Polotuhé tlakové lití (SSDC) zahrnuje vstřikování kovové suspenze (pevná látka 20-60%) při teplotě 580-620 °C pod tlakem 50-100 MPa. Tím se vytvoří kulovitá mikrostruktura, která zvyšuje pevnost až o 20%. Smykové rychlosti jsou obvykle nižší než 10 s-¹, což zajišťuje kontrolované plnění forem pro přesné díly. Mezi běžné slitiny patří hliník A356 a hořčík AZ91D.

Zjistěte, proč se pro získání přesných výsledků upřednostňuje SSDC. Zjistěte, jak funguje a jaké jsou jeho klíčové metody, aplikace a výhody.

Co je polotuhé tlakové lití?

Polotuhé tlakové lití je výrobní proces. Používá se k formování kovu do polotuhého stavu. Tyto díly mají podobu těsta, které rovnoměrně obsahuje jak kapalné, tak pevné tvary. Tento druh kaše pomáhá výrobci vyrábět složité díly špičkové kvality. Je široce používán v průmyslových odvětvích, ať už jde o automobilový průmysl nebo spotřební elektroniku. Díly SSDC jsou pevnější a mají téměř nulové vady ve srovnání s tradičním odléváním.

 Tixotropie a reopexe

1. Reolitické odlévání (tixotropní chování)

Proces reolastingu se zahajuje poté, co je k dispozici standardní kovový ingot. Tím může být slitina hliníku A356. Obráběči kovů tyto ingoty roztaví při počáteční teplotě 650 °C v peci.

Když se roztavený materiál začne ochlazovat na polotuhou teplotu 580 °C, pracovníci použijí mechanické míchadlo, které se otáčí rychlostí 500 otáček za minutu. Tím se pevné částice rozpadají na malé kuličky. Jejich velikost je 50-100 mikronů.

Míchání způsobuje tixotropní chování. To je odlévání v polotuhém stavu s pevnými částicemi 40%. Při tlačení teče velmi hladce.

Tato suspenze se později používá k odlévání univerzálních průmyslových komponentů, jako jsou součásti zavěšení automobilů.

2. Tixocasting (reopektické chování)

Při tixocastingu používají výrobci předpřipravené polotovary. Jedná se o slitiny, jako je hořčík AZ91D. Obvykle je v tomto materiálu již správná kulovitá mikrostruktura.

Tyto polotovary poprvé spatřili kovodělníci. Jejich délka se v mnoha případech liší, ale obvykle se pohybuje od 150 mm. Tyto předvalky přetavili při teplotě 575 °C. To odpovídá standardnímu odlévání thixocastingem. Proces trvá 15 minut v indukční peci, dokud materiál nezíská ideální polotuhou formu.

Výrobci tlačí tento materiál do formy rychlostí 1 m/s. Tím se značně liší od tixotropního, protože není tenčí. Místo toho se jedná o druh reopexe.

Tento proces zvyšuje viskozitu ve smyku (10%). Výsledkem je nízké riziko turbulentního proudění a zachycení vzduchu. Při odlévání součástí, jako jsou pouzdra notebooků, vytvářejí tyto vlastnosti hladší povrchy.

Jak smyková rychlost řídí průtok?

Polotuhé kovy mají smykové rychlosti pod typickým rozsahem 10 s-¹. Protože je v hustém stavu, pohybuje se do dutiny formy pomalu a řádně vyplňuje každou část, zejména v případě potřeby tenkého odlitku.

Střih se zvyšuje, když úzké brány tlačí kov vysokou rychlostí. Forma se naplní během 0,5 sekundy, čímž se vyrobí přesné výrobky.

Parametrem je smykové ztenčení. To umožňuje pracovníkům řešit tok kovu v různých fázích odlévání.

Pevná frakce

Pevná frakce (fₛ) je podíl pevného obsahu v SSDC. Ten výrobci udržují v proveditelném rozmezí 20% a 60%.

Nižší podmínky pod 20% způsobují, že kov je tekutý, a příliš vysoké, vyšší než 60%, mají za následek tvrdší formu. To způsobuje potíže ve formě.

Vývoj mikrostruktury

Oproti staré dendritické struktuře má polotvrdý kov kulovitou nebo rozetovou mikrostrukturu. Částice mají kulatý tvar, což umožňuje hladší tok a minimalizuje vady. Základními výsledky tohoto procesu v konečných výstupech jsou lepší pevnost a jemná kvalita.

