Piese de turnare sub presiune din aluminiu și turnare cu nisip de aluminiu: procese, aplicații și întreținere
Componentele din aluminiu părăsesc podeaua fabricii prin mai multe rute. Unele se formează la presiune ridicată în interiorul unei matrițe de oțel întărit, altele iau formă încet în interiorul unui pat de nisip lipit. Alegând între piese de turnare sub presiune din aluminiu și componentele din aluminiu turnat în nisip depind de grosimea peretelui, volumul comenzii, bugetul de scule și suprafața finisată de care are nevoie de fapt un proiect. Secțiunile de mai jos prezintă modul în care funcționează fiecare metodă, unde este utilizată fiecare, ce poate merge prost în timpul formării și cum ar trebui curățată feroneria din aluminiu finită odată ce este în funcțiune.
Toleranțe strânse repetabile
Injecția de înaltă presiune umple cavitatea matriței într-o fracțiune de secundă, astfel încât grosimea peretelui și pozițiile găurilor se repetă îndeaproape de la prima lovitură până la zece miimea. Această consistență este motivul pentru care piese de turnare sub presiune din aluminiu sunt alese pentru carcase și console care trebuie să se fixeze cu șuruburi pe componentele de împerechere fără montare manuală.
Capacitate de perete subțire
Deoarece aluminiul topit este forțat în cavitate sub presiune și nu turnat prin gravitație, pereții subțiri de un milimetru se pot umple complet înainte ca metalul să înghețe, ceea ce menține piesele finite ușoare fără a sacrifica rigiditatea.
Suprafață netedă ca turnare
Matrițele din oțel conferă o textură de suprafață fină direct pe turnare, reducând sau eliminând nevoia de prelucrare secundară a fețelor cosmetice și scăzând cantitatea de post-procesare necesară unei carcase sau a unei plăci de acoperire înainte de expediere.
Eficient la volum
Timpii de ciclu măsurați în secunde mai degrabă decât în minute fac ca procesul să fie potrivit pentru a rula aceeași geometrie de mii de ori, motiv pentru care suporturile motorului, carcasele transmisiei și carcasele electronice se bazează pe această metodă odată ce proiectul este finalizat.
Avantajele turnării cu nisip pentru piese din aluminiu
Turnarea cu nisip adoptă o abordare diferită și își câștigă locul dintr-un set diferit de motive. În loc să preseze metalul într-o matriță întărită, procesul împachetează nisip amestecat cu un liant în jurul unui model, apoi îndepărtează modelul pentru a lăsa o cavitate pe care aluminiul topit o umple prin gravitație. Acest lucru schimbă economia și geometria care poate fi produsă practic.
Investiții reduse în scule
Modelele pot fi construite din lemn, spumă sau plastic imprimat 3D în loc de oțel întărit, ceea ce reduce costul inițial al pornirii unui nou număr de piesă și scurtează timpul dintre un desen finit și o primă probă.
Capacitate de secțiune mare
Turnarea gravitațională nu impune aceleași limite de presiune întâlnite în turnarea sub presiune, astfel încât carcasele pompelor, carcasele cutiei de viteze și bazele mașinii cu grosimea secțiunii mult peste ceea ce poate manipula o matriță în siguranță ies din matriță fără dificultate.
Flexibilitate de proiectare între rulări
Un model poate fi reluat sau unul nou tăiat rapid atunci când un design se schimbă, evitând timpul de livrare și cheltuielile de modificare sau înlocuire a matriței de oțel de fiecare dată când o dimensiune trebuie ajustată în timpul dezvoltării.
Potrivit pentru rulări cu volum redus
Acolo unde este nevoie doar de o mână de unități sau de o serie de producție scurtă, rar răspândirea costului unei matrițe de oțel pe atât de puține piese are sens, astfel încât matrițele de nisip rămân calea mai practică pentru prototipuri și lucrări în serie limitată.
