Έχετε σκεφτεί ποτέ πώς ακριβώς κατασκευάζονται με τόση ακρίβεια αυτά τα περίτεχνα και πολύπλοκα μεταλλικά εξαρτήματα στον κινητήρα του αυτοκινήτου σας ή στο περίβλημα του τηλεφώνου σας; Όντας ένα άτομο που έχει εργαστεί στα χαρακώματα της κατασκευής τρέχοντας γραμμές παραγωγής και καλούπια για να τα κάνει να φτύνουν το καλύτερο, μπορώ να σας πω με σιγουριά ότι έχουν έναν σιωπηλό συνεργάτη, τη χύτευση. Αυτό έχει αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο κατασκευάζουμε ανθεκτικά και πολύπλοκα εξαρτήματα με οικονομικά αποδοτικό και γρήγορο τρόπο.

Η χύτευση με εκμαγείο χρησιμοποιείται για να ασκηθεί πίεση σε λιωμένο μέταλλο μέσα σε ένα επαναχρησιμοποιήσιμο καλούπι και παράγει εξαρτήματα που είναι ισχυρά, λεπτομερή και φινιρισμένα με ελάχιστο φινίρισμα. Αποτελεί έναν από τους πυλώνες βιομηχανιών όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η αεροδιαστημική ή τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Σε αυτόν τον οδηγό, θα εξερευνήσουμε την εσωτερική λειτουργία της χύτευσης υπό πίεση, πώς εμφανίστηκε στην ιστορία και την πρόοδό της στο μέλλον. Μπορείτε να είστε ειδικός μηχανικός ή να είστε ένα απλό περίεργο παιδί και θα έχετε πολλά να ξεθάψετε.

Τι είναι το Die Casting

Η χύτευση σε μήτρα είναι, ουσιαστικά, μια διαδικασία χύτευσης μετάλλων κατά την οποία υγρό μέταλλο πιέζεται μέσα σε χαλύβδινο καλούπι ή μήτρα, με αυξημένη ταχύτητα και πίεση. Έτσι σχηματίζονται εξαρτήματα μεγάλης ακρίβειας και φινιρίσματος. Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους χύτευσης που βασίζονται στη βαρύτητα για να γεμίσει το καλούπι, η τεχνική της χύτευσης με εκμαγείο πιέζει σε κάθε χαραμάδα και κοιλότητα του καλουπιού μειώνοντας πιθανά ελαττώματα όπως οι φυσαλίδες αέρα.

Καυτό λιωμένο αλουμίνιο ή ψευδάργυρος πιέστηκε σε μια στενά επεξεργασμένη μήτρα. Όταν κρυώσει, το διαχωρισμό είναι συνήθως το μόνο που απαιτείται, ενώ ένα γρήγορο κόψιμο είναι συνήθως το μόνο που απαιτείται. Αυτό είναι πολύ μεθοδικό για τη δημιουργία μεγάλης ποσότητας των ίδιων τεμαχίων, επομένως είναι πολύ καλό για τη μαζική παραγωγή.

Η χύτευση σε μήτρες έχει επαναλαμβανόμενες ικανότητες, και αυτή είναι η εμπειρία μου σε εργοστασιακούς χώρους. Είστε σε θέση να βγάλετε χιλιάδες εξαρτήματα εντός της ανοχής των +-0,005 ιντσών. Όχι μόνο η ταχύτητα, αλλά και η συνέπεια, την οποία άλλες διαδικασίες δύσκολα μπορούν να επιτύχουν.

