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

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.

Vysokoteplotní kluzné vrstvy vanadu

Intenzifikace řezných procesů zvyšuje teplotu řezů. S tím souvisejí mimo jiné zvýšené nároky na tepelnou stabilitu použitých otěruvzdorných povlaků. Možným řešením je vývoj PVD povlaků s funkcí vysokoteplotních lubrikantů, které jsou schopny snížením koeficientů tření řezné teploty snižovat. K jedněm ze slibných a již studovaným systémům patří PVD vrstvy s přídavkem vanadu, které za vysokých teplot tvoří Magnéliho oxidické fáze se zmíněnou schopností. Velkým problémem je však trvanlivost těchto fází při mechanickém namáhání v průběhu obrábění. Příspěvek je věnován některým praktickým aspektům přípravy PVD vrstev CrVN a jejich vlastnostem.

Koroze a konzervace

Ve strojírenské výrobě, přepravě, při skladování a montáži je v dnešní době kladen veliký důraz na zajištění některých neměnných parametrů součástí. Snahou je zajistit jejich dlouhodobou funkčnost a zamezit působení degradace způsobené převážně klimatickými vlivy prostředí. Nejobávanějším jevem, známým od nepaměti a patrným u řady materiálů, je korozní agresivita.

Související články
Otryskávání částí hlav válců

U vedoucího jihoněmeckého výrobce automobilů umožňují dvě tryskací zařízení Rösler s otočnou komorou, integrovaná do stávajících výrobních linek, otryskávání částí hlav válců.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Renovácia valcov linky kontinuálneho odlievania ocele

V súčasnosti je 92,8 % z celkovej produkcie ocele na svete vyrábaných pomocou liniek kontinuálneho odlievania [1]. Technológia kontinuálneho liatia ocelí do brám sa zaviedla pre celý sortiment upokojených, hlbokoťažných tzv. pseudoupokojených a neupokojených ocelí, kde nahradila klasický spôsob výroby brám valcovaním ingotov.

Ekonomická řešení čištění - základní faktor úspěchu

Kvalitní čištění dílů je v průmyslu stále důležitější. Většina firem klade hlavní důraz na výrobu. Samozřejmě nelze přehlížet vazby mezi výrobním procesem a čištěním. Výrobce čisticích zařízení Pero AG proto svým zákazníkům nabízí vedle moderních technologií i komplexní poradenství pro ekonomiku a efektivitu čisticích procesů. Přesvědčit se o tom, a získat informace o aktuálních inovacích, mohli návštěvníci zákaznických dnů Pero 2018.

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.

Tryskání až 250 tun těžkých odlitků

Pokud jde o výrobu nesmírně velkých, těžkých a složitých odlitků, je jejich původcem slévárna PJSC Energomashspetsstal. S procesem odlití je spojena rozsáhlá kontrola kvality. Aby byl získán povrch o požadované kvalitě, jsou až 12 metrů dlouhé, 7 metrů široké, 5 metrů vysoké a až 250 tun těžké díly tryskány. Zařízení, které je vůbec celosvětově největším tryskacím zařízením, koncipovala společnost Rösler, která se přitom zcela přizpůsobila stávající prostorové situaci.

Vyšší výkon při nižších nákladech

Energetická účinnost výrobních strojů a zařízení se dostává stále více do centra pozornosti. To je určitě důvod, proč je stále více tryskacích zařízení vybavováno turbínami Rösler Long Life Rutten - umožňují totiž energetické úspory až 25 %.

Odsávání a filtrace ve slévárnách tlakového lití

Na problematice odsávání a filtrace vzduchu ve slévárnách tlakového lití si již vylámal zuby nejeden dodavatel filtrační techniky - jedná se totiž o velmi náročné provozy s komplikovanou strukturou odsávané vzdušniny, které obsahuje jak suchý kouř, tak i částice přilnavého oleje a mnoho dalších nečistot.

Koroze kovů ve výrobním procesu a při exportu

V procesu, který začíná příjmem kovových polotovarů a končí hotovým produktem dodaným zákazníkovi, je velké množství rizik, která mohou negativně ovlivnit konečnou kvalitu a vzhled výrobku. Z hlediska balení a protikorozní ochrany s využitím odpařovacích inhibitorů koroze (VCI - vapor/volatile corrosion inhibitor) je klíčový především stav povrchu baleného kovu neboť v případě přítomnosti vody, mastnoty, nečistot a reziduí procesních kapalin na povrchu výrobku, nemohou inhibitory proniknout až ke kovu (potažmo k primární oxidační vrstvě), povrch úspěšně pasivovat a chránit před korozí.

Koroze a ochrana proti korozi zásobníku na kapalná paliva

Surová ropa je směsí různých uhlovodíků, které samy nevyvolávají korozi kovů a slitin. Surová ropa obsahuje ale také vodu, některé soli (chlorid sodný, chlorid vápenatý a chlorid hořečnatý), sulfan (sirovodík) a mikroorganismy. Tyto kontaminanty jsou obsaženy v surové ropě ve velmi malých koncentracích (1-3 % hmotnostních) a působí korozí dna zásobníků, pontonů, střech a nikoliv jejich stěn.

Optimalizace omílání lisovaných dílů

Investicí do nového průběžného omílacího zařízení zvýšil podnik s mezinárodní působností v oblasti lisovací techniky svoji kapacitu v opracování povrchu o asi 15 % a tím současně snížil náklady.

Závěsný tryskač ve slévárenském provedení

Stále větší a těžší odlitky si vyžádaly u firmy UWS Rothenseer Guss- und Metallbearbeitungs investici do nového tryskacího systému. Zakázkový podnik se rozhodl pro plně automatický závěsný tryskací systém RHBE 40/30 od firmy Rösler.

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