Témata
Reklama

Povlakování a repase forem pro tlakové lití hliníku

Formy, jádra, komory, vložky a další díly, jsou ve styku s tekutým hliníkem namáhány cyklickým tepelným zatížením. Tento způsob namáhání vede k tepelné únavě materiálu, vzniku trhlin, "vydrolování" základního materiálu forem v kritických nejnamáhanějších místech. Současně dochází k nalepování hliníku na povrch jader, forem apod.

Důsledkem výše uvedených problémů jsou časté odstávky výroby, kdy je nezbytné formy čistit, resp. poškozené díly opravovat nebo měnit. Toto způsobuje značné ztráty výrobního času a vysoké náklady na opravy. Řešením je povlakování a možná repase forem a dalších dílů, které přicházejí do styku s tekutým Al.

Reklama
Reklama
Reklama

Eroze způsobená proudícím hliníkem

Jádra a formy pro tlakové lití slitin hliníku jsou namáhány několika mechanismy. Zejména se jedná o erozi způsobenou proudícím tekutým hliníkem, nalepování hliníkových slitin na povrch forem, ke kterému dochází v důsledku chemické afinity mezi hliníkem a železem. Vlivem cyklického tepelného namáhání v průběhu tlakového lití (ohřev při vstřikování tekutého hliníku a následující chladnutí povrchu při ochlazování formy vodou, resp. separační emulzí) na povrchu pak v důsledku tepelné únavy dochází k rozvoji trhlin, které vedou až k destrukci nástroje. Jinak řečeno, kvalita a životnost forem (jader apod.) je určována zejména kvalitou povrchu.
Nalepování hliníkových slitin na povrch jednotlivých dílů forem znamená také vysoké náklady spojené s odstávkou a čištěním forem. Nalepený hliník je ve většině případů odstraňován mechanicky a po několikerém čištění není možné formy, resp. jádra pro ztrátu rozměru dále používat. Zvýšení produktivity je možné dosáhnout zmenšením počtu odstávek a snížením nákladů na údržbu licích forem a využívání strojního času na plnou kapacitu.

Obr. 1. Použitá forma se zaseklým odlitkem před repasí, detail

Vhodným ošetřením povrchu lze výrazně zvýšit životnost celé formy a snížit náklady na jejich údržbu (čištění). Kromě tepelného zpracování a nitridace povrchu je povlakování jader a forem tvrdými povlaky technologií PA CVD velmi efektivní metodou pro zvýšení životnosti, omezení nalepování Al na povrch formy a pro omezení chemického působení roztaveného hliníku. Povlakování také silně omezuje tvorbu a šíření tepelných trhlin.

Povlakování PA CVD

PA CVD technologie ve VÚHŽ umožňuje povlakovat těžké, rozměrné a tvarově komplikované formy homogenním povlakem. Prakticky byly povlakovány formy až do hmotnosti 1 250 kg a vnějších rozměrů do 500 x 400 x 800 mm. Technologie PA CVD garantuje homogenní povlaky po celé ploše u velmi rozměrných a tvarově komplikovaných forem. Povlak je vytvářen vylučováním z plynné fáze při teplotách přibližně 520 °C. Nucenou cirkulací plynů v reakčním prostoru a homogenním rozvojem plazmy v celém reakčním prostoru je zaručeno, že povlak o tl. 2–3 μm se vytvoří i v průchozích i neprůchozích otvorech. Experimentálně bylo prokázáno, že povlak se vytváří i u velmi tenkých drážek o šířce 1 mm do hloubky 20 mm. Pro řešení výše uvedených problémů využívá stále více zákazníků povlak Nanocomp (TiB2), jehož základní charakteristiky jsou uvedeny v tabulce.

Obr. 2. Použitá forma se zaseklým odlitkem před repasí, detail

Výsledky provozních testů

Výsledky dosažené u jader a forem při jejich nasazení v běžných provozních podmínkách potvrdily, že povlakování silně omezuje nalepování barevného kovu na povrch nástrojů. K nalepení hliníkových slitin na povrch formy dochází po podstatně větším počtu cyklů. V průměru se počet odlitků do nalepení slitiny zvýší šestkrát ve srovnání s nepovlakovaným stavem.

