Témata
Reklama

Výhody použití Mg slitin v porovnání s ostatními konstrukčními materiály

V předchozích dvou částech našeho třídílného seriálu o hořčíkových slitinách jsme se věnovali jejich vlastnostem a použití a také jejich porovnání se slitinami zinku a hliníku. Dnes tyto slitiny podrobíme srovnání s polymery.

Je obtížné tvrdit, že nahrazení tlakového lití Mg slitin vstřikováním plastů je ekonomicky výhodné. Podobnou technologií, jako je vstřikování plastů - MIM (Metal Injection Moulding) -, se však dají zpracovávat jak Mg slitiny, tak i slitiny Zn a slitiny Al. V porovnání s plasty je však cena produktů MIM řádově vyšší.
Inženýr, který rozhoduje, zda pro výrobu konkrétní součásti použít plasty, či technologii tlakového lití, musí zvážit, co je výhodnější. U výroby plastů je v mnoha případech vyjmut z formy výrobek ve finálním stavu, který již má potřebnou barvu či povlak, bez nutnosti dalších obráběcích operací. Dnes je také možné vyrábět plastové součásti s kovovými povlaky. To sice šetří hmotnost, ale je tato náhrada pochromovaného odlitku za pokovený plast ekonomická a kvalitní? Podíváme-li se na osobní automobil, tak v interiéru, kde je požadována velká rozměrová stabilita všech materiálů, je z pokoveného plastu pouze popelník - je to dáno tím, že v interiéru auta musí součásti odolávat velkým změnám teplot (v létě na slunci může být teplota uvnitř auta až 50 - 60 °C) bez deformace a poškození kovového povlaku.
Plasty vyztužené grafitovou výplní jsou však podstatně odolnější vůči výše zmíněným jevům a záleží na konečném uživateli, respektive na jeho požadavcích a představě o funkci, zda bude vhodnější zvolit Mg slitiny, či takto vyrobené plasty. Plastová součást bude vyrobena efektivně, ale zařízení, které výrobce potřebuje, je zcela jiné než to, které se musí použít pro tepelně a rozměrově stabilní materiály. Pokud by stejná součást byla vyrobena z Mg slitin, měla by podstatně lepší poměr pevnost/hustota a výkon/hustota a zaručenou rozměrovou stabilitu.
Reklama
Reklama
Reklama

Nevhodnost plastů

Tuto vlastnost ukážeme na součásti dopravního kolečka a dvou motorků u tiskárny, zajišťujících pohyb jehličkové hlavy ze strany na stranu, kde je požadována nízká hmotnost a kde je třeba zajistit vysokou rychlost tisku - 55 znaků za sekundu. Pokud bude tato součást vyrobena z plastu, bude rovnou obsahovat 25 otvorů, pokud by byla vyrobena z Mg slitiny, potřebné otvory vyvrtáme a následně zaslepíme. Tato část bude vyráběna na TLS s teplou komorou v dávce 200 cyklů za hodinu, přičemž před expedicí a používáním konečným uživatelem se musí provést ochrana proti korozi. Tato součást je typickou ukázkou z řady aplikací z oblasti počítačů a kancelářského vybavení, kde plasty nesplnily požadovaný účel.
Jedním z problémů při výrobě plastů pro aplikace v oblasti kancelářského vybavení (počítače, telefony) je elektromagnetické záření. Mnoho konečných uživatelů má problémy se splněním FCC standardů, které byly stanoveny pro hodnoty elektromagnetického působení kancelářského vybavení. Tento problém zapříčinil hledání alternativ k plastovým krytům, které byly v minulosti nákladově efektivní, ale dosahovaly malé ochrany proti elektromagnetickým emisím. Mnohé plastové kryty používané u kancelářského vybavení musí být zevnitř opatřovány izolačním materiálem, který elektromagnetické záření snižuje nebo mu zcela zabraňuje. Tyto povlaky jsou velice drahé a jejich použití posouvá plasty na hranici ekonomické výhodnosti. V mnoha případech, kde se plasty jevily jako výhodné a vhodné pro barevné povrchové úpravy a povlakování již při operacích vstřikování, se totiž musely tyto prvky znovu povrchově upravovat z vnitřní strany, což přinášelo nové operace a náklady. V některých případech, kdy je povlak aplikován sprejováním, musí být výrobky povlakovány ještě jednou ke krytí, což přináší problémy a další náklady.

Ztracené aplikace

Objevují se příležitosti znovu získat trhy, které byly dříve ovládány tlakovým litím, ale které pak zabraly plasty. Tento trend je způsoben zvyšujícími se nároky koncových uživatelů, takže v některých oblastech ztrácejí plasty konkurenceschopnost. Uplatnění hořčíkových tlakových odlitků musíme hledat v oblastech, kde polymery nemohou splnit pevnostní nároky, rozměrovou stabilitu a jiné požadavky, které Mg odlitky splňují.

