Procesul de turnare a matrițelor permanente constă în reutilizarea matrițelor pentru a realiza piese, în timp ce turnarea matrițelor consumabile utilizează matrițe de unică folosință. Deși aluminiul topit este materialul inițial al celor două metode, diferențele în ceea ce privește forma și remodelarea materialului, rezistența produsului în final și implicațiile asupra costurilor sunt drastice. 

Printre numeroasele industrii care utilizează aluminiul ca unul dintre cele mai versatile materiale, trebuie remarcat faptul că acest lucru se datorează raportului rezistență/greutate, necorozității și conductivității sale. În cazul în care aluminiul ia forma unor piese și componente, există două procese majore care sunt utilizate, și anume turnarea în matriță permanentă și turnarea în matriță dispensabilă. Procedura implicată în aceste două procese nu este aceeași, iar produsul final are propriile caracteristici mecanice, utilizare și nevoi de producție.

Acest ghid presupune solicitarea diferențelor de proces, proprietăți mecanice, costuri, aplicații și impact asupra mediului pentru a lua o decizie în cunoștință de cauză cu privire la următorul proiect pe care îl veți întreprinde.

Comparație și contrast între turnarea permanentă de matrițe și turnarea de matrițe dispensabile

Ce sunt mulajele permanente?

Turnarea în matriță permanentă se referă la procesul de turnare a aluminiului topit într-o matriță metalică, care poate fi utilizată pentru a crea multe piese. Este foarte potrivită pentru fabricarea pieselor care necesită rezistență ridicată și precizie dimensională. Materialul matriței este, în general, fontă sau oțel pentru ca substanța să poată fi supusă căldurii aluminiului topit pe parcursul unui număr mare de cicluri. Procedeul este ideal pentru producția în masă a componentelor de volum mediu și mare.

Caracteristica turnării în matriță permanentă este:

• Există forme reutilizabile: Matrițele metalice sunt reutilizabile și, prin urmare, este economic să le folosiți pentru producția în masă.
• Dimensiuni exacte: Matrițele oferă dimensiuni de înaltă calitate.
• Putere: Piesele sunt mai puternice în comparație cu cele create prin alte proceduri de turnare.
• Finisaj de suprafață: Aceasta conduce la finisaje de suprafață de înaltă calitate, iar procesele ulterioare sunt reduse la minimum.

Aplicații comune:

• Piese auto precum blocuri, carcase și suporturi.
• Părțile structurale ale aerospațiilor.
• Piese industriale de înaltă sau medie rezistență.

Ce este turnarea cu matrițe cheltuibile?

Turnare cu matriță dispensabilă presupune producerea unei matrițe care se distruge după o singură aplicare. Cele mai populare sunt turnarea în nisip, turnarea la presiune și turnarea în cochilie. Procedeul poate fi utilizat frecvent pentru dezvoltarea de piese complexe sau personalizate, care nu necesită cantități mari. În cazul matrițelor consumabile, există o mare libertate de proiectare și variabilitate a materialelor.

Unele atribute majore ale turnării cu matrițe cheltuibile:

• Forme de unică folosință: Matrițele sunt casate odată ce turnarea este terminată, iar acest lucru crește prețul per unitate.
• Geometrie complexă: Acestea sunt potrivite atunci când este vorba de fabricarea pieselor cu o geometrie complexă sau internă.
• Reducerea cheltuielilor cu materialele: Matrițele pot fi pregătite sub formă de diferite tipuri de materiale, de exemplu nisip sau ceramică.
• Finisarea suprafeței: Finisarea suprafeței poate necesita o post-procesare suplimentară.

Aplicații comune:

• Piese și prototipuri OEM și personalizate.
• Componente fabricate pentru industria aerospațială și de apărare.
• Sculptură, artă și articole de decor.

Procese de fabricație

Proces de turnare perma:

• Topirea aluminiului: Aluminiul este topit într-un cuptor în stare lichidă.
• Turnarea în forme: Aluminiul lichid este turnat în matrița metalică permanentă.
• Răcirea și solidificarea: Aluminiul se răcește și se solidifică în interiorul cavității.
• Îndepărtarea mucegaiului: Matrița este îndepărtată, iar piesa turnată, care a fost modelată în funcție de durabilitatea piesei în timpul procesului de turnare și în niciun caz punctul cel mai slab, este îndepărtată.
• Casting Post-procesare: Turnarea poate fi arsă, prelucrată sau rafinată după cum este necesar.

