Turnarea sub presiune cu cameră caldă și cu cameră rece sunt ambele metode de turnare a metalelor. Dar acestea funcționează în moduri diferite. Turnarea sub presiune cu cameră caldă utilizează un cuptor încorporat. Funcționează mai rapid și produce piese din metale cu punct de topire scăzut, cum ar fi zincul. Între timp, turnarea în cameră rece utilizează un cuptor separat pentru topirea metalului. Aceasta poate produce piese din metale cu punct de topire moderat până la ridicat, precum aluminiul, dar nu funcționează rapid.

Decizia de selecție constă în tipurile de metal și complexitatea piesei. Citiți acest articol pentru a descoperi diferitele lor aspecte, aliaje, aplicații și procese.

Turnare sub presiune cu cameră fierbinte

Procesul se numește camere fierbinți din cauza sistemului de injecție scufundat (sistem cu gât de gâscă și piston) în metalul topit din interiorul unui cuptor. Acesta funcționează mai rapid folosind o tehnică automatizată pentru a realiza piese metalice.

Producătorul forțează metalul topit sub presiune ridicată într-o matriță de oțel reutilizabilă. Zincul, staniul și aliajele pe bază de plumb sunt principalele metale pe care le utilizează. Acest proces funcționează cu puncte de topire mai scăzute ale metalului (sub 450°C / 842°F) pentru a evita deteriorarea sistemului de injecție. Cu toate acestea, aliajele de plumb sunt restricționate în multe industrii din cauza toxicității lor.

Injecție de metal: Sistemul Gooseneck

Sistemele gooseneck din turnarea sub presiune în cameră fierbinte funcționează pentru pomparea aliajelor topite în cavitatea matriței. Acesta este scufundat într-un cuptor pentru a îmbunătăți curgerea metalului. În care un piston hidraulic sau pneumatic acționat de ulei/gaz la 7-15 MPa / 1.000-2.200 psi forțează metalul în matriță și în sus pe gâscă. Acest model este ideal pentru producția de masă, permițând 2-5 injecții pe minut.

Provocări cheie:

Unele impurități, cum ar fi metalul oxidat, se pot acumula în gâscă, formând zgură. Acestea blochează fluxul și reduc astfel calitatea pieselor. Așadar, sistemele de curățare adecvate trebuie să evite acest lucru.

În plus, expunerea constantă la aliaj topit deteriorează pistonul și gâtul de gâscă în timp. Acest lucru necesită înlocuirea la fiecare 50.000-100.000 de cicluri.

Materiale pentru matrițe și durabilitate

Matrițele sunt fabricate din materiale mai puternice și mai dure, cum ar fi oțelul (de exemplu, clasa H13). Aceste matrițe tind să reziste la presiuni și căldură intense. Cu toate acestea, în interiorul matriței se formează mici fisuri atunci când căldura depășește 400°C și se răcește. Orice matriță poate rezista la 100.000-500.000 de cicluri înainte de a fi supusă unei reparații.

În ceea ce privește costul său, acesta rămâne ridicat, variind de la $20.000 la $50.000 per matriță. Alternativ, acesta devine accesibil atunci când este utilizat pentru producția de masă. Întreținerea regulată, acoperirea și gestionarea temperaturii îi sporesc inevitabil durata de viață.

Defalcarea duratei ciclului

• Umplere: Este nevoie de 0,1-0,5 secunde pentru a introduce metalul topit în matriță. Viteza depinde de obicei de forța pistonului și de vâscozitatea metalului.
• Solidificare: Metalul topit se răcește și se întărește în 2-10 secunde. Piesele mai groase au nevoie de mai mult timp, în timp ce piesele cu pereți subțiri (de exemplu, 1-3 mm) se răcesc destul de repede.
• Ejectare: Pinii de ejecție facilitează acest proces, îndepărtând piesa în 1-3 secunde. În plus, utilizarea lubrifiantului pulverizat pe matriță (de exemplu, grafit) evită lipirea.

Controlul temperaturii

Pentru a obține o calitate constantă a turnării, alegerea unei temperaturi precise este valoroasă. Prin urmare, cuptorul menține zincul topit la 410-430°C (770-806°F). Acest lucru înseamnă că schimbările de temperatură chiar și de 10°C pot cauza defecte.

În timpul turnării, încălzitoarele cu rezistență electrică sau arzătoarele cu gaz încălzesc cuptorul. Între timp, termocuplurile observă temperatura în permanență. Acest lucru se datorează faptului că un control deficitar (prea cald) degradează metalul, iar prea rece provoacă zgură. De asemenea, solidificarea prematură nu umple golurile și nu provoacă fisuri.

Sistem de ejecție

Piesa este pregătită pentru îndepărtare atunci când metalul său este complet solid. Producătorii deschid matrița cu ajutorul unor pini de ejecție care împing piesa afară.