Proces polotuhého tlakového lití

Metody generování kalů

1. Aktivace taveniny vyvolaná tahem (SIMA):

Po zakoupení standardních sochorů je výrobci cedí při teplotě 300 °C. Poté je vkládají do pecí k opětovnému ohřevu při 580 °C. V této tekuté matrici se vytvoří kulovité částice (50 μm). To je dostatečně dobré pro polotuhé zpracování.

2. Magnetohydrodynamické (MHD) míchání

Elektromagnetické cívky používají proud 500 A. To je práce pro míchání 600 otáček za minutu bez kontaktu. Tímto procesem vzniká ideální pevný stav 40%, který zabraňuje kontaminaci.

3. Odlévání chladicího svahu

Výrobce stéká po svahu z roztaveného kovu o teplotě 620 °C. To je obvykle měděný svah s polohou 60°.

Využívají rychlejšího chlazení, aby polotuhá kaše vznikla za více než 3 sekundy.

Úpravy vstřikovací jednotky

Použijte speciální typ krátkého rukávu s keramickým tepelným povlakem.. Udržují teplotu suspenze na 570 °C. Můžete ji tak odlévat bez obav po celou dobu vstřikování.

Přesně konstruované písty navíc zajišťují rovnoměrné naplnění formy. Pracuje s kritickou rychlostí 0,3-0,8 m/s. Tato vlastnost vyrovnává operace a omezuje škodlivé oddělování fází. K té dochází mezi kapalnými a pevnými částicemi suspenze.

Úvahy o konstrukci matrice

V případě vratových systémů musíte použít 30% větší průřez než u běžných matric. To pomůže udržet správný tok polotuhých kovů.

U systémů s běžeckými pásy začleňte postupné zakřivení. To má minimální poloměr 20 mm. Tímto způsobem techniky udrží laminární proudění kovu a minimalizují turbulence.

Pokud jde o větrací otvory, jsou přesně opracovány na šířku 0,1 mm. Kontrolují zachycování vzduchu při odlévání. V nich se také řeší problémy s netěsnostmi.

Výhody polotuhého tlakového lití

Hladší povrchy a přesné rozměry

Polotuhý kov proudí do zápustek řízenou rychlostí. To je mnohem pomalejší než u tekutého kovu. To také snižuje množství vzduchových bublin až o 90 %.

V porovnání s běžným litím se tímto procesem snižuje smrštění (0,5%), což je méně než 1,2% při chlazení. To také pomáhá při výrobě dílů, které jsou snap-fit.

Pevnější kovová konstrukce

Malé, kulaté, tvarované částice v polotuhém stavu se na sebe dostatečně těsně nabalují. To znamená, že mají hustší strukturu s 20% větší pevností při natažení.

Před zlomením ji můžete ohnout větší silou 15%. Tyto díly vydrží 30% déle při výdrži opakovaného namáhání.

Méně děr a defektů

Uvnitř SSDC jsou téměř nulová prázdná místa (1 až 2 %). Zatímco u běžného tlakového lití je šance 5 až 8 %.

Díky tomuto procesu se eliminují vzduchové bubliny, díry, smršťování, praskliny a nerovnosti povrchu.

Úspory energie

Jistě víte, že další vlastností nebo výhodou tohoto procesu je úspora energie. Snižuje spotřebu energie mnoha způsoby. Například:

• Kov se zahřívá na 580 °C místo 680 °C.
• Rychlejší toky (25%) spotřebovávají méně energie.
• Během provozu snižuje materiálový odpad až o 15 %.

Nižší výrobní náklady

Protože polotuhé díly potřebují méně leštících strojů, ušetří se na nich až 40%.

Z jejich výrobní produkce může být vyřazeno 5% dílů. To je méně než 15 % těchto běžných procesů.

Formy SSDC můžete použít 50000krát místo pouhých 30000krát.

Aplikace polotuhého tlakového lití

Kritické automobilové komponenty

Součásti polotuhého tlakového lití v automobilovém průmyslu jsou:

• Klouby řízení
• Uchycení motoru
• Případy převodovek
• Brzdové třmeny

Tímto procesem vznikají velmi složité díly s konstrukčními detaily. Například pomocné rámy a ramena zavěšení s dutými konstrukcemi.

U elektromobilů se jedná o kryty baterií a kryty motorů. Jsou lehké a odolné. Také zvládá neustálé vibrace a tepelné namáhání.