Caracteristici cheie:

• Ideal pentru realizarea de proiecte complexe.
• Rata ridicată de producție.
• Economisire de bani pentru cantități mari.

Procesul de turnare a matrițelor vine cu cheltuieli:

• Pregătirea matriței: Matrița de unică folosință este realizată din anumite materiale, cum ar fi nisip, ceramică sau scoică.
• Inducție de topire și turnare: aluminiul topit este turnat în matriță.
• Răcirea și solidificarea: Piesa este lăsată să se răcească și să se solidifice.
• Distrugerea mucegaiului: Pentru ejectarea piesei finite, matrița este distrusă.
• Post-procesare: Poate exista o prelucrare/finisare suplimentară.

Caracteristici cheie:

• Mai potrivite pentru realizarea de piese personalizate sau de volum redus.
• Capacitatea de a oferi modele și caracteristici complexe.
• Creșterea costului pe unitate.

Microstructură și proprietăți mecanice

Microstructura, precum și proprietățile mecanice ale aluminiului, depind în mare măsură de procesul de fabricație.

Structura grăunților

• Turnare permanentă a matriței: Granulele din mulajele permanente sunt foarte fine și regulate, iar acest lucru este atribuit naturii de răcire controlată a matrițelor metalice. Acest lucru îmbunătățește rezistența și proprietățile mecanice.
• Turnare de matrițe cheltuibile: Într-o turnare cu matriță consumabilă, tendința de granulație este mai puțin uniformă, granulația este mai mare, prin urmare există mai puțină rezistență și ductilitate.

Porozitate și defecte

• Turnarea permanentă a matrițelor: Matrițele metalice sunt utilizate pentru a reduce porii interni și defectele interne ale piesei turnate, făcând-o puternică și fiabilă.
• Turnare de matrițe cheltuibile: Acestea au o matriță consumabilă care este poroasă și, ca atare, poate permite defectelor interne, cum ar fi porozitatea gazului sau cavitatea de contracție, să pătrundă în piesă, ceea ce face ca aceasta să funcționeze slab sub presiune.

Performanță mecanică

Tabelul 1: Performanțe mecanice

Materiale pentru roboți de turnare permanentă a matrițelor

Matrițe metalice

Matrițele de turnare în matriță permanentă se bazează în mod normal pe oțel, fontă sau oțeluri aliate. Acestea sunt selectate în combinație cu astfel de materiale rezistente la temperaturi ridicate și la cicluri. Matrițele din oțel sunt preferate în special datorită durabilității și rezistenței lor, în timp ce matrițele din fontă oferă o bună conducție termică.

Metale - turnarea

Cele mai frecvent utilizate metale pentru a produce piese turnate în matrițe permanente sunt:

• Aluminiu: Este moale, ușor și are proprietăți rezistente la coroziune, care sunt perfecte în aplicații de înaltă rezistență.
• Magneziu: Clasificat ca un metal ușor, dar puternic, popular în industria aerospațială și chiar în industria auto.
• Zinc: Are o bună rezistență/ductilitate și este adesea aplicat în turnarea sub presiune de volum mare.
• Aceste metale, combinate cu matrițe durabile, conduc la piese turnate puternice, precise și consistente.

Materii prime în turnare cu matriță consumabilă

Materiale pentru matrițe

În cazul turnării cu matrițe consumabile, matrițele sunt sacrificate de fiecare dată când matrița este utilizată. Acestea pot consta din mai multe tipuri de matrițe, astfel încât tehnica de turnare variază:

• Nisip: Cea mai predominantă utilizare a nisipului este în timpul turnării cu nisip, unde se folosește un amestec de nisip silicios și lianți pentru a face matrița.
• Ceramică: Aplicat în aplicarea turnării de investiții, și pulberi fine de ceramică sunt fabricate în cochilii pentru a turna metal cu o precizie ridicată.
• Ipsos și scoici: Acestea sunt aplicate procesului de turnare în ceară pierdută și procedurii de turnare în coajă pentru producerea de piese cu detalii fine și toleranță strânsă.