Η ιστορία της χύτευσης

Η χύτευση δεν εμφανίστηκε αυθόρμητα, αλλά έχει τις ρίζες της στις αρχές του 19ου αιώνα. Οι πρώτες πατέντες ήταν τα εκμαγεία της μηχανής χύτευσης τύπων γύρω στο 1838, τα οποία χρησιμοποιούνταν σε τυπογραφικά πιεστήρια. Εκείνη την εποχή δεν ήταν παρά κράματα μολύβδου και κασσίτερου, τα οποία εφαρμόζονταν κυρίως στον εκδοτικό κλάδο.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, με εφευρέσεις όπως η μηχανή θερμού θαλάμου που κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1907, ο ψευδάργυρος και άλλα μέταλλα χαμηλής τήξης μπήκαν στο παιχνίδι. Ο Πρώτος και ο Δεύτερος Παγκόσμιος Πόλεμος τόνωσαν τη χρήση του, επειδή οι στρατοί απαιτούσαν γρήγορα και ανθεκτικά εξαρτήματα που θα χρησιμοποιούνταν σε όπλα και οχήματα. Μέχρι τη δεκαετία του 1950, η έκρηξη των αυτοκινήτων μετά τον πόλεμο καθιέρωσε τον ρόλο της χύτευσης υπό πίεση στην επιχείρηση.

Μέχρι τη δεκαετία του εβδομήντα, υπήρξε μια αύξηση του αλουμινίου χύτευση σε μήτρα λόγω των βελτιωμένων κραμάτων και του σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή. Το ίδιο παλιό παραμύθι της εξέλιξης, της αλλαγής των υλικών και της τεχνολογίας χωρίς να μεταβάλλεται η βασική του δημοτικότητα.

Τύποι χύτευσης

Χύτευση σε καυτό θάλαμο

Στη χύτευση σε θερμό θάλαμο, ο τύπος έγχυσης βυθίζεται στο υγρό μέταλλο. Τα κράματα που χρησιμοποιούμε με αυτή τη μέθοδο είναι αυτά που έχουν χαμηλά σημεία τήξης, π.χ. ψευδάργυρος, μαγνήσιο και μόλυβδος. Έχει πρωταρχικό πλεονέκτημα, καθώς οι χρόνοι κύκλου είναι πολύ σύντομοι με υψηλή απόδοση παραγωγής.

Χύτευση ψυχρού θαλάμου

Η χύτευση με ψυχρό θάλαμο χρησιμοποιείται για την επεξεργασία μετάλλων υψηλότερης τήξης, συμπεριλαμβανομένων των κραμάτων αλουμινίου και χαλκού. Στο πλαίσιο αυτής της διαδικασίας, το λιωμένο μέταλλο διοχετεύεται στο θάλαμο έγχυσης και εγχέεται με δύναμη στη μήτρα. Αυτή η μέθοδος προτιμάται επειδή μπορεί να αντέξει την αυξημένη θερμοκρασία χωρίς να καταστραφεί ο εξοπλισμός.

Η διαδικασία χύτευσης βήμα προς βήμα

Θα επιβραδύνουμε τη διαδικασία χύτευσης σε διαχειρίσιμα στάδια. Πρόκειται για μια ορχήστρα θερμότητας, πίεσης και ακρίβειας, την οποία έχω αναγκαστεί να οργανώσω τόσες φορές.

Προετοιμάστε πρώτα τη μήτρα

Τα δύο μισά προσαρμόζονται στη μηχανή χύτευσης. Στην επιφάνεια αυτών των καλουπιών εφαρμόζεται ένας παράγοντας αποδέσμευσης για να αποφευχθεί η προσκόλληση.

Λιώστε το μέταλλο

Τα κράματα λιώνουν σε κλίβανο σε υγρή κατάσταση - περίπου 700-1.200F, ανάλογα με το κράμα.

Ακολουθεί η έγχυση

Ένα έμβολο είτε πιέζει το μέταλλο σε ένα θερμαινόμενο θάλαμο, είτε χύνεται πρώτα σε κρύο. Σε αυτή τη σειρά χιλιοστών του δευτερολέπτου, γεμίζει από την υψηλή πίεση ( 1.00020.000 psi ).

Ψύξη και στερεοποίηση

Η ταχύτητα της μήτρας επιταχύνεται από κανάλια νερού ή λαδιού που σκληραίνουν το υγρό σε στερεό μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα.

Εκτίναξη 

Το εξάρτημα ωθείται προς τα έξω με τη μορφή ακίδων. Εξαλείψτε το περιεχόμενο του κερδοσκόπου στη δευτερεύουσα λειτουργία, όπως το φλας.

