Vysokotlaké lití

Hlava motoru
Výroba odlitků
ze slitin hliníku
Olejová vana
Blok motoru
Disky kol
Technologie lití slitin hliníku
Gravitační lití
Nízkotlaké lití
Vysokotlaké lití
pískové formy
kovové formy
stroje s teplou licí
komorou
kovové formy
pískové formy
stroje se studenou licí
komorou
keramické formy
keramické formy
- vertikální licí komora
- horizontální licí komora
sqeeze casting
SSM procesy
Přesnost rozměrů a
jakost povrchu
Konstrukce odlitku –
tvar, rozměry, hmotnost
Volba technologie
Požadavky na užitné
vlastnosti odlitku
Slitina
Počet kusů ve výrobní
sérii
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 SiO2;
- granulometrická skladba = hladkost povrchu odlitku –
d50 = 0,1 až 0,2 mm;
- relativně nízká teplota lití 720 až 750°C – nejsou vysoké
požadavky na žáruvzdornost formovací směsi.
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;
Skříň kompresoru
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.
Gravitační lití do kovových forem
Výhody:
- vyšší ochlazovací účinek formy – jemnější struktura odlitku – vyšší
Kanály pro chladící kapalinu
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.
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 20 – 30 kg i více;
- limit rozměrů odlitků – podle licích strojů.
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.
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.
Nízkotlaké lití
Použití:
- 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.
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
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.
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.
Vysokotlaké lití
Tlakové licí stroje:
- stroje s teplou komorou - vstřikování kovu pístem
- vstřikování vzduchem
- stroje se studenou komorou - s vertikální komorou
- s horizontální komorou
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.
Vysokotlaké lití
- vyplnění dutiny kovové formy taveninou v krátkém čase, kde následně tuhne za
působení vysokého tlaku, tzv. dotlaku (cca 60 - 100 MPa).
- v podstatě jedinou operací je tekutý kov v několika sekundách přeměněn
v tvarově komplikovaný odlitek.
Pracovní dutina formy
Pracovní
válec
Licí komora
Vyhazovací systém formy
Licí píst
Pevná část
formy
Pohyblivá část formy
Vysokotlaké lití – licí cyklus
Uzavření licího stroje včetně
případného zajetí pohyblivých
jader a namazání licího pístu.
Otevření tlakové licí formy
včetně vyjetí případných
pohyblivých jader.
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.
Vyhození odlitku z tlakové licí
formy a vyjmutí ze stroje.
Ošetření líce formy separační
látkou.
Spuštění dalšího licího cyklu.
Vysokotlaké lití – pracoviště
Dávkovací zařízení
Centrální řídící systém
Ošetření formy
Tlaková licí forma
Udržovací pec
Vakuovací
zařízení
Tlakový licí stroj
Zachlazovací vana
Termoregulační
zařízení
Vyjímací zařízení
Ostřihovací lis
Tlaková licí forma
Vyhazovače
Pohyblivý třmen
stroje
Upínací deska
Přední třmen
stroje
Opěrná deska
Vyhazovací deska
Pevná část
formy
Rozpěry
Vodící kolíky
Pohyblivá část formy
Spojovací sloupy
Tlaková licí forma
Pohyblivá část tlakové licí formy
Pevná část tlakové licí formy
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.: 1.2311
• tvarové vložky – nástrojové
legované oceli = vysokolegované oceli
určené k práci za tepla (Cr-V-W-Mo);
např.: 1.2343, 1.2344 atd.
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.
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:
180 – 300 C
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.
Tlaková licí forma – vakuování
Měřený tlak
Skutečný tlak
- netěsnosti
Tlaková licí forma – squeeze casting
- lokální;
- snížení staženin – doplnění taveniny;
- nedochází ke snížení množství
uzavřeného vzduchu
pouze jeho komprese.
Vacural
Vysokotlaké lití
High pressure die-casting
Nízkotlaké lití
Low casting
Metody využívající
při výrobě odlitků
zvýšený tlak
Metoda polotuhého
kovu
Semi-solid metal
 Thixocasting;
 Thixoforming;
 Rheocasting.
Lití s krystalizací pod
tlakem
Squeeze casting
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.
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.
Squeeze casting
Lití s krystalizací pod tlakem - nepřímá metoda
Dávkování taveniny
Sklopení vstřikovací
jednotky
Stroje:
- vertikální;
- horizontální.
Plnění dutiny
- 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
Squeeze casting
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.
odlišná mikrostruktura
odlišné vlastnosti.
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;
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.
Semi-solid metal (SSM) proces
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.
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“
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
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.
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.
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.
Porovnání technologií –
licí parametry