Kuumakammiossa ja kylmäkammiossa tapahtuva painevalu ovat molemmat metallien valumenetelmiä. Ne toimivat kuitenkin eri tavoin. Kuumakammiovalussa käytetään sisäänrakennettua uunia. Se toimii nopeammin ja valmistaa osia matalan sulamispisteen metalleista, kuten sinkistä. Kylmäkammiovalussa taas käytetään erillistä uunia metallin sulattamiseen. Sillä voidaan valmistaa osia keskisulavista tai korkeamman sulamispisteen metalleista, kuten alumiinista, mutta se ei toimi nopeasti.

Valintapäätös riippuu metallityypeistä ja osan monimutkaisuudesta. Lue tämä artikkeli ja tutustu niiden eri puoliin, seoksiin, sovelluksiin ja prosesseihin.

Kuumakammio painevalu

Prosessia kutsutaan kuumakammioksi, koska uunissa sulassa metallissa on upotettu ruiskutusjärjestelmä (hanhenkaula ja mäntä). Se toimii nopeammin käyttämällä automatisoitua tekniikkaa metalliosien valmistamiseksi.

Valmistaja pakottaa sulan metallin uudelleenkäytettävään teräsmuottiin korkeassa paineessa. Sinkki, tina ja lyijypohjaiset seokset ovat ensisijaisesti käytettäviä metalleja. Prosessi toimii metallien matalammilla sulamispisteillä (alle 450 °C / 842 °F), jotta vältetään ruiskutusjärjestelmän vaurioituminen. Lyijyseoksia on kuitenkin rajoitettu monilla teollisuudenaloilla niiden myrkyllisyyden vuoksi.

Metallin ruiskutus: Gooseneck-järjestelmä

Kuumakammiossa käytettävät hanhenkaula-järjestelmät pumppaavat sulaa seosta muotin onteloon. Se on upotettu uuniin metallin virtauksen parantamiseksi. Siinä hydraulinen tai pneumaattinen mäntä, jota ohjataan öljyllä/kaasulla 7-15 MPa:n (1 000-2 200 psi) paineella, työntää metallin muottiin ja ylös hanhenkaulaa pitkin. Tämä rakenne on ihanteellinen massatuotantoon, sillä se mahdollistaa 2-5 ruiskutusta minuutissa.

Keskeiset haasteet:

Jotkut epäpuhtaudet, kuten hapettunut metalli, voivat kerääntyä hanhenkaulaan ja muodostaa kuonaa. Ne tukkivat virtauksen ja heikentävät sen seurauksena kappaleen laatua. Tämän välttämiseksi tarvitaan asianmukaisia puhdistusjärjestelmiä.

Lisäksi jatkuva altistuminen sulalle metalliseokselle vahingoittaa ajan myötä mäntää ja hanhenkaulaa. Tämä edellyttää vaihtoa 50 000-100 000 käyttökerran välein.

Muottien materiaalit ja kestävyys

Muotit valmistetaan vahvemmista ja kovemmista materiaaleista, kuten teräksestä (esim. H13-luokka). Nämä muotit kestävät yleensä voimakkaita paineita ja kuumuutta. Muotin sisälle muodostuu kuitenkin pieniä halkeamia, kun kuumuus on yli 400 °C ja kun se jäähtyy. Mikä tahansa muotti voi kestää 100 000-500 000 sykliä ennen korjausta.

Kustannukset ovat edelleen korkeat, $20,000-$50,000 per kuolema. Vaihtoehtoisesti siitä tulee edullinen, kun sitä käytetään massatuotantoon. Säännöllinen huolto, pinnoitteet ja lämpötilan hallinta lisäävät väistämättä sen käyttöikää.

Syklien aikajakauma

• Täyttö: Sulan metallin lisääminen muottiin kestää 0,1-0,5 sekuntia. Nopeus riippuu yleensä männän voimasta ja metallin viskositeetista.
• Jähmettyminen: Sulan metallin jäähtyminen ja kovettuminen 2-10 sekunnissa. Paksummat osat tarvitsevat pidemmän ajan, kun taas ohutseinäiset osat (esim. 1-3 mm) jäähtyvät riittävän nopeasti.
• Heitto: Kappaleen poistaminen on helppoa, sillä se irtoaa 1-3 sekunnissa. Lisäksi voiteluainesuihkun (esim. grafiitin) käyttö muotissa estää tarttumisen.