Φινίρισμα: 

Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει μηχανική κατεργασία, βαφή ή επιμετάλλωση σε ό,τι αφορά την εμφάνιση και τη λειτουργικότητα. Καθ' όλη τη διάρκεια υπάρχει έλεγχος ποιότητας για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν ελαττώματα. Πρόκειται για έναν πολύ γρήγορο κύκλο δρόμου που ο χρόνος περνάει σε λιγότερο από ένα λεπτό και μπορεί εύκολα να επεκταθεί στην παραγωγή.

Υλικά που χρησιμοποιούνται στη χύτευση

Η δύναμη της χύτευσης με εκμαγείο είναι η ευελιξία πολλών τύπων μετάλλων. Το αλουμίνιο είναι το νούμερο ένα, καθώς είναι ελαφρύ και δεν διαβρώνεται. Σκεφτείτε τα αυτοκίνητα που έχουν διαπιστώσει ότι είναι εύκολο να μεταφέρονται χωρίς να αυξάνεται το βάρος όταν χρησιμοποιούνται τροχοί αλουμινίου ή πλαίσια φορητών υπολογιστών.

Ψευδάργυρος: Ο ψευδάργυρος είναι το άλλο αγαπημένο: είναι φτηνός για χύτευση, χύνεται εύκολα και σε λεπτότερα εφέ όπως κλειδαριές ή γρανάζια καταλήγει. Είναι πολύ σταθερός στις διαστάσεις του και μπορεί να επιμεταλλωθεί σε ένα φινίρισμα που μοιάζει με χρώμιο.

Μαγνήσιο: Το μαγνήσιο είναι ένα λαμπρό μέταλλο όσον αφορά τις απαιτήσεις χαμηλού βάρους, όπως τα ηλεκτρικά εργαλεία ή τα εξαρτήματα αεροσκαφών. Είναι το ελαφρύτερο δομικό μέταλλο, αλλά πρέπει να αντιμετωπίζεται προσεκτικά, καθώς είναι εύφλεκτο.

Χαλκός: Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα είναι αγωγοί και έχουν διάρκεια ζωής μέσω της χρήσης κραμάτων χαλκού. Οι παραλλαγές του ορείχαλκου και του μπρούντζου χρησιμοποιούνται ως διακοσμητικά αντικείμενα.

Μέσω της εμπειρίας, η επιλογή των υλικών επηρεάζει όλες τις πτυχές από τη διάρκεια ζωής της μήτρας έως τη συμπεριφορά του τεμαχίου. Μην ξεχνάτε ποτέ να σκέφτεστε πτυχές όπως το σημείο τήξης, η ρευστότητα και η τιμή. Τα νέα κράματα, όπως το αλουμίνιο εμπλουτισμένο με πυρίτιο, θέτουν όρια στη θερμική αντοχή.

Πλεονεκτήματα της χύτευσης

Γιατί προτιμάται η χύτευση υπό πίεση έναντι άλλων τεχνικών; Θα πρέπει να απαριθμήσουμε τους λόγους για τους οποίους είναι φορτωμένη με πλεονεκτήματα που την καθιστούν έναν κατασκευαστικό γίγαντα.

• • Αρχικά, η ακρίβεια: Τα μέρη παράγονται με μικρές ανοχές και λείες επιφάνειες και συχνά αποφεύγεται η πρόσθετη κατεργασία. Αυτό εξοικονομεί χρόνο και χρήμα.
  • Μια άλλη νίκη είναι οι υψηλοί ρυθμοί παραγωγής. Μόλις το μηχάνημα είναι έτοιμο, είναι δυνατή η κατασκευή χιλιάδων μονάδων την ημέρα με μικρές διακυμάνσεις.
  • Πολύπλοκες γεωμετρίες; Κανένα πρόβλημα. Η χύτευση σε μήτρα λειτουργεί με υποκοπές, λεπτά τοιχώματα και πολύπλοκα σχέδια που θα δυσκόλευαν τη χύτευση σε άμμο.
  • Η αποδοτικότητα των υλικών έγκειται επίσης στο γεγονός ότι δεν υπάρχουν πολλά απόβλητα, καθώς το πλεόνασμα του μετάλλου μπορεί να ανακυκλωθεί. Εκτός αυτού, τα εξαρτήματα είναι σκληρά και διαθέτουν καλές μηχανικές ιδιότητες.
  • Από πλευράς κόστους, όταν εκτελούνται μεγάλες ποσότητες, το μοναδιαίο κόστος μειώνεται σημαντικά πέρα από την επένδυση σε εργαλεία.
  • Η ταχύτητα και η ακρίβεια της χύτευσης με εκμαγείο έχει μειώσει τους χρόνους παράδοσης των περιβλημάτων του κινητήρα κατά εβδομάδες σε πραγματικές συνθήκες, όπως έχω διαπιστώσει. Είναι επίσης οικολογική και καταναλώνει λιγότερη ενέργεια από ό,τι η σφυρηλάτηση.

