Części odlewane ciśnieniowo z aluminium i odlewy piaskowe z aluminium: procesy, zastosowania i konserwacja
Komponenty aluminiowe opuszczają fabrykę więcej niż jedną drogą. Niektóre powstają pod wysokim ciśnieniem w matrycy ze stali hartowanej, inne nabierają kształtu powoli w złożu związanego piasku. Wybór pomiędzy części odlewane ciśnieniowo z aluminium i odlewane w piasku elementy aluminiowe zależą od grubości ścianki, wielkości zamówienia, budżetu na narzędzia i wykończonej powierzchni, której faktycznie potrzebuje projekt. W poniższych sekcjach opisano, jak działa każda metoda, gdzie jest stosowana, co może pójść nie tak podczas formowania i jak należy czyścić gotowe okucia aluminiowe po oddaniu ich do użytku.
Wąskie powtarzalne tolerancje
Wtrysk pod wysokim ciśnieniem wypełnia wnękę matrycy w ułamku sekundy, więc grubość ścianek i położenie otworów powtarzają się dokładnie od pierwszego strzału do dziesięciotysięcznej. Właśnie dlatego części odlewane ciśnieniowo z aluminium są wybierane do obudów i wsporników, które muszą być przykręcone do współpracujących elementów bez konieczności ręcznego montażu.
Możliwość stosowania cienkich ścian
Ponieważ roztopione aluminium jest wtłaczane do wnęki pod ciśnieniem, a nie wlewane pod wpływem grawitacji, ścianki o grubości zaledwie jednego milimetra mogą nadal całkowicie się wypełnić, zanim metal zamarznie, dzięki czemu gotowe części będą lekkie bez utraty sztywności.
Gładka powierzchnia odlewu
Stalowe matryce nadają delikatną teksturę powierzchni bezpośrednio na odlewie, zmniejszając lub eliminując potrzebę wtórnej obróbki powierzchni kosmetycznych i zmniejszając ilość obróbki końcowej wymaganej przez obudowę lub pokrywę przed wysyłką.
Wydajny przy głośności
Czasy cykli mierzone w sekundach, a nie w minutach, sprawiają, że proces ten nadaje się do wykonywania tysięcy razy tej samej geometrii, dlatego też wsporniki silnika, obudowy skrzyń biegów i obudowy elektroniki polegają na tej metodzie po sfinalizowaniu projektu.
Zalety odlewania piaskowego części aluminiowych
Odlewanie piaskowe przyjmuje inne podejście i zasługuje na swoje miejsce z innego zestawu powodów. Zamiast wtłaczać metal w utwardzoną matrycę, w procesie tym piasek zmieszany ze spoiwem otacza wzór, a następnie usuwa wzór, pozostawiając wnękę, którą roztopione aluminium wypełnia grawitacyjnie. Zmienia to ekonomikę i geometrię, którą można praktycznie wyprodukować.
Niskie inwestycje w oprzyrządowanie
Wzory można budować z drewna, pianki lub tworzywa sztucznego drukowanego w 3D zamiast ze stali hartowanej, co obniża początkowe koszty rozpoczęcia pracy nad nowym numerem części i skraca czas między gotowym rysunkiem a pierwszą próbką.
Możliwość dużej sekcji
Wylewanie grawitacyjne nie narzuca takich samych ograniczeń ciśnienia jak w przypadku odlewania ciśnieniowego, dlatego obudowy pomp, obudowy przekładni i podstawy maszyn o grubości przekroju znacznie przekraczającej to, co może bezpiecznie obsłużyć matryca, wychodzą z formy bez trudności.
Elastyczność projektowania między przebiegami
Wzór można przerobić lub szybko wyciąć nowy w przypadku zmiany projektu, co pozwala uniknąć czasu realizacji i kosztów związanych z modyfikacją lub wymianą matrycy stalowej za każdym razem, gdy wymiar wymaga dostosowania w trakcie opracowywania.
Nadaje się do biegów o małej głośności
Tam, gdzie potrzebna jest tylko kilka jednostek lub krótka seria produkcyjna, rozłożenie kosztu stalowej matrycy na tak małą liczbę części rzadko ma sens, dlatego formy piaskowe pozostają bardziej praktyczną metodą w przypadku prototypów i prac w limitowanych seriach.