Lämpötilan säätö

Tasaisen valulaadun saavuttamiseksi on tärkeää valita tarkka lämpötila. Siksi uunissa pidetään sulaa sinkkiä 410-430 °C:ssa (770-806 °F). Tämä tarkoittaa, että jopa 10 °C:n lämpötilamuutokset voivat aiheuttaa vikoja.

Valun aikana uunia lämmittävät sähköiset vastuslämmittimet tai kaasupolttimet. Sillä välin termoparit tarkkailevat lämpötilaa koko ajan. Tämä johtuu siitä, että huono säätö (liian kuuma) hajottaa metallia ja liian kylmä aiheuttaa kuonaa. Samoin ennenaikainen jähmettyminen ei täytä aukkoja tai aiheuta halkeamia.

Heittojärjestelmä

Osa on valmis irrotettavaksi, kun sen metalli on täysin kiinteää. Valmistajat avaavat muotin ulosheittotappien avulla, jotka työntävät osan ulos.

Lisäksi, hydrauliset toimilaitteet hallita voimaa ja välttää vahinkoja. Samalla kulmatapit irrottavat sujuvasti monimutkaisia muotoja. Voit myös käyttää voiteluainesumua muotin jäähdyttämiseen ja tarttumisen estämiseen. Kaikki tämä tarkoittaa, että hyvin toimivat heittojärjestelmät toimivat erittäin tehokkaasti.

Edut

• Prosessi on 3-4 kertaa nopeampi kuin kylmäkammiossa tapahtuva painevalu.
• Sisäänrakennetut uunit kuluttavat 20-30% vähemmän energiaa kuin ne, joissa metalli sulatetaan erikseen.
• Sillä valmistetaan osia, joissa on tiukat toleranssit (±0,1 mm) ja sileät pinnat.
• Kuumakammiovalu on ihanteellinen massatuotantoon (yli 10 000 osaa).
• Sitä käytetään laajalti autojen saranoissa tai elektroniikkakoteloissa.

Haitat

• Tämä tekniikka ei sovellu alumiinin tai magnesiumin painevalu. Koska niiden sulamispiste on korkeampi, mikä vahingoittaisi hanhenkaulaa.
• Usein toistuvasta vaihtelusta johtuvat lämpötilapoikkeamat rasittavat hanhenkaulaa, ja sen seurauksena syntyy halkeamia.
• Edellyttää epäpuhtauksien poistamista kuonan välttämiseksi.

Kylmäkammion painevalu

Kylmäkammiovalu ei ole kuin kuumakammiovalu, vaan siinä on erillinen uuni metallin sulattamiseksi. Sen sijaan valmistajat siirtävät sulaa metallia kauhan kautta laukaisuhylsyyn. Jossa hydraulinen mäntä pakottaa sen muottipesään. Muu prosessi on lähes samanlainen. Tämä prosessi toimii hyvin metallien, kuten alumiinin, magnesiumin ja kuparipohjaisten seosten, kohtalaisilla tai korkeilla sulamislämpötiloilla.

Metallien ladonta ja ruiskutus

Voit siirtää lämmitettyä metallia kohti konetta joko manuaalisella tai automaattisella kauhalla.

• Käsikäyttöinen kauhominen on hitaampaa eikä kovin johdonmukaista. Sitä käytetään sulan metallin kaatamiseen laukaisuhylsyyn. Tämän seurauksena kappaleiden laadussa esiintyy vaihtelua.
• Automaattisella kauhalla tarkoitetaan robottikättä. Se mittaa ja asettaa kuumennetun metallin tarkasti. Se täyttää aukot oikein ja vähentää inhimillisiä virheitä. Tämä prosessi auttaa parantamaan tuotantonopeuksia noin 10-20%. Lisäksi se poistaa virheet, kuten ilmansulkeumat ja epätäydelliset täytöt.

