ZKRATKA

Výber vhodných materiálov pre litie pod tlakom zahŕňa dve odlišné kategórie. Formy, resp. kokily, sú vyrobené z vysokej pevnosti a tepelne odolnej nástrojovej ocele, ako napríklad H13 a P20, aby odolali extrémnym teplotám a tlakom. Súčiastky samotné vznikajú vstrekovaním roztavených neželezných zliatin – najmä hliníka, zinku a horčíka – do týchto foriem. Porozumenie tomuto rozdielu je kľúčové pre úspešnú výrobu.

Materiály foriem vs. materiály pre lievanie: Kritický rozdiel

Bežnou príčinou zmätenia pri tlakovom liatí je rozdiel medzi materiálom použitým na vytvorenie formy a materiálom použitým na vytvorenie konečného dielu. Objasnenie tohto rozdielu je prvým krokom k urobenej informovaných inžinierskych rozhodnutí. Oba materiály plnia úplne odlišné funkcie a majú zásadne odlišné vlastnosti. Forma je odolný, opakovane použiteľný nástroj, zatiaľ čo materiál pre odlievanie je surovina, ktorá sa stáva hotovým výrobkom.

Materiál formy musí byť mimoriadne odolný. Jeho hlavnou úlohou je udržať roztavený kov pod obrovským tlakom a vydržať tisíce tepelných cyklov bez deformácie, praskania alebo opotrebenia. Z tohto dôvodu výrobcovia používajú špecializované ocele pre horúcu prácu. Tieto ocele sú navrhnuté tak, aby mali vysokú tvrdosť, vynikajúcu odolnosť voči tepelnému únaveniu a húževnatosť pri zvýšených teplotách. Ako je podrobne opísané v sprievodcoch od HLC Metal Parts , životnosť a presnosť celého procesu tlakovej liatiny závisia od kvality ocele formy.

Na rozdiel od toho sa materiál pre liatie vyberá na základe požadovaných vlastností konečného dielu. Ide zvyčajne o neželezné zliatiny známe vlastnosťami, ako je vynikajúca tekutosť v roztavenom stave, nízka teplota tavenia, malá hmotnosť a odolnosť voči korózii. Cieľom je vybrať zliatinu, ktorá sa ľahko dostane do komplikovaných dutín formy a vytvorí presný diel s požadovanou mechanickou pevnosťou a povrchovou úpravou. Požiadavky na výkon liateho materiálu sú určené aplikáciou konečného produktu, nie trvanlivosťou výrobného nástroja.

Zamieňanie týchto dvoch pojmov môže viesť k významným chybám pri návrhu a výrobe. Napríklad špecifikovanie bežnej liatej zliatiny pre formu by okamžite zlyhala, pretože by sa roztavila pri kontakte s liatym materiálom. Nasledujúca tabuľka ilustruje tento zásadný rozdiel na bežných príkladoch.

Hlbší pohľad: Vysokovýkonné ocele pre liatie formy do pecí

Materiály používané na výrobu foriem pre tlakové liatie sú nepreznanými hrdinami výrobného procesu. Musia spoľahlivo fungovať za najnáročnejších priemyselných podmienok. Hlavnou kategóriou materiálov pre tento účel je horúcovzdorná nástrojová oceľ, skupina zliatin špeciálne navrhnutých tak, aby si zachovali pevnosť, tvrdosť a rozmernú stabilitu pri veľmi vysokých teplotách. Tieto ocele sú nevyhnutné pre zabezpečenie dlhej životnosti foriem a výroby konzistentných, kvalitných súčiastok po desiatky tisíc cyklov.

Najpoužívanejším materiálom pre formy na tlakové liatie je oceľ H13. Podľa podrobného rozdelenia podľa Neway Precision , H13 ponúka výnimočnú rovnováhu medzi tvrdosťou, húževnatosťou a odolnosťou voči tepelnému únaveniu. Jeho zloženie, ktoré obsahuje chróm, molybdén a vanád, mu umožňuje odolávať tepelnému šoku spôsobenému opakovaným plnením roztaveným kovom. To ho robí preferovanou voľbou pre liatie zliatin hliníka a zinku. Ďalším bežným materiálom je oceľ P20, ktorá je často dodávaná predpneumená. Napriek tomu, že nie je tak odolná voči vysokým teplotám ako H13, oceľ P20 je jednoduchšia na opracovanie a predstavuje nákladovo efektívnu voľbu pre formy používané pri aplikáciách s nižšími teplotami alebo pre kratšie produkčné série.

Výber konkrétnej nástrojovej ocele závisí do veľkej miery od aplikácie. Pri mimoriadne náročných úlohách, ktoré zahŕňajú komplexné geometrie alebo vysoké objemy výroby, sa výrobcovia môžu obrátiť na ešte pokrokilejšie materiály, ako sú maragovacie ocele alebo niklové supertvrdé zliatiny, ktoré ponúkajú vyššiu pevnosť a životnosť za vyšších nákladov. V automobilovom priemysle, kde sú rozhodujúce presnosť a trvanlivosť, je výber materiálu kritický. Špecializovaní výrobcovia ako Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. preukazujú odbornosť pri výrobe vysoce presných lisy na tvárnenie pre automobilový priemysel, proces, ktorý sa opiera o podobne odolné nástrojové ocele, aby zabezpečili konzistenciu dielcov a dlhú životnosť nástrojov pre OEM a dodávateľov prvej úrovne.

