TL;DR

Vakuumā palīdzēta kalšanas forma koncentrējas uz komponentu izgatavošanu, izmantojot procesu, kurā pirms kausētā metāla ielejšanas no kalšanas dobuma ar vakuumu tiek izņemts gaiss un gāze. Šis būtiskais solis ievērojami samazina gāzes porozitāti, rezultējot blīvākās, izturīgākās daļās ar labāku virsmas apdarē. Pareizs dizains, tostarp sieniņu biezuma un kalšanas hermētiskuma apsvērumi, ir būtisks, lai izmantotu šo procesu sarežģītu, augstas veiktspējas un defektu brīvu komponentu ražošanai.

Vakuumā palīdzētas kalšanas pamati

Vakuumā palīdzēta kalšana, dažreiz saukta par bezgāzu kalšanu, ir līdzstrādnieks ražošanas process, kas uzlabo tradicionālo augstspiediena kalšanu. Tā pamatprincips ir gaisa un citu ieslēgtu gāzu sistēmiska noņemšana no veidņu dobuma un ievada cilindra pirms kausētā metāla iepildīšanas. Radot gandrīz vakuumu, process risina vienu no lielākajām problēmām parastajā kalšanā — gāzu porozitāti. To panāk, pieslēdzot spēcīgu vakuum sistēmu veidnei, kas iztukšo dobumu dažas sekundes pirms un kausētā sakausējuma ievada laikā.

Pamata problēma, kuru šī tehnoloģija risina, ir gāzu ieslēgšanās. Standarta kalšanas procesā kausētā metāla augstas ātruma ievads var ieslēgt gaisa kabatas veidnē. Šīs ieslēgtās gāzes rada dobumus vai poras sacietējušajā metālā, kā rezultātā tiek kompromitēta tā strukturālā izturība. Saskaņā ar ražošanas ekspertiem pie Xometrija , šī porozitāte var izraisīt nestabilas mehāniskās īpašības un vājas vietas. Vakuumprocesa ietekmē tiek novērsts gaiss, kas pretējā gadījumā paliktu iekļūstot, ļaujot kausētajam metālam aizpildīt katru veidņa detaļu bez pretestības vai turbulences.

Salīdzinot ar parasto formēšanas liešanu, vakuumu izmantojošā metode ražo demonstratīvi augstākas kvalitātes detaļas. Veidnes izvakuēšana ne tikai novērš burbuļu veidošanos, bet arī efektīvāk ievilina kausēto metālu sarežģītās un plānsienīgās veidnes daļās. Rezultātā tiek iegūti blīvāki, stiprāki komponenti ar daudz tīrāku virsmas apdarējumu. Kā norāda Ziemeļamerikas dieļiešanas asociācija, lai gan vakuum sistēma ir spēcīgs papildinājums, tā nenovērš nepieciešamību pēc pareizām dieļiešanas konstruēšanas praksēm, projektējot kanālus, ielejas un pārpildes. Tiek sasniegts augstākais kvalitātes līmenis tikai tad, ja tiek kombinēta laba konstrukcija un vakuumpalīdzība.

Galvenās priekšrocības un kvalitātes uzlabojumi

Galvenā vakuumforma ielejšanas procesa priekšrocība ir lielisks izstrādājumu kvalitātes un integritātes uzlabojums. Samazinot gāzu ieslēgšanos, process rada komponentus ar ievērojami zemāku porozitāti. Tas nozīmē blīvākus lieveņus, kuriem piemīt vienmērīgākas un prognozējamākas mehāniskās īpašības, piemēram, augstāka stiepes izturība un pagarinājums. Šāda uzticamība ir būtiska komponentiem, kurus izmanto prasīgās aplikācijās, tostarp automašīnu un aviācijas rūpniecībā.

Vēl viena liela priekšrocība ir labāka virsmas apdare. Defekti, piemēram, pūslīši un caurumiņi, kurus bieži izraisa ieslodzītu gāzu izplešanās tuvu virsmai, gandrīz pilnībā tiek novērsti. Rezultātā tiek iegūtas tīrākas virsmas tieši no veidnes, samazinot nepieciešamību pēc dārgām un laikietilpīgām papildu pabeigšanas operācijām. Kā detalizēti aprakstīts Kenwalt Die Casting , šī defektu samazināšanās noved pie mazāka atkritu daudzuma, ietaupot laiku, darbaspēku un materiāla izmaksas. Turklāt vienmērīga formas aizpildīšana zem vakuuma var pagarināt instrumentu kalpošanas laiku, samazinot augstos iekšējos spiedienus un nodilumu, kas saistīti ar ieslēgtu gaisu.