Μειονεκτήματα της χύτευσης με εκμαγείο

• • Τίποτα δεν είναι αψεγάδιαστο στο παρελθόν και η χύτευση δεν αποτελεί εξαίρεση. Τα έξοδα εκκίνησης των καλουπιών μπορεί να είναι υψηλά, συνήθως μεταξύ 10.000 -100.000, γεγονός που αποθαρρύνει έργα με περιορισμένη κλίμακα.
  • Ένα συχνό πρόβλημα είναι το πορώδες: Αυτό όμως μπορεί να αντιμετωπιστεί με μεθόδους κενού.
  • Μπορεί να δουλέψει μόνο με μη σιδηρούχα μέταλλα κατά κύριο λόγο- τα σίδερα υψηλής τήξης δεν μπορούν να χειριστούν χωρίς ειδικό εξοπλισμό.
  • Διάρκεια ζωής Το διηλεκτρικό ασήμι φθείρεται περισσότερο από το αλουμίνιο και απαιτεί συντήρηση.
  • Το όριο μεγέθους ισχύει, καθώς τα πολύ μεγάλα εξαρτήματα χρειάζονται γιγαντιαία μηχανήματα, τα οποία αυξάνουν τα έξοδα.
  • Αυτά τα μειονεκτήματα εξαφανίζονται σε περιπτώσεις μεγάλου όγκου κατά την εμπειρία μου, αν και σε πρωτότυπα, άλλες τεχνολογίες, όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση, μπορεί να είναι ανώτερες.

Χύτευση σε μήτρα VS Άλλες μέθοδοι χύτευσης

Οι μικρές ποσότητες είναι λιγότερο δαπανηρές με τη χύτευση με άμμο, αλλά απαιτούν τραχιές επιφάνειες που δεν μπορούν να κατεργαστούν. Τα μικρά εξαρτήματα επιτυγχάνονται καλά με χύτευση με επένδυση, η οποία είναι πιο αργή και ακριβή. Η χύτευση με εκμαγείο επικρατεί γρήγορα έναντι του όγκου, αλλά στην αρχή κοστίζει περισσότερο. Η χύτευση σε μόνιμο καλούπι μοιάζει με τη χύτευση σε μόνιμο καλούπι, εκτός από το ότι τροφοδοτείται με βαρύτητα, με αποτέλεσμα το σχηματισμό περισσότερων ελαττωμάτων.

Μέθοδος χύτευσης		Ταχύτητα παραγωγής		Ακρίβεια & φινίρισμα επιφάνειας		Δομή κόστους		Βέλτιστες περιπτώσεις χρήσης		Περιορισμοί
Χύτευση σε μήτρα		Πολύ υψηλό ιδανικό για μαζική παραγωγή		Εξαιρετική ακρίβεια, λεία επιφάνεια, στενές ανοχές		Υψηλό αρχικό κόστος κατασκευής εργαλείων, χαμηλό κόστος ανά μονάδα σε κλίμακα		Παραγωγή μεγάλου όγκου πολύπλοκων μεταλλικών εξαρτημάτων		Υψηλό αρχικό κόστος- περιορίζεται σε μη σιδηρούχα μέταλλα
Χύτευση με άμμο		Χαμηλή έως μέτρια		Χαμηλή ακρίβεια, τραχιά επιφάνεια που απαιτεί κατεργασία		Χαμηλό αρχικό κόστος, υψηλότερο κόστος φινιρίσματος		Χαμηλός όγκος ή μεγάλα εξαρτήματα, κατασκευή πρωτοτύπων		Φτωχό φινίρισμα επιφάνειας, μικρότερη ακρίβεια διαστάσεων
Χύτευση επενδύσεων		Χαμηλή		Πολύ υψηλή πολυπλοκότητα και καλό φινίρισμα επιφάνειας		Υψηλό κόστος ανά τεμάχιο, πιο αργή διαδικασία		Μικρά, περίπλοκα εξαρτήματα με λεπτές λεπτομέρειες		Αργότερη παραγωγή- ακριβό για μεγάλες ποσότητες
Μόνιμη χύτευση καλουπιών		Μέτρια		Καλύτερη από τη χύτευση με άμμο, λιγότερο ακριβής από τη χύτευση με μήτρα		Μέτριο κόστος εργαλείων		Παραγωγή απλών σχημάτων μεσαίου όγκου		Η διαδικασία τροφοδοσίας με βαρύτητα οδηγεί σε υψηλότερα ποσοστά ελαττωμάτων

