Dijelovi za tlačni lijev aluminija i lijevanje aluminija u pijesku: procesi, primjena i održavanje
Aluminijske komponente napuštaju tvornicu na više od jednog načina. Neki se formiraju pod visokim pritiskom unutar kalupa od očvrslog čelika, drugi se polako oblikuju unutar sloja vezanog pijeska. Biranje između dijelovi od aluminija pod pritiskom i pješčano lijevanih aluminijskih komponenti ovisi o debljini stijenke, količini narudžbe, proračunu alata i gotovoj površini koju projekt zapravo treba. Odjeljci u nastavku govore o tome kako funkcionira svaka metoda, gdje se koja koristi, što može poći po zlu tijekom oblikovanja i kako treba čistiti gotovu aluminijsku opremu nakon što je u upotrebi.
Uske ponovljive tolerancije
Visokotlačno ubrizgavanje ispunjava šupljinu matrice u djeliću sekunde, tako da se debljina stjenke i položaj rupa pomno ponavljaju od prvog udarca do desettisućinke. Ova dosljednost je razlog zašto dijelovi od aluminija pod pritiskom odabrani su za kućišta i nosače koji se moraju pričvrstiti za spojne komponente bez ručnog postavljanja.
Mogućnost tankog zida
Budući da se rastaljeni aluminij gura u šupljinu pod pritiskom, a ne izlijeva gravitacijom, stijenke tanke od jednog milimetra još uvijek se mogu potpuno ispuniti prije nego što se metal smrzne, što gotove dijelove održava lakima bez žrtvovanja krutosti.
Glatka lijevana površina
Čelični kalupi daju finu površinsku teksturu izravno na odljev, smanjujući ili uklanjajući potrebu za sekundarnom strojnom obradom na kozmetičkim površinama i smanjujući količinu naknadne obrade koju kućište ili pokrovna ploča zahtijevaju prije isporuke.
Učinkovito u volumenu
Vremena ciklusa mjerena u sekundama, a ne u minutama, čine proces prikladnim za pokretanje iste geometrije tisuće puta, zbog čega se nosači motora, kućišta mjenjača i elektronička kućišta oslanjaju na ovu metodu nakon što je dizajn dovršen.
Prednosti lijevanja u pijesku za aluminijske dijelove
Lijevanje u pijesak ima drugačiji pristup i zaslužuje svoje mjesto iz različitih razloga. Umjesto utiskivanja metala u stvrdnutu matricu, proces pakira pijesak pomiješan s vezivom oko uzorka, zatim uklanja uzorak kako bi ostavio šupljinu koju rastaljeni aluminij ispunjava gravitacijom. To mijenja ekonomiju i geometriju koja se praktično može proizvesti.
Mala ulaganja u alat
Uzorci se mogu izraditi od drva, pjene ili 3D ispisane plastike umjesto kaljenog čelika, što smanjuje početne troškove novog broja dijela i skraćuje vrijeme između gotovog crteža i prvog uzorka.
Mogućnost velikih presjeka
Gravitacijsko izlijevanje ne nameće iste granice tlaka kao kod tlačnog lijevanja, tako da kućišta pumpi, kućišta mjenjača i postolja stroja s debljinom profila znatno većom od one koju kalup može sigurno podnijeti izlaze iz kalupa bez poteškoća.
Fleksibilnost dizajna između ciklusa
Uzorak se može preraditi ili brzo izrezati novi kada se dizajn promijeni, izbjegavajući vrijeme i troškove modificiranja ili zamjene čelične matrice svaki put kada treba prilagoditi dimenziju tijekom razvoja.
Prikladno za male količine
Tamo gdje je potrebno samo nekoliko jedinica ili kratka proizvodna serija, raspodjela cijene čeličnog kalupa na tako mali broj dijelova rijetko ima smisla, tako da pješčani kalupi ostaju praktičniji put za prototipove i ograničene serije.
