Ez a cikk részletesen tárgyalja az alumínium nyomásos öntést. Ismerje meg ennek a technikának a legfontosabb alkalmazásait, valamint a folyamat áttekintését, az ötvözetek típusait, a tervezési megfontolásokat, a kihívásokat stb.

Mi az alumínium nyomásos öntés?

Az alumínium nyomásos öntés nagy nyomást (100-1000 bar) alkalmaz, miközben az olvadt alumíniumot a szerszámokba juttatja. Ezek a szerszámok általában acélból készülnek, és újrafelhasználhatók.

A szerszám kitöltése az olvadt fém folyékonyságától függ. Az optimális folyékony forma azonnal (másodperceken belül) kitölti a formát. Ez az anyag hűlés közben veszi fel az alkatrész tényleges alakját. Például autómotorblokkok, okostelefonok keretei vagy drónok alkatrészei.

Ez a gyártási folyamat optimális több mint 10 000 azonos termék gyors és olcsó előállításához.

A folyamat fizikája

Nagy nyomás (100-1000 bar):

Minél nagyobb a nyomás, annál egyenletesebben oszlatja el az alumíniumot a szerszám belsejében, kitöltve a legapróbb réseket is. Ez a nyomás megszünteti a buborékok előfordulását és fenntartja a felületek sima átmenetét. Például 500 bar mindössze 0,02 másodperc alatt képes kitölteni a szerszámot.

Gyors hűtés (500-1000°C másodpercenként):

Az alumínium a HPDC-ben 100x gyorsabban hűl le, mint a homoköntésben, és felveszi a termék tényleges alakját. Ezt teszi a hűtési sebesség: sűrű mikroszerkezetet hoz létre finom kristályszemcsékkel (0,01 mm). Ez 20-30% nagyobb szilárdságot ad, mint a lassabb lehetőségekkel készültek.

Az öntőgépek típusai

Forró kamrás gépek:

A melegkamrás gépek többnyire alacsonyabb olvadáspontú fémeket, például cinket (420 °C) használnak. Ennek oka, hogy nem tudják kezelni a magas olvadáspontú ötvözeteket, mint például a 660°C-os alumíniumot. Ha mégis öntenek alumíniumot a forrókamrás gépben, az károsíthatja a berendezést.

Hidegkamrás gépek:

A hidegkamrás gépek jól működnek közepes hőmérsékletű fémek, például alumínium esetében. Ebben a folyamatban a szerszámöntők készítik elő az ötvözet olvadt formáját. Ezt töltik a dugattyúba, hogy az anyagot akár 1000 bar nyomás alatt a szerszámba fecskendezzék. Ez a technika azonban hosszabb időt vesz igénybe (ciklusidő: 30-60 másodperc), de sokkal biztonságosabb a kemény anyagok esetében.

Alkalmasság alumínium ötvözetekhez

A megfelelő alumíniumötvözetek közé tartozik az A380 (85% alumínium, 8% szilícium) és az A383 (84% alumínium, 10,5% szilícium). Ezek az ötvözetek nagy nyomást képesek elviselni, és hűtés közben nem repedeznek. Az A380-as fém például simán kitölti a formát, és akár 1 mm vékony falvastagságot is létrehozhat.

Az öntési technikák összehasonlítása

A nyomásos öntés legfontosabb részletei

• Egyetlen HPDC gép gyártási sebessége 100-200 óránként.
• A kezdeti beállítások körülbelül 50 000-1 millió forintba kerülnek. Az 50 000 darab feletti nagy megrendeléseknél azonban az egységenkénti költség akár $0,50-re is csökken.
• Akár 1,5 mm-es lyukakat is fúrhat.
• Ezzel az eljárással akár 0,8 mm-es falvastagságú alkatrészek is készíthetők.
• Az acél használatával a tartósság körülbelül 50 000-500 000 ciklusra növelhető.

Az alumínium nyomásos öntési folyamat

1. Szerszámtervezés és gyártás

Szerszámtervezés:

A szerszámtervek tartalmazzák a gyártandó termék közel nettó alakját. Fő feladata az olvadt alumínium ilyen formákká alakítása. Ez azt jelenti, hogy a tervezési tökéletességek (méret, vastagság stb.) lehetővé teszik, hogy finom minőségű alkatrészeket kapjon.

