Odlewanie ciśnieniowe to wysoce wydajny proces produkcyjny, który umożliwia szybką i precyzyjną produkcję dużych ilości części metalowych. Technika ta stała się preferowanym wyborem dla branż, które chcą zwiększyć produktywność przy jednoczesnym obniżeniu kosztów. Poniżej przedstawiamy podstawy odlewania ciśnieniowego, jego różne rodzaje i udane zastosowania.

Odlewanie ciśnieniowe to proces odlewania metali, który polega na wtryskiwaniu stopionego metalu pod wysokim ciśnieniem do wnęki formy stalowej. Formy, zwykle wykonane z wysokiej jakości stali żaroodpornej, są precyzyjnie obrabiane w celu uformowania pożądanego kształtu części. Powszechnie stosowane metale to aluminium, cynk i inne stopy metali nieżelaznych, które są wtłaczane do formy z dużą prędkością i pod ciśnieniem.

• Wysoka wydajność:Odlewanie ciśnieniowe pozwala na szybką produkcję części o precyzyjnych wymiarach i spójnej jakości, co czyni je idealnym rozwiązaniem dla produkcji wielkoseryjnej.
• Złożone geometrie:Proces ten może wytwarzać skomplikowane kształty o drobnych szczegółach i cienkich ściankach.
• Gładkie wykończenie powierzchni:Części odlewane ciśnieniowo często wymagają minimalnej obróbki końcowej ze względu na gładkie powierzchnie.
• Ścisłe tolerancje:Metoda ta spełnia rygorystyczne wymagania dotyczące dokładności wymiarowej.
• Zmniejszone straty:W porównaniu z innymi metodami odlewania, odlewanie ciśnieniowe generuje mniej odpadów materiałowych.
• Wszechstronność materiałowa:Jest kompatybilny z szeroką gamą metali nieżelaznych.
• Opłacalność:W przypadku dużych serii produkcyjnych odlewanie ciśnieniowe oferuje znaczne oszczędności kosztów.

Odlewanie ciśnieniowe jest szeroko podzielone na odlewanie ciśnieniowe niskociśnieniowe (LPDC) i odlewanie ciśnieniowe wysokociśnieniowe (HPDC). Dodatkowo, w oparciu o konfigurację maszyny, można je podzielić na odlewanie ciśnieniowe z gorącą komorą i odlewanie ciśnieniowe z zimną komorą.

LPDC wtryskuje stopiony metal do formy przy stosunkowo niskich ciśnieniach (2–15 psi). Metoda ta wykorzystuje łagodniejsze, kontrolowane podejście, wykorzystując ciśnienie gazu obojętnego do powolnego wpychania stopu do formy. Mniejsza prędkość napełniania sprawia, że LPDC nadaje się do zastosowań wymagających wysokiej jakości odlewów.

HPDC działa przy znacznie wyższych ciśnieniach (1500–25 400 psi). Proces jest szybszy, a stopiony metal jest wtryskiwany do formy w zaledwie 10–100 milisekund za pomocą szybkozaworu. HPDC jest idealny do produkcji o bardzo dużej objętości i części wymagających bardzo ścisłych tolerancji.

W odlewaniu ciśnieniowym z gorącą komorą metal jest podgrzewany w samej maszynie. Metoda ta jest zwykle stosowana do metali o niskiej temperaturze topnienia, takich jak stopy cyny, magnezu i ołowiu. Jej zalety to wysoka wydajność produkcji i minimalna utrata metalu.

Odlewanie ciśnieniowe z zimną komorą obejmuje wstępne podgrzanie metalu w oddzielnym piecu przed przeniesieniem go do maszyny. Podejście to jest odpowiednie dla metali o wyższej temperaturze topnienia, takich jak mosiądz, miedź i aluminium. Minimalizuje utlenianie i zanieczyszczenia, unikając długotrwałego narażenia na wysoką temperaturę w maszynie.

Proces odlewania ciśnieniowego rozpoczyna się od precyzyjnie zaprojektowanej wnęki formy stalowej. Stopiony metal jest wtłaczany do formy pod wysokim ciśnieniem. Forma składa się z dwóch głównych części — ruchomej połowy i stałej połowy — przymocowanych do płyt maszyny do odlewania ciśnieniowego. Jeden koniec maszyny mieści układ wtryskowy, który wykorzystuje ciśnienie hydrauliczne i sprężony gaz do napędzania tłoka. Drugi koniec ma mechanizm zaciskowy, który utrzymuje formę szczelnie zamkniętą podczas krzepnięcia. Co ciekawe, proces ten może przekształcić stopiony metal w stałą część o kształcie zbliżonym do netto w ciągu kilku sekund.