Obr. 3. Použitá forma po repasi s povlakem Nanocomp, detail

Při nalepení hliníkových slitin je soudržnost nalepenin s povlakem podstatně menší než soudržnost se základním materiálem ocelí 1.2343, 1.2344 a 1.2365. Následné čištění forem je po povlakování technologií PA CVD podstatně jednodušší a pro čištění lze použít např. suchý led bez porušení naneseného PA CVD povlaku. To znamená, že povlakované nástroje je možné po očištění dále používat. V provozních podmínkách bylo dále prokázáno snížení náchylnosti povlakovaných dílů ke vzniku tepelných trhlin a vypadávání zrn. Tento přínos je zvlášť markantně projevuje v oblastech, které jsou proti vtoku tekuté hliníkové slitiny (v těchto místech je náchylnost k vypadávání zrn největší). Nitridace forem před povlakováním dále zvyšuje jejich životnost, zejména u forem a jader extrémně namáhaných. Tato skutečnost je podle názoru způsobena lepší adhezí povlaku k základnímu materiálu a vyšší tvrdostí základního materiálu.

Repase forem

Ve společnosti VÚHŽ je možné také repasovat použité formy pro tlakové lití. Je nabízena komplexní služba, kdy je použitá forma nejdříve čištěna suchou a mokrou cestou od nalepeného hliníku, dále je v případě potřeby provedeno mikronavařování, poté je forma nitridována. Finální povrchová úprava spočívá v leštění, mikrotryskání (pokud je vyžadováno) a povlakování. Lze také provést detailnější analýzu příčin selhání. Pro tyto účely disponuje společnost akreditovanými laboratořemi. Kromě povlakování, repasí a laboratorních analýz je společnost VÚHŽ schopna ve vlastní režii zajistit také kompletní výrobu licích komor příp. licích potrubí, která vyrábí divize Slévárna speciální metodou odstředivého lití. Společně s povlakem Nanocomp mají tyto produkty výrazný dopad na snižování provozních nákladů.

Obr. 4. Trhlina – mikrostrukturní stav 50,6 % Al, 8,3 % Si, 7,9 % Cu

Na obrázku 1 a 2 je vidět detail formy, která byla dodána pro repasi. V samotné formě byl uvíznutý odlitek, který byl následně odstraněn bez mechanického poškození povrchu formy. Na obrázku 3 je vidět forma po následné sekvenci oprav a povrchovou úpravou povlakováním. V rámci výzkumu proběhlo testování částí forem v Laboratořích a zkušebnách VÚHŽ, VaV metodiky chemické analýzy (obr. 4) a metalografické hodnocení PA CVD povlaku bylo realizováno pomocí ŘEM Quanta FEG 450 v Regionálním materiálově technologickém centru, MMV Ostrava, na detašovaném pracovišti VÚHŽ.

Experimentální práce byly realizovány v kooperaci s  Regionálním materiálově technologickým centrem – OP VaVpI, projekt č. CZ.1.05/2.1.00/01.0040, financovaný ze strukturálních fondů EU a ze státního rozpočtu.

Martin Louda

VÚHŽ, umístění na MSV: pavilon F, stánek 20

Radim Stavarský
www.vuhz.cz
Stavarsky@vuhz.cz

Reklama
Vydání #10
Kód článku: 131049
Datum: 01. 10. 2013
Rubrika: Trendy / MSV 2013
Autor:
Firmy
Související články
Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

Procesní analýza snižuje náklady

Technologie broušení hrají v moderním obrábění významnou roli. Jsou využívány při výrobě přesných nástrojů nebo lékařské techniky, v energetice, při výrobě ozubení nebo v leteckém a kosmickém průmyslu. I když může být podíl nákladů na povrchové čištění nízký, technická čistota většinou rozhoduje o možnosti dodat výrobky. V souvislosti s kvalitou povrchů zhotovených obrobků však o nákladech na čištění rozhoduje dimenzování celého výrobního procesu.

Průmyslové využití nejvýkonnějších laserů

Již několik desetiletí jsme svědky postupného nabývání významu a upevňování pozice laserů nejen v průmyslových provozech, ale i ve zdravotnictví, metrologii a mnoha dalších oblastech. Na stránkách tohoto vydání je uvedeno hned několik možností jejich využití, všechny jsou však velmi vzdálené možnostem laserů vyvíjených v centru HiLASE. V Dolních Břežanech u Prahy totiž vyvíjejí „superlasery“.

