Lití do trvalých forem (Kokily)

Transkript

1 Lití do trvalých forem (Kokily)

2

3

4

5

6

7

8

9

10 ODSTŘEDIVÉ LITÍ

11 HISTORIE ODSTŘEDIVÉHO LITÍ Patent 1809 A. G. Eckhart 19. století rozvoj této technologie po r použito k výrobě potrubí

12 ROZDĚLENÍ pravé odstředivé lití poloodstředivé lití odstřeďování Centrifugal casting True centrifugal casting Semicentrifugal casting Centrifuge casting Horizontal true centrifugal casting Vertical true centrifugal casting

13 PRAVÉ ODSTŘEDIVÉ LITÍ forma rotuje kolem své horizontální, vertikální osy vysoké otáčky vytváří odstředivou sílu, která tlačí rozžhavený kov na zdi formy během rotace ve formě dojde ke ztuhnutí kovu

14 PRAVÉ ODSTŘEDIVÉ LITÍ

15 Rozdělení odstředivého lití Podle osy rotace odlitku - s vertikální osou otáčení - s horizontální osou otáčení

16 Horizontal true centrifugal casting

17 Typical products Long and low diameter products like pipes, tubes, etc.

18 PRINCIP ODSTŘEDIVÉHO LITÍ s vertikální osou otáčení

19 POLOODSTŘEDIVÉ LITÍ pro malé, středně velké odlitky kombinace gravitačního a odstředivého lití po odlití obvykle obrábění vnitřní dutiny

20 Pravé odstředivé odlévání: - osa odlitku je totožná s osou rotace

21 Machines These machines can be also used for semicentrifugal and centrifuge casting.

22 Typical products Large diameter and low length products.

23 Nepravé odstředivé odlévání: - odstředivá síla se nevyužívá na vytvoření povrchu, ale podporuje vyplnění a dosazování taveniny do odlitku - osa rotace je totožná s osou vtokového kanálu - odstředivá síla se využívá na plnění dutin jednotlivých odlitků

24 Typical products complicated rotationally symmetric shapes like pulleys, wheels, gears and propellers

25 ODSTŘEĎOVÁNÍ na jednom vtokovém kanálku více odlitků prstence, polotovary s velkým průměrem vertikální osa rotace dlouhé duté polotovary horizontální osa rotace

26

27

28 VÝPOČET OTÁČEK odstředivá síla: tíhová síla:

29 VÝPOČET OTÁČEK faktor G: po vyjádření rychlosti pomocí otáček:

30 STANOVENÍ OTÁČEK příliš vysoká rychlost vede k vytvoření trhlin příliš nízká rychlost vede ke snížení tlaku během tuhnutí odlitku a tudíž k vnitřním vadám

31 VÝHODY ODSTŘEDIVÉHO LITÍ odlitky jsou relativně bez vad lepší mechanické vlastnosti vysoká míra výroby možnost výroby bimetalických trubek nejsou nutná jádra k výrobě dutých odlitků

32 VYSOKOTLAKÉ LITÍ

33

34 Obecné dělení strojů pro tlakové lití Dle konstrukce Stroj se studenou komorou Stroj s teplou komorou Dle směru pohybu plnícího pístu Stroj s vertikální komorou Stroj s horizontální komorou

35 VYSOKOTLAKÉ LITÍ nejrychlejší technologie výroby přesných odlitků z neželezných kovů Slitiny s nižší T tav : Al (s vysokým % Si) Zn, Mg, Pb, Sn, Cu Vstupní rychlost: m/s Tlak: MPa (obvykle kolem 250 MPa) Druh odlitku Licí tlak v MPa Zn Al-Mg Cu Odlitky jednoduché Od 10 do 20 Do 60 Od 30 do 40 Odlitky složité Od 20 do 30 Od 40 do 80 Od 40 do 80

36 Tlakové licí stroje Základní dělení: S teplou licí komorou Se studenou licí komorou Obr.1 licí stroj s horkou komorou [2] Obr.2 licí stroj se studenou komorou [2] 36/11

37 Stroj se studenou licí komorou pro Al,Cu

38 Průběhy rychlostí a tlaků při odlévání Proces plnění můžeme rozdělit na čtyři etapy: Etapa τ1 Etapa τ2 Etapa τ3 Etapa τ4

39

40 Stroje s teplou licí komorou (pro Zn) 1. forma je zavřená, píst v horní poloze 2. píst vstříkne kov skrz husí krk do formy 3. píst dodržuje tlak dokud kov nenatuhne 4. píst se vrátí do výchozí polohy, zatímco odlitek zůstává ve formě. 5. odlitek je uvolněn z formy vyhazovači

41 Stroj s teplou komorou Plnící komora pod hladinou kovu Kov se z udržovací pece do komory nepřelévá - výhodné Více variant: vstřikování pístem či stlačeným vzduchem Pro nízkotavitelné slitiny Zn a Sn, Mg, ne pro Al Korozní působení taveniny na tlakovou komoru