Usporedba parametara lijevanja jedan pored drugog
Donja tablica prikazuje tri najčešća načina oblikovanja aluminija u odnosu na varijable koje najčešće odlučuju na koji se crtež treba usmjeriti.
| Parametar | Lijevanje pod pritiskom | Lijevanje u pijesak | Trajni kalup za lijevanje |
|---|---|---|---|
| Trošak alata | visoko | Niska | srednje |
| Dimenzionalna točnost | ±0,05 do 0,1 mm tipično | ±0,5 do 1,5 mm tipično | ±0,2 do 0,5 mm tipično |
| Preporučena veličina serije | Tisuće i više | Pojedinačne jedinice do nekoliko stotina | Stotine do nekoliko tisuća |
| Ostvariva debljina stijenke | 1 mm do 4 mm | 5 mm do 50 mm | 3 mm do 20 mm |
| Hrapavost lijevane površine | Ra 1,5 do 3,0 mikrometra | Ra 6,0 do 12,5 mikrometara | Ra 3,0 do 6,0 mikrometara |
| Tipično vrijeme ciklusa | Od sekunde do nekoliko minuta | Sati uključujući pripremu kalupa | Minuta po castingu |
Primjena zajedničkih dijelova za lijevanje aluminijskog pijeska
Budući da pješčani kalupi toleriraju velike, teške dijelove i nepravilne oblike bez ograničenja pritiska matrice, određene kategorije hardvera izrađuju se gotovo isključivo ovim putem.
Kućišta pumpe
Unutarnji prolazi za vodu i montažne prirubnice izliveni u jednom komadu, izbjegavajući šavove koje bi inače trebalo brtviti.
Tijela ventila
Debeli zidovi oko otvora s navojem drže pritisak dok se unutarnji kanali protoka čisto formiraju tijekom izlijevanja.
Prirubnice i priključci
Krugovi vijaka i brtvene površine izliveni su blizu gotove veličine, ostavljajući samo spojnu površinu za strojnu obradu.
Baze alatnih strojeva
Teški, kruti dijelovi koji prigušuju vibracije tijekom rada, veličine daleko iznad ograničenja lijevanja pod pritiskom.
Dijelovi poljoprivredne opreme
Kućišta i nosači mjenjača izloženi vanjskim opterećenjima i opetovanim udarcima tijekom uporabe na terenu.
Brodski hardver
Nosači, kućišta i priključci koji spajaju aluminijsku otpornost na koroziju sa sposobnošću lijevanja u pijesku velikog presjeka.
Kako lijevati aluminijske dijelove
Bez obzira na to koja se vrsta kalupa koristi, oblikovanje aluminijskog dijela slijedi isti široki slijed od uzorka do gotovog lijevanja.
Priprema uzorka ili matrice
Izrađuje se uzorak za kalupljenje u pijesku ili se kalup od kaljenog čelika strojno obrađuje za lijevanje pod pritiskom, pri čemu odgovara geometriji konačnog dijela plus dopušteno skupljanje.
Topljenje
Aluminijska legura se zagrijava na otprilike 660 do 720 stupnjeva Celzijusa u loncu ili indukcijskoj peći dok ne postigne potpuno tekuće stanje koje se može izliti.
Otplinjavanje i fluksiranje
Sredstvo za otplinjavanje uklanja otopljeni vodik, a fluks povlači oksidne inkluzije na površinu, smanjujući poroznost u gotovom odljevku.
Izlijevanje ili ubrizgavanje
Rastaljeni metal se izlijeva gravitacijom u pješčanu šupljinu ili se pod pritiskom ubrizgava u kalup, ispunjavajući kalup prije nego što se površina počne skrućivati.
Hlađenje i skrućivanje
Kontrolirano hlađenje omogućuje skrućivanje odljevka od najtanjih dijelova prema najdebljim, ograničavajući šupljine skupljanja i unutarnje naprezanje.
Vađenje iz kalupa i završna obrada
Odljevak se odvaja od pijeska ili kalupa, zapornice i uzdignuće se odrezuju, a dio prelazi na brušenje, toplinsku obradu ili strojnu obradu prema potrebi.
