Výroba odlitků ze slitin hliníku

Transkript

1 Hlava motoru Výroba odlitků ze slitin hliníku Olejová vana Blok motoru Disky kol

2 Technologie lití slitin hliníku Gravitační lití Nízkotlaké lití Vysokotlaké lití pískové formy kovové formy keramické formy kovové formy pískové formy keramické formy stroje s teplou licí komorou stroje se studenou licí komorou - vertikální licí komora - horizontální licí komora sqeeze casting SSM procesy

3 Přesnost rozměrů a jakost povrchu Konstrukce odlitku tvar, rozměry, hmotnost Volba technologie Slitina Požadavky na užitné vlastnosti odlitku Počet kusů ve výrobní sérii

4 Gravitační lití do netrvalých forem Lití do písku flexibilní proces - lze vyrobit jakýkoliv odlitek bez ohledu na složitost, tvar, rozměry, hmotnost a materiál; Nevýhodou: - problémy přesnost, jakost povrchu; - nízké využití tekutého kovu; - relativně vysoké náklady na obrábění. Pískové formy: - netrvalé formy; - formovací směs ostřivo, pojivo, přísady a voda; - mechanické zpevnění formovací směsi; - ostřiva nejčastěji SiO 2 ; - granulometrická skladba = hladkost povrchu odlitku d 50 = 0,1 až 0,2 mm; - relativně nízká teplota lití 720 až 750 C nejsou vysoké požadavky na žáruvzdornost formovací směsi.

5 Gravitační lití do netrvalých forem Přesné lití lití na vytavitelný model skořepiny; - komplikované odlitky; - vysoká přesnost a kvalita povrchu; - min. tloušťka stěny 0,1 až 1,5 mm (kritická tloušťka roste s rozměry); - největší rozměry Al-odlitků nepřesahují 100mm, 0,5 kg a tloušťku stěny 10 mm; - nejběžnější slitiny AlSi5Cu1Mg a AlSi7Mg zabíhavost, mechanické vlastnosti; Postup výroby skořepiny: 1. Výroba voskového modelu; 2. sestavení voskových modelů do soustavy = stromečku ; 3. nanášení keramické suspenze na stromeček a jeho zasypání ostřivem; 4. sušení a opakování bodu 3 nanese se několik vrstev; 5. vytavení vosku; 6. žíhání keramické skořepiny při 900 až 1200 C; 7. odlévání. Skříň kompresoru

6 Gravitační lití do kovových forem Výhody: - vyšší ochlazovací účinek formy jemnější struktura odlitku vyšší mechanické vlastnosti; - vysoká kvalita povrchu; - vyšší přesnost odlitků snížení tolerancí rozměrů; - vyšší produktivita práce. Nevýhody: - zvýšené náklady na výrobu formy; - větší odpor při smršťování odlitku v době jeho tuhnutí a chladnutí; - forma není prodyšná důraz na odvzdušnění. Kanály pro chladící kapalinu Použití: - Pro slitiny nejvýhodnější jsou eutektické slitiny; - podeutektické a eutektické slitiny Al-Si; potom Al-Mg; Mg-Al. - hmotnost odlitků od několika gramů do cca kg i více; - limit rozměrů odlitků podle licích strojů.

7 Gravitační lití do kovových forem Zařízení: jednoduchá dělená forma umístěná na vhodném licím stroji s ruční obsluhou; komplexně vybavené pracoviště udržovací pec, licí stroj (zařízení pro čištění, ošetření líce formy, tahače s hydraulickým pohonem pro uzavírání, rozevírání formy a pohyb kovových jader) a dávkovací zařízení. Pracovní cyklus: 1. Příprava formy na odlévání (předehřev nebo ochlazení, čištění); 2. založení jader; 3. zavření formy; 4. odlévání; 5. tuhnutí odlitku; 6. otevření formy; 7. vyjmutí odlitku.

8 Kovová forma pro gravitační lití dle parametrů licího stroje: - dělící rovina horizontální; - vertikální - výhodnější. Jádra: kovová příslušné hydraulické tahače; písková jaderník, vhodná formovací směs. Forma: předehřev; temperace; ošetření líce. Vtoková soustava je zde tvořena licí nálevkou, svislým kůlem se dvěma zářezy.