Porównanie parametrów odlewania obok siebie
Poniższa tabela zestawia trzy najczęstsze trasy formowania aluminium ze zmiennymi, które najczęściej decydują, do której trasy powinien być kierowany rysunek.
| Parametr | Odlewanie ciśnieniowe | Odlewanie piasku | Trwałe odlewanie form |
|---|---|---|---|
| Koszt oprzyrządowania | Wysoka | Niski | Średni |
| Dokładność wymiarowa | Typowo ±0,05 do 0,1 mm | Typowo ±0,5 do 1,5 mm | typowo ±0,2 do 0,5 mm |
| Zalecana wielkość partii | Tysiące i więcej | Pojedyncze jednostki do kilkuset | Setki do kilku tysięcy |
| Osiągalna grubość ścianki | 1 mm do 4 mm | 5mm do 50mm | 3 mm do 20 mm |
| Chropowatość powierzchni po odlewie | Ra 1,5 do 3,0 mikrometrów | Ra 6,0 do 12,5 mikrometrów | Ra 3,0 do 6,0 mikrometrów |
| Typowy czas cyklu | Sekundy do kilku minut | Godziny łącznie z przygotowaniem formy | Minuty na casting |
Zastosowania wspólnych części aluminiowych do odlewania piasku
Ponieważ formy piaskowe tolerują duże, ciężkie przekroje i nieregularne kształty bez ograniczeń ciśnienia matrycy, niektóre kategorie sprzętu są budowane prawie wyłącznie tą trasą.
Obudowy pomp
Wewnętrzne kanały wodne i kołnierze montażowe odlane z jednego elementu, co pozwala uniknąć szwów, które w innym przypadku wymagałyby uszczelnienia.
Korpusy Zaworów
Grube ścianki wokół gwintowanych otworów utrzymują ciśnienie, podczas gdy wewnętrzne kanały przepływowe tworzą się czysto podczas nalewania.
Kołnierze i złączki
Koła śrubowe i powierzchnie uszczelniające odlane w przybliżeniu do gotowego rozmiaru, pozostawiając do obróbki jedynie współpracującą powierzchnię.
Podstawy obrabiarek
Ciężkie, sztywne sekcje, które tłumią wibracje podczas pracy, o wymiarach znacznie przekraczających ograniczenia dotyczące odlewania ciśnieniowego.
Części do sprzętu rolniczego
Obudowy i wsporniki skrzyni biegów narażone na obciążenia zewnętrzne i powtarzające się uderzenia podczas pracy w terenie.
Sprzęt morski
Wsporniki, obudowy i złączki łączące odporność aluminium na korozję z możliwością odlewania w formach piaskowych o dużych przekrojach.
Jak odlewać części aluminiowe
Niezależnie od rodzaju formy, formowanie części aluminiowej odbywa się według tej samej, szerokiej sekwencji od wzoru do gotowego odlewu.
Przygotowanie wzoru lub matrycy
Tworzony jest wzór do formowania piaskowego lub matryca ze stali hartowanej jest obrabiana do odlewania ciśnieniowego, dopasowując się do geometrii końcowej części i naddatku na skurcz.
Topnienie
Stop aluminium podgrzewa się do temperatury około 660 do 720 stopni Celsjusza w tyglu lub piecu indukcyjnym, aż osiągnie całkowicie płynny, płynny stan.
Odgazowanie i topienie
Środek odgazowujący usuwa rozpuszczony wodór, a topnik wyciąga wtrącenia tlenkowe na powierzchnię, zmniejszając porowatość gotowego odlewu.
Wylewanie lub wtryskiwanie
Stopiony metal wlewa się grawitacyjnie do wnęki piaskowej lub wtryskuje pod ciśnieniem do matrycy, wypełniając formę, zanim powierzchnia zacznie krzepnąć.
Chłodzenie i zestalanie
Kontrolowane chłodzenie umożliwia zestalenie odlewu od najcieńszych sekcji do najgrubszych, ograniczając wnęki skurczowe i naprężenia wewnętrzne.
Rozbiórka i wykończenie
Odlew oddziela się od piasku lub matrycy, wlewy i piony są przycinane, a część przechodzi do szlifowania, obróbki cieplnej lub obróbki mechanicznej, zgodnie z wymaganiami.
