Komorové lití za tepla i komorové lití za studena jsou obě metody odlévání kovů. Fungují však odlišným způsobem. Komorové lití za tepla využívá vestavěnou pec. Pracuje rychleji a vyrábí díly z kovů s nízkou teplotou tání, jako je zinek. Zatímco při studeném komorovém lití se k tavení kovu používá samostatná pec. Může vyrábět díly z kovů se střední až vyšší teplotou tání, jako je hliník, ale nepracuje rychle.

Rozhodnutí o výběru spočívá v typech kovů a složitosti dílu. Přečtěte si tento článek a seznamte se s jejich různými aspekty, slitinami, aplikacemi a procesy.

Tlakové lití za tepla

Proces se nazývá horké komory, protože se jedná o systém ponořeného vstřikování (systém husího krku a pístu) do roztaveného kovu uvnitř pece. Pracuje rychleji pomocí automatizované techniky výroby kovových dílů.

Výrobce vtlačuje roztavený kov do opakovaně použitelné ocelové formy pod vysokým tlakem. Základními používanými kovy jsou zinek, cín a slitiny na bázi olova. Tento proces pracuje s nižšími body tání kovu (pod 450 °C / 842 °F), aby nedošlo k poškození vstřikovacího systému. Slitiny olova jsou však v mnoha průmyslových odvětvích omezeny kvůli své toxicitě.

Vstřikování kovů: Systém husího krku

Systémy husího krku při tlakovém lití za tepla slouží k čerpání roztavených slitin do dutiny formy. Ta je ponořena v peci, aby se zlepšil tok kovu. V něm hydraulický nebo pneumatický píst poháněný olejem/plynem o tlaku 7-15 MPa / 1 000-2 200 psi tlačí kov do zápustky a nahoru na husí krk. Tato konstrukce je ideální pro hromadnou výrobu a umožňuje 2-5 vstřiků za minutu.

Klíčové výzvy:

Některé nečistoty, jako například zoxidovaný kov, se mohou hromadit v husím krku a vytvářet strusku. Blokují průtok a v důsledku toho snižují kvalitu dílu. Proto je třeba tomu zabránit správnými čisticími systémy.

Kromě toho neustálé vystavení roztavené slitině časem zhoršuje stav pístu a husího krku. To vyžaduje výměnu každých 50 000-100 000 cyklů.

Materiály a odolnost matric

Matrice jsou vyrobeny z pevnějších a tvrdších materiálů, jako je ocel (např. třída H13). Tyto zápustky mají tendenci odolávat silným tlakům a teplu. Při teplotě nad 400 °C a ochlazení však uvnitř matrice vznikají drobné trhliny. Každá matrice může vydržet 100 000-500 000 cyklů, než projde opravou.

Pokud jde o náklady, zůstávají vysoké a pohybují se v rozmezí od $20 000 do $50 000 za jednu matrici. Ta se naopak stává cenově dostupnou při použití pro masovou výrobu. Pravidelná údržba, nátěry a řízení teploty nevyhnutelně zvyšují její životnost.

Rozdělení doby cyklu

• Náplň: Vložení roztaveného kovu do formy trvá 0,1-0,5 sekundy. Rychlost obvykle závisí na síle pístu a viskozitě kovu.
• Ztuhnutí: Roztavený kov se ochladí a ztuhne za 2-10 sekund. Silnější díly potřebují delší dobu, zatímco tenkostěnné díly (např. 1-3 mm) vychladnou dostatečně brzy.
• Vyhazování: Vyhazovací čepy usnadňují tento proces, protože vyjmou díl za 1-3 sekundy. Použití maziva ve spreji (např. grafitu) navíc zamezuje přilepení.

Řízení teploty

Pro dosažení konzistentní kvality odlitků je důležité zvolit přesnou teplotu. Pec proto udržuje teplotu roztaveného zinku na 410-430 °C. To znamená, že změny teploty i o 10 °C mohou způsobit vady.

Při odlévání se pec zahřívá elektrickými odporovými topnými tělesy nebo plynovými hořáky. Mezitím termočlánky po celou dobu sledují teplotu. Je to proto, že špatná kontrola (příliš vysoká teplota) degraduje kov a příliš nízká teplota způsobuje vznik strusky. Stejně tak předčasné tuhnutí nezaplňuje mezery a nezpůsobuje trhliny.

Vyhazovací systém

Díl je připraven k demontáži, když je jeho kov zcela pevný. Výrobci otevírají zápustku pomocí vyhazovacích kolíků, které vytlačují díl ven.

