságról olvadás közben, alacsony olvadáspontúak, könnyűek és korrózióállóak. A cél olyan ötvözet kiválasztása, amely könnyen kitölti a bonyolult formájú mintaüregeket, így pontos méretű, megfelelő mechanikai szilárdságú és felületminőségű alkatrészt eredményez. Az öntőanyaggal szemben támasztott teljesítménykövetelmények kizárólag a végső termék alkalmazásától függenek, nem a gyártóeszköz tartósságától.

A kettő összekeverése súlyos hibákhoz vezethet a tervezésben és gyártásban. Például egy gyakori öntőötvözet megadása formaanyagnak azonnali meghibásodáshoz vezetne, mivel az öntőanyag érintkezésére megolvadna. Az alábbi táblázat ezt az alapvető különbséget szemlélteti gyakori példákkal.

Részletesen: Nagyteljesítményű acélok öntőformákhoz

Az öntőformák gyártásához használt anyagok a gyártási folyamat ismeretlen hősei. Ezeknek az anyagoknak megbízhatóan kell teljesíteniük az egyik legigényesebb ipari körülmények között. Az e feladatra leginkább alkalmazott anyagok csoportja a melegálló szerszámacél, amely olyan ötvözetekből áll, melyek kifejezetten arra lettek kifejlesztve, hogy magas hőmérsékleten is megőrizzék szilárdságukat, keménységüket és méretstabilitásukat. Ezek az acélok elengedhetetlenek a forma hosszú élettartamának biztosításához, valamint ahhoz, hogy tízezres nagyságrendű cikluson keresztül folyamatosan minőségi alkatrészek készülhessenek.

Az öntőformákhoz leggyakrabban használt anyag az H13 szerszámacél. Részletes elemzés szerint Neway Precision , az H13 kiváló egyensúlyt kínál a keménység, szívósság és a hőfáradás ellenállás között. Összetétele – amely krómot, molibdénemet és vanádiumot tartalmaz – lehetővé teszi, hogy ellenálljon a forró fémmel való ismételt kitöltésből eredő hőterhelésnek. Ezáltal elsődleges választássá válik alumínium- és cinkötvözetek öntésénél. Egy másik gyakori anyag a P20 acél, amelyet gyakran előkeményített állapotban szállítanak. Bár nem ilyen ellenálló magas hőmérséklettel szemben, mint az H13, a P20 könnyebben megmunkálható, és költséghatékony megoldás alacsonyabb hőmérsékletű alkalmazásokhoz vagy rövidebb gyártási sorozatokhoz használt formák esetén.

Egy adott szerszámacél kiválasztása nagyban függ a felhasználástól. Extrém igénybevételű feladatoknál, összetett geometriák vagy nagy sorozatgyártás esetén a gyártók még fejlettebb anyagokhoz, például maraging acélokhoz vagy nikkelalapú szuperszövetségekhez fordulhatnak, amelyek szuperiork erőt és hosszabb élettartamot kínálnak magasabb áron. Az autóiparban, ahol a pontosság és tartósság elsődleges fontosságú, az anyagválasztás kritikus jelentőségű. A szakosodott gyártók, mint Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. szakértelmüket mutatják a nagypontosságú autóipari sajtóformák készítésében, egy olyan folyamatban, amely ugyancsak erős szerszámacélokra támaszkodik, hogy biztosítsa az alkatrészek egységességét és a formák hosszú élettartamát az OEM-ek és Tier 1 beszállítók számára.

A teljesítmény további fokozása érdekében az űrítés felületeit gyakran speciális kezeléseknek vetik alá. A nitridálás például nagyon kemény felületi réteget hoz létre, amely ellenáll a cseppecskéző olvadt fém kopasztó és erodáló hatásának. A felületi keménység növelése, valamint a könnyebb alkatrész-kioldás érdekében kemény krómozást is alkalmazhatnak. Ezek a kezelések jelentősen meghosszabbíthatják az űrítés üzemidejét, így védelmet nyújtva a gyártásába fektetett jelentős beruházás számára. Az alábbiakban összehasonlítjuk a die-casting űrítésekhez gyakran használt szerszámacélokat.

