Η χύτευση σε ζεστό θάλαμο και η χύτευση σε ψυχρό θάλαμο είναι και οι δύο μέθοδοι χύτευσης μετάλλων. Λειτουργούν όμως με διαφορετικούς τρόπους. Η χύτευση σε καυτό θάλαμο χρησιμοποιεί έναν ενσωματωμένο κλίβανο. Λειτουργεί ταχύτερα και κατασκευάζει εξαρτήματα από μέταλλα με χαμηλό σημείο τήξης, όπως ο ψευδάργυρος. Εν τω μεταξύ, η χύτευση ψυχρού θαλάμου χρησιμοποιεί ξεχωριστό κλίβανο για να λιώσει το μέταλλο. Μπορεί να παράγει εξαρτήματα από μέταλλα μέτριου έως υψηλότερου σημείου τήξης, όπως το αλουμίνιο, αλλά δεν λειτουργεί γρήγορα.

Η απόφαση επιλογής έγκειται στους τύπους μετάλλων και στην πολυπλοκότητα του εξαρτήματος. Διαβάστε αυτό το άρθρο για να ανακαλύψετε τις διάφορες πτυχές, τα κράματα, τις εφαρμογές και τις διαδικασίες τους.

Χύτευση σε καυτό θάλαμο

Η διαδικασία ονομάζεται θερμοί θάλαμοι λόγω του συστήματος έγχυσης με βύθιση (σύστημα χάνδακα και έμβολο) στο λιωμένο μέταλλο μέσα σε κλίβανο. Λειτουργεί ταχύτερα χρησιμοποιώντας μια αυτοματοποιημένη τεχνική για την κατασκευή μεταλλικών εξαρτημάτων.

Ο κατασκευαστής πιέζει το λιωμένο μέταλλο σε ένα χαλύβδινο καλούπι πολλαπλών χρήσεων υπό υψηλή πίεση. Τα κράματα ψευδαργύρου, κασσίτερου και μολύβδου είναι τα κύρια μέταλλα που χρησιμοποιεί. Η διαδικασία αυτή λειτουργεί με χαμηλότερα σημεία τήξης του μετάλλου (κάτω από 450°C / 842°F) για να αποφευχθεί η βλάβη του συστήματος έγχυσης. Ωστόσο, τα κράματα μολύβδου περιορίζονται σε πολλές βιομηχανίες λόγω της τοξικότητάς τους.

Έγχυση μετάλλων: Το σύστημα Gooseneck

Τα συστήματα χερουλιού στη χύτευση με καυτό θάλαμο λειτουργούν για την άντληση λιωμένων κραμάτων στην κοιλότητα της μήτρας. Είναι βυθισμένο σε έναν κλίβανο για τη βελτίωση της ροής του μετάλλου. Όπου ένα υδραυλικό ή πνευματικό έμβολο που κινείται από πετρέλαιο/αέριο στα 7-15 MPa / 1.000-2.200 psi ωθεί το μέταλλο μέσα στη μήτρα και επάνω στο χάνδακα. Αυτός ο σχεδιασμός είναι ιδανικός για μαζική παραγωγή, επιτρέποντας 2-5 εγχύσεις ανά λεπτό.

Βασικές προκλήσεις:

Ορισμένες ακαθαρσίες, όπως το οξειδωμένο μέταλλο, μπορούν να συσσωρευτούν στο χείλος του χάνδακα, σχηματίζοντας σκουριά. Αποκλείουν τη ροή και ως αποτέλεσμα μειώνουν την ποιότητα των εξαρτημάτων. Έτσι, τα κατάλληλα συστήματα καθαρισμού πρέπει να το αποφεύγουν αυτό.

Επιπλέον, η συνεχής έκθεση σε λιωμένο κράμα επιδεινώνει το έμβολο και το χωνί με την πάροδο του χρόνου. Αυτό απαιτεί αντικατάσταση κάθε 50.000-100.000 κύκλους.

Υλικά και ανθεκτικότητα μήτρας

Οι μήτρες κατασκευάζονται από ισχυρότερα και σκληρότερα υλικά όπως ο χάλυβας (π.χ. ποιότητα H13). Αυτές οι μήτρες τείνουν να αντέχουν σε έντονες πιέσεις και θερμότητα. Ωστόσο, σχηματίζονται μικροσκοπικές ρωγμές στο εσωτερικό της μήτρας όταν η θερμότητα είναι πάνω από 400°C και ψύχεται. Κάθε μήτρα μπορεί να αντέξει 100.000-500.000 κύκλους πριν υποβληθεί σε επισκευή.