Kapuzatrendszerek

Az olvadt alumínium a szerszám felé áramlik. Ezek általában 3-8 mm szélesek. A fém áramlási sebességének (1-5 m/s) szabályozása érdekében elkerülhető a turbulencia és a levegő beszorulása.

Futótervezés:

A futórendszerek egyenletesen elosztják vagy szétterítik a fémet a szerszám belsejében. Vastagságuk 5 és 15 mm között mozog. Ez csökkenti a következetlenségeket is a rossz forma elkerülése esetén.

Szellőztetés:

A gépre kis, 0,1-0,3 mm széles szellőzőnyílások vannak felszerelve. Ezek segítenek a beszorult levegő eltávolításában, hogy csökkentsék a hibákat, például a porozitást és a légzsákokat.

Hűtőcsatornák:

A hűtőcsatornák olyanok, mint a csövek. Percenként 10-20 liter öntött vizet áramoltatnak. Rendszereik 200-300°C közötti hőmérsékletet tartanak fenn, hogy az alkatrészeket előkészítsék a kilövésre. Ez a hőmérséklet fenntartása fontos a túlmelegedés megelőzése és az egyenletes szerkezetek elérése érdekében.

Anyagok:

Az általánosan használt H13 acél 45-50 HRC keménységet kínál. Emellett már természetes nagy szilárdságú és kopásállóságú tulajdonságai is vannak ennek a fémnek. Ez létezik, hogy ellenálljon 50 000-500 000 öntési ciklusnak.

Szimulációs szoftver:

Az olyan eszközök, mint a AutoCAST hasznosak a HPDC-folyamatban, mivel korán előre jelzik a szerszám meghibásodását. Optimalizálhatja a fémáramlást és jobban elhelyezheti a kapucsatornát. Ezáltal lehetővé válik a hibák akár 30%-vel történő csökkentése a gyártás megkezdése előtt.

Karbantartás:

A szerszám karbantartása érdekében 5-10 ciklusonként érdemes kenőspray-t alkalmazni. Megakadályozza a fém ragadását és zökkenőmentes kidobást tesz lehetővé.

2. Anyag kiválasztása és előkészítése

Alumínium ötvözetek:

A legfontosabb dolog nem csak az alumíniumötvözetek kiválasztása. Ez az öntési követelményektől függ, amelyek befolyásolják a szilárdságot, a folyékonyságot és az alkalmazási alkalmasságot.

• A380: Könnyen folyik és nagy szilárdságot biztosít. A gyártók általában autóipari alkatrészekhez használják.
• ADC12: Ez a fém jól használható elektronikai házakhoz és vékonyfalú (1-2 mm vastagságú) alkatrészekhez. Simán folyik és csökkenti a hibákat. Emellett mélyen pontos alkatrészek gyártására is alkalmas.

Olvadás minősége:

Logikusan szólva, az alumínium tisztaságának fenntartása hibamentes és erős alkatrészeket eredményez. Erre szolgál a tartókemencében végzett munka. Az olvadt alumíniumot 660-700°C-on tartják, megakadályozva a megszilárdulást. Ezenkívül a csapdába esett hidrogén, amely gáztalanítás eltávolítja a nitrogéngáz használatával ténylegesen csökkenti a porozitást 90% és megakadályozza a belső üregek kialakulását.

3. Olvasztás és öntés

• Az olvasztó egy gáztüzelésű kemence. A gyártó szilárd alumínium pelletek olvasztására használja 700-750 °C hőmérsékleten. Ez biztosítja az egyenletes olvadt állapotot.
• A tárolókemencében tárolják az olvadt alumíniumot. A gyártási ciklus befejezéséig ellenőrzött hőmérsékleten likviditásban tartják.
• Az eljárás kos és lövedékhüvely részei egyszerűen 4-10 m/s sebességgel, nagy nyomás alatt nyomják a fémet a szerszám üregébe. Feladatuk a szerszám teljes kitöltése és a megfelelő tömörítés.
• A fröccsöntőgépek automatizálják a fröccsöntés mechanikai rendszereit. Ez biztosítja az öntött alkatrészek élesen részletezett eredményeit és megismételhetőségét.
• A hidegkamrás gépek dugattyút használnak. A nagy hatékonyság érdekében 30-60 másodperc alatt befecskendezi a fémet és befejezi a ciklusokat.