Laukausholkki ja syöksytorvi

Lyhyet hihat ovat osa ruiskutusjärjestelmiä. Tämä on kohta, josta sula metalli kaadetaan ennen kuin se ruiskutetaan muottiin. Valmistajat käyttävät niiden valmistuksessa kovempia materiaaleja, kuten terästä, jotta ne kestävät korkeita lämpötiloja ja paineita.

Mäntä on kuin hydraulisylinterin käyttämä tanko. Se pakottaa sulan seoksen muottiin. Yleensä sitä voi olla kahta tyyppiä: litteä ja kartiomainen.

Litteä mäntä toimii yksinkertaisemmissa osissa, joiden seinämän paksuus on vakio. Sen sijaan kartiomaiset männät ovat käyttökelpoisia kovissa rakenteissa, jotka pysäyttävät turbulenssin ja ilman takertumisen.

Die Materiaalit

Kylmäkammiomuotit sisältävät periaatteessa karkaistua työkaluterästä, kuten H13 tai H11. Tässä materiaalissa on jo lujuus-painosuhde ja kulutuskestävyys. Siksi se kestää korkeaa kuumuutta (jopa 700 °C/ 1292 °F) ja voimakkaita ruiskutuspaineita ilman muodonmuutoksia.

Muotilla on kuitenkin joitakin haasteita. Esimerkiksi jatkuvasta lämmöstä ja jäähdytyksestä johtuvat lämpötarkastukset aiheuttavat pinnan halkeamia. Samaan aikaan korkean lämpötilan seoksista johtuva eroosio aiheuttaa asteittaista kulumista.

Yritä siksi keskittyä säännölliseen kunnossapitoon, pintakäsittelyyn ja pinnoittamiseen (nitridointi tai PVD). Nämä voivat pidentää muotin käyttöikää ja parantaa myös suorituskykyä.

Jäähdytyskanavat

Insinöörit integroivat jäähdytyskanavat muottiin strategisesti. Tämä johtuu siitä, että nämä kanavat säätelevät jähmettymisvaihetta ja lyhentävät sykliaikoja. Sijoittamalla ne lähelle korkean lämpötilan alueita voidaan saada aikaan jatkuva jäähdytys. Se ei siis aiheuta vääntymistä, kutistumista tai sisäisiä halkeamia.

Ruisku- ja juoksuputkijärjestelmä

Nämä kylmäkammiokoneen osat auttavat ohjaamaan kuumennetun metalliseoksen laukaisuhylsystä muotin onteloon.

Sprue-osa on yleensä sisääntulokohta, josta juoksupyörät jakavat metallia pois. Suunnittele ne tarkoituksenmukaisesti, jotta voit poistaa merkittävät viat, kuten ilmansulkeutumisen ja virtauksen estämisen.

Heittojärjestelmä

Kun jähmettyneet valukappaleet poistetaan muotista vahingoittumatta, heittojärjestelmät varmistavat sujuvan toiminnan. Näihin järjestelmiin kuuluu heittotappien, voiteluainesumutuksen, hydraulisten toimilaitteiden ja kuumakammioita muistuttavien heittolaatikoiden käyttö.

Kun osa jäähtyy, muotti aukeaa, jolloin heittolaatikko aktivoituu ja heittotapit työntävät valetun osan ulos.

Edut

• Sillä voidaan valaa laajempi valikoima seoksia, kuten alumiinia, magnesiumia ja kuparia.
• Lämpöshokki on vähäisempi, koska hauliholkki ja mäntä eivät kohtaa jatkuvasti sulaa metallia, mikä vähentää kulumista.
• Sillä voidaan valmistaa erittäin teräviä ja yksityiskohtaisia osia, joissa on ohuet seinämät.

Haitat

• Se on hitaampi kuin kuumakammioprosessi ja kestää 20-60 sekuntia osaa kohti.
• Se tarvitsee enemmän energiaa ja huoltoa korkeampien lämpötilojen ja paineiden vuoksi. Tämä tekee siitä kalliin.
• Käsikäyttöinen kauhominen ja muotin ylläpito lisäävät usein työvoiman tarvetta.