Kromě toho, hydraulické pohony ovládat sílu a zabránit poškození. Šikmé kolíky mezitím hladce uvolňují složité tvary. Můžete také použít mazací mlhu, abyste matrici ochladili a zabránili jejímu přilepení. To vše znamená, že dobře fungující vyhazovací systémy pracují vysoce efektivně.

Výhody

• Tento proces je 3-4× rychlejší než odlévání do studené komory.
• Vestavěné pece spotřebují o 20-30% méně energie než pece, které taví kov samostatně.
• Vyrábí díly s úzkými tolerancemi (±0,1 mm) a hladkými povrchy.
• Odlévání v horké komoře je ideální pro hromadnou výrobu (více než 10 000 dílů).
• Hojně se používá v automobilových závěsech nebo elektronických pouzdrech.

Nevýhody

• Tato technika není vhodná pro hliníkové nebo tlakové lití hořčíku. Mají totiž vyšší bod tání, který by husí krk poškodil.
• Teplotní odchylky způsobené častým cyklováním namáhají husí krk a v důsledku toho vznikají praskliny.
• Vyžaduje odstranění nečistot, aby nedocházelo ke vzniku strusky.

Tlakové lití za studena

Odlévání ve studené komoře není jako odlévání v horké komoře; má samostatnou pec na tavení kovu. Výrobci místo toho přesouvají roztavený kov pomocí pánve do stříkacího pouzdra. V něm jej hydraulický píst vtlačí do dutiny formy. Zbytek procesu je téměř podobný. Tento proces dobře funguje při středních až vysokých teplotách tavení kovů, jako je hliník, hořčík a slitiny na bázi mědi.

Ládování a vstřikování kovů

Zahřátý kov můžete přenášet směrem ke stroji pomocí ruční nebo automatické naběračky.

• Ruční nabírání je pomalejší a není příliš důsledné. Používá se k nalévání roztaveného kovu do výstřikového pouzdra. V důsledku toho dochází k odchylkám v kvalitě dílů.
• Automatizované nabírání se týká robotického ramene. To přesně odměřuje a vkládá zahřátý kov. Správně vyplňuje mezery a snižuje počet lidských chyb. Tento proces pomáhá zlepšit výrobní rychlost kolem 10-20%. Navíc odstraňuje vady, jako je zachycení vzduchu a neúplné výplně.

Výstřelová objímka a píst

Krátké rukávy jsou součástí vstřikovacích systémů. Jedná se o místo, odkud se nalévá roztavený kov před vstříknutím do zápustky. Výrobci je vyrábějí z tvrdších materiálů, jako je ocel, aby vydržely intenzivní teploty a tlaky.

Zatímco píst je jako tyč poháněná hydraulickým válcem. Vtlačuje roztavenou slitinu do formy. Obvykle může být dvojího typu: plochý a kuželový.

Plochý píst je vhodný pro jednodušší díly s konstantní tloušťkou stěny. Kuželové písty jsou zase užitečné pro náročné konstrukce, které zastavují turbulence a zachycování vzduchu.

Materiály pro lisování

Zápustky se studenou komorou v zásadě obsahují kalenou nástrojovou ocel, například H13 nebo H11. U tohoto materiálu již existují poměry pevnosti a hmotnosti a odolnost proti opotřebení. Ten proto zvládá vysoké teploty (až 700 °C/ 1292 °F) a intenzivní vstřikovací tlaky, aniž by se deformoval.

Přesto se však kostka potýká s některými problémy. Například tepelné kontroly způsobené neustálým zahříváním a chlazením způsobují praskliny na povrchu. Mezitím eroze z vysokoteplotních slitin přináší postupné opotřebení.

Proto se snažte zaměřit na pravidelnou údržbu, povrchovou úpravu a povlakování (nitridování nebo PVD). Ty mohou prodloužit životnost matrice a také zlepšit její výkon.

Chladicí kanály

Konstruktéři strategicky integrovali chladicí kanály do formy. Tyto kanály totiž regulují krok tuhnutí a zkracují dobu cyklu. Jejich umístění v blízkosti oblastí s vysokou teplotou může vést ke konstantnímu chlazení. To proto nezpůsobuje deformace, smršťování nebo vnitřní trhliny.

Systém vtoků a podběhů

Tyto součásti stroje se studenou komorou pomáhají nasměrovat zahřátou slitinu z výstřikového pouzdra do dutiny zápustky.