În plus, actuatoare hidraulice controlează forța și evită deteriorarea. Între timp, știfturile unghiulare eliberează fără probleme forme complexe. De asemenea, puteți utiliza o ceață lubrifiantă pentru a răci matrița și a opri lipirea. Toate acestea înseamnă că sistemele de ejecție bine funcționale sunt extrem de eficiente.

Avantaje

• Acest proces este de 3-4 ori mai rapid decât turnarea sub presiune cu cameră rece.
• Cuptoarele încorporate utilizează cu 20-30% mai puțină energie decât cele care topesc metalul separat.
• Acesta produce piese cu toleranțe strânse (±0,1 mm) și suprafețe netede.
• Turnarea în cameră fierbinte este ideală pentru producția de masă (peste 10.000 de piese).
• Acesta este utilizat pe scară largă în balamalele auto sau în carcasele electronice.

Dezavantaje

• Această tehnică nu este potrivită pentru aluminiu sau magneziu turnat sub presiune. Deoarece au un punct de topire mai ridicat, care ar deteriora gâtul de gâscă.
• Abaterile de temperatură cauzate de ciclurile frecvente solicită gâtul de gâscă și, ca urmare, apar fisuri.
• Necesită îndepărtarea impurităților pentru a evita zgura.

Turnare sub presiune cu cameră rece

Turnarea cu cameră rece nu este ca o cameră fierbinte; are un cuptor separat pentru topirea metalului. În schimb, producătorii deplasează metalul topit printr-o lingură în manșonul de injecție. În care plonjorul hidraulic îl forțează în cavitatea matriței. Restul procesului este aproape similar. Acest proces funcționează bine cu temperaturi de topire moderate până la ridicate ale metalelor precum aluminiul, magneziul și aliajele pe bază de cupru.

Injectarea și injectarea metalelor

Puteți transfera metalul încălzit către mașină folosind un polonic manual sau automat.

• Turnarea manuală este mai lentă și nu este foarte consistentă. Aceasta este utilizată pentru a turna metal topit în manșonul de injecție. Ca urmare, apar variații în calitatea pieselor.
• Automated ladling se referă la un braț robotizat. Care măsoară și introduce cu precizie metalul încălzit. Acesta umple golurile în mod corespunzător și reduce erorile umane. Acest proces ajută la îmbunătățirea ratelor de producție în jur de 10-20%. În plus, elimină defectele precum prinderea aerului și umplerea incompletă.

Manșon de injecție și piston

Mânecile scurte fac parte din sistemele de injecție. Acesta este punctul din care este turnat metalul topit înainte de a fi injectat în matriță. Producătorii le realizează folosind materiale mai dure, cum ar fi oțelul, astfel încât să poată face față temperaturilor și presiunilor intense.

În timp ce plonjorul este ca o tijă acționată de un cilindru hidraulic. Acesta forțează aliajul topit în matriță. De obicei, acesta poate fi de două tipuri: plat și conic.

Un piston plat funcționează pentru piesele mai simple, cu o grosime constantă a peretelui. Între timp, pistoanele conice sunt utile pentru modelele dificile, oprind turbulențele și blocarea aerului.

Materiale pentru matrițe

Practic, matrițele cu cameră rece includ oțel pentru scule călit, cum ar fi H13 sau H11. În acest material există deja raporturi rezistență-greutate și rezistență la uzură. Prin urmare, acesta face față căldurii ridicate (până la 700°C/ 1292°F) și presiunilor intense de injecție fără să se deformeze.

Cu toate acestea, matrița se confruntă cu unele provocări. De exemplu, verificările termice datorate încălzirii și răcirii constante provoacă fisuri de suprafață. În același timp, eroziunea din aliaje la temperaturi ridicate aduce uzură treptată.

Prin urmare, încercați să vă concentrați pe întreținerea regulată, tratamentele de suprafață și acoperirea (nitrurare sau PVD). Acestea pot crește durata de viață a matriței și, de asemenea, pot îmbunătăți performanța.

Canale de răcire

Inginerii integrează strategic canalele de răcire în matriță. Acest lucru se datorează faptului că aceste canale reglează etapa de solidificare și reduc durata ciclului. Plasarea lor în apropierea zonelor cu temperaturi ridicate poate produce o răcire constantă. Care, prin urmare, nu provoacă deformări, contracții sau fisuri interne.

Sistem de caneluri și canale

Aceste componente ale mașinii cu cameră rece ajută la direcționarea aliajului încălzit din manșonul de injecție în cavitatea matriței.

Partea de canal de scurgere tinde să fie un punct de intrare de unde conductoarele distribuie metalul. Proiectați-le corespunzător pentru a elimina defectele majore, cum ar fi prinderea aerului și blocarea fluxului.