Vysoce výkonné letecké díly

V polotuhém stavu se vyrábějí letecké součásti s přesnou kvalitou. Jedná se o:

• Držáky křídel
• Součásti podvozku
• Díly turbínových motorů
• Kryty radarů
• Skříně pro leteckou elektroniku
• Satelit

Jsou odolné a mají nižší hmotnost. Pouzdro naváděcího systému střely je využívá pro své schopnosti. Dodržují přísné tolerance vůči kritickým prostředím.

Měřené zvýšení výkonu

Podle provozních testů vydrží polotuhé lité brzdové třmeny při použití staré metody 80000 km, než se opotřebují. Letecké odlitky navíc získávají 25% větší únavovou odolnost.

Díly v automobilovém průmyslu získávají lepší odolnost proti nárazu (15%) při crash testech.

Rostoucí tržní aplikace

Postupem času rostoucí tržní aplikace využívají SSDC k vytváření:

• Přesná pouzdra antén 5G s vlnovody o průměru 0,05 mm.
• Zásobník na lékařské implantáty s povrchem odolným proti bakteriím.
• Kryty motorů dronů s lepším odvodem tepla.

Elektromobily navíc tento proces využívají, pokud jde o dosažení rovinnosti 0,2 mm. To je v rozmezí 300 mm u chladicích desek baterie.

Materiály používané při polotuhém tlakovém lití

Specifická označení slitin

Hliník A356 (AlSi7Mg) a hořčík AZ91D jsou slitiny, které se nejlépe hodí pro polotuhé lití. Taví se rychleji a rovnoměrněji a vytvářejí ideální strukturu.

Slitina A356 má vysokou pevnost, a proto ji automobilky obvykle používají 70%. Mezitím se slitina AZ91D dobře hodí k odlévání lehkých skříní pro elektroniku.

Reologické vlastnosti

Grafy znázorňují, jak slitiny SSDC pracují v různých fázích a s různými pevnými podíly (Fs). Při Fs=0,37. Je patrný pokles viskozity při zvýšení smykové rychlosti z 1 na 10 s-¹.

Frakce jako Fs=0,48, které jsou vyšší, udržují proudění hustší. Využívají větší síly k naplnění matric. Tento graf ukazuje situaci, proč výrobci používají Fs mezi 0,40 a 0,45, aby dosáhli nejlepšího výkonu.

Chování při tuhnutí

A356 odlévání chladne v rozmezí 50 °C. Poskytují dostatek času na rozprostření kovu uvnitř formy.

Chcete-li tento rozsah zvýšit, můžete přidat 0,3% hořčíku. To je pro zvýšení až na 15 °C pro lepší průtok.

Naopak slitina AZ91D nabývá rychleji zcela pevné formy. Vyrábí však díly s pevnějšími a tenčími stěnami. Jsou až o 2 mm silnější.

Sekundární zpracování

Díly často potřebují méně kroků sekundárního zpracování. Je to proto, že je třeba odstranit 0,1 mm povrchu oproti 0,5 mm u běžných odlitků.

Tepelné zpracování slitiny A356 také přináší zvýšení pevnosti až na 20% bez deformací.

Polotuhé lití vs. tradiční tlakové lití

Srovnání parametrů procesu

Struktura materiálu

Kulovitá struktura v polotuhém odlitku poskytuje o 20 % vyšší houževnatost než stará struktura odlitku. Obsahuje přibližně 2 % pórovitosti; naopak 5,8%.

Nákladové faktory

Počáteční náklady jsou však vyšší až do 20%. Bez ohledu na to může být nákladově efektivní, protože snižuje odpad materiálu přibližně o 15% a náklady na obrábění až o 40%. To kompenzuje počáteční náklady.

Kdy si vybrat

V případě potřeby zvolte polotuhé:

Při výrobě zvolte polotuhý proces tlakového lití:

• Tenké stěny (<3 mm)
• Vysoká pevnost (>250 MPa)
• Objem >20 000 jednotek/rok
• Hladké povrchy (<3,2 μm Ra)

Závěr:

Polotuhé tlakové lití se vyrábí s vyšší kvalitou houževnatosti. Dodává také vynikající povrchovou úpravu s minimální pórovitostí, která je přibližně o 30% menší než u běžného procesu.

Ačkoli tato technika využívá specifické slitiny a nákladné počáteční nastavení, stává se nákladově efektivní pro výrobu dílů přesahujících 20000 kusů.

Nadcházející trh se těší na rozšíření aplikací SSDC v automobilovém a leteckém průmyslu a v nových technologiích. Zaměřuje se také na objevování pokroků v oblasti řízení procesů a nástrojů.