Kvalitātes uzlabojumi atver arī jaunas ražošanas iespējas. Vakuumliešanas metodi izgatavotas detaļas ir piemērotas pēcapstrādes apstrādei, kas bieži ir problēma parastām liešanas detaļām. Tā kā gāze, kas izplešas un izraisa defektus, praktiski nav, šīs sastāvdaļas var uzticami apstrādāt ar termoapstrādi, metināšanu vai pārklājumu. Šī spēja ir būtiska strukturālām detaļām, kurām nepieciešama palielināta izturība vai konkrētas virsmas īpašības.

Vakuum-palīgprocesa: soļi pa soļiem

Lai gan šis process balstās uz tradicionālu kokvilku liešanas darbplūsmu, vakuum-palīgprocesā tiek iekļauts kritiski svarīgs papildu posms. Šīs secības izpratne ir būtiska, lai novērtētu tā ietekmi uz dizainu un gala produkta kvalitāti. Process parasti ietver šādus atsevišķus soļus:

1. Formas sagatavošana un aizvēršana: Tērauda formas abas puses vispirms notīra, smērē ar atdalīšanas līdzekli un cieši aizver. Svarīgs dizaina aspekts šeit ir nodrošināt, ka formai ir efektīvi blīvējumi, lai uzturētu vakuuma stāvokli pēc tā izveidošanas. Jebkādas noplūdes kompromitēs procesu.
2. Vakuumes pielietošana: Ar formu cieši aizvērtu, tiek ieslēgts augstas jaudas vakuumapgūsts. Atveras vārsti, kas savienoti ar formas dobumu un kanālu sistēmu, unapgūsts izsūca gaisu un jebkādas gāzes no smērvielām, radot zema spiediena vidi iekšā formā. Šim soļam jābūt precīzi saskaņotam.
3. Kausētā metāla ievadīšana: Nepieciešamo metāla sakausējumu, kuru kausē krāsnī, pārnes uz mašīnas ievada kameru. Pēc tam augsta spiediena spraucējs ievada kausēto metālu atvakuumētajā formas dobumā. Vakuumis palīdz metālam viegli iekļūt formā, nodrošinot, ka tas aizpilda katru detaļu bez turbulences veidošanas.
4. Kristalizācija un dzesēšana: Kad dobums ir aizpildīts, kausētais metāls sāk atdzist un sacietēt, iegūstot formas iekļaušanas formu. Formai bieži ir iebūvēti iekšējie atdzesēšanas kanāli, lai kontrolētu sacietēšanas ātrumu, kas ir būtiski vajadzīgo metalurģisko īpašību sasniegšanai.
5. Formas atvēršana un detaļas izmešana: Pēc tam, kad lietveida detaļa ir sacietējusi, tiek atbrīvots vakuums un formas puses tiek atvērtas. Izmestošie tapas izspiež gatavo lietni no veidnes. Detaļa tagad ir gatava jebkādām nepieciešamām sekundārām operācijām, piemēram, apgriešanai, apstrādei vai virsmas pabeigšanai.

Šis pilnīgais cikls ir ārkārtīgi ātrs, bieži vien pabeidzams dažu sekunžu līdz divu minūšu laikā, tādējādi to padarot ļoti piemērotu lielapjomu ražošanai. Vakuum sistēmas integrācija pievieno sarežģītību, taču ir būtiska, lai sasniegtu augsto kvalitāti, par kuru šis process ir pazīstams.

Galvenie dizaina principi vakuumliešanas procesam

Efektīva vakuuma palīdzību izmantojoša formas liešanas konstrukcija iet tālāk par vienkāršu formas izveidi; tajā ietilpst detaļas ģeometrijas optimizēšana, lai pilnībā izmantotu vakuuma vides priekšrocības. Lai gan daudzas principi sakrīt ar parasto liešanu, daži ir īpaši svarīgi. Lai panāktu panākumus, ir būtiski pievērst rūpīgu uzmanību tādām īpašībām kā sieniņu biezums un izņemšanas leņķi.