Metale - turnarea

Turnarea matrițelor consumabile are un spectru larg de metale capabile de utilizare la alegere, care includ:

• Aluminiu: Aluminiul, bine cunoscut pentru greutatea sa redusă și versatilitatea sa, este utilizat în mod obișnuit în materialele industriale din industria auto și în articolele de larg consum.
• Oțel și fier: Acestea sunt utilizate pe scară largă în procesul de turnare în nisip și de turnare la presiune în ceea ce privește mașinile industriale, uneltele și piesele structurale.
• Alamă și bronz: Ideal pentru turnarea pieselor complexe, cum ar fi articolele decorative, supapele și fitingurile.
• Titan: Titanul este mai costisitor, dar găsește aplicații în scopuri speciale, cum ar fi industria aerospațială și dispozitivele medicale implantabile, deoarece este puternic și rezistent la coroziune.
• Cerințe: Matrițele consumabile trebuie să fie fabricate dintr-un material adecvat complexității piesei și a metalului turnat, precum și cerințelor de producție.

Forme de turnare a matrițelor permanente Tipuri

1. Turnarea permanentă a matrițelor prin gravitație

În turnarea permanentă a matriței prin gravitație, metalul topit este turnat într-o cavitate reutilizabilă a matriței care se referă la gravitație. Se utilizează pentru a realiza piese simple, de înaltă calitate, cu un finisaj de suprafață bun. Este adecvată pentru metale precum aluminiul și magneziul și se aplică în mod obișnuit atunci când trebuie să se realizeze lucrări detaliate și de rezistență moderată.

2. matriță permanentă de joasă presiune (LOPRVM)

Presiune scăzută. Metalul topit în turnarea în matriță permanentă la presiune scăzută este injectat într-o matriță la o presiune scăzută, ceea ce facilitează umplerea cavității de forme complexe cu un finisaj de suprafață neted. Procesul se aplică în mod obișnuit aliajelor de aluminiu și magneziu și este potrivit atunci când piesele au un nivel ridicat de proprietăți mecanice și toleranțe strânse.

3. Turnare în matriță permanentă de înaltă presiune (HPDC)

Această abordare presupune injectarea sub presiune a metalului topit într-o matriță, formând o umplere rapidă și un proces extrem de eficient. Se aplică pe scară largă în fabricarea pe scară largă a pieselor, cum ar fi piesele auto și piesele în care este nevoie de precizie, rezistență și suprafață finită netedă.

4. Turnare sub presiune

Turnarea sub presiune este o turnare în matriță permanentă; după ce matrița este umplută cu metal topit, acest metal este forțat să iasă din matriță sau presat. Se utilizează în principal la fabricarea în cantități mari a pieselor de formă complexă, de exemplu a pieselor auto, iar printre metalele frecvent turnate sub presiune se numără aluminiul, zincul și magneziul.

Tipuri de turnare a matrițelor consumabile

1. Turnarea în nisip

Unul dintre cele mai răspândite și universale procese de turnare a matrițelor dispensabile este turnarea în nisip. Acesta presupune formarea unei matrițe care este făcută dintr-un amestec de nisip, lut și apă. Metalul topit este apoi turnat într-o matriță după ce matrița este pregătită. Turnarea pieselor mari prin utilizarea turnării în nisip este perfectă și se aplică pe scară largă în metale precum aluminiul, fierul și oțelul. Este aplicabilă în producția de volum mic/mediu.

2. Turnare la cald (turnare cu ceară pierdută)

Se aplică o turnare investițională, care se realizează sub forma unui model de coajă ceramică separat de un model de ceară. Odată ce modelul a fost îndepărtat după topire, metalul topit este turnat în matriță. Această metodă se aplică cel mai bine atunci când piesele sunt foarte detaliate și se aplică bine în industriile care produc produse aeronautice, echipamente medicale și bijuterii. Turnarea de investiții este capabilă să prelucreze precizie ridicată și geometrie complexă.

3. Turnarea cochiliei

Turnarea în cochilie se referă la procesul de aplicare a unei matrițe cu pereți extrem de subțiri la o carcasă modelată prin acoperirea unui proces numit model, care este un strat subțire de nisip și adeziv. După ce matrița este turnată, modelul este scos și cavitatea este umplută cu metal topit. Se aplică în mod obișnuit pieselor mai mici, detaliate și are finisaje superioare ale produselor în raport cu turnare în nisip. Se aplică mai ales în aliajele de aluminiu, alamă și oțel.

4. Turnarea spumei pierdute

În cazul în care matrița este un model de spumă, se numește turnare cu spumă pierdută. Modelul de spumă este acoperit cu ceramică, iar atunci când metalul topit este turnat în matriță, spuma se topește și se evaporă. Acest tip de turnare se realizează mai ales atunci când sunt implicate piese turnate cu forme complexe, iar cele mai frecvente industrii în care se practică acest tip de turnare sunt industria auto și industria aerospațială.

