POVZETEK

Načrtovanje litja pod vakuumom se osredotoča na izdelavo komponent z uporabo postopka, pri katerem se pred vbrizganjem taline iz votline kalupa odstrani zrak in plini s pomočjo vakuuma. Ta ključni korak znatno zmanjša plinsko poroznost, kar pripelje do gostejših, trših delov z odlično površinsko kakovostjo. Pravilno načrtovanje, vključno z upoštevanjem debeline sten in tesnjenja kalupa, je bistveno za izkoriščanje tega postopka pri izdelavi zapletenih, visoko zmogljivih in brezhibnih komponent.

Osnove litja pod vakuumom

Litje pod vakuumom, včasih imenovano tudi brezplinsko litje, je napreden proizvodni postopek, ki izboljša tradicionalno visokotlačno litje. Njegovo osnovno načelo je sistematično odstranjevanje zraka in drugih ujetih plinov iz votline kalupa in cevi za vbrizg preden se raztaljen kovina vprisne notri. S ustvarjanjem okolja, ki je blizu vakuumu, ta postopek odpravi eno najtežjih težav pri konvencionalnem litju: poroznost zaradi plinov. To se doseže s povezavo močnega vakuumskega sistema na kalup, ki izsesa votlino neposredno pred in med vbrizgom raztaljene zlitine.

Osnovni problem, ki ga ta tehnologija rešuje, je ujemanje plinov. Pri standardnem postopku litja lahko visokohitrostni vbrizg raztaljene kovine ujame mehurčke zraka znotraj kalupa. Ti ujeti plini ustvarijo praznine ali pore znotraj strjene kovine, kar ogroža njeno strukturno celovitost. Po mnenju strokovnjakov za proizvodnjo pri Xometrija , ta poroznost lahko povzroči neenakomerno mehansko trdnost in šibke točke. Vakuumska metoda to prepreči tako, da odstrani zrak, ki bi se sicer ujel, kar omogoči, da se talina popolnoma zlije v vsako podrobnost kalupa brez upora ali turbulenc.

V primerjavi s konvencionalnim litjem pod tlakom vakuum-izboljšana metoda proizvede opazno kakovostnejše dele. Izčrpavanje kalupa ne preprečuje le nastanka mehurčkov, temveč tudi bolj učinkovito potegne talino v zapletene in tanke stene kalupa. Rezultat so gosto zložene, trdne komponente z bistveno boljšo površinsko obdelavo. Kot opaža North American Die Casting Association, vakuumski sistem čeprav močno izboljšuje postopek, ne nadomešča dobre prakse pri načrtovanju litja glede kanalov, vrat in prelivov. Le kombinacija dobrega načrtovanja in vakuumske pomoči omogoča najvišjo raven kakovosti.

Osnovne prednosti in izboljšave kakovosti

Glavna prednost uporabe vakuuma v procesu litja pod tlakom je znatno izboljšanje kakovosti in celovitosti delov. Z zmanjševanjem ujetja plinov proces omogoča izdelavo komponent z bistveno zmanjšano poroznostjo. To pomeni, da so odlivki ne le gostejši, temveč tudi kažejo bolj enakomerne in napovedljive mehanske lastnosti, kot so višja natezna trdnost in raztezek. Takšna zanesljivost je ključna za komponente, ki se uporabljajo v zahtevnih aplikacijah, vključno s prometom in letalsko industrijo.

Druga pomembna prednost je odlična površinska obdelava. Napake, kot so mehurčenje in pike, ki jih pogosto povzročajo razširjeni ujeti plini v bližini površine, so praktično odpravljene. To rezultira v čistejših površinah neposredno iz kalupa, kar zmanjšuje potrebo po dragih in časovno zahtevnih dodatnih operacijah dokončne obdelave. Kot je podrobno opisano s strani Kenwalt Die Casting , ta zmanjšana količina napak vodi v manj zavrnjenih delov, kar prihrani čas, delovno silo in stroške materiala. Poleg tega lahko enotno polnjenje kalupa pod vakuumom podaljša življenjsko dobo orodja tako, da zmanjša visoke notranje tlake in obrabo, povezane s prijetim zrakom.