Metale nieżelazne są szeroko stosowane w odlewaniu ciśnieniowym ze względu na ich doskonałą płynność, odporność na korozję i właściwości mechaniczne. Kluczowe materiały to:

Stopy aluminium (np. 380, 390, 412, 443 i 518) są popularne ze względu na stabilność wymiarową, odporność na korozję, przewodność cieplną i wydajność w wysokich temperaturach. Są szeroko stosowane w motoryzacji, elektronice i lotnictwie.

Stopy cynku (np. Zamak 2, Zamak 3, Zamak 5) mają niższe temperatury topnienia niż aluminium, ale oferują wysoką wytrzymałość i ciągliwość. Nadają się zarówno do systemów z gorącą, jak i zimną komorą i są powszechnie stosowane w zamkach, zamkach błyskawicznych i zabawkach.

Stopy magnezu (np. AE42, AM60, AS41B, AZ91D) są najlżejszymi metalami konstrukcyjnymi, o doskonałej obrabialności i wysokim stosunku wytrzymałości do masy. Idealnie nadają się do komponentów motoryzacyjnych i lotniczych.

• Wysokie koszty początkowe:Projektowanie i produkcja form wymagają znacznych inwestycji.
• Ograniczenia materiałowe:Można stosować tylko metale nieżelazne.
• Ograniczenia rozmiaru:Wymiary części są ograniczone przez wydajność maszyny.
• Problemy z porowatością:Uwięzienie gazu może osłabić części i wpłynąć na właściwości uszczelniające.
• Zimne spoiny:Niedoskonałe połączenie strumieni stopionego metalu może tworzyć słabe punkty.
• Tworzenie się wypływek:Nadmiar metalu może przedostawać się do szczelin formy, wymagając przycinania.
• Pęcherze:Pęcherzyki powierzchniowe mogą tworzyć się z powodu uwięzionego gazu.

Pomyślne odlewanie ciśnieniowe zaczyna się od starannego projektu. Kluczowe czynniki to:

Wybierz materiały w oparciu o geometrię części, zastosowanie, tolerancje i wymagania dotyczące wykończenia powierzchni. Różne stopy wykazują różne temperatury topnienia, współczynniki skurczu i charakterystyki przepływu.

Użyj oprogramowania CAD do modelowania części i symulacji przepływu metalu i krzepnięcia. Pomaga to zoptymalizować systemy wlewowe, chłodzące i odpowietrzające w celu poprawy jakości i wydajności.

Zaprojektuj systemy wlewowe i chłodzące, aby zapewnić równomierne napełnianie, usuwanie gazu i kontrolowane krzepnięcie. Właściwe odpowietrzanie zapobiega porowatości, a wydajne chłodzenie skraca czasy cyklu.

1. Przygotowanie formy:Zaprojektuj i wyprodukuj formy ze stali wysokogatunkowej. Zastosuj środki antyadhezyjne i podgrzej formy, aby zminimalizować szok termiczny.
2. Wtrysk:Podgrzej metal do temperatury topnienia, przenieś do maszyny i wtryśnij do formy pod wysokim ciśnieniem.
3. Krzepnięcie:Utrzymuj ciśnienie, aż metal całkowicie się zestali.
4. Wyrzucanie:Otwórz formę i wyjmij część za pomocą trzpieni wyrzutników.
5. Przycinanie:Usuń nadmiar materiału, takiego jak kanały i wypływki.
6. Obróbka końcowa:Wykonaj obróbkę skrawaniem, malowanie lub montaż, jeśli jest to wymagane.

• Geometria, rozmiar i złożoność części
• Właściwości materiału (temperatura topnienia, płynność, skurcz)
• Specyfikacje maszyny (siła zacisku, rozmiar płyty)
• Projekt systemu wlewowego i kanałów
• Kanały chłodzenia i ogrzewania
• Wydajność systemu wyrzutników
• Odpowietrzanie w celu zapobiegania uwięzieniu gazu
• Wymagania dotyczące wykończenia powierzchni
• Tolerancje i dokładność wymiarowa
• Oczekiwania dotyczące wielkości produkcji

Grubość ścianki znacząco wpływa na proces odlewania ciśnieniowego. Cieńsze ścianki umożliwiają szybsze chłodzenie i krótsze czasy cyklu, ale wymagają precyzyjnej kontroli parametrów wtrysku, aby uniknąć wad. Nierówna grubość ścianki może prowadzić do wypaczeń lub naprężeń szczątkowych z powodu zróżnicowanych prędkości chłodzenia. Zrównoważona grubość ścianki poprawia wytrzymałość części, zmniejsza zużycie materiału i poprawia ogólną jakość.

Ciśnienie bezpośrednio wpływa na jakość części. Niewystarczające ciśnienie może powodować niepełne napełnienie, słabe struktury lub porowate powierzchnie. Nadmierne ciśnienie może prowadzić do tworzenia się wypływek i przyspieszonego zużycia formy. Optymalny dobór ciśnienia ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości odlewów.