5. Turnare centrifugă

Turnare centrifugă Procesul de turnare centrifugă constă în turnarea metalului topit într-o matriță rotativă. Forța centrifugă aruncă metalul spre partea exterioară a matriței, ceea ce creează o turnare compactă și puternică. Această tehnică se aplică la fabricarea de articole cilindrice, cum ar fi țevi, tuburi și bucșe, în special din fontă, oțel și bronz.

Aplicații

Utilizări ale turnării în matriță permanentă:

Piesele realizate prin turnare în matriță permanentă sunt adecvate pentru utilizare atunci când sunt necesare rezistență, precizie și durabilitate ridicate. Se potrivește operațiunilor de producție de volum mediu și mare, de exemplu, în industria auto, aerospațială și construcția de mașini industriale.

Aplicații comune:

• Blocuri motor auto:  Proiectarea blocului vehicul al unui motor cu o geometrie internă complicată.
• Componente aerospațiale: Piese structurale ușoare și cu rezistență mare.
• Echipamente industriale: Componente de înaltă performanță, cum ar fi pompele și carcasele pompelor, precum și suporții.

Utilizări ale turnării în matrițe consumabile:

Turnarea de matrițe cheltuibile a fost o alegere ideală atunci când sunt concepute proiecte de volum redus, personalizate sau prototipuri, iar flexibilitatea proiectării este vitală. Aceasta a devenit obișnuită în industrii precum industria aerospațială și de apărare și fabricarea de produse personalizate.

Aplicații comune:

• Componente aerospațiale: Piese speciale care includ paletele turbinei și piesele de motor.
• Apărare: Piese personalizate de formă unică și de grad militar.
• Artă și sculptură: Proiectarea și personalizarea sau aplicarea de produse artistice.

Prețul și eficiența, Costul și eficiența producției, Costul și eficiența producției

Turnarea permanentă a matrițelor:

• Costuri de înființare: Pregătirea foarte costisitoare a matrițelor metalice.
• Cost per unitate: reducerea costului per piesă la producția de volume mari.
• Viteza de producție: Aceasta este mai rapidă în cazul producțiilor mari.
• Durată lungă: Matrițele fabricate din metal pot dura mult timp, ceea ce duce la reducerea costurilor pe termen lung.

Cast-Metal-Tooling-Expendable-Mold

• Cost de pornire: Cost redus al sculelor utilizate pentru matrițele consumabile.
• Cost pe unitate: Este mai costisitoare, cu un cost ridicat pe piesă pentru producător, din cauza matrițelor unice.
• Viteza de producție: Încetinirea are loc deoarece producția implică crearea de matrițe și procese de răcire mai lungi.
• Durabilitate: Matrițele produc doar o singură unitate, ceea ce duce la creșterea costului pe bucată produsă.

Considerații de mediu

Utilizarea energiei

• Turnarea permanentă a matrițelor: De regulă, necesită mai puțină energie decât în cazul matrițelor metalice.
• Turnare de matrițe cheltuibile: Consumul de energie per unitate particulară este mai mare, în special pentru matrițele complexe.

Utilizarea materialelor

• Turnarea permanentă a matrițelor: Fluxul de materiale este excelent, cu puține deșeuri.
• Turnare de matrițe cheltuibile: Utilizarea matrițelor le expune la mai multe deșeuri de materiale, deoarece acestea sunt utilizate o singură dată.

Reciclabilitate

• Turnarea permanentă a matrițelor: Aluminiul este ușor de reciclat, iar după utilizare se fac bani.
• Turnare cu matrițe dispensabile: Matrițele nu ar fi reciclabile în majoritatea cazurilor, chiar dacă aluminiul poate fi reciclat. 

Când să preferați turnarea permanentă a matrițelor față de turnarea cheltuibilă a matrițelor

• Producție de volum mare: Turnarea în matriță permanentă este mai economică în cazul producției de volum mare, deoarece matrițele sale pot fi utilizate în mod repetat și oferă, de asemenea, rate de producție rapide.
• Elemente de înaltă rezistență: În cazurile în care produsul final necesită un grad ridicat de rezistență, toleranțe strânse și defecte interne reduse, atunci opțiunea preferată este turnarea în matriță permanentă.
• Aplicarea componentelor: Turnarea în matriță permanentă este preferabilă în cazul geometriilor complexe în care nu trebuie obținută nicio complexitate internă a aplicației componentelor, cum ar fi în cazul pieselor auto și al industriilor.
• Cicluri de producție de lungă durată: Proiectele de producție de lungă durată care iau în considerare utilizarea matriței și reutilizarea matrițelor pe termen lung ar trebui să utilizeze, de asemenea, turnarea permanentă a matriței, deoarece este eficientă pe termen lung.