Sistem de ejecție

În stadiul de îndepărtare a pieselor turnate solidificate din matriță fără deteriorare, sistemele de ejecție asigură buna funcționare. Aceste sisteme includ utilizarea de pini de ejecție, pulverizare de lubrifiant, actuatoare hidraulice și cutii de ejecție asemănătoare camerelor fierbinți.

În acest caz, piesa se răcește, matrița se deschide, activând cutia de ejecție și pinii de ejecție împing afară piesa turnată.

Avantaje

• Poate turna o gamă mai largă de aliaje precum aluminiu, magneziu și cupru.
• Șocul termic este mai redus, deoarece manșonul de injecție și pistonul nu se confruntă cu metal topit constant, reducând uzura.
• Se pot realiza piese foarte ascuțite, detaliate, cu pereți subțiri.

Dezavantaje

• Este mai lent decât procesul cu cameră fierbinte și durează 20-60 de secunde pentru fiecare piesă.
• Necesită mai multă energie și întreținere din cauza temperaturilor și presiunilor mai ridicate. Acest lucru îl face costisitor.
• Utilizarea încărcării manuale și menținerea matriței cresc frecvent cerințele de forță de muncă.

Comparație între turnarea sub presiune cu cameră caldă și turnarea sub presiune cu cameră rece

Studii de caz

Producătorii folosesc în mod obișnuit turnarea sub presiune cu cameră fierbinte pentru a realiza catarame și elemente de fixare din aliaj de zinc. Ei folosesc această tehnică datorită capacității sale de a produce piese de dimensiuni mici și de producție în masă.

Întrucât matrițele cu cameră rece, turnarea produce blocuri motor din aluminiu. Această piesă include dimensiuni mari, geometrie complexă și nevoia de rezistență ridicată. Acesta este motivul pentru care turnarea cu cameră rece este cea mai bună.

Aplicații și industrii

Automobile:

Industria auto utilizează camere fierbinți pentru a produce piese din aliaj de zinc, cum ar fi componentele centurilor de siguranță, piesele ștergătoarelor și carcasele sistemelor audio auto. Proprietățile impresionante ale zincului le conferă finisaje netede și durabilitate ridicată.

În schimb, turnarea sub presiune cu cameră rece ajută la realizarea suporturilor de motor din aluminiu, a componentelor camerei motoarelor și a pieselor de iluminat. Acest lucru se datorează faptului că se pot crea orice modele dificile cu rezistență ridicată.

Aerospațial:

Știți, turnarea sub presiune cu cameră fierbinte este rar utilizată pentru piese aerospațiale. Acest lucru se datorează faptului că metalul său de turnare (zinc, magneziu) are un punct de topire mai scăzut. Dar aceasta nu înseamnă că nu există nicio utilizare a acestui proces în această industrie. Multe piese aerospațiale mici din magneziu, cum ar fi suporturi, carcase și conectori, sunt realizate cu acesta. Aceasta oferă rezistență ușoară, rezistență la coroziune și durabilitate.

Cu toate acestea, piesele turnate sub presiune cu cameră rece fabricate din aliaje de magneziu sunt utilizate în aeronave. De exemplu, cadrele scaunelor și componentele cabinei. Aceste piese sunt mai ușoare și mai rezistente.

Bunuri de larg consum:

Producătorii realizează produse care sunt populare în modă și accesorii folosind turnarea sub presiune cu cameră fierbinte. De exemplu, catarame din aliaj de zinc, fermoare și ornamente decorative.

Carcasele electronice și radiatoarele din aluminiu sunt utilizate pe scară largă în electronica de consum. Acestea sunt fabricate printr-un proces de cameră rece.

Aplicații emergente

Vehicule electrice (VE):

Turnarea sub presiune este din ce în ce mai utilizată pentru a produce carcase ușoare pentru baterii și componente structurale pentru vehiculele electrice.

Cererea din ce în ce mai mare de piese ușoare pentru vehiculele electrice este motivul care stă la baza utilizării pe scară largă a tehnicii de turnare sub presiune. Acest proces creează carcase de baterii și componente structurale care au o greutate mai mică decât media și sunt mai rezistente.

Tehnologia 5G:

Aluminiul și magneziul turnate sub presiune au devenit acum componente importante pentru infrastructura 5G. De exemplu, carcasele antenelor și sistemele de gestionare a căldurii.

Concluzie

Turnarea sub presiune cu cameră fierbinte funcționează rapid și este o opțiune accesibilă. Se ocupă cu metale cu punct de topire scăzut, cum ar fi zincul. Pe de altă parte, turnarea sub presiune cu cameră rece consumă mai multă energie deoarece topește aliajul separat. Cu toate acestea, acest proces este eficient pentru materialele dure și cu punct de topire ridicat, cum ar fi aluminiul, cuprul etc. Atunci când alegeți, uitați-vă la adecvarea metalului, complexitatea designului și volumul de producție. În acest fel, veți obține rezultatele dorite.