Izboljšave kakovosti odpirajo tudi nove možnosti proizvodnje. Deli, izdelani s postopkom litja pod vakuumom, so primerne za dodatne obdelave, ki so pogosto težavne pri navadno odlitih delih. Ker skoraj ni ujetega plina, ki bi se lahko razširil in povzročil napake, je mogoče te komponente zanesljivo toplotno obdelovati, variti ali prevleči. Ta zmogljivost je bistvena za strukturne dele, ki zahtevajo povečano trdnost ali določene lastnosti površine.

Postopek z vakuumsko pomočjo: Postopno razčlenitev

Čeprav temelji na tradicionalnem postopku litja v predloge, vakuumski postopek vključuje bistven dodatni korak. Razumevanje tega zaporedja je ključnega pomena za oceno njegovega vpliva na konstrukcijo in kakovost končnega izdelka. Postopek navadno sledi naslednjim ločenim korakom:

1. Priprava in zapiranje kalupa Najprej se obe polovici jeklene opremlje očisti, namaže s sredstvom za ločevanje in tesno zapre. Pomemben vidik oblikovanja je zagotavljanje učinkovitih tesnil, da se ohrani vakuum, ko se ta uporabi. Kakršnekoli puščanje bo ogrozilo postopek.
2. Uporaba vakuuma: Ko je oprema zaprta, se vklopi vakuumsko črpalko visoke zmogljivosti. Odprejo se ventili, povezani s prostorom opreme in sistemu kanalov, in črpalka izpumpa zrak ter morebitne pline iz maziva, s čimer ustvari nizkotlačno okolje znotraj kalupa. Ta korak mora biti natančno usklajen.
3. Vbrizg taljenega kovinega zlitka: Zelena kovinska zlitina, stopljena v peči, se prenese v komoro stroja. Nato visokotlačni bat vbrizga taljeno kovino v evakuirano votlino opreme. Vakuum pomaga pri gladkem vlečenju kovine v kalup, kar zagotovi, da se vsak podrobnost napolni brez ustvarjanja turbulenc.
4. Strjevanje in hlajenje: Ko se votlina napolni, se taljeni kovinski material začne ohlajati in strjevati ter oblikuje obliko orodja. Orodje je pogosto opremljeno z notranjimi hlapi, ki omogočajo nadzor hitrosti strjevanja, kar je ključno za doseganje želenih metalurških lastnosti.
5. Odpiranje orodja in izmet delov: Ko se odlitek strdi, se vakuum odstrani in obe polovici orodja odpreta. Izvržne igle nato izročijo končan odlitek iz kalupa. Del je sedaj pripravljen za morebitne dodatne operacije, kot so obrezovanje, obdelava ali dokončna površinska obdelava.

Celoten cikel poteka zelo hitro, pogosto v nekaj sekundah do nekaj minut, kar ga naredi zelo primernega za proizvodnjo v visokih količinah. Integracija vakuumskega sistema poveča zapletenost, vendar je bistvena za doseganje visoke kakovosti, po kateri je ta postopek znan.

Ključna načela oblikovanja za vakuumsko litje v kalupe

Učinkovit dizajn litja pod vakuumom gre še naprej kot le ustvarjanje oblike; vključuje optimizacijo geometrije dela, da se v celoti izkoristijo prednosti vakuumskega okolja. Čeprav se mnogi principi prekrivajo s konvencionalnim litjem, so nekateri še posebej pomembni. Za uspeh je ključna skrbna pozornost na lastnosti, kot so debelina stene in izvlečni koti.