Jak odlewać części aluminiowe at Home
Uproszczona wersja tego samego procesu jest w zasięgu warsztatu hobbystycznego. Mały piec opalany propanem lub węglem drzewnym topi złom aluminiowy w tyglu stalowym lub grafitowym, a wnękę tworzy drewniany lub wydrukowany w 3D wzór wciśnięty w wilgotny piasek odlewniczy. Po wycofaniu wzoru, ręcznie wycina się zasuwę i kanał odpowietrzający, a następnie zamyka się i zaciska połówki formy. Roztopiony metal wlewa się równomiernie, aby uniknąć uwięzienia powietrza, a następnie pozostawia w spokoju do czasu, aż odlew ostygnie na tyle, aby można go było używać. Sprzęt ochronny ma w tej skali większe znaczenie, a nie mniejsze: osłona twarzy, rękawice odporne na ciepło i długie rękawy chronią przed rozpryskami, a wylewanie powinno zawsze odbywać się na suchej, niepalnej powierzchni z dala od jakichkolwiek śladów wilgoci, ponieważ woda uwięziona w wilgotnym piasku lub mokrym narzędziu może w kontakcie ze stopionym aluminium zmienić się w parę.
Czego mogę użyć do odlewania aluminium?
Wybór materiału przebiega w dwóch kierunkach: materiału formy i samego stopu aluminium.
Materiały na formy
Piasek kwarcowy połączony z gliną lub spoiwami chemicznymi do jednorazowych form, stal obrobiona maszynowo do powtarzalnych cykli odlewania ciśnieniowego oraz grafit lub żeliwo do trwałych form ponownie wykorzystywanych w umiarkowanej serii produkcyjnej.
Typowe gatunki stopów
A356 i A357 do części wymagających wyższej wytrzymałości po obróbce cieplnej, ADC12 i A380 do ogólnych odlewów ciśnieniowych oraz 6061, gdzie odlew będzie później obrabiany i wymaga dobrej obrabialności.
Wyposażenie pieca
Piece tyglowe opalane propanem, gazem ziemnym lub elementami oporowymi elektrycznymi do mniejszych partii oraz piece indukcyjne do szybszego topienia, gdy wydajność ma większe znaczenie niż koszt paliwa.
Materiały pomocnicze
Tabletki odgazowujące, topnik pokrywający, powłoki antyadhezyjne z formy i tuleje wznośne, z których każda dotyczy określonego ryzyka defektów podczas topienia i zalewania, a nie kształtu samej części.
Jaka jest linia podziału odlewu aluminium?
Linia podziału oznacza miejsce, w którym dwie połówki formy lub matrycy spotykają się i rozdzielają, aby uwolnić gotowy odlew. Jego położenie jest wybierane w najszerszym przekroju części, tak aby obie połówki mogły swobodnie odsunąć się bez blokowania się przed podcięciem. Źle umieszczona linia podziału wymusza dodatkową pracę rdzenia, powoduje zwiększenie kątów pochylenia, które w innym przypadku nie byłyby potrzebne, lub pozostawia nadmiar wypływki, który należy zeszlifować ręcznie. Na gotowym odlewie linia podziału zwykle pojawia się jako słaby szew lub lekko uniesiona linia biegnąca wokół części, a podczas kontroli końcowej normalną rzeczą jest zaobserwowanie lekkiej obróbki lub szlifowania wzdłuż tego szwu podczas kontroli końcowej, zamiast traktowania tego jako wady.
Jak trudne jest odlewanie aluminium?
Aluminium plasuje się pośrodku zakresu trudności odlewania metalu. Jego umiarkowana temperatura topnienia i dobra płynność sprawiają, że jest on bardziej wybaczający niż żelazo czy stal, ale kilka rodzajów defektów nadal wymaga uwagi na każdym etapie wylewania.
Porowatość gazu
Stopione aluminium łatwo absorbuje wodór w wysokiej temperaturze, a gaz ten ulatnia się z roztworu, gdy metal się ochładza, pozostawiając małe puste przestrzenie, chyba że przed wylaniem zostanie wykonane odpowiednie odgazowanie.
Wgłębienia skurczowe
Aluminium kurczy się zauważalnie podczas krzepnięcia, więc grube sekcje, które ostygną po stwardnieniu otaczającego metalu, mogą wciągnąć się do wewnątrz i pozostawić wewnętrzną pustkę.
Zimne zamknięcie
Dwa strumienie metalu spotykające się po tym, jak którykolwiek z nich zaczął się pokrywać, nie łączą się całkowicie, pozostawiając widoczną linię osłabienia na powierzchni odlewu.