9 Použití: Nízkotlaké lití - Odlitky z lehkých neželezných slitin; - nejčastěji symetrické kolem osy rotace rotační části napuštěné ze středu; - nejčastěji tloušťka stěny odlitku od 8 do 30 mm. Výhody: - Vysoké využití kovu 90 95%; - vysoká kvalita odlitků - odlévaný kov se během pracovního cyklu nedostane do styku s okolní atmosférou; - proudění taveniny během plnění je klidné; dobrá kompaktnost odlitku bez vnitřních vad typu vměstků a plynových bublin vysoká těsnost. Zvláštnost: - Odlitek musí usměrněně tuhnout odshora směrem dolů tuhnutí ukončeno v ústí plnící trubice usměrněné tuhnutí zcela opačným směrem než je tomu u gravitačního lití.

10 Nízkotlaké lití Zařízení pro nízkotlaké lití - Roztavený kov je z udržovací pece plněn pomocí plnící trubice do dutiny formy přetlakem plynu nebo vysušeného vzduchu; - přetlak cca 0,03 až 0,04 MPa; - přetlak působí až do ztuhnutí odlitku. Struktura nízkotlakého odlitku

11 Nízkotlaké lití Forma - kovová obvykle horizontální dělící rovina; - materiál nízkolegované oceli ; - nízkolegované LLG; - konstrukce forem - temperační systém - usměrněné tuhnutí odlitku shora dolů; - odvzdušnění; - ochranný postřik kvalita povrchu odlitku; - ochrana forem a jader před přímým stykem s taveninou; - vyjímání odlitku z formy. Plnící trubice požadavky - dlouhá životnost; - nepropustnost pro používané tlaky a média; - minimální interakce s taveninou v udržovací peci. Materiál - kovové ocel nebo litina, chráněné žáruvzdorným nátěrem; - grafitové; - keramické.

12 Nízkotlaké lití CPC proces Lití do protitlaku; - v počátku zde působí přetlak plynů i na straně formy a odlití se dosahuje snižováním tlaku ve formě; - v systému je celkově vyšší tlak než při klasickém nízkotlakém lití - zrychlení odvodu tepla z odlitku do formy (vyšší součinitel přestupu tepla); - omezení vzniku ředin a plynových bublin při tuhnutí. - Použití odlitky s větší tloušťkou stěn.

13 Vysokotlaké lití Tlakové licí stroje: - stroje s teplou komorou - vstřikování kovu pístem - vstřikování vzduchem - stroje se studenou komorou - s vertikální komorou - s horizontální komorou

14 Vysokotlaké lití Výhody: - Lze vyrábět i tvarově členité tenkostěnné odlitky (cca 1-2 mm); - vysoká rozměrová přesnost odlitků (až 0,3 0,5 %); - vysoká kvalita povrchu; - jejich dobré mechanické vlastnosti - vysoké využití roztaveného kovu; - vysoká produktivita práce, atd. Nevýhody: - Vysoké náklady na zhotovení tlakové licí formy a pořízení stroje; - vnitřní porezita odlitků.

15 Vysokotlaké lití - vyplnění dutiny kovové formy taveninou v krátkém čase, kde následně tuhne za působení vysokého tlaku, tzv. dotlaku (cca MPa). - v podstatě jedinou operací je tekutý kov v několika sekundách přeměněn v tvarově komplikovaný odlitek. Pracovní dutina formy Pracovní válec Licí píst Licí komora Pevná část formy Vyhazovací systém formy Pohyblivá část formy

16 Vysokotlaké lití licí cyklus Uzavření licího stroje včetně případného zajetí pohyblivých jader a namazání licího pístu. Nadávkování potřebného množství taveniny do licí komory. Lisování naplnění dutiny tlakové licí formy taveninou. Tuhnutí doba od ukončení lisování do otevření tlakové licí formy. V této době dochází ke ztuhnutí odlitku za působení tlaku. Otevření tlakové licí formy včetně vyjetí případných pohyblivých jader. Vyhození odlitku z tlakové licí formy a vyjmutí ze stroje. Ošetření líce formy separační látkou. Spuštění dalšího licího cyklu.