Kako lijevati aluminijske dijelove at Home
Pojednostavljena verzija istog procesa dostupna je u radionici za hobiste. Mala peć na propan ili drveni ugljen topi otpadni aluminij u čeličnom ili grafitnom lončiću, dok drveni ili 3D ispisani uzorak utisnut u vlažni ljevaonički pijesak oblikuje šupljinu. Nakon što se uzorak izvuče, ručno se režu vrata za izlijevanje i ventilacijski kanal prije nego što se polovice kalupa zatvore i stegnu. Rastaljeni metal se ravnomjerno izlijeva kako bi se izbjeglo zadržavanje zraka, a zatim se ne ometa dok se odljevak ne ohladi dovoljno za rukovanje. Sigurnosna oprema važnija je na ovoj razini, a ne manje: štitnik za lice, rukavice otporne na toplinu i dugi rukavi štite od prskanja, a izlijevanje bi se uvijek trebalo odvijati na suhu, nezapaljivu površinu daleko od bilo kakvog traga vlage, budući da voda zarobljena u vlažnom pijesku ili mokrom alatu može bljesnuti u paru u kontaktu s rastaljenim aluminijem.
Što mogu koristiti za lijevanje aluminija?
Izbor materijala ide u dva smjera: materijal kalupa i sama aluminijska legura.
Materijali kalupa
Silikatni pijesak povezan s glinom ili kemijskim vezivima za jednokratne kalupe, strojno obrađeni čelik za ponovljene cikluse tlačnog lijevanja i grafit ili lijevano željezo za trajne kalupe koji se ponovno koriste u umjerenoj proizvodnji.
Klase uobičajenih legura
A356 i A357 za dijelove kojima je potrebna veća čvrstoća nakon toplinske obrade, ADC12 i A380 za opće odljevke pod pritiskom i 6061 gdje će se odljevak kasnije obrađivati i zahtijeva dobru obradivost.
Oprema za peći
Peći na lončiće na propan, prirodni plin ili električne otporne elemente za manje serije i indukcijske peći za brže taljenje kada je protok važniji od cijene goriva.
Pomoćni materijali
Tablete za otplinjavanje, topilo za pokrivanje, premazi za odvajanje kalupa i rukavci za uspon koji rješavaju određeni rizik od oštećenja tijekom topljenja i izlijevanja, a ne oblik samog dijela.
Što je linija razdvajanja aluminijskog lijeva?
Linija razdvajanja označava mjesto gdje se dvije polovice kalupa ili kalupa susreću i odvajaju kako bi oslobodile gotov odljev. Njegov položaj je odabran na najširem poprečnom presjeku dijela tako da se obje polovice mogu čisto izvući bez blokiranja u slučaju potkopavanja. Loše postavljena linija razdvajanja zahtijeva dodatan rad na jezgri, dodaje kutove nagiba koji inače nisu bili potrebni ili ostavlja višak bljeska koji se mora ručno brusiti. Na gotovom odljevku, rastavna linija se obično pojavljuje kao slabašan šav ili blago uzdignuta linija koja teče oko dijela, i normalno je vidjeti laganu obradu ili brušenje duž tog šava tijekom završne kontrole, a ne tretirati ga kao nedostatak.
Koliko je teško lijevati aluminij?
Aluminij se nalazi u sredini raspona težine za lijevanje metala. Njegovo umjereno talište i dobra fluidnost čine ga lakšim od željeza ili čelika, ali nekolicina vrsta nedostataka i dalje zahtijeva pažnju u svakoj fazi izlijevanja.
plinska poroznost
Rastaljeni aluminij lako apsorbira vodik na visokoj temperaturi, a taj plin izlazi iz otopine kako se metal hladi, ostavljajući male šupljine osim ako se otplinjavanje ne izvrši pravilno prije izlijevanja.
Šupljine skupljanja
Aluminij se primjetno skuplja dok se stvrdnjava, pa se debeli dijelovi koji se ohlade nakon što se okolni metal već stvrdnuo mogu povući prema unutra i ostaviti unutarnju prazninu.
Cold Shut
Dva mlaza metala koji se susreću nakon što se jedan od njih počeo prekrivati, ne uspijevaju se potpuno spojiti, ostavljajući vidljivu liniju slabosti na površini odljevka.
