REZUMAT

Proiectarea turnării în formă cu vid asistat se concentrează pe crearea componentelor utilizând un proces care elimină aerul și gazele din cavitatea formei prin aplicarea unui vid înainte de injectarea metalului topit. Această etapă esențială reduce semnificativ porozitatea gazoasă, rezultând piese mai dense, mai rezistente și cu o finisare superioară a suprafeței. O proiectare corespunzătoare, inclusiv considerente legate de grosimea pereților și etanșarea formei, este esențială pentru a profita de acest proces în producerea de componente complexe, de înaltă performanță și fără defecte.

Noțiuni fundamentale ale turnării în formă cu vid asistat

Turnarea sub presiune asistată cu vid, uneori numită turnare sub presiune fără gaz, este un proces avansat de fabricație care îmbunătățește turnarea clasică sub presiune ridicată. Principiul său de bază constă în eliminarea sistematică a aerului și a altor gaze capturate din cavitatea matriței și din cilindrul de injectare înainte ca metalul topit să fie forțat în interior. Prin crearea unui mediu aproape de vid, procesul abordează una dintre cele mai persistente provocări din turnarea clasică: porozitatea cauzată de gaze. Acest lucru se realizează prin conectarea unui sistem puternic de vid la matriță, care evacuează cavitatea cu câteva momente înainte și în timpul injectării aliajului topit.

Problema fundamentală pe care această tehnologie o rezolvă este capturarea gazelor. Într-un proces obișnuit de turnare sub presiune, injectarea cu viteză mare a metalului topit poate închide bule de aer în interiorul matriței. Aceste gaze capturate creează goluri sau pori în metalul solidificat, compromițând integritatea sa structurală. Conform experților în producție de la Xometrie , această porozitate poate duce la proprietăți mecanice inconstante și zone slabe. Procesul cu vid previne acest lucru prin eliminarea aerului care ar deveni altfel închis, permițând metalului topit să umple fiecare detaliu al matriței fără rezistență sau turbulențe.

În comparație cu turnarea clasică în forme, metoda asistată cu vid produce piese de calitate demonstrabil superioară. Evacuarea aerului din formă nu doar previne formarea bulelor, dar ajută și la introducerea mai eficientă a metalului topit în secțiunile complexe și subțiri ale matriței. Rezultatul este obținerea unor componente mai dense, mai puternice și cu o finisare superficială mult mai curată. După cum menționează Asociația Nord-Americană de Turnare în Forme, deși un sistem cu vid este un aditiv puternic, acesta nu înlocuiește necesitatea unor practici corecte de proiectare a turnării în forme, în ceea ce privește canalele de alimentare, porțile și degajamentele. Combinarea unei bune proiectări cu asistența vidului este ceea ce deblochează cel mai înalt nivel de calitate.

Avantaje principale și îmbunătățiri ale calității

Avantajul principal al utilizării vidului în procesul de turnare sub presiune îl reprezintă îmbunătățirea semnificativă a calității și integrității pieselor. Prin minimizarea retenției de gaze, procesul produce componente cu porozitate semnificativ redusă. Acest lucru conduce la turnături nu doar mai dense, ci care prezintă și proprietăți mecanice mai consistente și previzibile, cum ar fi o rezistență la tracțiune și o alungire mai mari. Această fiabilitate este esențială pentru componentele utilizate în aplicații solicitante, inclusiv în industria auto și aerospațială.

Un alt beneficiu major îl reprezintă finisarea superioară a suprafeței. Defectele precum umflarea sau găurile de ac, adesea cauzate de gazele capturate care se expandează în apropierea suprafeței, sunt practic eliminate. Acest lucru duce la suprafețe mai curate direct din formă, reducând necesitatea unor operațiuni secundare costisitoare și care consumă timp. După cum este detaliat de Kenwalt Die Casting , această reducere a defectelor conduce la un număr mai mic de piese respinse, economisind timp, forță de muncă și costuri de materiale. În plus, umplerea uniformă a matriței sub vid poate prelungi durata de viață a sculelor, reducând presiunile interne ridicate și uzura asociate cu aerul închis.