Gorące rozdzieranie
Cienkie sekcje łączące się ze znacznie grubszą masą mogą pękać, gdy są jeszcze częściowo stopione, jeśli forma powstrzymuje naturalny skurcz podczas chłodzenia.
Opcje wykończenia powierzchni i tolerancji dla elementów odlewanych z aluminium
Surowy odlew rzadko opuszcza halę produkcyjną dokładnie tak, jak wychodzi z formy. Obrobione maszynowo powierzchnie montażowe, anodowane powłoki zapewniające odporność na korozję, malowanie proszkowe w celu uzyskania dopasowanych kolorystycznie obudów oraz śrutowanie w celu uzyskania jednolitej matowej tekstury są stosowane w zależności od tego, gdzie część trafi do użytku. Klasy tolerancji zazwyczaj wahają się od ogólnych wymiarów odlewanych na niekrytycznych powierzchniach po precyzyjnie obrobione otwory i układy śrub utrzymywane z dokładnością do kilku setnych milimetra, gdzie wymagają tego współpracujące części. Weryfikacja grubości ścianki, kontrola rentgenowska porowatości wewnętrznej i próba ciśnieniowa części, które utrzymują płyn, to typowe etapy kontroli końcowej przed zwolnieniem partii.
Jak czyścić części odlewane z aluminium
Ogólne czyszczenie odlewanej części aluminiowej rozpoczyna się od ciepłej wody i łagodnego, nieściernego detergentu nałożonego miękką szczoteczką w celu usunięcia kurzu i brudu powierzchniowego. Należy unikać silnych kwasów i zasadowych środków czyszczących, ponieważ atakują one naturalną warstwę tlenku, która chroni aluminium przed korozją. Uporczywe pozostałości można usunąć poprzez krótkie namoczenie w środku czyszczącym przeznaczonym do aluminium przed końcowym płukaniem i całkowite wysuszenie niestrzępiącą się szmatką, ponieważ wilgoć uwięziona we wgłębieniach lub gwintowanych otworach prowadzi do świeżego utleniania.
Czyszczenie odlewanych aluminiowych części samochodowych
Koła, kolektory dolotowe i obudowy skrzyń biegów z czasem zbierają kurz drogowy i pozostałości hamulców. Najpierw spłucz luźny piasek, a następnie nałóż bezpieczny do felg środek do czyszczenia aluminium i miękką szczoteczkę na zagłębione szprychy, aby zapobiec porysowaniu powierzchni przez cząstki ścierne. Nałożenie później lekkiej warstwy wosku ochronnego spowalnia powrót utleniania pomiędzy praniami.
Czyszczenie części silnika z odlewu aluminiowego
Elementy silnika zawierają zapieczony film olejowy i osady węgla, których zwykła woda nie zmywa. Pozostawienie części do całkowitego ostygnięcia, spryskanie środkiem odtłuszczającym i wciśnięcie go w żebra i występy śrub za pomocą szczotki nylonowej, a nie metalowej, pozwala uniknąć zarysowań powierzchni. Dokładne przedmuchanie zaślepionych otworów suchym i sprężonym powietrzem zapobiega przedostawaniu się resztek środka czyszczącego do uszczelki podczas ponownego montażu.
Rutynowa konserwacja Czyszczenie
W przypadku części regularnie użytkowanych na zewnątrz lub w przemyśle proste comiesięczne mycie łagodnym mydłem i miękką ściereczką, a następnie sprawdzenie pod kątem wżerów lub wykwitów białego tlenku, pozwala na wykrycie wczesnej korozji, zanim rozprzestrzeni się ona na wżery, których usunięcie wymagałoby mechanicznego polerowania.
Wybór odpowiedniego procesu dla nowej części
Rzadko kiedy pojawia się rysunek z już ustaloną metodą odlewu. Grubość ścianki, oczekiwana wielkość zamówienia, wymagania dotyczące tolerancji powierzchni współpracujących i rozmiar części wskazują na matrycę, formę piaskową lub formę stałą przed stopieniem pojedynczego grama aluminium. Wczesne sprawdzenie tych czynników, wraz z uwzględnieniem gatunku stopu najlepiej dostosowanego do wymagań mechanicznych i korozyjnych części, pozwala ograniczyć do minimum poprawki i zmiany narzędzi po rozpoczęciu produkcji.