Na ďalšie zlepšenie výkonu sa povrchy foriem často upravujú špeciálnymi spracovaniami. Nitridácia napríklad vytvára veľmi tvrdú povrchovú vrstvu, ktorá odoláva opotrebeniu a erózii spôsobenej tečúcim roztaveným kovom. Na zvýšenie povrchovej tvrdosti a uľahčenie vysunutia dielov sa môže použiť aj tvrdé chrómovanie. Tieto úpravy môžu výrazne predĺžiť prevádzkovú životnosť formy a tak chrániť významnú investíciu spojenú s jej výrobou. Nižšie je uvedené porovnanie bežných nástrojových ocelí používaných pri liatinách do foriem.

Sprievodca bežnými zliatinami pre liatiny do foriem

Zatiaľ čo forma určuje tvar, liatinová zliatina dodáva konečnej súčiastke jej podstatu a funkciu. Väčšina tlakových odliatkov je vyrobená z troch hlavných skupín neželezných zliatin: hliník, zinok a horčík. Každá z nich ponúka jedinečný profil vlastností, vďaka čomu sú vhodné pre rôzne aplikácie. Voľba zliatiny je kritické konštrukčné rozhodnutie, ktoré ovplyvňuje hmotnosť, pevnosť, trvanlivosť a náklady súčiastky.

Hliníkovými ligatami

Hliník je najbežnejším materiálom pri tlakovej liatine, cení sa za vynikajúci pomer pevnosti k hmotnosti, odolnosť voči korózii a tepelnú vodivosť. Ako je podrobne opísané v sprievodcovi od Xometry , zliatiny ako A380 sú mimoriadne všestranné a používajú sa v širokom spektre výrobkov, od motorových blokov automobilov cez elektronické skrine až po elektrické náradie. Iná bežná trieda, ADC12, je známa svojou vynikajúcou odlievateľnosťou, ktorá umožňuje vyplniť komplexné formy s tenkými stenami. Hliníkové zliatiny ponúkajú nákladovo efektívne riešenie pre výrobu ľahkých, ale pevných komponentov.

Cínové ligatúry

Zliatiny zinku, najmä tie z rodiny Zamak (napr. Zamak 3 a Zamak 5), sú ďalším stĺpom odliarstva tlakovým liatím. Medzi ich kľúčové výhody patrí veľmi nízka teplota tavenia, ktorá zníži energetické náklady a predlžuje životnosť foriem, ako aj vynikajúca tekutosť. Táto tekutosť umožňuje vyrábať diely s mimoriadne jemnými detailmi a veľmi tenkými stenami, často s vysokou kvalitou povrchu, ktorá vyžaduje minimálne dodatočné spracovanie. Zliatiny zinku sú hustejšie ako hliník, no ich pevnosť a tvrdosť ich robia ideálnymi pre aplikácie ako automobilové kliky dverí, dekoratívna kovová fixtúra, ozubené kolieska a elektronické konektory.

Hliníkové ligatúry

Keď je potrebná absolútna minimálna hmotnosť, konštruktéri sa obracajú na zliatiny horčíka. Keďže horčík je najľahším zo všetkých konštrukčných kovov, ponúka najlepší pomer pevnosti k hmotnosti. Zliatiny ako AZ91D sa intenzívne používajú v aplikáciách, kde je kritické zníženie hmotnosti, napríklad v leteckých komponentoch, náročných autotechnických dieloch a prenosných elektronických zariadeniach, ako sú rámy prenosných počítačov alebo skrinky fotoaparátov. Hoci je horčík drahší ako hliník alebo zinok, jeho jedinečné vlastnosti ospravedlňujú jeho použitie v náročných aplikáciách, kde výkon a nízka hmotnosť sú nevyhnutné.

Kľúčové kritériá výberu: Výber správneho materiálu pre vašu aplikáciu

Výber optimálneho materiálu pre odlievaciu formu aj konečný výrobok vyžaduje dôkladnú analýzu mechanických, tepelných a ekonomických faktorov. Tento rozhodovací proces nie je založený na nájdení jediného „najlepšieho“ materiálu, ale na výbere najvhodnejšieho materiálu pre konkrétnu aplikáciu. Vyvážený prístup zabezpečuje, že konečný výrobok bude spĺňať požadované výkonové parametre a zároveň bude ekonomicky výhodný pri výrobe.