42 Schéma práce stroje se s teplou licí komorou

43 FORMA VTOKOVÁ SOUSTAVA SYSTÉM ODVZDUŠNĚNÍ SYSTÉM CHLAZENÍ

44 FORMA

45 Konstrukce forem Forma pro tlakové lití je velmi složitá Musí být navržena chladící a temperovací soustava Temperace: olej, C Chlazení: voda, C

46 Uzavření licího stroje Nejdůležitější parametr je uzavírací síla. Uzavírací síla je přímo úměrná celkové ploše odlevu (odlitek, vtok,přetoky) a tlaku lití. Uzavírací síla > otevírací síla od kovu = (S odlevu * p lití )/K 1 [kn] do 400bar standardní odlitky bar technické odlitky bar tlakotěsné odlitky (možné i více jak 1500-bar) Bc. Štěpán Bochníček

47 Výpočet vtokové soustavy Správný vztah mezi rychlostí a dobou plnění zabraňuje předčasnému natuhnutí kovu v průběhu fáze plnění. 1. Dutina formy 2. Naříznutí 3. Vtokový kanál 4. Plnící komora 5. Píst 6. Pevná polovina formy 7. Pohyblivá polovina formy 8. Upínací plocha

48 Chlazení a temperace Teplotní pole má značný vliv na kvalitu odlitků Ovlivňuje se pomocí kapalin, které proudí kanálky ve formě Temperace: olej, C Chlazení: voda, C Teplotní pole ovlivňuje mnoho faktorů-použití simulace

49 Řízený průběh vstřikování Malá rychlost pístu Uzavřený vzduch mezi čelem pístu a hladinou Velká rychlost pístu Fenomén víru

50 Odvzdušnění forem Porezita je největší nepřítel tlakově litých odlitků Objem je součtem objemu plynů z dutiny, vtoků a plnící komory Odvzdušňovací kanály většinou v dělící rovině formy v místech, která se poslední zaplní kovem Rozměry přibližně 0,05-0,1 x 2-20 mm Vzhledem k objemu plynu, průřezu kanálů a době cyklu není možné, aby byl všechen plyn odvětrán

51 Vlnovce statické ventily

52 Řízení plynů ve formě Odsátí až 95% plynu Důležité načasování působení vakua Start ihned po uzavření dávkovacího otvoru Nebezpečí uzavření vzduchu v kovu

53 Vlnovce statické ventily Velká odvzdušnění připojená na nezávislé chlazení Brání proniknutí kovu do vývěvy Levné, nenáročné na údržbu Problém s ucpáváním plenami

54 Proč vakuum?

55 Vacuum die casting

56 Vacuum die casting

57 Vacuum die casting

58 Vacuum die casting

59 Vacuum die casting

60 Vacuum die casting

61 Vacuum die casting

62 Umístění ventilů pro vakuování

63 Výrobci strojů pro tlakové lití Bühler (Švýcarsko) Muller-Weingarten (Německo) Frech (Německo) Italpresse (Itálie) Colosio (Itálie) Dynacast (USA) Techmire (Kanada) Toshiba (Japonsko) Ube (Japonsko) Rakovnické tvářecí stroje (ČR)

64 BÜHLER-H630B

65 CHEN FENG CF250HT-B

66

67 Velikost používaných tlaků a rychlostí pro jednotlivé technologie

68 Layout stroje se studenou horizontální komorou A - jednotka uzavírání lisu B jednotka pohyblivé desky C vstřikovací jednotka lisu D odebírací robot E lubrifikační robot F dávkovací pec G jednotka otřepů a odřezávání H přepravní pás jednotky otřepů a odřezávání I 5 termoregulačních jednotek a-f elektrotechnologie h-n obslužná zařízení Pozn.: Jedná se o stroj ITALPRESSE instalovaný ve slévárně tlakového lití ŠKODA AUTO a.s., závod Mladá Boleslav, odlitek: spodní díl motoru

69 PERIFERIE AGREGÁT DÁVKOVACÍ ZAŘÍZENÍ TAHAČE JADER OSTŘIKOVACÍ ZAŘÍZENÍ SQUEEZ CASTING BLOK VAKUOVACÍ ZAŘÍZENÍ MANIPULAČNÍ TECHNIKA

70

71 Výhody a nevýhody netuhne předčasně v dutině formy tloušťkou stěn < 0,4 mm tvarově složité odlitků s předlitými otvory málo staženin a pórovitosti povrch hladký a kvalitní před apretací malý průřez vtokového naříznutí = vtok lze ulomit velikost odlitku -- uzavírací síla stroje (těsnost formy) exogenní bubliny (vstupní rychlost kovu, tepelné pole formy) nízká rychlost plnění = zavíření kovu v licí komoře formu namáhá vysoká teplota, tlak a eroze taveniny studená forma - studené spoje v odlitku zahřátá forma - slitina se lepí na stěny formy