4. Injektálás és megszilárdulás

Első szakasz: Az olvadt anyag kitölti a szerszám üregének 80-90% részét. A befecskendezés 0,01-0,1 másodpercet vesz igénybe. Győződjön meg róla, hogy az anyag egyenletesen kitölti a hézagokat és minden szerszámsarkot elér.

Második szakasz: A gyártó nagy nyomást alkalmaz (200-400 bar). Eltávolítja a légréseket, és sűrű minőséget és szerkezeti integritást biztosít.

Hűtés: A fröccsöntő víz vagy hűtőlevegő gyorsan, másodpercenként 500-1000 °C-os hőmérsékleten hűti le a befecskendezett fémet. Ennek során hatékonyan vesznek fel erős mikroszerkezetet, finom szemcsemérettel (0,01-0,05 mm).

5. Kilövés és utófeldolgozás

Miután az alkatrész megszilárdult, a kilökőcsapok segítenek az öntvény biztonságos eltávolításában a szerszámból. Ez 5-20 tonna erőt fejt ki.

Eközben az olvasztótartály vízzel 10-30 másodpercig gyorsan lehűti az öntvényeket. Ez a további folyamat megakadályozza a vetemedést és növeli az anyagjellemzőket.

Ezenfelül a trimmelőgépek 20-50 tonna erőt használnak a fémmaradványok (kapuk, villanófény) levágására. Ez segít a jobb minőségű alkatrészek elkészítésében.

Befejező részleg:

A gyártók az éles élek eltávolítására használják a sorjázás technikáját. Ezek az eljárások sima felületeket biztosítanak, és 1,6-3,2 µm-es Ra érdességértéket érnek el.

A pontos furatok és a megmunkálás során kialakuló pontos furatok és jellemzők szűk tűréseket (±0,05 mm) eredményeznek. A termék ennek eredményeként végül megfelel a speciális előírásoknak.

7. Hulladékgazdálkodás

Az öntők újraolvasztották vagy újrahasznosították az 5-10% alumíniumhulladékot. Mivel a törmelék újrahasznosítása csökkenti a nyersfém költségeit.

A kenőanyagokból és fémmaradványokból származó hulladékot a szennyvíztisztító rendszerben lehet kezelni. Ez az iszap- és olajkezelés 95% szennyezőanyagot távolít el az ártalmatlanítás előtt.

Ezen kívül a gyártók kipufogógázmosókat is használnak. Ezek feladata a káros gázok szűrésével kezelni a kibocsátásokat. Ezek az eszközök segítenek abban, hogy 99% sikeres legyen a légszennyezés csökkentése.

Az olyan fenntartható erőforrások, mint a hűtőtornyok, 80% használt vizet forgatnak vissza. Ezek a technikák a környezeti hatásokat is minimalizálják.

Alkalmazások és iparágak

Autóipar

Felfedezték, hogy az Európában gyártott autókban járművenként több mint 200 kg alumíniumot használnak. Emellett az autóiparban a HPDC-eljárással különböző könnyű és erős alkatrészeket állítanak elő. Például motorblokkok, ablaktörlőmotorok háza, AC/DC vezérlők, akkumulátorházak stb.

Repülőgépipar

Az alumínium öntéssel előállított űrtechnikai alkatrészek erősebbek és könnyebbek lennének. Például a repülőgép-konzolok és műholdak szakítószilárdsága akár 300 MPa is lehet. Ennek eredményeként az alkatrész jól teljesít és kevesebb üzemanyagot használ.

