Témata
Reklama

Rozvoj tlakového lití

V současné době je u nás i v zahraničí (Japonsko, USA, SRN atd.) věnována velká pozornost dalšímu rozvoji tlakového lití, které má stále nezastupitelnou úlohu při výrobě tenkostěnných odlitků, zejména ze slitin hliníku, hořčíku a zinku.

Výroba odlitků litých do kovových forem pod tlakem je dnes rozšířena pro řadu technických výhod, např. možnost výroby odlitků složitých tvarů, s předlitými otvory, s vysokou rozměrovou přesností a hladkostí povrchu s minimálními přídavky na obrábění, jemnozrnnou strukturou a tím i vyššími mechanickými vlastnostmi. Zapomenout nelze ovšem ani na ekonomické výhody, jako jsou menší hmotnost odlitku, vyšší využitelnost kovu a nižší pracnost dokončovacích operací. Z hlediska užitných vlastností je mimo jiné důležitá jemnozrnná krystalická struktura tlakově litých odlitků. Ta úzce souvisí s rychlostí krystalizace, resp. tuhnutím odlitku. K té přispívají dva důležité faktory: vysoká akumulační schopnost kovové formy a vysoký tlak působící na taveninu, který způsobuje její tzv. atermické podchlazení.
I když lze při tlakovém lití odlévat slitiny s maximální tavicí teplotou cca do 1000 °C, mají značné uplatnění především slitiny s nižší tavicí teplotou. Současně je snaha překonávat nebo omezovat jeden z velkých nedostatků tlakově litých odlitků - porezitu, která se může objevit až po obrábění a bývá příčinou netěsnosti odlitků. I přes možnost výskytu této nepříznivé vlastnosti je největší uplatnění tlakově odlévaných odlitků v automobilovém a leteckém průmyslu.
Současný rozvoj tlakového lití souvisí nejen s uplatňováním slévárenských vytvrditelných slitin a metodami jejich odplyňování před odléváním, vývojem a výrobou programově řízených tlakových strojů s volbou technologických parametrů, ale také s rozvojem a využitím specifických simulačních programů, které umožňují výpočty tuhnutí a chladnutí odlitků, včetně plnění forem. Programy zahrnují průběh celého výrobního cyklu, čímž se počítačová simulace stává vysoce účinným nástrojem predikce kvality tlakového odlitku.
Reklama
Reklama
Reklama

Vybrané slévárenské slitiny pro tlakové lití

Slitiny, které se používají pro tlakové lití, musí být nejen dobře slévatelné, ale kromě vhodných mechanických vlastností musí vykazovat i dostatečnou pevnost za tepla. To umožňuje, aby tlakově lité odlitky při rychlém a brzděném smršťování ve formě nepraskaly. Ze slitin hliníku bývaly pro tlakové lití velmi používány slitiny: AlSi12, AlSi5Cu2, AlMg9, AlSi10MgMn. V současné době mají velké uplatnění slitiny AlSi9Cu3 a AlSi12Cu, popř. jejich modifikace, které se po vyjmutí z formy ochlazují ve vodě. To přispívá nejen ke stabilitě rozměrů odlitků pro následující operaci odstranění vtoku odstříháváním, ale současně se využívá následujícího efektu - tepelného zpracování - vytvrzování za normální teploty. Takto zpracovávané slitiny překonaly dříve uváděné důvody, proč nelze tlakově lité odlitky vytvrzovat. Vedle tlakových slitin hliníku, které díky metodám jejich odplyňování (např. profukování inertními plyny) doznaly značného rozvoje, se nyní začínají také uplatňovat pro tlakové lití slitiny hořčíku, které se vyznačují malou hmotností.
V tabulkách jsou uvedeny nejpoužívanější slévárenské slitiny pro lití pod tlakem, které zahrnovala ČSN, a vybrané slitiny, které uvádí evropská norma.

Stroje pro tlakové lití

Dnešní stroje pro tlakové lití jsou výsledkem téměř stoletého vývoje a k jejich vysoké kvalitě a výhodné konstrukci přispěla aplikace řídicích a elektronických prvků s využitím výpočetní techniky.
Ve svém vývoji doznaly konstrukce a technické provedení těchto strojů značných změn. Původní stroje s teplou tlakovou komorou dnes více nahrazují stroje se studenou tlakovou komorou (o jejich vývoj a výrobu se nejvíce zasloužil pražský inženýr Josef Polák, jemuž byl v roce 1927 udělen patent v Československu č. 30 050, v Německu č. 496265 a 11. června téhož roku v USA č.1717254 na licí stroj, od kterého byla tavicí pec oddělena. Tavenina se vlévala do vertikální tlakové komory a tlakem pístu se dopravovala do dutiny formy).
Dalším pokrokovým prvkem byla konstrukce tlakových strojů s horizontální tlakovou komorou. Tato konstrukce našla ihned velké uplatnění, neboť tyto stroje dosahují vyššího pracovního výkonu, lepšího využití odlévaného kovu a současně se vyznačují jednodušším vstřikovacím systémem, resp. spolehlivostí provozu. Principy tlakových strojů různých konstrukcí jsou dobře patrné ze schémat.
V současné době se vyrábějí tlakové stroje s velkou možností nastavení technologických parametrů nebo se vyznačují specifickou konstrukcí, např. pro dopravu taveniny do tlakové komory při odlévání slitin hořčíku, či speciálním systémem ovládání vakua ve formě. Také existuje možnost uplatnit i netradiční, modifikované metody vysokotlakého lití, kam se také řadí ve větším měřítku postupné zavádění metody vakuového tlakového lití, označované jako Vacural. V tomto případě tvoří tlaková forma, tlaková komora a píst uzavřený vakuový prostor a celý proces probíhá ve vakuu. Odlitky neobsahují plynovou porezitu, oxidické vměstky, a tím vykazují větší mechanické vlastnosti než odlitky vyráběné běžnou metodou tlakového lití. Nové metody tlakového lití též vyžadují speciální konstrukce a úpravy strojů pro tlakové lití. Mezi tyto metody se řadí Squeeze Casting a Semi-solid Metal Casting.

Squeeze Casting

Metoda Squeeze Casting je založena na vtlačení speciálního pístku do pomocného nálitku umístěného nad materiálovým uzlem odlitku ještě v okamžiku, než ztuhne kov ve formě. Tento proces potlačuje vznik staženin nebo je rozptyluje do nepatrných velikostí, proto je vhodný při výrobě odlitků s tepelnými uzly nebo rozdílnou tloušťkou stěn. K tomuto účelu slouží tlakový stroj se speciálním přídavným zařízením a upravenou slévárenskou formou. Tímto způsobem je vyroben pozoruhodný tlakový odlitek bloku spalovacího motoru vozidla Porsche Boxter. Odlitek je ze slitiny AlSi9Cu3 se zalitými vložkami z kompozitního materiálu na bázi hliníku s 25 % částic křemíku a 5 % výztužných vláken Al2O3. Zpomalené plnění formy umožňuje infiltraci odlévané taveniny do povrchu vložek založených do formy s cílem dokonalého zalití.