72 Slévárny tlakového lití v ČR Kovolit Modřice Al ČZ, Slévárna Strakonice Al Motor Jikov České Budějovice Al, Zn ALW Olomouc Solar Gvd Horní Třešňovec - Zn Druckguss Systeme Liberec - Al Alutex Jablonec nad Nisou - Al Slévárna Vysoké Mýto - Al Alupressing Blansko Al, Zn

73 Procesy zvyšující integritu dílů Podtlakové lití (vacuum die casting) Squeeze casting Tixotropní lití

74 Příklady odlitků tlakového lití

75 Ukázka komplexních tlakově litých odlitků Odlitek zadní nápravy BMW

76 Ukázka komplexních tlakově litých odlitků Horní část olejové vany pro Audi A8 Odlitek vodou chlazené klikové skříně pro motocykl BMW

77 Příklady odlitků tlakového lití

78 Nízkotlaké lití

79 Princip nízkotlakého lití do kokily

80 Princip nízkotlakého lití do pískové formy

81 Výhody nízkotlakého lití Vysoké využití tekutého kovu Klidné plnění dutiny formy (bez turbulence, minimální vnášení vměstků do dutiny formy) Možnost dotlaku Možné zařazení pěnových nebo jiných filtrů do plnící trubice Možná automatizace procesu Více odlitků v jedné formě Snížení množství vratného materiálu

82 Controlled mould filling Řízené plnění dutiny formy filling rate have to rise or fall with an increase or decrease of the pattern cross sectional area for a constant volume flow different mould filling rates are required to be able to cast parts with varying wall thicknesses.

83 Zařízení pro nízkotlaké lití

84 Základní části licího stroje Udržovací pec Pevná nebo pohyblivá Hermetické uzavření prostoru Udržování taveniny na konstantní teplotě Rychlé zpracování taveniny před ukončením modifikačního účinku

85 Základní části licího stroje Kovová forma Nízkolegovaná šedá litina, nízkolegovaná ocel Po odlití nutné očištění povrchu Postřiky forem (manipulátory a roboty) Konstrukce kovové formy Základová deska s s lícem formy Čtyři radiálně pohyblivé části formy (vnější tvar hliníkového kola) Shora zasunutá pohyblivá vnější část kola (vnitřní část kola)

86 Základní části licího stroje Plnící trubice Grafit, keramické materiály (korund) Dlouhá životnost Nepropustnost pro požadované tlaky a teploty Minimální interakce s taveninou v peci

87 Nízkotlaké X gravitační lití do kokil Plnění formy působícím tlakem na hladinu kovu (kontrolované plnění, min. turbulence) Kov v peci je v uzavřené nádobě v ochr. atm. (méně H, nečistot, snížena tvorba oxidů) Menší nároky na vtokovou soustavu (vrat: N 5-20% hm.odlitku, G až 100% hm.odlitku) Snížení nákladů na čištění odlitků Výroba odlitků/rok a úspora 9 kg/vratného materiálu ušetří kg hliníku/rok (plus asi 7% ztráta tavením = kg). Založeno na výdaji tavení v průměru 0,35 EURO/kg, to znamená snížení vlastních nákladů o EURO/rok.

88 Srovnání porezity odlitků vyráběných různými metodami Použité metody odlévání: nízkotlaké lití (LPDC = Low Pressure Die Casting) gravitační lití do kokil (GDC = Gravity Die Casting) lití do pískové formy (SC = Sand Casting) vysokotlaké lití (HPDC = High Pressure Die Casting)

89 Srovnání porezity odlitků vyráběných různými metodami RTG snímky odlitků (znázornění porezity) Řezy odlitků (znázornění porezity) SC = LPDC > GDC > HPDC

90 Porovnání kvality odlitku v různých částech Závislost SDAS na místě odebraného vzorku

91 Srovnání kvality odlitku v různých částech Závislost tvrdosti na místě odebraného vzorku

92 Ukázka odlitků

93 Typy litých kol Ráfek osobního automobilu z Al slitiny Blokové kolo vyrobené nízkotlakovou metodou lití (určeno pro formule) Magnesiové jedno blokové kolo vyrobené nízkotlakovou metodou lití s povrchovou úpravou (určeno pro rally)

94 Lití ze slitin hliníku Vysoké využití taveniny nalité do dutiny kokily; Řízení procesu plnění kokily taveninou po dílčích fázích; Minimalizace vířivých proudů taveniny při plnění kokily; Nejmenší negativní vliv na životní prostředí; Možnost vkládání jader do kokily; Možnost automatizace celého procesu lití

95 Lití ze slitin hořčíku

96 Odlévací linky

97 Odlévací linky

98 Comparison of casting methods