STRESZCZENIE

Forma do odlewania pod ciśnieniem to narzędzie wysokiej precyzji, wielokrotnego użytku, wykonane zazwyczaj z dwóch twardych stalowych połówek, które stanowi rdzeń procesu odlewania pod ciśnieniem. Stopiony metal jest wtłaczany pod dużym ciśnieniem do wnęki formy, umożliwiając seryjną produkcję skomplikowanych elementów metalowych. Ta metoda jest znana z wytwarzania komponentów o wyjątkowej dokładności wymiarowej i gładkiej powierzchni.

Czym jest forma do odlewania pod ciśnieniem? Wyjaśnienie rdzeniowego mechanizmu

Forma do odlewania pod ciśnieniem, znana również jako matryca lub narzędzie, to zaawansowane narzędzie produkcyjne używane do nadawania stopionemu metalowi określonego, pożądanego kształtu. W swoim podstawowym wariancie forma składa się z dwóch głównych połówek: nieruchomej „pokrywy formy” oraz ruchomej „półówki wybijakowej”. Gdy obie połówki są zamocowane razem pod wysokim ciśnieniem, tworzą wewnętrzną wnękę, która jest dokładnym negatywem wytwarzanego elementu. Proces ten jest koncepcyjnie podobny do formowania wtryskowego stosowanego w przypadku tworzyw sztucznych, lecz został zaprojektowany tak, aby wytrzymać ekstremalne temperatury i ciśnienia stopy metalu.

Podstawowym procesem jest wtrysk stopu nieżelaznego stopu metalu w stanie ciekłym do tej zamkniętej wnęki z dużą prędkością i pod wysokim ciśnieniem. Ciśnienie to jest utrzymywane w trakcie krzepnięcia metalu, zapewniając wypełnienie każdej najmniejszej części wnęki formy. Ta technika ma kluczowe znaczenie przy produkcji elementów o skomplikowanych kształtach i cienkich ściankach, których trudno byłoby dokonać innymi metodami odlewania. Gdy metal ostygnie i stwardnieje, część wywijana formy cofa się, a mechanizm wybijakowy wypycha gotowy odlew.

Wybór metalu jest kluczowy; choć proces ten najczęściej stosuje się do stopów nieżelaznych, nie ogranicza się do nich wyłącznie. Najczęściej używanymi materiałami w odlewnictwie matrycowym są:

• Stopy aluminium
• Legity cynku
• Legity magnezu
• Stopy miedzi (np. mosiądz)

Materiały te charakteryzują się różnorodnymi właściwościami, od lekkiej wytrzymałości (aluminium i magnez) po wysoką odporność na korozję oraz łatwość odlewania (cynk). Zgodnie z Fictiv , ten proces jest idealny dla produkcji seryjnej o dużej liczbie sztuk, gdzie kluczowe znaczenie ma spójność i precyzja.

Anatomia formy do odlewania pod ciśnieniem: kluczowe komponenty i ich funkcje

Forma do odlewania pod ciśnieniem to coś więcej niż tylko pusta bryła ze stali; jest to złożony zespół dokładnie zaprojektowanych komponentów działających zgodnie. Każdy element odgrywa kluczową rolę w cyklu odlewania, począwszy od kierowania stopem metalu, przez chłodzenie elementu, aż po jego czyste wyrzucenie. Zrozumienie tych komponentów jest niezbędne, aby docenić inżynierię stojącą za tym procesem. Głównymi komponentami są podstawa formy, która trzyma wszystkie inne części, oraz wnęka, która tworzy zewnętrzny kształt detalu.

Tor przepływu stopu metalu jest kontrolowany przez sieć kanałów. Rozpoczyna się on w wlew główny , skąd metal wpada do formy z maszyny odlewniczej. Stamtąd przepływa przez kółka , które są kanałami wyfrezowanymi w połowach formy, służącymi do rozprowadzania metalu. Ostatecznie przechodzi przez wrota , wąskie otwarcie kierujące metal do wnęki formy. Projekt systemu kanałów i wlewów jest kluczowy dla kontrolowania szybkości przepływu i ciśnienia, aby zapobiec wadom.