Μιλώντας για το κόστος του, αυτό παραμένει υψηλό και κυμαίνεται από $20.000 έως $50.000 ανά κύβο. Αυτό εναλλακτικά γίνεται προσιτό όταν χρησιμοποιείται για μαζική παραγωγή. Η τακτική συντήρηση, οι επιστρώσεις και η διαχείριση της θερμοκρασίας αυξάνουν αναπόφευκτα τη διάρκεια ζωής του.

Κατανομή του χρόνου κύκλου

• Γέμισμα: Χρειάζονται 0,1-0,5 δευτερόλεπτα για την εισαγωγή λιωμένου μετάλλου στη μήτρα. Η ταχύτητα εξαρτάται συνήθως από τη δύναμη του εμβόλου και το ιξώδες του μετάλλου.
• Στερεοποίηση: Στερεοποίηση: Το λιωμένο μέταλλο ψύχεται και σκληραίνει σε 2-10 δευτερόλεπτα. Τα παχύτερα μέρη χρειάζονται περισσότερο χρόνο, ενώ τα λεπτότοιχα μέρη (π.χ. 1-3 mm) ψύχονται αρκετά σύντομα.
• Αποβολή: Αφαιρούν το εξάρτημα σε 1-3 δευτερόλεπτα. Επιπλέον, η χρήση λιπαντικού ψεκασμού στη μήτρα (π.χ. γραφίτη) αποφεύγει την προσκόλληση.

Έλεγχος θερμοκρασίας

Για να έχετε σταθερή ποιότητα χύτευσης, η επιλογή μιας ακριβούς θερμοκρασίας είναι πολύτιμη. Ως εκ τούτου, ο κλίβανος διατηρεί το λιωμένο ψευδάργυρο στους 410-430°C (770-806°F). Αυτό σημαίνει ότι αλλαγές στη θερμοκρασία ακόμη και 10°C μπορούν να προκαλέσουν ελαττώματα.

Κατά τη διάρκεια της χύτευσης, ηλεκτρικοί θερμαντήρες αντίστασης ή καυστήρες αερίου θερμαίνουν τον κλίβανο. Εν τω μεταξύ, θερμοστοιχεία παρατηρούν τη θερμοκρασία καθ' όλη τη διάρκεια. Αυτό συμβαίνει επειδή ο κακός έλεγχος (πολύ ζεστό) υποβαθμίζει το μέταλλο, ενώ το πολύ κρύο προκαλεί σκουριά. Ομοίως, η πρόωρη στερεοποίηση δεν γεμίζει τα κενά ή δεν προκαλεί ρωγμές.

Σύστημα εκτίναξης

Το εξάρτημα είναι έτοιμο για αφαίρεση όταν το μέταλλο είναι πλήρως στερεό. Οι κατασκευαστές ανοίγουν τη μήτρα χρησιμοποιώντας πείρους εκτίναξης που σπρώχνουν το εξάρτημα προς τα έξω.

Επιπλέον, υδραυλικοί ενεργοποιητές να ελέγχετε τη δύναμη και να αποφεύγετε ζημιές. Εν τω μεταξύ, οι γωνιακές ακίδες απελευθερώνουν ομαλά πολύπλοκα σχήματα. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε ένα λιπαντικό νέφος για να ψύξετε τη μήτρα και να σταματήσετε το κόλλημα. Όλα αυτά σημαίνουν ότι τα καλά λειτουργικά συστήματα εκτίναξης αποδίδουν εξαιρετικά αποτελεσματικά.

Πλεονεκτήματα

• Αυτή η διαδικασία είναι 3-4 φορές ταχύτερη από τη χύτευση σε ψυχρό θάλαμο.
• Οι ενσωματωμένοι κλίβανοι καταναλώνουν 20-30% λιγότερη ενέργεια από εκείνους που λιώνουν το μέταλλο ξεχωριστά.
• Κατασκευάζει εξαρτήματα με στενές ανοχές (±0,1 mm) και λείες επιφάνειες.
• Η χύτευση σε θερμό θάλαμο είναι ιδανική για μαζική παραγωγή (10.000+ μέρη).
• Χρησιμοποιείται ευρέως σε μεντεσέδες αυτοκινήτων ή σε ηλεκτρονικά περιβλήματα.