Viens no nozīmīgākajiem konstruktīvajiem priekšrocībām ir spēja izgatavot detaļas ar tievākām sieniņām. Tā kā vakuums samazina pretspiedienu no ieslēgtā gaisa, kausētais metāls var plūst un aizpildīt daudz tievākas sekcijas salīdzinājumā ar tradicionālo formas liešanu. Bieži sasniedzams minimālais sieniņu biezums ir 1 mm līdz 1,5 mm, kaut arī tas ir atkarīgs no detaļas izmēra un materiāla. Iespējams, ir svarīgi saglabāt vienmērīgu sieniņu biezumu, lai nodrošinātu vienmērīgu atdzišanu un novērstu defektus, piemēram, izkropļojumus vai iegrimumus. Ja nepieciešamas biezuma izmaiņas, pārejas jāveic pakāpeniski.

Citi svarīgi konstruēšanas apsvērumi ir būtiski gan detaļas kvalitātei, gan ražošanas iespējai:

• Izmešanas leņķis: Izmešanas leņķis, parasti vismaz 1 līdz 2 grādi, jāiekļauj visās sienās, kas atrodas paralēli formas izvilkšanas virzienam. Šis nelielais slīpums ir ļoti svarīgs, lai pabeigto detaļu varētu notīrīt no veidnes bez bojājumiem vai deformācijas.
• Ripas un uzgaļi: Lai palielinātu lielu, plakano zonu izturību, neieviešot biezākas sienas, projektētājiem vajadzētu iekļaut ripas. Ripas biezumam parasti jābūt mazākam par 60% no galvenās sienas biezuma, lai izvairītos no iegrimšanas pēdām. Līdzīgi arī uzgaļi (izmanto montāžai vai centrēšanai) jāveido, ievērojot līdzīgus biezuma noteikumus.
• Fasoni un rādiusi: Asi iekšējie stūri ir sprieguma koncentrācijas avots un var traucēt metāla plūsmu. Visiem stūriem jāpievieno pietiekami lieli zaķīši un rādiusi, lai uzlabotu detaļas strukturālo izturību un veicinātu kausēta metāla gludāku un vienmērīgāku plūsmu.
• Formas hermētizācija: No formas dizaina viedokļa, nodrošināt, ka veidne var tikt hermētiski noslēgta, ir nenovēršami. Tas ietver precīzu veidņu daļu apstrādi un bieži iekļauj O-aplis vai citus blīvēšanas mehānismus, lai novērstu vakuuma zudumu cikla laikā.

Ievērojot šos principus, dizaineri var izveidot izturīgas, vieglas un sarežģītas sastāvdaļas, kas pilnībā izmanto vakuuma palīgprocesu, rezultātā iegūstot augstāku iznākumu un labāku veiktspēju.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir galvenā atšķirība starp vakuuma liešanu un tradicionālo formu liešanu?

Galvenā atšķirība ir vakuuma izmantošana gaisa un gāzu izsūknēšanai no formas dobuma pirms karsēta metāla ielej. Tradicionālā formu liešana ielej metālu veidnē, kas piepildīta ar gaisu, kuru var ieslodzīt un radīt porozitāti. Vakuuma formu liešana noņem šo gaisu, rezultātā iegūstot blīvākas, stiprākas detaļas ar mazāk defektiem un labāku virsmas apdarējumu.

2. Kādi metāli ir piemēroti vakuuma palīgformu liešanai?

Šo procesu visbiežāk izmanto ar ne dzelzs sakausējumiem, kuriem ir vidēja kušanas temperatūra. Tas ietver plašu alumīnija sakausējumu (piemēram, A380), magnija sakausējumu (vieglās konstrukcijas sastāvdaļām) un cinka sakausējumu klāstu. Dzeltenie metāli, piemēram, tērauds un dzelzs, parasti nav piemēroti, jo to augstās kušanas temperatūras var sabojāt liešanas formas.

3. Vai vakuuma liešana spiedformās var novērst visu porozitāti?

Lai gan vakuuma liešana spiedformās ievērojami samazina gāzveida porozitāti līdz gandrīz nullei, tā var nespēt novērst visas porozitātes formas. Piemēram, saraušanās porozitāte joprojām var rasties metāla tilpuma samazināšanās dēļ, atdziestot un sacietējot. Tomēr pareiza izstrādājuma un veidņu konstrukcija, tostarp optimizētas ieplūdes un pārejas sistēmas, var palīdzēt arī šo porozitātes veidu minimizēt.