Wewnątrz formy rdzeń tworzy cechy wewnętrzne elementu, podczas gdy włókna tworzy jego powierzchnie zewnętrzne. Aby wyjąć gotowy element, system wyrzucający , składający się z trzpieni i płyt, wypycha zakrzepły odlew z formy. Jednocześnie system chłodzenia , składający się z kanałów, przez które cyrkuluje woda lub olej, reguluje temperaturę matrycy. Ta kontrola jest kluczowa dla zarządzania czasem cyklu oraz zapobiegania uszkodzeniom termicznym narzędzi. Wentylatory są również wbudowane, aby umożliwić ucieczkę uwięzionego powietrza podczas wtrysku metalu.

Typowe rodzaje form do odlewania pod ciśnieniem oraz maszyny

Formy do odlewania pod ciśnieniem są często klasyfikowane według ich struktury lub typu maszyny, dla której są przeznaczone. Ze względu na budowę mogą to być formy jednownękowe, wytwarzające jedną część w cyklu, lub formy wielownękowe, produkujące jednocześnie kilka identycznych części w celu zwiększenia wydajności. Jednak bardziej istotna różnica wiąże się z używanym sprzętem: odlewanie pod ciśnieniem w komorze gorącej i zimnej.

Odlewanie pod ciśnieniem w gorącej komorze jest stosowany dla stopów o niskich temperaturach topnienia, takich jak cynk, cyna i ołów. W tym procesie mechanizm wtryskowy jest zanurzony w kąpieli ciekłego metalu w piecu. Umożliwia to bardzo krótkie czasy cyklu, ponieważ metal nie musi być transportowany z zewnętrznego pieca. Proces ten jest wysoce zautomatyzowany i efektywny przy produkcji dużych serii mniejszych elementów.

Odlewanie pod ciśnieniem z zimną komorą jest wymagany dla stopów o wysokich temperaturach topnienia, szczególnie dla aluminium i magnezu. W tej metodzie precyzyjna ilość ciekłego metalu jest odlewana z oddzielnego pieca do "zimnej komory" lub tulei wtryskowej, zanim zostanie wstrzyknięta do formy przez tłok. Jak szczegółowo opisano przez Wikipedia , rozdzielenie to jest konieczne, aby zapobiec uszkodzeniu komponentów wtryskowych wskutek długotrwałego kontaktu z metalami o wysokiej temperaturze. Chociaż czasy cyklu są dłuższe niż w procesie z gorącą komorą, pozwala to na odlewania silnych, lekkich elementów konstrukcyjnych stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

Proces odlewania ciśnieniowego i rozważania dotyczące projektowania formy

Proces odlewania jest wysoce wydajnym, automatycznym cyklem, który w ciągu kilku sekund przekształca stopiony metal w gotowy element. Rdzeń tej operacji leży w pleśni, którą można podzielić na kilka kluczowych etapów. Każdy etap musi być starannie kontrolowany, aby zapewnić, że końcowa część spełnia rygorystyczne normy jakości. Materiał używany do samej formy jest zazwyczaj wysokiej jakości, hartowanej stali narzędzia, takiej jak H13, która jest wybierana ze względu na jej zdolność do wytrzymania wstrząsu cieplnego i zużycia w ciągu setek tysięcy cykli.

Cykl produkcji następuje w precyzyjnej sekwencji:

1. Przygotowanie i zaciskanie: Wewnętrzne powierzchnie formy są rozpykane smarownikiem, który pomaga w chłodzeniu i wyrzucaniu części. Następnie dwie półki są mocno przymocowane do siebie przez maszynę odlewową.
2. Wstrzyknięcie: Stopiony metal jest wpychany do jamy formy pod wysokim ciśnieniem (od 1500 do ponad 25 000 psi). Metal szybko wypełnia jamę, często w ciągu milisekund.
3. Chłodzenie: Roztopiony metal stygnie i zastyga w formie chłodzonej wodą lub olejem. W tym etapie część przyjmuje swoją ostateczną kształt.
4. Wystrzał: Po zastygnięciu ruchoma połowa formy się otwiera, a wykręcaki wypychają odlew z wnęki.
5. Obróbki: Ostatni etap obejmuje usunięcie wszelkich nadmiarów materiału, znanych jako naddatki, wraz z głownikiem i kanałami żebrowymi, z gotowej części. Czynność tę często wykonuje się w operacji wtórnej za pomocą matrycy obcinającej.