Semi-solid Metal Casting

Metoda Semi-solid Metal Casting (Thixo-Casting) je založena na tixotropním stavu a byla doplněna vytvořením speciální slitiny "Thixalloy" (AlSi10MgCu), která je při vlastní výrobě polotovarů ( 75 a 92 mm plynulým odléváním navíc podrobena míchání v elektromagnetickém poli. Po ztuhnutí se vyznačuje globulárním tvarem krystalů. Při odlévání se polotovary ohřívají na teplotu 578 °C, tj. do polotekutého stavu, vkládají se do komory tlakového stroje a vtlačují do dutiny formy. Výsledkem je neporézní, velmi kompaktní odlitek s nepatrnými otřepy. Pro tento způsob je tlakový stroj konstrukčně přizpůsoben a současně se používá speciální zařízení pro ohřev válcového polotovaru, včetně manipulátoru k zakládání.
V současné době se výrobci tlakových strojů zaměřují na nabídky celých slévárenských komplexů - tlakových slévárenských buněk včetně začlenění robotů, manipulátorů, různých příslušenství a kontrolních prvků. Odpovídající přehled vyráběných tlakových strojů podle velikosti uzavírací síly uvádí další tabulka.
Současně je třeba dodat, že každý výrobce má ve svém výrobním programu určitou řadu strojů. Výrobci strojů pro lití pod tlakem kladou značný důraz na přesnost výroby jednotlivých částí strojů, trvale vylepšují vybavení strojů a jejich lisovací a řídicí systémy.
Stroje s bezmultiplikátorovým lisovacím systémem s vysokotlakým pohonem a řízením pohybu tlakového pístu v odtahu pracovního válce jsou postupně nahrazovány stroji s multiplikátorem lisovacího systému, což zaručuje vysokou stabilitu nastavených parametrů lití.
Plynulé snímání nastavení polohy tlakového pístu a pracovních tlaků umožňuje vyhodnocování a regulaci nastavených parametrů lití. Je možné libovolně programovat průběh předplňovací fáze lisování. Všechny důležité parametry lití jsou vyhodnocovány a ukládány do paměťóvé jednotky stroje, což urychluje seřízení technologického procesu při výměně slévárenské formy.
V současné době se výrobou strojů pro tlakové lití zabývají různé firmy. U nás je výrobcem těchto strojů společnost RTS Rakovník, která vyrábí horizontální stroje o velikosti uzavírací síly 2500, 4000, 6300 a 7500 kN. Současně provádí opravy a modernizaci. Opravami a modernizací tlakových strojů se zabývá také společnost DEL, a. s., Ždár n. Sázavou. Na Slovensku je výrobcem tlakových strojů od roku 1949 firma Vihorlat Snina (jejich výrobky mají označení "originál Polák"). Určitý podíl výroby má také firma DEL Casting Humenné.

Simulační programy tlakového lití

Simulační výpočty tlakového lití jsou založeny na aplikaci rovnic kontinuity, Navier-Stokesova zákona a zachování hybnosti. Pro tuhnutí a chladnutí odlitků se využívá Fourierovy diferenciální rovnice pro přenos tepla včetně zahrnutí součinitele přestupu tepla (. Pro úspěšný simulační výpočet je nutná databanka s hodnotami tepelně-fyzikálních vlastností, jež odpovídají použitým materiálům (odlitků i forem). Přestože existuje celá řada simulačních programů pro simulaci tlakového lití, lze použít jen ty, které jsou uvedeny v další tabulce.
K rozvoji technologie tlakového lití v současné době přispívají 3 aspekty. Rozvoj a uplatnění vytvrditelných hliníkových slitin, výroba tlakových strojů s uplatněním nových technologických prvků zaměřených na snižování porezity tlakově litých odlitků a současně i rozvoj a aplikace simulačních výpočtových programů tlakového lití plnění forem s následným tuhnutím a chladnutím odlitků. Aplikace všech těchto aspektů umožňuje rozvoj tlakového lití pro výrobu tvarově členitých odlitků s vysokou rozměrovou přesností a kvalitou povrchu pro automobilový a elektrotechnický průmysl.
Příspěvek vznikl s podporou grantového projektu - GAČR 106/02/0352.
Prof. Ing. Iva Nová, CSc.
Ing. Zdeněk Hošek
Ing. Iva Nováková
Reklama
Vydání #5
Firmy
Související články
Slévárna, která exportuje také na západní trhy

Díky téměř stomilionové investici a včasné diverzifikaci výroby jsou nyní pro slévárnu Kovosvitu MAS hlavními exportními partnery Německo, Švýcarsko a Anglie.

Technologie pro zpracování druhotného odpadu

Tváří v tvář současným náročným ekonomickým podmínkám závody na zpracování hliníku napříč celou Evropou hledají lepší a efektivnější způsoby, jak zpracovat druhotný kovový odpad. Z finančního hlediska je to logické, ale přináší to kromě zajímavých možností také komplikace.