Útmutató a die-cast alkatrészekhez gyakran használt ötvözetekhez

Míg az öntőforma adja az alakot, addig az ötvözet határozza meg a végső alkatrész anyagát és funkcióját. Az öntött alkatrészek nagy részét három fő nem vasalapú ötvözetből készítik: alumíniumból, cinkből és magnéziumból. Mindegyik különleges tulajdonságprofilnal rendelkezik, így különböző alkalmazásokhoz alkalmasak. Az ötvözet kiválasztása kritikus tervezési döntés, amely befolyásolja az alkatrész súlyát, szilárdságát, tartósságát és költségét.

Alumínium-ligaturából

Az alumínium az öntés során leggyakrabban használt anyag, kiváló szilárdság-súly arányáért, korrózióállóságáért és hővezető-képességéért kedvelt. Ahogyan egy útmutató is részletezi Xometria , az A380 típusú ötvözetek rendkívül sokoldalúak, és széles körben alkalmazzák őket termékekben, például autómotorblokkoktól az elektronikai házakon és elektromos szerszámokon át. Egy másik gyakori fokozat, az ADC12 kiváló önthetőségéről ismert, amely lehetővé teszi számára, hogy vékony falú, összetett formákat is kitöltson. Az alumíniumötvözetek költséghatékony megoldást nyújtanak könnyű, ugyanakkor erős alkatrészek előállításához.

Cink Ligaturák

A cinkötvözetek, különösen a Zamak család tagjai (például Zamak 3 és Zamak 5), a nyomásos öntés iparának egy másik alappillére. Fő előnyeik közé tartozik a rendkívül alacsony olvadáspont, amely csökkenti az energiaköltségeket és meghosszabbítja az öntőformák élettartamát, valamint kiváló öntési folyékonyság. Ez a folyékonyság lehetővé teszi extrém finom részletekkel és nagyon vékony falakkal rendelkező alkatrészek készítését, gyakran kiváló felületminőséggel, amely minimális másodlagos megmunkálást igényel. A cinkötvözetek sűrűbbek az alumíniumnál, de szilárdságuk és keménységük miatt ideálisak olyan alkalmazásokhoz, mint az autóajtók fogantyúi, díszítő szerelvények, fogaskerekek és elektronikai csatlakozók.

Magnézium Ligaturák

Amikor az abszolút minimális súly szükséges, a tervezők a magnéziumötvözetekhez fordulnak. Mivel a magnézium a legkönnyebb szerkezeti fém, a legjobb szilárdság-súly arányt kínálja. Olyan ötvözetek, mint az AZ91D, kiterjedten használatosak olyan alkalmazásokban, ahol a súlycsökkentés kritikus, például repülőgépipari alkatrészek, magas színvonalú gépkocsik alkatrészei és hordozható elektronikai eszközök, mint például laptopvázak és fényképezőgépek házai esetében. Bár drágább, mint az alumínium vagy a cink, a magnézium egyedi tulajdonságai indokolják használatát olyan prémium alkalmazásokban, ahol a teljesítmény és az alacsony súly elengedhetetlen.

Főbb kiválasztási szempontok: a megfelelő anyag kiválasztása az alkalmazáshoz

Az öntőforma és a végső alkatrész számára optimális anyag kiválasztása a mechanikai, hő- és gazdasági tényezők gondos elemzését igényli. Ez a döntési folyamat nem egyetlen „legjobb” anyag megtalálásáról szól, hanem arról, hogy melyik anyag a legmegfelelőbb egy adott alkalmazás számára. Az egyensúlyt nyújtó megközelítés biztosítja, hogy a végső termék teljesítménye elérje a kitűzött célokat, miközben gyártása költséghatékony marad.

Az formaanyag kiválasztásának tényezői

Az esztergányaacél kiválasztása elsősorban az öntési körülményektől és a gyártási igényektől függ. A szakértők által felvázolt főbb szempontok a Ace Mold tartalmazza:

• Öntőötvözet hőmérséklete: Minél magasabb az öntőötvözet olvadáspontja (pl. alumínium vs. cink), annál hőállóbbnak kell lennie az formaanyagnak. Ezért az H13 az alumíniumhoz szabványos, míg a P20 elegendő lehet a cinchez.
• Termelési térfogat: Nagy darabszámú, több százezer egységet elérő gyártás esetén a tartósabb és drágább szerszámacél beruházása célszerű, mivel hosszabb élettartammal rendelkezik, és csökkenti az állási időt. Prototípusok vagy kis darabszámú sorozatgyártás esetén gazdaságosabb lehet egy kevésbé tartós, de jobban megmunkálható acél alkalmazása.
• Részegységek bonyolultsága: A vékony falú, bonyolult geometriák magas feszültségterületeket hozhatnak létre az öntőformában. Az idő előtti repedés és meghibásodás elkerüléséhez erősebb, nagy fáradási ellenállású acél szükséges.