Fogyasztási cikkek

Az öntési eljárás hasznos a vékony falú alkatrészek készítésénél. Ez különösen igaz a fogyasztási cikkek kategóriáira. Például laptopok és telefonok elektronikus burkolataihoz akár 1 mm vékony falú elektronikai burkolatokat is készíthetünk. A gyártók több mint 50 ezer (évi) mosógépegységet gyártanak ezzel a technikával.

Ipari berendezések

A nagyobb nyomásnak (akár 100 bar) ellenálló alkatrészek, például szivattyúházak és szelepek esetében értékes az öntött alkatrészek kiválasztása. Ezek az alkatrészek szivárgásmentes anyagokkal és Ra 1,6 és 3,2 µm körül ingadozó felületi érdességgel rendelkeznek.

Az alumínium nyomásos öntés előnyei

• Ez az eljárás valóban ±0,1 mm-es tűréshatárral képes alkatrészeket önteni (5x jobb, mint a homoköntés).
• Tökéletes illeszkedést biztosít.
• Az alkatrészek felülete sima (Ra 1,6 µm)
• Csökkentse az utófeldolgozást.
• Az alumíniumötvözetek 100% újrahasznosíthatóak.
• Ez az eljárás 40-50% kevesebb energiát használ, mint a homoköntés.
• Csökkenti a szén-dioxid-kibocsátást.
• Az öntött alkatrészek az acél súlyának fele mellett is erősek.
• A tömeggyártás csökkenti az alkatrészenkénti költségeket.

Kihívások és korlátozások

Alkatrész mérete és összetettsége:

A maximális méretnek van egy korlátja, ami azért van, mert körülbelül 600 x 600 mm-t tud előállítani (ez nagyjából egy autó ajtajának mérete).

A 0,8-1,5 mm alatti vékony falak hiányos kitöltést okoznak. Ez az igény meghaladja az akár 4 m/s-os befecskendezési sebességet. Ezenkívül nehéz lehet a 0,5 mm alatti bonyolult vonások reprodukálása.

Anyaghatárok:

Ez az eljárás csak speciális ötvözetek, például az A380-ashoz hasonlóan jól alkalmazható. Ez a jó folyékonysága és öntési tulajdonságai miatt.

Gyakori hibák

A levegő beszorulása gázporozitást okoz, és amikor ezek a gázok kitágulnak, ez olyan hibákká alakul át, mint például a hólyagosodás. Ez általában a vastagabb (10 mm alatti) alkatrészeknél fordul elő, és a gázmentesítéssel szabályozható.

Hasonlóképpen, zsugorodási porozitás és repedések keletkeznek, ha a hűtési sebesség egyenlőtlen és 500°C/s alá csökken. Ennek elkerülése érdekében 200-400 bar nyomás fenntartja a sűrűséget és az integritást a megszilárdulás során.

Tesztelés és ellenőrzés:

Csak meg kell jósolnia a projekt teljesítményét, és néhány lépéssel előrébb kell járnia a következőn keresztül roncsolásmentes vizsgálat. A röntgenellenőrző rendszer egy csőfejet használ. Ez az a pont, ahol a fókuszpont sugarakat bocsát ki az öntvényre. Az üregek jelenléte megváltoztatja a röntgensugarak behatolását. Egyedi képet készít az elemzés egyszerűsítése érdekében.

Hasonlóképpen, az ultrahangvizsgálat alkalmazása segít a belső repedések alkatrészenkénti 2-5 másodpercen belüli felderítésében. Az érzékelőik figyelik a befecskendezési sebességet (±0,1 m/s) és a nyomást (±10 bar). Ez tehát biztosítékot ad az egyenletes minőségre.

Következtetés:

Alumínium nyomásos öntvény megbízható folyamat. A legtöbb ágazatban, köztük az autóiparban, a repülőgépiparban és az elektronikában is alkalmazzák a megfizethetőség és a nagy megrendelésekhez szükséges nagy vezetőképesség miatt.

Ez az a lehetőség, amely a pontos formák és a sima felület eléréséhez kevesebb energia felhasználása mellett működik. Bár ez nem az, vannak kihívások, mint például a méretkorlátok és az alkalmi hibák. Erre a modern tesztelés és ellenőrzések alkalmazása tartja a termelést egyenletesen.