Μειονεκτήματα

• Αυτή η τεχνική δεν είναι κατάλληλη για αλουμίνιο ή χύτευση μαγνησίου. Επειδή έχουν υψηλότερο σημείο τήξης, το οποίο θα κατέστρεφε το φουγάρο.
• Η απόκλιση της θερμοκρασίας από τις συχνές εναλλαγές καταπονεί το χοιροστάσιο, με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ρωγμές.
• Απαιτεί απομάκρυνση των ακαθαρσιών για να αποφευχθεί η σκουριά.

Χύτευση ψυχρού θαλάμου

Η χύτευση σε ψυχρό θάλαμο δεν είναι σαν τον θερμό θάλαμο- διαθέτει ξεχωριστό κλίβανο για να λιώνει το μέταλλο. Αντ' αυτού, οι κατασκευαστές μετατοπίζουν το λιωμένο μέταλλο μέσω μιας κουτάλας μέσα στο χιτώνιο της σφαίρας. Όπου το υδραυλικό έμβολο το ωθεί μέσα στην κοιλότητα του καλουπιού. Η υπόλοιπη διαδικασία είναι σχεδόν παρόμοια. Αυτή η διαδικασία λειτουργεί καλά με μέτριες έως υψηλές θερμοκρασίες τήξης μετάλλων όπως το αλουμίνιο, το μαγνήσιο και τα κράματα με βάση το χαλκό.

Έγχυση και έγχυση μετάλλων

Μπορείτε να μεταφέρετε το θερμαινόμενο μέταλλο προς τη μηχανή χρησιμοποιώντας είτε χειροκίνητη είτε αυτόματη κουτάλα.

• Η χειροκίνητη κουτάλα είναι πιο αργή και όχι πολύ συνεπής. Χρησιμοποιείται για την έκχυση του λιωμένου μετάλλου στο χιτώνιο της σφαίρας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα διακυμάνσεις στην ποιότητα των τεμαχίων.
• Η αυτοματοποιημένη κουτάλα αναφέρεται σε ρομποτικό βραχίονα. Που μετράει με ακρίβεια και εισάγει το θερμαινόμενο μέταλλο. Γεμίζει σωστά τα κενά και μειώνει το ανθρώπινο λάθος. Αυτή η διαδικασία συμβάλλει στη βελτίωση των ρυθμών παραγωγής γύρω στα 10-20%. Επιπλέον, απομακρύνει ελαττώματα όπως η παγίδευση αέρα και οι ατελείς γεμίσεις.

Μανίκι και έμβολο

Τα κοντά μανίκια είναι μέρος των συστημάτων έγχυσης. Πρόκειται για το σημείο από το οποίο χύνεται το λιωμένο μέταλλο πριν εγχυθεί στη μήτρα. Οι κατασκευαστές τα κατασκευάζουν χρησιμοποιώντας σκληρότερα υλικά όπως ο χάλυβας, ώστε να μπορούν να αντέξουν έντονες θερμοκρασίες και πιέσεις.

Ενώ το έμβολο είναι σαν ράβδος που κινείται από υδραυλικό κύλινδρο. Σπρώχνει το λιωμένο κράμα μέσα στο καλούπι. Συνήθως, αυτό μπορεί να είναι δύο τύπων: επίπεδο και κωνικό.

Ένα επίπεδο έμβολο λειτουργεί για απλούστερα εξαρτήματα με σταθερό πάχος τοιχώματος. Εν τω μεταξύ, τα κωνικά έμβολα είναι χρήσιμα για δύσκολες κατασκευές, σταματώντας τις αναταράξεις και τον εγκλωβισμό του αέρα.

Υλικά μήτρας

Βασικά, οι μήτρες ψυχρού θαλάμου περιλαμβάνουν σκληρυμένο χάλυβα εργαλείων όπως H13 ή H11. Υπάρχουν ήδη αναλογίες αντοχής προς βάρος και αντοχή στη φθορά σε αυτό το υλικό. Αυτό επομένως αντέχει την υψηλή θερμότητα (έως 700°C/ 1292°F) και τις έντονες πιέσεις έγχυσης χωρίς να παραμορφώνεται.

Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η μήτρα. Για παράδειγμα, οι θερμικοί έλεγχοι από τη συνεχή θέρμανση και ψύξη προκαλούν επιφανειακές ρωγμές. Εν τω μεταξύ, η διάβρωση από κράματα υψηλής θερμοκρασίας επιφέρει σταδιακή φθορά.

