Témata
Reklama

Rheocasting otevírá nové možnosti tlakově litých odlitků

Požadavky automobilového průmyslu, jako úspora hmotnosti, zvyšování užitných vlastností a snižování nákladů vytvářejí na všechny výrobní technologie, tlakové lití nevyjímaje, tlak na zvýšení hodnot mechanických vlastností, eliminaci vnitřních vad a stabilitu procesu. Požadavkům na vyšší pevnost a tažnost jde tlakové lití vstříc především zaváděním nových sofistikovaných slitin. Tyto slitiny jsou ovšem výrazně dražší a navíc kladou vysoké požadavky jak na proces tavení, tak na vlastní proces lití, který se tak dostává na samotnou hranici stability v sériové výrobě.

Alternativu, která umožňuje zásadně zvýšit hodnoty mechanických vlastností a zaručit výbornou tlakotěsnost při zachování robustního procesu, představuje rheocasting, metoda technologie odlévání slitiny v polotuhém stavu. Tato inovativní technologie je od roku 2013 v provozu ve slévárně Kovolis Hedvikov, a. s.

Reklama
Reklama

Tlakové lití

V tlakovém lití, což je nejvhodnější technologie pro odlévání velkých sérií ze slitin neželezných kovů, jsou dosažitelné mechanické vlastnosti výrazně omezenéy používanými slitinami, komplikacemi při provádění tepelného zpracování a vnitřní kvalitou odlitků. Tlakotěsnost je pak snížena vždy přítomnými mezidendritickými mikrostaženinami. Znamená to tedy nutnost hledat kompromisy mezi užitnými vlastnostmi dílu, hmotností, a cenou.

Porovnání mikrostruktur odlitků litých technologií tlakového lití a rheocasting

Technologie tlakového lití semisolid (tedy odlévání kovu v polotuhém stavu) nabízí v porovnání s klasickým tlakovým litím výrazně lepší mechanické vlastnosti a výbornou tlakotěsnost v porovnání s klasickým tlakovým litím, a otevírá tak konstruktérům nové možnosti konstrukce dílů s vyšší užitnou hodnotou a zároveň i nižší hmotností. Dále umožňuje odlévat tlakovým litím díly v současné době vyráběné tvářením či lité jinou metodou, což s sebou nese při vyšší sériovosti výrazné úspory.

Technologie lití semisolid

Technologie tlakového lití semisolid se zakládá na vývoji prováděném v sedmdesátých letech minulého století, kdy se ukázalo, že globulární zárodky tuhé fáze homogenně rozmístěné ve fázi tekuté tvoří kašovitou hmotu, jejíž zdánlivá viskozita a reologické vlastnosti umožňují kov bez problémů vstřikovat technologií tlakového lití. Do podoby použitelné pro sériovou výrobu se tato technologie dostala v devadesátých letech minulého století a má několik rozdílných metod. Ty lze obecně rozdělit podle způsobu získání polotuhého polotovaru na metodu thixocasting a rheocasting. Zatímco technologie thixocasting získává polotuhý polotovar ohřátím materiálu, který již musí mít globulární strukturu, technologie rheocasting nechává zchladnout tekutý kov.

Mikrostuktury materiálu litého technologií rheocasting

V minulosti byla rozšířena zejména technologie thixocasting. Ta je ovšem relativně nákladnou nákladnátechnologií, hlavně kvůli nutnosti používat speciální materiál a nemožnosti přetavovat vratný materiál. Technické omezení představuje omezený sortiment slitin a jejich dodavatelů, větší oxidace povrchu polotuhého polotovaru a komplikace spojené s nutností rovnoměrného prohřátí.

Možnost použití běžně dostupných slitin

Technologie rheocasting se ukazuje jako mnohem výhodnější kvůli možnosti použití běžně dostupných slitin a možnosti neomezeně přetavovat vratný materiál. Lze však odlévat i slitiny, které nejsou odlitelné technologií tlakového lití (především s nízkým obsahem železa), a dokonce i slitiny určené k tváření. Při volbě slitiny existuje pouze jedno omezení vyžadující co největší interval tuhnutí, resp. dvoufázové pásmo slitiny, což u slitin hliníku s křemíkem znamená podeutektické slitiny s obsahem křemíku pod cca 8 %.