Slévárna navýší kapacitu výroby

Uplynulý rok 2015 byl ve slévárně Kovosvitu MAS obdobím řady důležitých změn a rozhodnutí.

Související články
Odlitek nebo výkovek - vždy perfektně tryskaný

Rozmanitost slévárenských a kovárenských technologií vyrábějících díly nezná mezí. U výkovků a odlitků jsou nepostradatelnými pracovními procesy odstranění okují, písku a jader a tryskání pro sjednocení povrchu. Zvláště pro tyto průmyslové účely byly vyvinuty různé koncepty tryskacích zařízení na míru – včetně automatizace.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

Unikátní technologie 3D tisku písku

3D tisk písku neboli sandprint je technologie, která byla vyvinuta primárně pro výrobu pískových forem pro odlévání kovů.

Keramická jádra v technologii lití hliníkových slitin na vytavitelný model

Používání keramických jader pro odlitky lité na vytavitelný model je běžná praxe u odlitků ze superslitin a ocelí, zvláště pak u odlitků pro náročné aplikace v leteckém a energetickém průmyslu. Tato jádra jsou vyráběna technologií vstřikolisování směsi keramických komponent a vosků do kovových forem. Jádra se následně pálí v zásypu v keramických pouzdrech. Během výpalu dochází k vyhořívání vosku a ke vzniku keramické vazby.

Optimalizace výroby těžkých kovářských ingotů

Těžké kovářské ingoty jsou využívány zejména v těžkém strojírenství, např. pro výrobu zalomených klikových hřídelí pro lodní motory či speciálních dílů pro energetiku – jak pro klasickou, tak i jadernou (turbíny, výměníky, parogenerátory). Výroba těžkých kovářských ingotů je doprovázena výskytem segregací jednotlivých prvků ve struktuře oceli, které způsobují anizotropii mechanických vlastností. Ovšem v případě těchto strojírenských komponent musejí být tyto součásti prakticky bez vad, aby splnily nejnáročnější požadavky.

Nové trendy v technologii výroby slévárenských forem

V současné době stojíme na historickém prahu změny jednoho z fundamentů slévárenské výroby, protože technologicky jsme schopni vyrábět odlitky bez nutnosti zhotovit modelové zařízení a každý odlitek tedy vyrobit jako originál.

Automatické formování

V polovině šedesátých let byl na výstavě GIFA v Německu poprvé vystaven průkopnický vertikální formovací stroj, schopný vyrábět daleko více vysoce kvalitních pískových forem za hodinu než do té doby výhradně používané tradiční horizontální stroje, a to při mnohem nižší spotřebě energie a v mnohem menším prostoru. Tehdy byl položen základ stroje, který dodnes představuje vysoké průmyslové standardy v kvalitě, přesnosti, rychlosti a efektivitě nákladů.

Dispečink na telefonu v dlani jedné ruky

Až čtyřicet pět procent z celkových nákladů na provoz slévárny tvoří spotřebovaná energie. Řešení, které umožňuje efektivně nastavovat využití energie v reálném čase podle potřeby jednotlivých zakázek, tak uspoří deset až patnáct procent její celkové spotřeby.

Přesně lité odlitky ze superslitin na bázi niklu a kobaltu

Článek se ve stručnosti zabývá historií slévárny v První brněnské strojírně ve Velké Bíteši, výrobním programem a užívanými materiály. Rovněž je uveden přehled výrobního zařízení pořízeného v rámci čtyř inovačních programů. Je zde i zmínka o úzké spolupráci s výzkumnými ústavy a vysokými školami.

Kontinuální omílací systém do stávající periferie

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.

Kalení laserem dosahuje nové kvality

U mnoha obrobků naráží klasické kalení laserem na své možnosti. Například u ten-kostěnných součástí je požadována garantovaná hloubka zakalení a charakteristické hodnoty, jako jsou tvrdost a opakovatelná kvalita. Pro splnění těchto požadavků musí být kalení laserem rozšířeno o nové poznatky a postupy.

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