Vtokový díl bývá vstupním bodem, odkud běžci rozvádějí kov pryč. Vhodně je navrhněte, abyste odstranili hlavní vady, jako je zachycení vzduchu a blokování proudění.

Vyhazovací systém

Ve fázi odstraňování ztuhlých odlitků z formy bez poškození zajišťují vyhazovací systémy hladký průběh. Tyto systémy zahrnují použití vyhazovacích čepů, rozprašování maziva, hydraulických pohonů a vyhazovacích boxů připomínajících horké komory.

Při tom se díl ochladí, zápustka se otevře, aktivuje se vyhazovací box a vyhazovací kolíky vytlačí odlitek.

Výhody

• Může odlévat širší škálu slitin, jako je hliník, hořčík a měď.
• Dochází k menšímu tepelnému šoku, protože brokové pouzdro a píst nejsou vystaveny neustálému opotřebení roztaveného kovu.
• Dokáže vyrobit velmi ostré a detailní díly s tenkými stěnami.

Nevýhody

• Je pomalejší než proces v horké komoře a trvá 20-60 sekund na jeden díl.
• Kvůli vyšším teplotám a tlakům potřebuje více energie a údržby. To ji činí nákladnou.
• Časté používání ručního nabírání a udržování zápustek zvyšuje nároky na pracovní sílu.

Srovnání tlakového lití za tepla a za studena

Případové studie

Výrobci běžně používají k výrobě spon a spojovacích prvků ze zinkových slitin tlakové lití za tepla. Tuto techniku používají kvůli její schopnosti vyrábět díly malých rozměrů a hromadné výrobě.

Zatímco při odlévání za studena se vyrábějí hliníkové bloky motorů. Tento díl zahrnuje velké rozměry, složitou geometrii a potřebu vysoké pevnosti. Proto je nejvhodnější odlévání do studené komory.

Aplikace a odvětví

Automobilový průmysl:

Automobilový průmysl používá horké komory k výrobě dílů ze zinkových slitin, jako jsou součásti bezpečnostních pásů, stěrače a kryty autorádií. Díky působivým vlastnostem zinku mají hladký povrch a vysokou odolnost.

Naopak tlakové lití za studena pomáhá při výrobě hliníkových držáků motorů, součástí strojovny a dílů osvětlení. Je to proto, že lze vytvořit jakkoli složité konstrukce s vysokou pevností.

Letectví a kosmonautika:

Víte, že tlakové lití v horké komoře se pro letecké díly používá jen zřídka. Je to proto, že jeho slévací kov (zinek, hořčík) má nižší teplotu tání. To však neznamená, že se tento proces v tomto odvětví nepoužívá. Vyrábí se jím mnoho malých hořčíkových leteckých dílů, jako jsou držáky, pouzdra a konektory. To zajišťuje lehkou pevnost, odolnost proti korozi a trvanlivost.

V letadlech se však používají díly vyrobené tlakovým litím za studena ze slitin hořčíku. Například rámy sedadel a součásti kabiny. Tyto díly jsou lehčí a pevnější.

Spotřební zboží:

Výrobci vyrábějí produkty, které jsou oblíbené v oblasti módy a doplňků, pomocí tlakového lití za tepla. Například přezky ze zinkové slitiny, zipy a ozdobné lemy.

Hliníkové kryty a chladiče elektroniky se hojně používají ve spotřební elektronice. Vyrábějí se metodou studené komory.

Nové aplikace

Elektrická vozidla (EV):

Tlakové lití se stále častěji používá k výrobě lehkých krytů baterií a konstrukčních prvků pro elektromobily.

Rostoucí poptávka po lehkých dílech pro elektromobily je důvodem širokého využití techniky tlakového lití. Tímto procesem vznikají kryty baterií a konstrukční součásti, které mají nižší hmotnost než průměr a jsou pevnější.

Technologie 5G:

Hliníkové a hořčíkové tlakové odlitky se nyní stávají důležitými součástmi infrastruktury 5G. Například kryty antén a systémy pro řízení tepla.

Závěr

Tlakové lití v horké komoře funguje rychle a je cenově dostupnou variantou. Pracuje s kovy s nižší teplotou tání, jako je zinek. Na druhé straně se při tlakovém lití ve studené komoře spotřebuje více energie, protože se slitina taví samostatně. Tento proces je však účinný pro houževnaté materiály s vysokou teplotou tání, jako je hliník, měď atd. Při výběru se zaměřte na jejich vhodnost pro kovy, složitost konstrukce a objem výroby. Tímto způsobem dosáhnete požadovaných výsledků.