Související články
Stříkání a lakování - trendy jsou nepochybné

Nutnost zvyšovat technicko-ekonomickou úroveň firmy je na denním pořádku. Inovace zvyšují podnikovou konkurenceschopnost, kterou lze spatřovat zejména ve flexibilitě, tvorbě přidané hodnoty, efektivnosti a kvalitě. Také v oboru povrchových úprav je trendem automatizace a robotizace.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

Budoucnost nástrojových materiálů bez kritických kovů

V současné době jsou nejrozšířenějšími nástrojovými materiály slinuté karbidy a nástrojové oceli. Slinuté karbidy, tedy cermety tvořené vysokým podílem karbidů, převážně karbidu wolframu, a dále TiC, TaC a NbC, a kobaltem jako pojivem jsou využívány především pro výrobu výměnných břitových destiček pro strojní obrábění, případně vrtáků do zdiva a betonu. Díky výborné otěruvzdornosti a velmi dobré lomové houževnatosti jsou v poslední době tyto materiály využívány pro různé aplikace, jako je obrábění ocelí, litin i neželezných kovů.

Efektivní obrábění hliníkových tlakových odlitků

Pokud jde o sériovou výrobu složitých tlakových odlitků z hliníkových slitin, je Kovolis Hedvikov preferovaným partnerem automobilových výrobců a dodavatelů. S cílem rozšířit kapacitu i možnosti zpracování investovala společnost do nového omílacího systému, přizpůsobeného široké škále dílů a místním podmínkám.

Zvýšení odolnosti polymerních nátěrů pomocí nano/mikrogelů

Polymerní nátěrové hmoty aplikované na výrobcích plní různé funkce, nejčastěji estetickou a ochrannou. Moderní typy nátěrových hmot by měly tyto funkce kombinovat a rovněž i vyhovovat stále se zpřísňující chemické legislativě a požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí a pracovních potřeb. Přirozeným důsledkem je neustálá potřeba vyvíjet a zavádět nové sofistikované formulace nátěrových hmot, a to jak v oblasti rozpouštědlových, tak i vodouředitelných nátěrových hmot.

Zvýšení životnosti odvalovacích fréz

Odvalovací frézy jsou nástroje, které se používají při výrobě ozubení odvalováním. Jde o nejčastější způsob výroby ozubených kol, kdy se samotná fréza odvaluje po vnějším obvodu obráběného kola, které se pomalu otáčí. Zuby odvalovací frézy tak vytvářejí profil ozubení. Pro zajištění požadované přesnosti a kvality povrchu vyráběných ozubených kol při minimálních nákladech je nezbytné sledovat celý komplex výrobních parametrů. Kontrolovat je nutné zejména geometrii řezné hrany, drsnost povrchu a kvalitu povlaku na odvalovacích frézách.

Nástroje pro přesné a výkonné obrábění

Společnost WNT v nedávné době uvedla na trh celou řadu novinek v oblasti technologie obrábění, které mají pro své uživatele řešení pro svoji univerzálnost v použití, stabilitu procesu obrábění, ekonomičnost provozu a v neposlední řadě procesní spolehlivost.

Využití povlaků pro zvýšení životnosti hoblovacích nožů

Nanostrukturované povlaky použité jako povrchová úprava hoblovacích nožů pro obrábění dřeva z rychlořezné oceli přinesly výrazné zvýšení životnosti nástroje a tím i zvýšení kvality povrchu obráběného dřeva.

Nový utvařeč třísek

Neustále probíhající vývoj nové technologie povlakování, známé pod obchodním označením Dragonskin, pokračuje ve společnosti WNT vytvořením nové řady vyměnitelných břitových destiček pro soustružení s inovativní geometrií utvařeče třísky -XU. Zaměřením na tvarové a všeobecné soustružení řeší tento utvařeč mnoho problémů zejména v operacích, kde je vyžadováno dokonalé utváření třísky.

Sputtering v oblasti moderního PVD povlakování

V současné době jsou vysoce výkonné povlaky vyráběny celou škálou metod. Proces magnetronového naprašování (sputtering) umožňuje kombinovat různé povlakovací materiály a přitom poskytuje optimální pružnost a tvrdost povlaku. Ukázal se tak velmi efektivním pro mnoho aplikací.

Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit