ZKRATKA

Návrh tlakového liatia s podporou vákua sa zameriava na vytváranie komponentov pomocou procesu, ktorý odstraňuje vzduch a plyny z formy pod vákom pred vstrekovaním roztaveného kovu. Tento kľúčový krok výrazne zníži pórovitosť spôsobenú plynmi, čo vedie k výrobkom, ktoré sú hustejšie, pevnejšie a majú lepší povrchový dojem. Správny návrh, vrátane zohľadnenia hrúbky stien a tesnenia formy, je nevyhnutný pre využitie tohto procesu pri výrobe zložitých, vysokovýkonných a bezchybných komponentov.

Základy tlakového liatia s podporou vákua

Vstrekovanie pod tlakom s podporou vákua, niekedy nazývané bezplynové vstrekovanie, je pokročilý výrobný proces, ktorý zlepšuje tradičné vysokotlakové vstrekovanie. Jeho základný princíp spočíva v systematickom odstraňovaní vzduchu a iných zachytených plynov z formy a vstrekovacieho valca ešte predtým, ako je rozžatina vtláčaná dovnútra. Vytvorením prostredia blízkeho vákuu tento proces rieši jednu z najtrvalejších výziev pri bežnom vstrekovaní, a tou je pórovitosť spôsobená plynmi. Toto sa dosahuje pripojením výkonného vákuového systému k forme, ktorý vyčerpáva dutinu tesne pred a počas vstrekovania roztavenej zliatiny.

Základný problém, ktorý táto technológia rieši, je zachytávanie plynov. Pri štandardnom procese vstrekovania môže vysoká rýchlosť vstrekovania roztavenej kovovej hmoty zachytiť bubliny vzduchu vo vnútri formy. Tieto zachytené plyny vytvárajú dutiny alebo póry vo vytvrdenom kove, čím narušujú jeho štrukturálnu pevnosť. Podľa odborníkov na výrobu v Xometry , táto pórovitosť môže spôsobiť nekonzistentné mechanické vlastnosti a slabé miesta. Vákuový proces to eliminuje odstránením vzduchu, ktorý by sa inak zachytil, a umožňuje roztavenému kovu vyplniť každý detail formy bez odporu alebo turbulencie.

Vo porovnaní s konvenčným lisovaním pod tlakom metóda s podporou vákua produkuje jednoznačne kvalitnejšie diely. Odčerpanie formy nielen zabraňuje tvorbe bublín, ale tiež efektívnejšie vtiahne roztavený kov do jemných a tenkostenných častí formy. Výsledkom sú komponenty hustejšie, pevnejšie a s výrazne čistejším povrchom. Ako uvádza Severoamerická asociácia pre lisovanie pod tlakom, hoci je vákuový systém účinným doplnkom, nezastupuje potrebu správnych návrhových postupov pri konštrukcii prívodov, brán a prebytkov. Až kombinácia dobrého návrhu a vákuovej podpory odomyká najvyššiu úroveň kvality.

Kľúčové výhody a zlepšenia kvality

Hlavnou výhodou použitia vákua v procese tlakovej liatiny je výrazné zlepšenie kvality a integrity výrobkov. Minimalizáciou zachytávania plynov proces vytvára komponenty s výrazne zníženou pórovitosťou. To vedie k odliatkom, ktoré sú nielen hustejšie, ale tiež vykazujú konzistentnejšie a predvídateľnejšie mechanické vlastnosti, ako napríklad vyššia pevnosť v ťahu a tažnosť. Táto spoľahlivosť je kritická pre komponenty používané v náročných aplikáciách vrátane automobilového a leteckého priemyslu.

Ďalšou veľkou výhodou je vynikajúci povrchový úprav. Defekty ako pľuzgierky a bodové dierky, ktoré sú často spôsobené expanziou zachytených plynov v blízkosti povrchu, sú prakticky eliminované. To má za následok čistejšie povrchy priamo z formy, čo zníži potrebu nákladných a časovo náročných sekundárnych dokončovacích operácií. Ako je podrobne opísané v Kenwalt Die Casting , táto redukcia chýb viedie k menšiemu počtu odmietnutých súčiastok, čím sa ušetrí čas, pracovná sila a materiálové náklady. Okrem toho môže rovnomerné plnenie formy podtlakom predĺžiť životnosť nástrojov znížením vysokého vnútorného tlaku a opotrebenia spojeného s uzatvoreným vzduchom.

Zlepšenie kvality otvára aj nové možnosti výroby. Súčiastky vyrobené podtlakovým tlakovým liatím sú vhodné na ďalšie spracovanie, ktoré je často problematické pri bežne odlievanych súčiastkach. Keďže tam nie je alebo je len veľmi málo zachyteného plynu, ktorý by sa mohol rozšíriť a spôsobiť chyby, tieto komponenty je možné spoľahlivo tepelne spracovať, zvárať alebo pokovovať. Táto schopnosť je nevyhnutná pre konštrukčné súčiastky, ktoré vyžadujú zvýšenú pevnosť alebo špecifické povrchové vlastnosti.

Vákuovou asistovaný proces: Postupné vysvetlenie

Hoci je založený na tradičnom postupe tlakovej liatiny, vákuovou asistovaný proces zahŕňa kritickú dodatočnú fázu. Porozumenie tomuto sledu je kľúčové pre ocenenie jeho vplyvu na návrh a konečnú kvalitu súčiastok. Proces zvyčajne prebieha v nasledujúcich jednotlivých krokoch:

1. Príprava a uzavretie formy Dve polovice oceľovej formy sa najskôr vyčistia, namažú uvoľňovacím prostriedkom a pevne zatvoria. Kľúčovým aspektom návrhu je zabezpečiť, aby forma mala účinné tesnenia na udržanie vákua po jeho vytvorení. Akékoľvek netesnosti by kompromitovali proces.
2. Vytvorenie vákua: Po zatvorení formy sa spustí vysokovýkonnostná vákuová pumpa. Otvoria sa ventily pripojené ku formovaciemu priestoru a systému prielivov a pumpa odstráni vzduch a prípadné plyny z mazív, čím vytvorí nízky tlak vo vnútri formy. Tento krok musí byť presne odčasovaný.
3. Vstrekovanie roztaveného kovu: Požadovanliaca zliatina kovu, roztavená v peci, sa prevedie do vstrekovacej komory stroja. Vysokotlakový piest potom vstrekne roztavený kov do vypúšťanej formy. Vákuum pomáha kovu hladko vtiahnuť do formy, čím sa zabezpečí jej úplné zaplnenie bez tvorby turbulencie.
4. Tuhanie a chladenie: Keď sa dutina naplní, roztavený kov začne chladnúť a tuhnúť, pričom nadobudne tvar formy. Forma je často vybavená vnútornými chladiacimi kanálmi na reguláciu rýchlosti tuhnutia, čo je kľúčové pre dosiahnutie požadovaných metalurgických vlastností.
5. Otvorenie formy a vysunutie súčasti: Po zotvrdnutí odliatku sa vakuum uvoľní a polovice formy sa otvoria. Vyhadzovacie kolíky potom vytlačia hotový odliatok z formy. Súčasť je teraz pripravená na ďalšie potrebné sekundárne operácie, ako je orezávanie, obrábanie alebo úprava povrchu.

Celý tento cyklus je veľmi rýchly, často sa dokončí za niekoľko sekúnd až minút, čo ho činí veľmi vhodným pre výrobu vo veľkom objeme. Integrácia systému vakua pridáva zložitosť, no je nevyhnutná pre dosiahnutie vysokokvalitných výsledkov, za ktoré je tento proces známy.

Kľúčové princípy návrhu pre vakuumové tlakové liatie

Efektívny návrh podporovaný vysávaním pri tlakovej liatine ide ďaleko za samotné vytváranie tvaru; zahŕňa optimalizáciu geometrie súčiastky, aby bola plne využitá výhoda prostredia pod vysokým vákuum. Hoci mnohé princípy sú rovnaké ako pri bežnom liatí, niektoré sú obzvlášť dôležité. Na dosiahnutie úspechu je nevyhnutná mimoriadna pozornosť venovaná prvkom, ako sú hrúbka stien a vyklonovacie uhly.