Hot Tearing
Tanki dijelovi koji graniče s mnogo debljom masom mogu popucati dok su još djelomično rastaljeni ako kalup obuzdava prirodnu kontrakciju tijekom hlađenja.
Završna obrada površine i opcije tolerancije za komponente od lijevanog aluminija
Sirovi odljevak rijetko izlazi iz radionice točno onako kako izađe iz kalupa. Strojno obrađene površine za ugradnju, eloksirani premazi za otpornost na koroziju, premazivanje prahom za kućišta koja se podudaraju u boji, i sačmarenje za jednoliku mat teksturu primjenjuju se ovisno o tome gdje će dio završiti u upotrebi. Klase tolerancije obično se kreću od općih dimenzija kao što su izlivene na nekritičnim površinama do precizno strojno obrađenih provrta i uzoraka vijaka unutar nekoliko stotinki milimetra gdje to zahtijevaju spojni dijelovi. Provjera debljine stijenke, rendgenski pregled unutarnje poroznosti i ispitivanje tlakom na dijelovima koji će zadržati tekućinu uobičajeni su koraci ugrađeni u završnu inspekciju prije puštanja serije.
Kako očistiti dijelove od lijevanog aluminija
Općenito čišćenje dijela od lijevanog aluminija započinje toplom vodom i blagim, neabrazivnim deterdžentom koji se nanosi mekom četkom za uklanjanje prašine i površinske prljavštine. Jake kiseline i alkalna sredstva za čišćenje treba izbjegavati jer napadaju prirodni sloj oksida koji štiti aluminij od korozije. Tvrdokorni ostaci mogu se olabaviti kratkim namakanjem u sredstvu za čišćenje formuliranom za aluminij prije konačnog ispiranja i potpunog sušenja krpom koja ne ostavlja dlačice, jer zarobljena vlaga u udubljenjima ili rupama s navojem dovodi do nove oksidacije.
Čišćenje dijelova automobila od lijevanog aluminija
Kotači, usisne grane i kućišta mjenjača s vremenom skupljaju prašinu s ceste i ostatke kočnica. Najprije ispiranjem labavog pijeska, zatim nanošenjem sredstva za čišćenje aluminija koje je sigurno za kotače i meke četke u udubljene žbice, sprječava se abrazivne čestice od grebanja površine. Lagani sloj zaštitnog voska nakon toga usporava povratak oksidacije između pranja.
Čišćenje dijelova motora od lijevanog aluminija
Komponente motora nose zapečeni uljni film i naslage ugljika koje obična voda neće pomaknuti. Pustite da se dio potpuno ohladi, prskanjem sredstva za odmašćivanje i nanošenjem na rebra i izbočine za vijke najlonskom četkom, a ne metalnom, izbjegavate ogrebotine na površini. Temeljito ispuhivanje slijepih rupa suhim i komprimiranim zrakom sprječava da ostaci sredstva za čišćenje ometaju brtvu brtve pri ponovnoj montaži.
Čišćenje redovnog održavanja
Za dijelove koji se redovito upotrebljavaju na otvorenom ili u industriji, jednostavno mjesečno pranje blagim sapunom i mekom krpom, nakon čega slijedi pregled radi otkrivanja rupičaste korozije ili bijelog oksida, hvata ranu koroziju prije nego što se proširi na rupičastu koroziju čije bi uklanjanje zahtijevalo mehaničko poliranje.
Odabir pravog postupka za novi dio
Crtež rijetko dolazi s već odabranom metodom lijevanja. Debljina stjenke, očekivana količina narudžbe, zahtjevi tolerancije na spojnim površinama i veličina dijela upućuju na matricu, pješčani kalup ili trajni kalup prije nego što se rastali jedan gram aluminija. Rano preispitivanje ovih čimbenika, uz kvalitetu legure koja je najprikladnija za mehaničke i korozijske zahtjeve dijela, svodi preradu i izmjene alata na minimum nakon što je proizvodnja u tijeku.