Compararea parametrilor de turnare unul lângă altul
Tabelul de mai jos aliniază cele mai comune trei căi de formare a aluminiului în funcție de variabilele care decid cel mai adesea către care dintre ele ar trebui să fie direcționat desenul.
| Parametru | Turnare sub presiune | Turnare cu nisip | Turnare permanentă |
|---|---|---|---|
| Costul sculelor | Înalt | Scăzut | Mediu |
| Precizie dimensională | ±0,05 până la 0,1 mm tipic | ±0,5 până la 1,5 mm tipic | ±0,2 până la 0,5 mm tipic |
| Dimensiunea recomandată a lotului | Mii și mai sus | Unități simple la câteva sute | De la sute la câteva mii |
| Grosimea peretelui realizabilă | 1 mm până la 4 mm | 5 mm până la 50 mm | 3 mm până la 20 mm |
| Rugozitatea suprafeței ca turnare | Ra 1,5 până la 3,0 micrometri | Ra 6,0 până la 12,5 micrometri | Ra 3,0 până la 6,0 micrometri |
| Timp de ciclu tipic | De la câteva secunde până la câteva minute | Ore inclusiv pregătirea matriței | Minute pe turnare |
Piese comune de turnare cu nisip din aluminiu. Aplicații
Deoarece matrițele de nisip tolerează secțiuni mari, grele și forme neregulate fără constrângerile de presiune ale unei matrițe, anumite categorii de feronerie sunt construite aproape exclusiv pe această cale.
Carcase pompe
Canalele interioare de apă și flanșele de montare turnate dintr-o singură bucată, evitând cusăturile care altfel ar necesita etanșare.
Corpuri de supape
Pereții groși din jurul orificiilor filetate țin presiunea, în timp ce canalele interne de curgere se formează curat în timpul turnării.
Flanse si fitinguri
Cercurile de șuruburi și fețele de etanșare turnate aproape de dimensiunea finală, lăsând doar suprafața de îmbinare de prelucrat.
Baze de mașini-unelte
Secțiuni grele și rigide care amortizează vibrațiile în timpul funcționării, dimensionate cu mult peste limitele de turnare sub presiune.
Piese de utilaje agricole
Carcasele cutiei de viteze și suporturile expuse la sarcini exterioare și impact repetat în timpul utilizării pe teren.
Hardware maritim
Suporturi, carcase și fitinguri care îmbină rezistența la coroziune a aluminiului cu capacitatea de secțiune mare a turnării cu nisip.
Cum să turnați piesele din aluminiu
Indiferent de tipul de matriță utilizat, formarea unei piese de aluminiu urmează aceeași secvență largă de la model până la turnarea finală.
Pregătirea modelului sau matrițelor
Este construit un model pentru turnarea cu nisip sau o matriță din oțel întărit este prelucrată pentru turnarea sub presiune, potrivindu-se cu geometria finală a piesei plus toleranța de contracție.
Topirea
Aliajul de aluminiu este încălzit la aproximativ 660 până la 720 de grade Celsius într-un creuzet sau cuptor cu inducție până când ajunge într-o stare complet lichidă, turnabilă.
Degazare și fluxare
Un agent de degazare îndepărtează hidrogenul dizolvat, iar un flux trage incluziunile de oxid la suprafață, reducând porozitatea turnării finite.
Turnare sau injectare
Metalul topit este turnat prin gravitație într-o cavitate de nisip sau injectat sub presiune într-o matriță, umplând matrița înainte ca suprafața să înceapă să se solidifice.
Răcire și solidificare
Răcirea controlată permite turnării să se solidifice din secțiunile cele mai subțiri către cele mai groase, limitând cavitățile de contracție și stresul intern.
Demolare și finisare
Turnarea este separată de nisip sau matriță, porțile și coloanele sunt tăiate, iar piesa trece la șlefuire, tratament termic sau prelucrare, după cum este necesar.