Automatizované pracoviště Seed

Plnění formy probíhá plynule, díky malé rychlosti plnění a polotuhé konzistenci nedochází k víření a rozstřiku kovu. To znamená eliminaci rizika vzniku porezity pórozity způsobené uzavřeným vzduchem či jinými plyny. Protože se část objemových změn odehrává již před odlitím, a stahování je díky silnému naříznutí účinně kompenzováno dotlakem, odlitek obsahuje také výrazně méně staženinové porezitypórozity.

Díky nízkému obsahu porezity pórozity lze odlitky komplexně tepelně zpracovávat pro dosažení výborné meze kluzu a meze pevnosti, navíc díky globulární struktuře se lze dosahuje dosáhnout vysoké tažnosti i bez tepelného zpracování. Pro srovnání - – zatímco u klasického tlakového lití se pohybuje tažnost běžně odlévaných slitin kolem 1 % (nNejčastěji používaná slitina pro tlakové lití EN AC-AlSi9Cu3(Fe) má v litém stavu dle normy mez pevnosti 240 MPa, mez kluzu 140 MPa a tažnost do 1 %), u lití semisolid je to kolem 10 % i více.

Jemná globulární struktura a nízký obsah porezity pórozity zaručují také výbornou tlakotěsnost i bez impregnace.

Životnost formy

Nízká plnící rychlost a nízká licí teplota polotuhého kovu přináší další velikou výhodu, a to je vyšší životnost formy, podle zkušeností cca zhruba dvojnásobně. To znamená velikou úsporu v nákladech na nářadí, což je stále více diskutovaný problém mezi slévárnami a jejich zákazníky.

Tři hlavní kroky metody Seed

První dvě plně automatizovaná pracoviště technologie rheocasting ve střední Evropě bylay v minulém roce instalovánay ve slévárně Kovolis Hedvikov a.s. Nyní probíhají mechanické zkoušky prvních prototypů dílů vyvinutých vlastním vývojem Kovolis Hedvikov a.s., na kterých se díky vyšším mechanickým vlastnostem podařilo dosáhnout úspory hmotnosti 33 % při splnění stejných požadavků na funkci a mechanickou odolnost.

Technologie Seed

Jedná se o technologiiTechnologie Seed, vyvinutouá firmou Alcan., Tato technologie dává poskytuje jedny z nejlepších výsledků mezi ostatními technologiemi rheocasting –, podíl tuhé fáze se zde pohybuje nad 50 %. Zatímco většina metod rheocasting se zakládá na chladnutí a tuhnutí taveniny za současného míchání buď elektromagnetickým polem či mechanicky, metoda Seed SEED využívá pohyb celého kelímku, což je příznivější s ohledem na tvorbu oxidů a stabilitu procesu.
Metoda Seed SEED zahrnuje tři hlavní kroky: přelití taveniny z udržovací pece do speciálního kelímku, odebrání tepla tavenině kelímkem za excentrického pohybu kelímku a vytlačení polotuhého polotvaru z kelímku do komory licího stroje. Následuje proces samotného lití, kdy je kov vtlačen do formy pístem, podobně jako u klasického tlakového lití. Po každém cyklu následuje automatické chlazení a ošetření kelímku.


Pro zvětšení klikněte na tabulku

Technologie semisolid přináší i specifické požadavky na konstrukci vtokových soustav, částečně i samotných odlitků. Vtokové naříznutí má výrazně větší průřez, protože zvýšení rychlosti v naříznutí zde není žádoucí, zavtokování a geometrie dílu by mělo umožnit usměrněné tuhnutí a tedy účinné dosazování kovu při dotlaku.

Technologie rheocasting najde uplatnění především v automobilovém průmyslu v aplikacích, jako jsou uchycení motoru, součásti náprav, brzdové válce a třmeny, hydraulické a pneumatické díly a další.

Ing. Vlastimil Bryksí

Kovolis Hedvikov
v.bryksi@kovolis-hedvikov.cz
www.kovolis-hedvikov.cz

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 140117
Datum: 12. 02. 2014
Rubrika: Trendy / Slévárenství
Autor:
Firmy
Související články
Náhrada drahých legur v metalurgii slitin neželezných kovů

Přesto, že tradiční a ověřené slévárenské procesy v posledních desetiletích nezaznamenaly významné změny, nedá se totéž říci o procesech metalurgických. Mimo jiné je kladen stále větší důraz na chemické složení slévárenských slitin a to jak z hlediska jejich čistoty, resp. obsahu nežádoucích či doprovodných prvků, tak z hlediska přídavků prvků zlepšujících jejich vlastnosti.

Virtuální testování aneb není čas na hrdinství

Pokud tlačí zákazník a trh do komplikovanějších, složitějších a rizikovějších projektů a pokud je zvažováno, zda vůbec daný projekt přijmout? Jestli je možné ještě snížit náklady při zachování kvality výrobků? Numerická simulace technologických procesů sama řešení nevymyslí, avšak stává se významným pomocníkem při hledání odpovědí.

Jediná slévárna hořčíkových slitin v ČR

V posledních dvaceti letech zaznamenaly hořčíkové slitiny ve světě značný rozmach. V České republice je bohužel situace odlišná a využití hořčíkových slitin upadá. Tento trend je způsoben zejména malým povědomím konstrukčních a výrobních firem o výhodných vlastnostech těchto slitin a o existenci slévárny hořčíkových slitin v ČR.

Související články
Proteinové pojivo - alternativa při výrobě odlitků

Článek popisuje princip použití proteinových pojiv ve slévárenské výrobě, jejich technologické, ekologické a ekonomické výhody. Ukazuje také výsledky provozních zkoušek těchto pojiv provedených v několika slévárnách při výrobě odlitků ze slitin hliníku a šedé litiny.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Tradice a perspektivy slévárenství

Slévárenství je jedním z nejstarších výrobních oborů, odlitky velmi úspěšně nahrazují součásti, vyráběné svařováním nebo obráběním z hutních polotovarů. Slévárenství umožňuje vyrobit velmi složité dílce pro nejrůznější odvětví průmyslu. Odlitky jsou využívány také v lékařství (kloubní náhrady, dentální odlitky a podobně), slévárenské postupy jsou využívány ve šperkařství a dalších výtvarných oborech (drobné plastiky, prsteny, náramky, brože, reliéfy, sochy a podobně).

Nejmodernější slévárna litin v Evropě

V příspěvku jsou stručně popsány segmenty výroby tekutého kovu a bentonitových forem pro odlitky ve slévárně Kasi postavené na zelené louce v letech 2010 a 2011 v Novém Bydžově - Zábědově.

Výroba modelových zařízení a forem

Výroba modelových zařízení a kovových forem patří neoddělitelně ke slévárenství. Modelárny vyrábí velmi složité tvary nejrůznějšími technologiemi. K tradičním postupům patří třískové obrábění, stále častěji s využitím elektronicky řízených obráběcích center dále CNC).

Vysoce přesné odlitky pro energetiku

V dnešní době je kladen důraz na dodávky přesných odlitků vyráběných metodou vytavitelného modelu, u kterých nebude nutné provádět již další operace obrábění. Za posledních pět až sedm let se požadavky na relativní přesnost odlitků zvedly několikanásobně.

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.

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.

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.

Trh výroby drátů a trubek

Na düsseldorfském výstavišti bude druhý dubnový týden 2014 opět představen obor technologie zpracování a opracování drátů a kabelů, resp. trubek a rour na veletrzích wire a Tube. Bližší informace k této akci jsme vám přinesli v prosincovém vydání MM Průmyslového spektra, ale jelikož se následně konala tisková konference organizátora Messe Düsseldorf, jenž tradičně dodává hodnotné analýzy a statistická data k daným oborům, přinášíme vám výběr toho nejzajímavějšího.

Víceúčelová linka chemicko-tepelného zpracování

Mnoho kalíren, ať už zakázkových, či vnitropodnikových ocení kompaktní, univerzální a spolehlivé zařízení pro chemicko-tepelné zpracování ocelí v plynné atmosféře, které umožňuje změnu zakázky z jednoho druhu chemicko-tepelného zpracování na jiný během několika minut a které lze na základě požadavků zákazníků rozšířit o další moduly, a tak pružně rozšiřovat nabízenou paletu služeb.

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.

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