17

18 Vysokotlaké lití pracoviště Dávkovací zařízení Udržovací pec Centrální řídící systém Ošetření formy Tlaková licí forma Vakuovací zařízení Tlakový licí stroj Zachlazovací vana Termoregulační zařízení Vyjímací zařízení Ostřihovací lis

19 Tlaková licí forma Vyhazovače Pohyblivý třmen stroje Upínací deska Opěrná deska Přední třmen stroje Vyhazovací deska Rozpěry Pevná část formy Vodící kolíky Pohyblivá část formy Spojovací sloupy

20 Tlaková licí forma Pohyblivá část tlakové licí formy Pevná část tlakové licí formy

21 Tlaková licí forma - materiál materiál: - dobrá obrobitelnost; - dobrá prokalitelnost; - vysoká mez pevnosti a kluzu; - dobrá tepelná vodivost; - nízká tepelná roztažnost; - odolnost nalepování; - rozměrová stálost při tepelném zpracování. méně namáhané části formy konstrukční legovaná ocel (Cr-Mo-V); např.: tvarové vložky nástrojové legované oceli = vysokolegované oceli určené k práci za tepla (Cr-V-W-Mo); např.: , atd.

22 Tlaková licí forma - odvzdušnění Vzduch z pracovní dutiny formy odvzdušňovací kanály pásky; - vlnovce. vlnovec větší intenzita odvzdušnění; - větší průřez odvzdušnění nižší tlak vzduchu ve formě.

23 Tlaková licí forma Temperační systém zajištění optimálních teplotních podmínek v průběhu licího cyklu; - soustava průtokových kanálů; - jednotlivé okruhy. - termoregulační zařízení; - temperační médium - olej, - glykol; - voda chemická úprava; - stlačený vzduch malá účinnost. Doporučená teplota líce formy pro slitiny Al: C

24 Tlaková licí forma ošetření líce - zamezení přímého styku taveniny a líce formy; - usnadnění uvolňování jader z odlitku a odlitku z formy. Nástřiky (nátěry): - kapalné vodou ředitelné separační látky; - prášek speciální zařízení; - plynné speciální metoda pouze u vakua.

25 Tlaková licí forma vakuování Měřený tlak Skutečný tlak - netěsnosti

26 Tlaková licí forma squeeze casting - lokální; - snížení staženin doplnění taveniny; - nedochází ke snížení množství uzavřeného vzduchu pouze jeho komprese.

27 Vacural

28 Vysokotlaké lití High pressure die-casting Nízkotlaké lití Low casting Metody využívající při výrobě odlitků zvýšený tlak Lití s krystalizací pod tlakem Squeeze casting Metoda polotuhého kovu Semi-solid metal Thixocasting; Thixoforming; Rheocasting.

29 Squeeze casting - Metoda lití s krystalizací pod tlakem (LKT); - využívá klidné plnění dutiny formy bez turbulencí; - výrazně se zvyšuje intenzita přestupu tepla z taveniny do formy řádově vyšší součinitel přestupu tepla proti gravitačnímu lití; tlak zamezuje vzniku mezery na líci formy; - vysoká rychlost tuhnutí jemnozrnná struktura; příznivější morfologie; menší velikost intermetalických fází; - velmi dobré mechanické vlastnosti; - zvyšuje se přesnost odlitků; - téměř se zamezí vzniku mikrostaženin; - odlitky neobsahují plynové bubliny; - metoda přímá; - nepřímá.

30 Squeeze casting Lití s krystalizací pod tlakem - přímá metoda a) Dávkování taveniny a její vlití do spodní části formy; b) uzavření formy, náběh dotlaku, tuhnutí odlitku; c) rozevření formy vyhazovače vysunou odlitek.

31 Squeeze casting Lití s krystalizací pod tlakem - nepřímá metoda Dávkování taveniny Sklopení vstřikovací jednotky Plnění dutiny Stroje: - vertikální; - horizontální. - Podobné klasické vysokotlaké technologii; - charakteristické - velké plochy naříznutí - menší rychlosti v oblasti naříznutí (cca 0,5 m.s -1 ); - delší čas cyklu laminární plnění dutiny. - Dotlak 55 až 300MPa. Klasické TL LKT

32 Tlak působící na tuhnoucí taveninu: - Zvýšení teplot přeměny; - snížení kritické velikosti zárodku; - zvýšení rychlosti ochlazování; - změna rozpustnosti přísadových prvků; - ovlivnění morfologie eutektika a intermetalických fází; - atd. Squeeze casting odlišná mikrostruktura odlišné vlastnosti.