Pomyślne wytwarzanie części w dużej mierze zależy od wstępnego projektu formy. Inżynierowie muszą wziąć pod uwagę kilka czynników, aby zapewnić jakość części i maksymalizować żywotność formy. Poprawny projekt jest niezbędny do zapobiegania typowym wadom, takim jak porowatość czy pęknięcia. Kluczowe aspekty projektowe obejmują:

• Kąt wyciągu: Powierzchnie równoległe do kierunku otwierania formy są nachylone pod niewielkim kątem (pochylenie wyformowania), aby umożliwić wypchnięcie części bez tarcia lub uszkodzeń.
• Zaokrąglenia i promienie: Ostre narożniki wewnętrzne są zaokrąglane w celu poprawy przepływu metalu oraz zmniejszenia koncentracji naprężeń w gotowej części.
• Grubość ścianki: Ściany powinny być tak jednolite, jak to możliwe, aby zapewnić stałe chłodzenie i zapobiec zniekształceniu lub śladom zatonięcia.
• Linia rozdzielająca: Linia, na której spotykają się dwie połowy formy, musi być starannie umieszczona, aby zmniejszyć jej widoczność na ostatniej części i ułatwić przycinanie.
• Wentylacja: Należy włączyć małe kanały, aby powietrze uwięzione w jamie mogło uciec podczas wstrzykiwania metalu, zapobiegając porowatości gazu.

Często zadawane pytania

1. Jaka jest różnica między odlewem na maty a innymi metodami odlewania?

Główną różnicą jest zastosowanie powtarzalnej formy stalowej (wzornictwo) i zastosowanie wysokiego ciśnienia. W przeciwieństwie do odlewania piaskowego, w którym do każdej części wykorzystuje się jednorazową formę piaskową, odlewanie maty wykorzystuje trwałą formę stalową do produkcji dużych ilości. W porównaniu z odlewem inwestycyjnym lub odlewem w postaci formy stałej odlewanie na maty wymusza wlewanie metalu do formy pod znacznie wyższym ciśnieniem, co umożliwia tworzenie części o cieńszych ścianach, drobniejszych szczegółach i lepszym wykończeniu

2. Wykorzystanie Z jakich materiałów wykonywana jest forma odlewania?

Formy do odlewania pod ciśnieniem wykonane są ze wysokiej jakości narzędziowych stali odpornych na ciepło. Najczęściej stosowanym materiałem jest stal narzędziowa H13, która charakteryzuje się doskonałą kombinacją twardości, udarności oraz odporności na zmęczenie termiczne. W przypadku form wymagających jeszcze większej trwałości mogą być stosowane stale wysokiej klasy, takie jak stal maragingowa. Materiał musi wytrzymać wielokrotne cykle termiczne związane z wypełnianiem roztopionym metalem oraz chłodzeniem.

3. Jak długo trwa forma do odlewania pod ciśnieniem?

Okres użytkowania formy do odlewania pod ciśnieniem, często nazywany „trwałością formy”, różni się znacznie w zależności od kilku czynników. Obejmują one typ odlewanej metali (aluminium jest bardziej ścierną i gorącą niż cynk), skomplikowanie kształtu elementu, czas cyklu oraz jakość konserwacji. Dbała o dobrze utrzymaną formę do odlewania cynku może służyć ponad milion cykli, podczas gdy forma do aluminium może działać od 100 000 do 150 000 cykli przed koniecznością przeprowadzenia większych napraw lub wymiany.