Îmbunătățirile de calitate deschid și noi posibilități de fabricație. Piesele realizate prin turnare sub vid sunt potrivite pentru tratamente ulterioare de prelucrare, care adesea sunt problematice pentru piesele turnate convențional. Deoarece există foarte puțin sau deloc gaz închis care să se extindă și să cauzeze defecte, aceste componente pot fi tratate termic, sudate sau placate în mod fiabil. Această capacitate este esențială pentru piesele structurale care necesită o rezistență sporită sau anumite caracteristici de suprafață.

Procesul asistat de vid: o analiză pas cu pas

Deși se bazează pe fluxul obișnuit de lucru al turnării în forme, procesul asistat de vid include o fază suplimentară esențială. Înțelegerea acestei secvențe este esențială pentru a aprecia impactul său asupra proiectării și calității finale a piesei. Procesul urmează în general acești pași distincți:

1. Pregătirea și închiderea matriței Cele două jumătăți ale matriței din oțel sunt mai întâi curățate, lubrifiate cu un agent de demulare și închise sigur. Un aspect esențial al proiectării constă în asigurarea unor etanșări eficiente ale matriței pentru a menține vidul odată ce acesta este aplicat. Orice scurgeri vor compromite procesul.
2. Aplicarea vidului: Cu matrița închisă, se activează o pompă de vid de mare capacitate. Se deschid supapele conectate la cavitatea matriței și la sistemul de canale de turnare, iar pompa evacuează aerul și orice gaze provenite de la lubrifianti, creând un mediu cu presiune scăzută în interiorul formei. Această etapă trebuie temporizată cu precizie.
3. Injectarea metalului topit: Aliajul metalic dorit, topit într-un cuptor, este transferat în camera mașinii de injectat. Un piston cu presiune ridicată injectează apoi metalul topit în cavitatea matriței evacuate. Vidul ajută la tragerea metalului în mod uniform în formă, asigurându-se că umple fiecare detaliu fără a crea turbulențe.
4. Solidificare și răcire: Odată ce cavitatea este umplută, metalul topit începe să se răcească și să se solidifice, preluând forma matriței. Matrița este adesea echipată cu canale interne de răcire pentru a controla viteza de solidificare, ceea ce este esențial pentru obținerea proprietăților metalurgice dorite.
5. Deschiderea matriței și evacuarea piesei: După solidificarea turnului, vidul este eliberat, iar cele două jumătăți ale matriței sunt deschise. În continuare, niște pinteni de evacuare împing turnul finit din exteriorul matriței. Piesa este acum pregătită pentru orice operațiuni secundare necesare, cum ar fi tăierea, prelucrarea mecanică sau finisarea suprafeței.

Întregul ciclu este extrem de rapid, fiind adesea finalizat în câteva secunde până la câteva minute, ceea ce îl face foarte potrivit pentru producția de serie mare. Integrarea sistemului de vid adaugă complexitate, dar este esențială pentru atingerea calității superioare pentru care acest proces este cunoscut.

Principii cheie de proiectare pentru turnarea sub vid în matriță

Proiectarea eficientă a turnării sub presiune asistată de vid merge dincolo de simpla creare a unei forme; implică optimizarea geometriei piesei pentru a valorifica pe deplin beneficiile mediului sub vid. Deși multe principii se suprapun peste cele ale turnării clasice, unele sunt deosebit de critice. Pentru a avea succes, este esențială o atenție deosebită acordată unor caracteristici precum grosimea pereților și unghiurile de extracție.