Situația de a selecta turnarea de matrițe cheltuibile în locul turnării de matrițe permanente

• Volum redus sau realizat la comandă: Volum redus sau realizat la comandă la un cost inițial redus al sculei, care a fost punctul slab al turnării cu matrițe consumabile.
• Geometrii și modele complicate: În cazul în care piesa are sisteme interioare complicate sau modele și forme foarte detaliate care pot fi greu de realizat prin utilizarea matrițelor permanente, ar fi potrivită turnarea cu matrițe dispensabile.
• Aliaje de înaltă temperatură: Turnarea în matrițe expandabile poate fi inclusă atunci când trebuie turnat un metal sau un aliaj care se topește la o temperatură extrem de ridicată, cum ar fi oțelul sau titanul, deoarece, de obicei, numai metalele cu puncte de topire scăzute, cum ar fi aluminiul sau zincul, pot fi turnate în matrițe permanente.
• Prototipuri și produse unice: În cazul în care o anumită companie testează un nou design al produsului său sau în cazul în care este necesară o componentă personalizată unică, atunci matrițele consumabile se vor dovedi mai bune, deoarece costul de producție al matrițelor este mai mic.

GC Precision Mold: Servicii de fabricare a matrițelor de înaltă calitate

Compania, GC Precision Mould, oferă proiectare, fabricare și inginerie de matrițe personalizate pentru a răspunde în mod specific nevoilor oricăreia dintre următoarele industrii: industria auto, industria aerospațială, industria electronică și industria producătoare de dispozitive medicale. Avem cei mai buni profesioniști care pot crea matrițe de o calitate și un nivel de precizie remarcabile datorită utilizării tehnologiilor moderne și a celor mai sofisticate instrumente. Este posibil să aveți nevoie de o matriță prototip sau de producție ridicată; indiferent de nevoia dvs. de matriță, suntem rentables și de încredere. Calitatea și satisfacția clienților sunt esențiale pentru compania noastră, GC Precision Mould, și ne vom asigura că toate proiectele pe care le întreprindem sunt realizate la standarde înalte care pot permite clienților noștri să obțină rezultate excelente.

Concluzie

Turnarea matrițelor permanente și turnarea matrițelor dispensabile au fiecare beneficii distincte în funcție de scop și de cerințele de creare. Se poate observa că turnarea permanentă a matrițelor ar trebui utilizată în producția de volum mediu spre mare, care necesită accent pe precizie și un nivel ridicat de detaliu, în timp ce turnarea cu matrițe dispensabile ar trebui utilizată atunci când este nevoie de mai multă flexibilitate pentru a crea modele complexe, piese personalizate și producție în cantități mici.

Pentru a alege între cele două procedee, trebuie să se ia în considerare natura proprietății materialului necesar, volumul de producție necesar, prețul și complexitatea proiectului. Cunoașterea atât a punctelor forte, cât și a neajunsurilor tuturor metodelor înseamnă că producătorii au opțiunea de a selecta cea mai bună metodă de turnare care trebuie utilizată în proiectul respectiv, garantând astfel o producție eficientă, cu produsul final care prezintă cele mai bune performanțe.

Întrebări frecvente

1. Care dintre acestea este mai ieftină pentru turnarea producțiilor la scară largă?

Turnarea în matriță permanentă devine mai ieftină în cazul producerii de volume mari, deoarece matrițele pot fi utilizate în mod repetat, de unde și procesul de producție mai scurt.

2. Este posibil să se utilizeze proiectarea complexă în turnarea matrițelor consumabile?

Da, turnarea cu matrițe consumabile este cea mai bună pentru fabricarea modelelor complexe și complicate, cum ar fi piesele cu geometrii interne.

3. Care proces de turnare este mai potrivit din motive de rezistență?

Turnarea în matriță permanentă va duce în mod normal la obținerea unor piese mai bune, iar turnarea în matriță consumabilă poate fi utilizată în aplicații cu rezistență ridicată, în special în domeniul aerospațial și al apărării.

4. Există deșeuri materiale în cele două tipuri de turnare?

În cazul turnării cu matrițe consumabile, deșeurile de material sunt mai mari, deoarece matrițele sunt utilizate o singură dată, în comparație cu utilizarea matrițelor care sunt permanente și au mai puține pierderi.