33 Semi-solid metal (SSM) proces - Slitiny v částečně tuhém stavu teplota mezi teplotou likvidu a solidu tixotropní stav materiálu - pro slitiny Al např. AlSi7Mg, AlCu4Mg, AlZn6Mg, atd. Tixotropie schopnost některých polotuhých kovových tavenin chovat se v nezatíženém stavu jako vysoce viskózní těleso; - za působení smykových sil se však viskozita sníží o několik řádů slitina má dobrou tekutost. - předpokladem je, že primární globulitická fáze α(al) je obklopena dostatečným množstvím tekuté fáze (optimum tekuté fáze je 35%). Metody: Thixocasting; Thixoforming; Rheocasting;

34 Semi-solid metal (SSM) proces Výhody: - nižší pracovní teploty; - nízký obsah rozpuštěných plynů; - snížení smršťování dílu; - snížení tendence k tvorbě trhlin za tepla; Nevýhody: - speciálně upravovaný materiál; - nákladné nástroje; - vyšší nároky na dodržování pracovních postupů. - struktura dílu globulární (nedendritická); - minimalizace staženin a plynových bublin; - vyšší mechanické vlastnosti. Základní materiál speciální úprava taveniny speciální míchání během tuhnutí dělení získaného polotovaru na válečky ohřev válečků vložení válečku do komory tlakového stroje odlitek s požadovanou strukturou.

35 Semi-solid metal (SSM) proces

36 Semi-solid metal (SSM) proces Thixocasting modifikace metody SSM; - specificky zpracovaný materiál, dělí se na tablety; - slitiny s širokým intervalem tuhnutí přesné nastavení podílu tekuté fáze; - indukční ohřev tablet na teplotu, aby podíl tuhé fáze byl cca 60 až 65 % objemu (cca 580 C); - ohřáté tablety se vkládají do horizontální komory tlakového stroje. - Plnění tlakem 400 až 800 bar; - nižší rychlosti plnění.

37 Semi-solid metal (SSM) proces Thixoforming - specificky zpracovaný materiál, dělí se na tablety; - indukční ohřev tablet na teplotu, aby podíl tuhé fáze byl cca 70 % objemu; - speciální forma upevněná na tvářecím lise. - proti thixocastingu - rozdíl v podílu tuhé fáze a použitém stroji. - pro slitiny na bázi Al-Cu, Al-Zn. Uzavřená zápustka Otevřená zápustka

38 Semi-solid metal (SSM) proces Rheocasting využívá kašovitého stavu materiálu; - příprava materiálu polotovaru zákonitosti reologie; - reocaster zařízení tvořeno 2 válci vnější je nepohyblivý, vnitřní se otáčí a kmitá tím posouvá kovovou břečku do spodního výstupního otvoru - kontinuální výroba polotovaru; - teplota taveniny - indukční ohřev; - chlazení - udržuje přesný teplotní gradient; - na výstupu je přesný podíl tekuté a tuhé fáze; - materiál tvar tyče globulární krystalická struktura. Rheocasting = příprava polotovaru (tavení odlévání chladnutí) + další zpracování

39 Semi-solid metal (SSM) proces New Rheocasting mírně přehřátá tavenina (široký interval tuhnutí) je nalita do kovového kelímku - část začíná tuhnout následuje opětovný ohřev = polotovary s tixotropními vlastnostmi; - z nich se vyrábí konečný produkt; - zkouší se jeho využití v průmyslu; - odlitky ze slitin Al, Mg; - vysoká pevnost a tažnost.

40 Semi-solid metal (SSM) proces Vexocasting příprava materiálu v uzavřené licím systému; - k tavenině je přidáván kovový prášek probíhá její elektromagnetické míchání = tixotropní vlastnosti materiálu; - tento materiál je dávkován do speciálního zařízení; - odpadá speciální příprava válečků s tixotropními vlastnostmi; - tento postup je zkoušen pro využití v průmyslu.

41 Semi-solid metal (SSM) proces Thixomoulding ohřev materiálu ve formě kovového prášku nebo granulí; - slitiny na bázi Al nebo Mg; - speciální lisovací stroj. - granule nasypány do zásobníku dávkovač - speciální šnek je dopravuje do vytápěné zóny - vzniká plastická hmota (obsahuje cca 60 % tuhé fáze) vstřikovací hlavice vtlačuje hmotu do dutiny formy.

42 Porovnání technologií licí parametry