Unul dintre cele mai semnificative avantaje ale proiectării constă în posibilitatea de a produce piese cu pereți mai subțiri. Deoarece vidul reduce presiunea inversă cauzată de aerul închis, metalul topit poate curge și umple secțiuni mult mai subțiri decât în cazul turnării clasice. O grosime minimă a peretelui de 1 mm până la 1,5 mm este adesea realizabilă, deși acest lucru depinde de dimensiunea piesei și de material. Este crucial să se mențină, acolo unde este posibil, o grosime uniformă a peretelui pentru a asigura o răcire constantă și pentru a preveni defectele precum deformările sau urmele de scufundare. Atunci când sunt necesare variații ale grosimii, trecerile trebuie să fie treptate.

Alte considerente importante de proiectare sunt esențiale atât pentru calitatea piesei, cât și pentru posibilitatea de fabricație:

• Unghi de extracție: Un unghi de extracție, de obicei cel puțin 1-2 grade, trebuie inclus pe toate pereții paraleli cu direcția de tragere a matriței. Această înclinare ușoară este esențială pentru a permite ejectarea piesei finite din formă fără deteriorări sau deformări.
• Ribs și boss-uri: Pentru a crește rezistența zonelor mari și plane fără a mări grosimea generală a pereților, proiectanții ar trebui să includă nervuri. Grosimea unei nervuri ar trebui în general să fie mai mică de 60% din grosimea principală a peretelui, pentru a evita urmele de scufundare. În mod similar, elementele tip boss (utilizate pentru montare sau aliniere) ar trebui să respecte reguli similare de grosime.
• Teșituri și raze: Colțurile interne ascuțite reprezintă surse de concentrare a tensiunilor și pot împiedica curgerea metalului. Trebuie adăugate racordări generoase și raze la toate colțurile pentru a îmbunătăți integritatea structurală a piesei și pentru a facilita o curgere mai lină și uniformă a metalului topit.
• Etanșarea matriței: Din punct de vedere al proiectării matriței, asigurarea etanșării perfecte a acesteia este obligatorie. Aceasta implică o prelucrare precisă a celor două jumătăți ale matriței și adesea includerea unor inele O sau alte mecanisme de etanșare pentru a preveni pierderea vidului în timpul ciclului.

Prin respectarea acestor principii, proiectanții pot crea componente robuste, ușoare și complexe care beneficiază pe deplin de procesul asistat de vid, rezultând randamente mai mari și o performanță superioară.

Întrebări frecvente

1. Care este diferența principală între turnarea în vid și turnarea clasică în forme?

Diferența principală constă în utilizarea vidului pentru a elimina aerul și gazele din cavitatea matriței înainte ca metalul topit să fie injectat. Turnarea clasică în forme introduce metalul într-o matriță plină de aer, care poate fi capturat și provoca porozitate. Turnarea în vid elimină acest aer, rezultând piese mai dense, mai puternice, cu mai puține defecte și o finisare superficială mai bună.

2. Ce metale sunt potrivite pentru turnarea în forme asistată de vid?

Procesul este utilizat cel mai des cu aliaje neferoase care au puncte de topire moderate. Aceasta include o gamă largă de aliaje de aluminiu (cum ar fi A380), aliaje de magneziu (pentru componente structurale ușoare) și aliaje de zinc. Metalele feroase, cum ar fi oțelul și fierul, nu sunt în general potrivite din cauza temperaturilor lor ridicate de topire, care ar putea deteriora utilajele de turnare sub presiune.

3. Poate turnarea sub presiune în vid elimina toată porozitatea?

Deși turnarea sub presiune în vid reduce semnificativ porozitatea datorată gazelor la niveluri aproape zero, nu poate elimina toate formele de porozitate. Porozitatea de contracție, de exemplu, poate apărea totuși din cauza reducției volumului metalului pe măsură ce se răcește și se solidifică. Cu toate acestea, un design corespunzător al piesei și al formei, inclusiv sisteme optime de injectare și canale de alimentare, poate contribui, de asemenea, la minimizarea acestui tip de porozitate.