Az öntőanyag kiválasztásának tényezői

Amikor az alkatrész ötvözetét választjuk, a figyelem a felhasználási környezetre és a teljesítményigényekre helyeződik át. A legfontosabb figyelembe veendő tényezők a következők:

• Mechanikai tulajdonságok: Alkalmazás során magas mechanikai igénybevételnek, ütésnek vagy kopásnak lesz-e kitéve az alkatrész? A cinkötvözetek kiváló keménységet és ütőszilárdságot nyújtanak, míg az alumínium jobb egyensúlyt biztosít szerkezeti elemekhez.
• A működési környezet: Kitehető-e a alkatrész nedvességnek, vegyszereknek vagy extrém hőmérsékleteknek? Az alumínium természetes korrózióállósága ideálissá teszi számos kültéri vagy nehéz körülmények közötti alkalmazás esetén. A magnézium védőbevonatokat igényelhet.
• Súlykövetelmények: A súlycsökkentés elsődleges tervezési cél? A magnézium egyértelműen győz az űrrepülési és hordozható elektronikai alkalmazásoknál, majd követi az alumínium.
• Költségvetés: Az alkatrész darabárának meghatározó szerepe van. A cink- és alumíniumötvözetek általában költséghatékonyabbak, mint a magnézium. Az alkatrész bonyolultsága és a szükséges befejező műveletek is jelentős szerepet játszanak a végső költségben.

E folyamat irányításához a tervezőnek sorra kell tennie néhány kérdést, mielőtt véglegesítené az anyagválasztást. Az alábbi ellenőrzőlista gyakorlati kiindulópontként szolgálhat minden nyomásos öntési projekthez.

• Mekkora a várható teljes gyártási mennyiség ehhez az alkatrészhez?
• Milyen maximális és minimális üzemelési hőmérsékleteken kell működnie az alkatrésznek?
• Milyen szerkezeti terheléseknek vagy hatásoknak kell ellenállnia az alkatrésznek a hasznos élettartama során?
• Az alkatrész súlya kritikus tervezési korlát?
• Milyen szintű korrózióállóság szükséges?
• Mik az elkészült termék felületi minőségére és esztétikai követelményeire vonatkozó előírások?
• Mennyi az alkatrész célköltsége?

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Milyen anyagból készülnek az öntőformák?

Az öntőformákat elsősorban nagy minőségű szerszámacélból, konkrétan melegmunka szerszámacélból készítik. A leggyakoribb és legrugalmasabb választás az H13 acél, amely kiváló kombinációt nyújt a szívósság, kopásállóság és hőfáradás-állóság tekintetében. Alacsonyabb hőmérsékletű alkalmazásokhoz vagy rövidebb gyártási sorozatokhoz a P20 acél is népszerű lehetőség.

2. Melyik a legmegfelelőbb anyag nyomásos öntéshez?

A nyomásos öntéshez használt alkatrész legmegfelelőbb anyaga teljesen az alkalmazás követelményeitől függ. Az alumíniumötvözetek, például az A380-as ötvözet, általánosságban a legnépszerűbbek, mivel kiváló egyensúlyt nyújtanak a szilárdság, a könnyűség, a korrózióállóság és az ár között. Ugyanakkor a cinkötvözetek alkalmasabbak az apró részleteket igénylő és nagy ütésállóságot igénylő alkatrészekhez, míg a magnézium a legjobb választás, ha a súlyminimalizálás az elsődleges szempont.

3. Az alábbi anyagok közül melyiket használják gyakran nyomóöntő formák készítéséhez?

A gyakori anyagok közül az esztergályos acélok szabványosak a nyomóöntő formák készítéséhez. Az olyan minőségek, mint az H13 és a P20, kifejezetten a nyomóöntés során jelentkező magas nyomásnak és hőterhelésnek ellenállásra vannak tervezve. Ezek az anyagok biztosítják a forma tartósságát és mérettartását több ezer öntési ciklus során.