Kuumakammio- ja kylmäkammiovalun vertailu

Tapaustutkimukset

Valmistajat käyttävät yleisesti kuumakammiovalua sinkkiseoksesta valmistettujen solkien ja kiinnikkeiden valmistukseen. He käyttävät tätä tekniikkaa, koska sillä voidaan valmistaa pienikokoisia osia ja massatuotantoa.

Kun taas kylmäkammiossa suuttimet, valussa valmistetaan alumiinisia moottorilohkoja. Tähän osaan sisältyy suuri koko, monimutkainen geometria ja tarve suureen lujuuteen. Siksi kylmäkammiovalu on paras.

Sovellukset ja toimialat

Autoteollisuus:

Autoteollisuus käyttää kuumakammioita sinkkiseoksesta valmistettujen osien, kuten turvavöiden osien, pyyhkimien osien ja auton äänentoistolaitteiden koteloiden valmistukseen. Sinkin vaikuttavien ominaisuuksien ansiosta ne ovat sileitä ja erittäin kestäviä.

Kylmäkammiossa tapahtuva painevalu auttaa alumiinisten moottorin kiinnikkeiden, konehuoneen osien ja valaistusosien valmistuksessa. Tämä johtuu siitä, että sillä voidaan luoda mitä tahansa vaikeita malleja, joilla on suuri lujuus.

Ilmailu:

Kuumakammiovalua käytetään harvoin ilmailu- ja avaruusalan osiin. Tämä johtuu siitä, että sen valumetallilla (sinkki, magnesium) on matalampi sulamispiste. Se ei kuitenkaan tarkoita, ettei tätä prosessia käytettäisi tällä alalla. Sillä valmistetaan monia pieniä magnesiumista valmistettuja ilmailu- ja avaruusalan osia, kuten kiinnikkeitä, koteloita ja liittimiä. Se tarjoaa kevyttä lujuutta, korroosionkestävyyttä ja kestävyyttä.

Magnesiumseoksista valmistettuja kylmäkammiovalettuja osia käytetään kuitenkin lentokoneissa. Esimerkiksi istuinten kehykset ja matkustamon osat. Nämä osat ovat kevyempiä ja lujempia.

Kulutustavarat:

Valmistajat valmistavat muodin ja asusteiden suosittuja tuotteita kuumakammiovaluilla. Esimerkiksi sinkkiseoksesta valmistettuja solkia, vetoketjuja ja koristeellisia koristeita.

Alumiinisia elektroniikkakoteloita ja jäähdytyslevyjä käytetään laajalti kulutuselektroniikassa. Ne valmistetaan kylmäkammiomenetelmällä.

Kehitteillä olevat sovellukset

Sähköajoneuvot (EV):

Painovalua käytetään yhä useammin kevyiden akkukoteloiden ja sähköautojen rakenneosien valmistukseen.

Kevyiden osien kasvava kysyntä sähköautoissa on syynä painevalutekniikan laajaan käyttöön. Tällä menetelmällä luodaan akkukoteloita ja rakenneosia, jotka painavat keskimääräistä vähemmän ja ovat vahvempia.

5G-teknologia:

Alumiini- ja magnesiumvalusta on nyt tullut tärkeitä komponentteja 5G-infrastruktuurissa. Esimerkiksi antennikotelot ja lämmönhallintajärjestelmät.

Päätelmä

Kuumakammiovalu toimii nopeasti ja on edullinen vaihtoehto. Siinä käsitellään matalamman sulamispisteen metalleja, kuten sinkkiä. Toisaalta kylmäkammiossa painevalu kuluttaa enemmän energiaa, koska siinä seos sulatetaan erikseen. Tämä prosessi on kuitenkin tehokas koville ja korkean sulamispisteen materiaaleille, kuten alumiinille, kuparille jne. Kun valitset, katso niiden metallin soveltuvuus, suunnittelun monimutkaisuus ja tuotantomäärä. Näin saat halutun tuloksen.