 

Σκέψεις σχεδιασμού εργαλείων και μήτρας

Ο σχεδιασμός της μήτρας είναι πολύ κρίσιμος στη χύτευση. Αφιερώνουμε μεγάλο μέρος της τεχνογνωσίας μας στην ανάπτυξη καλουπιών που θα παρέχουν μέγιστη ροή του μετάλλου, αποτελεσματική ψύξη και μεγάλη διάρκεια ζωής του εργαλείου. Είναι επίσης σημαντικό ότι ο κατάλληλος εξαερισμός, τα συστήματα πύλης και η θερμική διαχείριση είναι παράγοντες που θα επηρεάσουν την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Τα καλά εργαλεία όχι μόνο βελτιώνουν τη συνοχή των εξαρτημάτων, αλλά αυξάνουν επίσης τον κύκλο ζωής της διαδικασίας παραγωγής, οπότε η χύτευση υπό πίεση είναι μακροπρόθεσμα μια φθηνότερη μέθοδος.

Ποιοτικός έλεγχος στη χύτευση

Η διαδικασία χύτευσης περιλαμβάνει αυστηρή συντήρηση της ποιότητας. Υιοθετούμε αυστηρές συμφωνίες ελέγχου, π.χ. έλεγχο διαστάσεων, δοκιμές με ακτίνες Χ και ανάλυση μηχανικών ιδιοτήτων. Οι δραστηριότητες αυτές εγγυώνται ότι κάθε εξάρτημα ανταποκρίνεται στις προδιαγραφές του κλάδου ή και περισσότερο. Τα πολύπλοκα συστήματα παρακολούθησης μας επιτρέπουν να αντιλαμβανόμαστε τις αποκλίσεις της διαδικασίας κατά την εκτέλεση, προωθώντας την αξιοπιστία και τη μείωση των ποσοστών απορριμμάτων.

Περιβαλλοντικές και οικονομικές επιπτώσεις

Η σύγχρονη χύτευση εστιάζει επίσης στη βιωσιμότητα. Οι δικές μας δραστηριότητες περιλαμβάνουν επίσης την ανακύκλωση του πλεονάζοντος μετάλλου, τη μέγιστη δυνατή χρήση ενέργειας στον κύκλο παραγωγής κ.λπ. Η επαναχρησιμοποίηση των καλουπιών και η μείωση της σπατάλης υλικών μπορεί να συμβάλει στην καθιέρωση περιβαλλοντικής υπευθυνότητας καθώς και οικονομικής αποδοτικότητας. Από πλευράς κόστους, χύτευση σε μήτρα είναι οικονομικά αποδοτική, καθώς μακροπρόθεσμα εξοικονομεί χρήματα όσον αφορά την εργασία, την ταχύτερη παραγωγή και τις χαμηλές δαπάνες για μεταγενέστερη επεξεργασία.