Faktory pri výbere materiálu pre formu

Voľba nástrojovej ocele pre formu je primárne určená podmienkami odlievania a výrobnými požiadavkami. Kľúčové aspekty, ktoré uvádzajú odborníci z Ace Mold zahŕňajú:

• Teplota odlievanej zliatiny: Čím vyšší je bod topenia odlievanej zliatiny (napr. hliník oproti zinku), tým odolnejší voči teplu musí byť materiál formy. Preto sa H13 bežne používa pri hliníku, zatiaľ čo P20 postačuje pre zinok.
• Objem výroby: Pri výrobách s vysokým objemom v stovkách tisíc kusov je rozumnou investíciou odolnejšia a drahšia nástrojová oceľ, pretože bude mať dlhšiu životnosť a zníži prestoje. Pre prototypy alebo výrobu s nízkym objemom môže byť ekonomickejšia menej odolná, ale ľahšie obrobiteľná oceľ.
• Zložitosť dielu: Zložité geometrie s tenkými stenami môžu vytvárať oblasti s vysokým napätím v lisovej forme. Na zabránenie predčasnému praskaniu a poruchám je potrebná pevnejšia oceľ s vysokou odolnosťou voči únave materiálu.

Faktory pri výbere zliatiny pre odliatok

Pri výbere zliatiny pre samotnú súčiastku sa zameriavame na prevádzkové prostredie a požiadavky na výkon. Hlavné faktory, ktoré je potrebné zvážiť, sú:

• Mechanické vlastnosti: Bude súčiastka vystavená vysokému zaťaženiu, nárazom alebo opotrebovaniu? Zinkové zliatiny ponúkajú vynikajúcu tvrdosť a rázovú pevnosť, zatiaľ čo hliník poskytuje lepší kompromis pre konštrukčné prvky.
• Operačné prostredie: Bude diel vystavený vlhkosti, chemikáliám alebo extrémnym teplotám? Prirodzená odolnosť hliníka voči korózii ho robí ideálnym pre mnoho vonkajších alebo náročných prostredí. Horčík môže vyžadovať ochranné povrchy.
• Požiadavky na hmotnosť: Je minimalizácia hmotnosti hlavným cieľom konštrukcie? Horčík je jednoznačne najlepší pre aplikácie ako letecký priemysel a prenosné elektronické zariadenia, nasledovaný hliníkom.
• Rozpočet: Náklady na kus sú hlavným faktorom. Zinkové a hliníkové zliatiny sú zvyčajne hospodárnejšie ako horčík. Komplexnosť dielu a potrebné dokončovacie operácie tiež významne ovplyvňujú konečné náklady.

Na usmernenie tohto procesu by mal konštruktér položiť sériu otázok predtým, ako definitívne zvolí materiál. Nasledujúca kontrolná lista môže slúžiť ako praktický východiskový bod pre akýkoľvek projekt tlakového liatia.

• Aký sa očakáva celkový objem výroby tohto dielu?
• Aké sú maximálne a minimálne prevádzkové teploty, ktoré diel vydrží?
• Aké štrukturálne zaťaženia alebo nárazy musí súčiastka odolať počas svojej životnosti?
• Je hmotnosť súčiastky kritickým konštrukčným obmedzením?
• Aká úroveň odolnosti voči korózii je požadovaná?
• Aké sú požiadavky na povrchovú úpravu a estetický vzhľad konečného výrobku?
• Aká je cieľová cena za súčiastku?

Často kladené otázky

1. Aký materiál sa používa na formy pre tlakové liatie?

Formy pre tlakové liatie sa vyrábajú predovšetkým z vysokokvalitných nástrojových ocelí, konkrétne z ocelí pre horúcu prácu. Najčastejšou a najuniverzálnejšou voľbou je oceľ H13, ktorá ponúka vynikajúcu kombináciu húževnatosti, odolnosti voči opotrebeniu a odolnosti voči tepelnému únaveniu. Pre aplikácie pri nižších teplotách alebo kratšie výrobné série je tiež obľúbenou voľbou oceľ P20.

2. Aký je najvhodnejší materiál pre tlakové liatie?

Najvhodnejší materiál pre odliatok úplne závisí od požiadaviek aplikácie. Zliatiny hliníka, ako napríklad A380, sú celkovo najobľúbenejšie vďaka vynikajúcej rovnováhe pevnosti, nízkej hmotnosti, odolnosti voči korózii a nákladov. Avšak zliatiny zinku sú vhodnejšie pre diely vyžadujúce jemné detaily a vysokú rázovú pevnosť, kým horčík je najlepšou voľbou, keď je minimalizácia hmotnosti najvyšou prioritou.

3. Ktorý z nasledujúcich materiálov sa bežne používa pri príprave formy pre tlakové liatie?

Medzi bežnými materiálmi sú nástrojové ocele štandardom pre prípravu foriem na tlakové liatie. Oceliako H13 a P20 sú špeciálne navrhnuté tak, aby odolali vysokému tlaku a tepelnému šoku nevyhnutným pri procese tlakového liatia. Tieto materiály zabezpečujú trvanlivosť formy a jej rozmernú presnosť po mnohé tisíce lisovacích cyklov.