Jednou z najvýznamnejších konštrukčných výhod je schopnosť vyrábať súčiastky s tenšími stenami. Keďže vákuum zníži protitlak zachyteného vzduchu, roztavený kov môže vtekať do tenších priestorov a vyplniť ich oveľa lepšie ako pri tradičnom tlakovom liatí. Najmenšia hrúbka steny sa často pohybuje medzi 1 mm až 1,5 mm, hoci to závisí od veľkosti súčiastky a materiálu. Je dôležité, aby bola hrúbka stien čo najrovnomernejšia, aby sa zabezpečilo rovnomerné chladenie a predišlo sa chybám, ako je skrútenie alebo závaly. Ak sú potrebné zmeny hrúbky stien, prechody medzi nimi by mali byť postupné.

Ďalšie kľúčové aspekty návrhu sú nevyhnutné pre kvalitu dielu aj výrobnosť:

• Vykosenie: Vykosenie, zvyčajne aspoň 1 až 2 stupne, musí byť zahrnuté na všetkých stenách rovnobežných so smerom vysúvania formy. Tento mierne zúžený tvar je nevyhnutný na to, aby sa hotové dielo dalo čisto vyhodiť z formy bez poškodenia alebo deformácie.
• Žebra a výstupky: Na zvýšenie pevnosti veľkých rovných plôch bez zvyšovania celkovej hrúbky steny by mali konštruktéri použiť žebra. Hrúbka žebra by mala byť zvyčajne menšia ako 60 % hlavnej hrúbky steny, aby sa predišlo vtlačeniam. Podobne aj výstupky (používané na upevnenie alebo zarovnanie) by mali dodržiavať podobné pravidlá hrúbky.
• Zaoblenia a polomery: Ostré vnútorné rohy sú zdrojom koncentrácie napätia a môžu znemožniť tok kovu. Všetky rohy by mali mať dostatočne zaoblené prechodové oblúky, čo zlepší štrukturálnu pevnosť dielu a umožní hladší a rovnomerný tok roztaveného kovu.
• Tesnenie formy: Z hľadiska návrhu nástrojov je nevyhnutné zabezpečiť, aby bol formovací nástroj dokonale tesnený. To vyžaduje presné obrábanie polovíc formy a často zahŕňa použitie tesniacich krúžkov alebo iných tesniacich mechanizmov, ktoré zabránia úniku vákua počas cyklu.

Dodržaním týchto princípov môžu konštruktéri vytvárať odolné, ľahké a komplexné súčiastky, ktoré plne využívajú proces asistovaný vákuom, čo vedie k vyššiemu výnosu a lepšiemu výkonu.

Často kladené otázky

1. Aký je hlavný rozdiel medzi odlievaním vo vákuu a tradičným tlakovým liatím?

Hlavný rozdiel spočíva v použití vákua na odstránenie vzduchu a plynov z dutiny formy pred vstreknutím roztaveného kovu. Tradičné tlakové liatie vstrekne kov do formy naplnenej vzduchom, ktorý sa môže zachytiť a spôsobiť pórovitosť. Odlievanie vo vákuu tento vzduch odstráni, čím vzniknú hustejšie, pevnejšie súčiastky s menším množstvom chýb a lepším povrchom.

2. Ktoré kovy sú vhodné pre tlakové liatie s podporou vákua?

Tento proces sa najčastejšie používa u neželezných zliatin so strednou teplotou tavenia. Patria sem rôzne zliatiny hliníka (napr. A380), zliatiny horčíka (pre ľahké konštrukčné komponenty) a zliatiny zinku. Železné kovy, ako je oceľ a železo, sú všeobecne nevhodné kvôli ich vysokým teplotám tavenia, ktoré by poškodili náradie pre tlakové liatie.

3. Odstráni vákuové tlakové liatie úplne všetku pórovitosť?

Hoci vákuové tlakové liatie výrazne zníži plynovú pórovitosť takmer na nulu, nemusí odstrániť všetky druhy pórovitosti. Napríklad zmršťovacia pórovitosť môže stále vzniknúť v dôsledku zmenšovania objemu kovu pri chladení a tuhnutí. Správny návrh dielu a formy vrátane optimalizovaných vstrekovacích kanálov a rozvodov však môže pomôcť aj tento typ pórovitosti minimalizovať.