Συμπέρασμα

Η χύτευση υπό πίεση είναι μια πολύ σημαντική παραγωγική διαδικασία που ενσωματώνεται με ακρίβεια, παραγωγικότητα και ευελιξία. Έχει αποδείξει την ικανότητά της να παρέχει ποιοτικά μεταλλικά εξαρτήματα που συμβάλλουν στην εξυπηρέτηση πολύ διαφορετικών βιομηχανιών. Το μέλλον της σύγχρονης παραγωγής θα χαρακτηρίζεται από τη συνεχή βελτίωση των υλικών, των εργαλείων και της αυτοματοποίησης, καθώς η χύτευση υπό πίεση οριοθετεί σαφώς το μέλλον της σύγχρονης παραγωγής.

Συχνές ερωτήσεις (FAQ)

Πώς κάνουμε χύτευση και τι είναι αυτό;

Η πίεση χύτευσης στερεώνεται σε λιωμένο μέταλλο σε καλούπι. Ξεκινά με την τήξη του κράματος και την τοποθέτησή του στη μήτρα και την ψύξη του και την εκτίναξη του εξαρτήματος. Αυτό παρέχει επαναλαμβανόμενα και ακριβή εξαρτήματα σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Ποιες θεωρείτε ότι είναι οι επικρατέστερες ποικιλίες μηχανών χύτευσης;

Πρόκειται κυρίως για ένα θερμό θάλαμο (μέταλλα χαμηλής τήξης όπως ο ψευδάργυρος) και ένα ψυχρό θάλαμο (αλουμίνιο και χαλκός). Τα μικρά εξαρτήματα γίνονται σε θερμό θάλαμο και τα μεγάλα και υψηλής τήξης σε ψυχρό χειρισμό.

Ποια είναι τα δυνατά σημεία της χύτευσης υπό πίεση σε σύγκριση με τη μηχανική χύτευση με έγχυση;

Η χύτευση σε μήτρα δίνει καλύτερη αντοχή και ανθεκτικό στη θερμότητα μεταλλικό μέρος κατάλληλο για λειτουργικά μέρη. Η χύτευση με έγχυση είναι κατάλληλη για τα πλαστικά, ωστόσο δεν μπορεί να έχει σχέση με την ανθεκτικότητα του μετάλλου.

Ποιες επιχειρήσεις πεθαίνουν πιο αποτελεσματικά;

Οι ηγέτες περιλαμβάνουν την αυτοκινητοβιομηχανία, τα ηλεκτρονικά, την αεροδιαστημική και τα καταναλωτικά αγαθά. Τα εξαρτήματα ακριβείας που διατίθενται σε μεγάλες ποσότητες, όπως μπλοκ κινητήρων ή περιβλήματα συσκευών, είναι ιδανικά.

Ποια είναι η τιμή της χύτευσης των προσαρμοσμένων εξαρτημάτων;

Οι τιμές είναι διαφορετικές: Εργαλειοθήκη $5,000-50,000 εκκίνηση, στη συνέχεια 0,50- 5/τεμάχιο σε μάζα. Περιλαμβάνουν την πολυπλοκότητα, το υλικό και την ποσότητα - οι μεγάλες σειρές μειώνουν τις τιμές ανά μονάδα.

Ισχυρά ελαττώματα στη χύτευση υπό πίεση και η πρόληψή τους.

Πορώδες παγιδευμένου αέρα, πορώδες λάμψης ή πορώδες συρρίκνωσης. Μειώστε τα προβλήματα με τη χρήση υποβοήθησης κενού, κατάλληλου εξαερισμού και βέλτιστων πιέσεων.

Είναι η χύτευση με εκμαγείο φιλική προς το περιβάλλον;

Ανακυκλώνει καλά τα απορρίμματα και καταναλώνει χαμηλή ενέργεια σε σύγκριση με άλλους. Οι σύγχρονες τάσεις χρησιμοποιούν βιώσιμα κράματα και φιλικούς προς το περιβάλλον κλιβάνους, οι οποίοι είναι πράσινοι στην παραγωγή.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των παραδοσιακών μεθόδων και της επεξεργασίας υπό κενό;

Στη χύτευση υπό κενό ο αέρας απομακρύνεται από το καλούπι πριν από την έγχυση, όπου το πορώδες ελαχιστοποιείται για να γίνουν τα εξαρτήματα ισχυρότερα και πυκνότερα. Τα καταφέρνει καλά σε σκληρές εφαρμογές όπως η αεροδιαστημική.