Ena najpomembnejših prednosti pri zasnovi je možnost izdelave delov z tanjšimi stenami. Ker vakuum zmanjša nasprotni tlak ujetega zraka, lahko talina vpljuje in napolni bistveno tanjše prereze kot pri tradicionalnem litju v kalupe. Najmanjša debelina stene 1 mm do 1,5 mm je pogosto dosegljiva, čeprav to odvisno od velikosti dela in materiala. Kjer je mogoče, je nujno ohraniti enotno debelino stene, da se zagotovi enakomerno hlajenje in preprečijo napake, kot so upogibi ali brazgotine. Kadar so potrebne spremembe debeline, morajo biti prehodi postopni.

Druge pomembne konstrukcijske vidike so bistveni za kakovost delov in njihovo izdelovanje:

• Nagibni kot: Nagibni kot, ponavadi vsaj 1 do 2 stopinji, je treba vključiti na vse stene, vzporedne s smerjo izvlečenja kalupa. Ta rahel nagib je nujen, da se končani del lahko brez poškodb ali deformacij iztakne iz kalupa.
• Rebra in izbočine: Za povečanje trdnosti velikih ravnih površin, ne da bi povečali splošno debelino stene, morajo oblikovalci vključiti rebra. Debelina rebra naj bo navadno manj kot 60 % glavne debeline stene, da se izognemo brazgotinam. Podobno morajo tudi izbočine (uporabljene za pritrditev ali poravnavo) slediti podobnim pravilom glede debeline.
• Zaokrožitve in polmeri: Ostri notranji vogali predstavljajo vir koncentracije napetosti in lahko ovirajo tok kovine. Vse kote je treba opremiti z dovolj velikimi zaobljenji in polmeri, da se izboljša strukturna trdnost dela ter omogoči gladki, enakomeren tok raztaljene kovine.
• Tesnilo kalupa: Z vidika oblikovanja orodja je nujno zagotoviti, da se kalup lahko hermetično zapre. To vključuje natančno obdelavo polovic kalupa in pogosto vstavljanje O-obročev ali drugih tesnilnih mehanizmov za preprečevanje izgube vakuuma med ciklusom.

Če sledijo tem načelom, lahko oblikovalci ustvarijo trpežne, lahke in kompleksne sestavne dele, ki v celoti izkoriščajo proces z vakuumsko pomočjo, kar pomeni višje donose in odličnejše zmogljivosti.

Pogosta vprašanja

1. Katera je glavna razlika med litjem pod vakuumom in tradicionalnim litjem pod tlakom?

Glavna razlika je uporaba vakuuma za odstranitev zraka in plinov iz votline kalupa pred vbrizgom taline. Pri tradicionalnem litju pod tlakom se kovina vbrizga v kalup, ki je napolnjen z zrakom, kar lahko povzroči ujetje zraka in nastanek poroznosti. Litje pod vakuumom ta zrak odstrani, kar rezultira v gostejših, trših delih z manj napakami in boljšo površinsko obdelavo.

2. Katere kovine so primerne za litje pod tlakom z vakuumsko pomočjo?

Postopek se najpogosteje uporablja z neželeznimi zlitinami, ki imajo zmerni talilni tok. Sem spadajo različne aluminijeve zlitine (npr. A380), magnezijeve zlitine (za lahke konstrukcijske dele) in cinkove zlitine. Železovi kovini, kot sta jeklo in železo, na splošno niso primerne zaradi visokih talilnih temperatur, ki bi poškodovali orodje za litje pod tlakom.

3. Ali vakuumsko litje pod tlakom odpravi vso poroznost?

Čeprav vakuumsko litje pod tlakom bistveno zmanjša plinsko poroznost na skoraj ničelne ravni, morda ne odpravi vseh oblik poroznosti. Poroznost strjevanja se lahko še vedno pojavi zaradi zmanjšanja prostornine kovine med ohlajanjem in strjevanjem. Vendar pa ustrezno oblikovanje izdelka in kalupa, vključno z optimiziranimi sistemi vhodov in kanalov, pomaga tudi pri zmanjšanju te vrste poroznosti.