Επομένως, προσπαθήστε να επικεντρωθείτε στην τακτική συντήρηση, τις επιφανειακές επεξεργασίες και την επικάλυψη (νιτρίωση ή PVD). Αυτά μπορούν να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής της μήτρας και να βελτιώσουν επίσης τις επιδόσεις.

Κανάλια ψύξης

Οι μηχανικοί ενσωματώνουν στρατηγικά κανάλια ψύξης στο καλούπι. Αυτό συμβαίνει επειδή τα κανάλια αυτά ρυθμίζουν το στάδιο στερεοποίησης και μειώνουν τους χρόνους κύκλου. Η τοποθέτησή τους κοντά σε περιοχές υψηλής θερμότητας μπορεί να παράγει συνεχή ψύξη. Αυτό, επομένως, δεν προκαλεί στρέβλωση, συρρίκνωση ή εσωτερικές ρωγμές.

Σύστημα εκτοξευτήρα και δρομέα

Αυτά τα εξαρτήματα της μηχανής ψυχρού θαλάμου βοηθούν στην κατεύθυνση του θερμαινόμενου κράματος από το χιτώνιο βολής στην κοιλότητα της μήτρας.

Το τμήμα του εκμαγείου τείνει να είναι ένα σημείο εισόδου από όπου οι δρομείς διανέμουν το μέταλλο μακριά. Σχεδιάστε τα κατάλληλα για να απομακρύνετε σημαντικά ελαττώματα όπως η παγίδευση αέρα και η ροή μπλοκαρίσματος.

Σύστημα εκτίναξης

Στο στάδιο της απομάκρυνσης των στερεοποιημένων χυτών από τη μήτρα χωρίς ζημιές, τα συστήματα εκτόξευσης εξασφαλίζουν ομαλή απόδοση. Τα συστήματα αυτά περιλαμβάνουν τη χρήση πείρων εκτίναξης, ψεκασμού λιπαντικού, υδραυλικών ενεργοποιητών και κιβωτίων εκτίναξης που μοιάζουν με θερμούς θαλάμους.

Όταν το τεμάχιο κρυώσει, η μήτρα ανοίγει, ενεργοποιώντας το κουτί εκτίναξης και οι πείροι εκτίναξης ωθούν το χυτευμένο τεμάχιο προς τα έξω.

Πλεονεκτήματα

• Μπορεί να χυτεύσει ένα ευρύτερο φάσμα κραμάτων όπως αλουμίνιο, μαγνήσιο και χαλκό.
• Υπάρχει μικρότερο θερμικό σοκ, επειδή το χιτώνιο και το έμβολο δεν αντιμετωπίζουν συνεχώς λιωμένο μέταλλο, μειώνοντας τη φθορά.
• Μπορεί να κατασκευάσει εξαιρετικά αιχμηρά, λεπτομερή εξαρτήματα με λεπτά τοιχώματα.

Μειονεκτήματα

• Είναι πιο αργή από τη διαδικασία θερμού θαλάμου και διαρκεί 20-60 δευτερόλεπτα ανά τεμάχιο.
• Χρειάζεται περισσότερη ενέργεια και συντήρηση λόγω των υψηλότερων θερμοκρασιών και πιέσεων. Αυτό το καθιστά δαπανηρό.
• Η χρήση χειροκίνητης κουτάλας και η διατήρηση της μήτρας αυξάνει συχνά τις απαιτήσεις σε εργατικό δυναμικό.

Σύγκριση της χύτευσης σε θερμό θάλαμο και σε ψυχρό θάλαμο

Μελέτες περιπτώσεων

Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν συνήθως τη χύτευση σε καυτό θάλαμο για την κατασκευή αγκράφων και συνδετήρων από κράμα ψευδαργύρου. Χρησιμοποιούν αυτή την τεχνική λόγω της ικανότητάς της να παράγει εξαρτήματα μικρού μεγέθους και μαζικής παραγωγής.

Ενώ ο ψυχρός θάλαμος πεθαίνει, η χύτευση παράγει μπλοκ κινητήρων από αλουμίνιο. Αυτό το μέρος περιλαμβάνει μεγάλο μέγεθος, πολύπλοκη γεωμετρία και την ανάγκη για υψηλή αντοχή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η χύτευση ψυχρού θαλάμου είναι καλύτερη.