Cum să turnați piesele din aluminiu at Home
O versiune simplificată a aceluiași proces este la îndemâna unui atelier de hobbyist. Un mic cuptor cu propan sau cărbune topește deșeurile de aluminiu într-un creuzet de oțel sau grafit, în timp ce un model din lemn sau imprimat 3D presat în nisip umed de turnătorie formează cavitatea. Odată ce modelul este retras, o poartă de turnare și un canal de aerisire sunt tăiate manual înainte ca jumătățile de matriță să fie închise și prinse. Metalul topit este turnat în mod constant pentru a evita captarea aerului, apoi lăsat netulburat până când turnarea s-a răcit suficient pentru a putea fi manipulată. Echipamentul de siguranță contează mai mult la această scară decât mai puțin: o protecție facială, mănuși rezistente la căldură și mâneci lungi protejează împotriva stropilor, iar turnarea ar trebui să aibă loc întotdeauna pe o suprafață uscată, neinflamabilă, departe de orice urmă de umiditate, deoarece apa prinsă în nisip umed sau o unealtă umedă poate fulgeră la abur la contactul cu aluminiul topit.
Ce pot folosi pentru a turna aluminiu?
Alegerea materialului se desfășoară în două direcții: materialul matriței și aliajul de aluminiu în sine.
Materiale de matriță
Nisip siliciu lipit cu argilă sau lianți chimici pentru matrițe unice, oțel prelucrat pentru cicluri repetate de turnare sub presiune și grafit sau fontă pentru matrițe permanente reutilizate într-o serie de producție moderată.
Clase comune de aliaje
A356 și A357 pentru piese care necesită o rezistență mai mare după tratamentul termic, ADC12 și A380 pentru turnarea sub presiune generală și 6061 unde o turnare va fi prelucrată ulterior și necesită o prelucrabilitate bună.
Echipament pentru cuptor
Cuptoare cu creuzet arse cu propan, gaz natural sau elemente de rezistență electrică pentru loturi mai mici și cuptoare cu inducție pentru o topire mai rapidă atunci când debitul contează mai mult decât costul combustibilului.
Materiale auxiliare
Tablete de degazare, flux de acoperire, acoperiri de eliberare a mucegaiului și manșoane de ridicare care abordează fiecare un risc de defect specific în timpul topirii și turnării, mai degrabă decât formei piesei în sine.
Care este linia de despărțire a turnării aluminiului?
Linia de despărțire marchează locul unde două jumătăți de matriță sau matriță se întâlnesc și se separă pentru a elibera turnarea finită. Poziția sa este aleasă la secțiunea transversală cea mai largă a piesei, astfel încât ambele jumătăți să se poată îndepărta curat, fără a se bloca împotriva unei tăieturi. O linie de despărțire prost plasată forțează un lucru suplimentar în miez, adaugă unghiuri de tiraj care nu erau necesare altfel sau lasă excesul de fulger care trebuie șlefuit manual. La o turnare finită, linia de despărțire apare de obicei ca o cusătură slabă sau o linie ușor ridicată care curge în jurul piesei și este normal să vezi o prelucrare ușoară sau șlefuire de-a lungul acelei cusături în timpul inspecției finale, mai degrabă decât să o tratezi ca un defect.
Cât de dificil este să turnați aluminiu?
Aluminiul se află la mijlocul intervalului de dificultate pentru turnarea metalului. Punctul de topire moderat și fluiditatea bună îl fac mai îngăduitor decât fierul sau oțelul, dar câteva tipuri de defecte necesită totuși atenție în fiecare etapă a turnării.
Porozitatea gazului
Aluminiul topit absoarbe hidrogenul cu ușurință la temperatură ridicată și gazul respectiv iese din soluție pe măsură ce metalul se răcește, lăsând mici goluri, cu excepția cazului în care degazarea se face corect înainte de turnare.
Cavități de contracție
Aluminiul se contractă vizibil pe măsură ce se solidifică, astfel încât secțiunile groase care se răcesc după ce metalul din jur s-a întărit deja pot trage spre interior și pot lăsa un gol intern.
Închidere la rece
Două fluxuri de metal se întâlnesc după ce oricare dintre ele a început să se jupească nu reușesc să fuzioneze complet, lăsând o linie vizibilă de slăbiciune pe suprafața turnării.
Lăcrimare fierbinte
Secțiunile subțiri învecinate cu o masă mult mai groasă pot crăpa în timp ce sunt încă parțial topite, dacă matrița limitează contracția naturală în timpul răcirii.
Opțiuni de finisare a suprafeței și toleranță pentru componentele din aluminiu turnat
O turnare brută rareori părăsește atelierul exact așa cum iese din matriță. Fețele de montare prelucrate, acoperiri anodizate pentru rezistență la coroziune, acoperire cu pulbere pentru carcase de culoare asortată și șlefuire pentru o textură mată uniformă sunt toate aplicate în funcție de locul în care piesa va ajunge în funcțiune. Clasele de toleranță variază în mod obișnuit de la dimensiuni generale ca turnate pe fețe necritice până la alezaje prelucrate cu precizie și modele de șuruburi menținute în câteva sutimi de milimetru acolo unde piesele de îmbinare o cer. Verificarea grosimii peretelui, inspecția cu raze X pentru porozitatea internă și testarea presiunii pe piesele care vor reține fluide sunt pași obișnuiți încorporați în inspecția finală înainte de eliberarea unui lot.
Cum să curățați piesele din aluminiu turnat
Curățarea generală a unei piese din aluminiu turnat începe cu apă caldă și un detergent ușor, neabraziv aplicat cu o perie moale pentru a îndepărta praful și murdăria de suprafață. Acizii puternici și detergenții alcalini trebuie evitati, deoarece atacă stratul natural de oxid care protejează aluminiul de coroziune. Reziduurile persistente pot fi slăbite prin înmuierea scurtă într-un produs de curățare formulat pentru aluminiu înainte de o clătire finală și o uscare completă cu o cârpă fără scame, deoarece umezeala rămasă în adâncituri sau orificiile filetate este ceea ce duce la oxidare proaspătă.
Curățarea pieselor auto din aluminiu turnat
Roțile, galeriile de admisie și carcasele transmisiei colectează în timp praful de drum și reziduurile de frână. Clătirea mai întâi a nisipului liber, apoi aplicarea unui detergent de aluminiu sigur pentru roți și a unei perii moale în spițele încastrate, împiedică particulele abrazive să zgârie suprafața. Un strat ușor de ceară de protecție încetinește apoi revenirea oxidării între spălări.
Curățarea pieselor motorului din aluminiu turnat
Componentele motorului poartă peliculă de ulei coaptă și depozite de carbon, care apa simplă nu se va deplasa. Lăsarea piesei să se răcească complet, pulverizarea cu un degresant și prelucrarea acesteia în nervuri și șuruburi cu o perie de nailon, mai degrabă decât una metalică, evită zgârierea suprafeței. O suflare completă a aerului uscat și comprimat din găurile oarbe împiedică agentul de curățare rămas să interfereze cu etanșarea garniturii la reasamblare.
Întreținere de rutină Curățenie
Pentru piesele în service obișnuit în aer liber sau industrial, o simplă spălare lunară cu săpun ușor și o cârpă moale, urmată de inspecție pentru sâmburi sau înflorire de oxid alb, prinde coroziunea timpurie înainte de a se răspândi în sâmburi care ar necesita lustruire mecanică pentru îndepărtare.
Selectarea procesului potrivit pentru o parte nouă
Un desen ajunge rar cu metoda de turnare deja decisă. Grosimea peretelui, cantitatea de comandă așteptată, cerințele de toleranță pe fețele de îmbinare și dimensiunea piesei toate indică fie o matriță, o matriță de nisip sau o matriță permanentă înainte ca un singur gram de aluminiu să fie topit. Examinarea din timp a acestor factori, alături de calitatea de aliaj cel mai potrivită pentru cerințele mecanice și de coroziune ale piesei, reduce la minimum modificările de prelucrare și scule odată ce producția este în curs.