Εφαρμογές και βιομηχανίες

Αυτοκίνητο:

Οι αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποιούν θερμούς θαλάμους για την παραγωγή εξαρτημάτων από κράμα ψευδαργύρου, όπως εξαρτήματα ζωνών ασφαλείας, εξαρτήματα υαλοκαθαριστήρων και περιβλήματα ήχου αυτοκινήτου. Οι εντυπωσιακές ιδιότητες του ψευδαργύρου τους προσδίδουν λείο φινίρισμα και υψηλή αντοχή.

Αντίθετα, η χύτευση ψυχρού θαλάμου βοηθά στην κατασκευή βραχιόνων κινητήρα αλουμινίου, εξαρτημάτων μηχανοστασίου και εξαρτημάτων φωτισμού. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι μπορεί να δημιουργήσει οποιαδήποτε δύσκολα σχέδια με υψηλή αντοχή.

Αεροδιαστημική:

Ξέρετε, η χύτευση σε καυτό θάλαμο χρησιμοποιείται σπάνια για αεροδιαστημικά εξαρτήματα. Αυτό συμβαίνει επειδή το μέταλλο χύτευσης (ψευδάργυρος, μαγνήσιο) έχει χαμηλότερο σημείο τήξης. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχει καμία χρήση αυτής της διαδικασίας σε αυτόν τον κλάδο. Πολλά μικρά αεροδιαστημικά εξαρτήματα μαγνησίου, όπως βραχίονες, περιβλήματα και σύνδεσμοι, κατασκευάζονται με αυτήν. Αυτό παρέχει ελαφριά αντοχή, αντοχή στη διάβρωση και ανθεκτικότητα.

Ωστόσο, εξαρτήματα χύτευσης ψυχρού θαλάμου από κράματα μαγνησίου χρησιμοποιούνται σε αεροσκάφη. Για παράδειγμα, πλαίσια καθισμάτων και εξαρτήματα καμπίνας. Τα μέρη αυτά είναι ελαφρύτερα και ισχυρότερα.

Καταναλωτικά αγαθά:

Οι κατασκευαστές κατασκευάζουν προϊόντα που είναι δημοφιλή στη μόδα και τα αξεσουάρ χρησιμοποιώντας χύτευση σε καυτό θάλαμο. Για παράδειγμα, πόρπες από κράμα ψευδαργύρου, φερμουάρ και διακοσμητικά διακοσμητικά.

Τα ηλεκτρονικά περιβλήματα και οι ψύκτρες αλουμινίου χρησιμοποιούνται ευρέως στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Κατασκευάζονται με διαδικασία ψυχρού θαλάμου.

Αναδυόμενες εφαρμογές

Ηλεκτρικά οχήματα (EVs):

Η χύτευση υπό πίεση χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για την παραγωγή ελαφρών περιβλημάτων μπαταριών και δομικών στοιχείων για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

Η αυξανόμενη ζήτηση ελαφρών εξαρτημάτων για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είναι ο λόγος για την ευρεία χρήση της τεχνικής χύτευσης με εκχύλιση. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί περιβλήματα μπαταριών και δομικά εξαρτήματα που περιέχουν λιγότερο βάρος από το μέσο όρο και είναι ισχυρότερα.

Τεχνολογία 5G:

Το χυτό αλουμίνιο και το χυτό μαγνήσιο έχουν γίνει πλέον σημαντικά εξαρτήματα για την υποδομή 5G. Για παράδειγμα, περιβλήματα κεραιών και συστήματα διαχείρισης θερμότητας.

Συμπέρασμα

Η χύτευση σε καυτό θάλαμο λειτουργεί γρήγορα και είναι μια προσιτή επιλογή. Ασχολείται με μέταλλα με χαμηλότερο σημείο τήξης, όπως ο ψευδάργυρος. Από την άλλη πλευρά, η χύτευση σε ψυχρό θάλαμο χρησιμοποιεί περισσότερη ενέργεια καθώς λιώνει το κράμα ξεχωριστά. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία είναι αποτελεσματική για σκληρά και υψηλού σημείου τήξης υλικά όπως το αλουμίνιο, ο χαλκός κ.λπ. Κατά την επιλογή, εξετάστε την καταλληλότητα των μετάλλων τους, την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού και τον όγκο παραγωγής. Με αυτόν τον τρόπο, θα έχετε τα επιθυμητά αποτελέσματα.