V oblasti slévárenství proběhly v nedávné době nákladové studie dvou součástí, které po spojení tvoří elektronický kryt používaný pro kancelářské (počítačové) vybavení. Tyto části byly dříve vyráběny v USA jako zinkové tlakové odlitky, ale nyní jsou vyráběny v Evropě jako Mg tlakové odlitky. Ve zmíněné studii byly části uvažovány jako tlakové odlitky ze slitin Mg, Al a Zn a též jako žáruvzdorný ABS výlisek. Z důvodu znázornění efektu ochrany požadované kvůli emisím elektromagnetického pole byly do nákladů na výrobu plastové části zahrnuty i náklady na další úpravy. Uvedené tabulky popisují data použitá při studii a její výsledky.
Tyto údaje ukazují, že hořčík je v této konkrétní aplikaci nákladově efektivnější než ostatní materiály. Důvodem je využití výhody kratšího času licího cyklu a to, že náklady na dokončovací operace jsou nízké stejně jako u zinku. Část z materiálu ABS by byla oproti odlitkům nákladově efektivní, pokud by nebyla požadována zmíněná RF ochrana.
Z uvedených údajů vyplývají i jiná podstatná fakta, jako např. vysoké náklady na obrábění zinkové součásti z důvodů její velikosti a též dlouhý čas licího cyklu. U odlitku ze slitiny Al je cena materiálu nepatrnou výhodu oproti Mg odlitku, ale odpovídající součást z Mg slitin by nakonec byla levnější. Tento příklad demonstruje potřebu hledat uplatnění Mg slitin ve všech aplikacích tlakového lití.Jak již bylo zmíněno výše, hořčík může a musí stavět na svých přednostech. Je nutné vzít v úvahu všechny výhody, které Mg nabízí a které nejsou dosažitelné u jiných materiálů. Z toho důvodu by všechny snahy měly vést ke vzdělávání jak v oblasti slévárenského průmyslu, tak v kruzích konečných uživatelů.

Závěr

V současné době jsme svědky rychle postupující globalizace ve všech průmyslových odvětvích, tedy i ve strojírenském průmyslu. Dochází nejen ke konkurenci mezi jednotlivými výrobními strojírenskými technologiemi, ale současně se rychle mění i obchodní podmínky na světovém trhu. Základní otázky, na které si musí každý výrobní podnik odpovědět, se týkají toho, v jakém průmyslovém odvětví podniká, jaké výrobní technologie má k dispozici a jak zabezpečit prodejnost výrobku. Současně přitom musí vyřešit snížení výrobních nákladů a zvyšování kvality svých výrobků.
Pro rozvoj ekonomiky České republiky je jedním z nejdůležitějších odvětví strojírenství a automobilový průmysl. Lze předpokládat, že dojde k dalšímu rozvoji leteckého průmyslu v rámci EU. Hlavními znaky výroby v těchto průmyslových odvětvích, které však mají obecnou platnost, jsou všeobecně známé aspekty: rychlý a efektivní vývoj produktu, trvalá inovace výrobků, snižování hmotnosti výrobků, zvyšování provozní bezpečnosti, zvyšování produkce, snižování nákladů a zvyšování zisku.
Zvyšování kvality se dociluje zaváděním metod přesné výroby polotovarů "na hotovo". Snižování výrobních nákladů se dociluje jak snižováním podílu obrábění, tak vývojem a zaváděním nových materiálů a technologií (použitím alternativních technologií). Snižování hmotnosti využíváním materiálů s vysokými hodnotami materiálového faktoru pevnost/hmotnost se preferuje jak v automobilovém, tak i v leteckém průmyslu.
Hlavními možnostmi snižování hmotnosti jsou využívání perspektivních slitin lehkých kovů, záměna materiálu či změna konstrukce dílů jejich vylehčením. Hlavními faktory, které ovlivňují volbu materiálu a návrh optimální výrobní technologie v automobilovém a leteckém průmyslu, jsou redukce spotřeby paliva, co největší dosažitelný komfort, maximálně možná provozní bezpečnost, optimální korozní chování, dobrá schopnost recyklace dílů a nízké výrobní náklady.
Tuto cestu porovnání materiálů a technologických přístupů s "dobrým poměrem" výkon/hustota jsme vám předložili ve třech částech tohoto článku, který vznikl za podpory výzkumného záměru "Výzkum zpracování perspektivních materiálů pro strojírenský průmysl", podporovaného rektorátem ČVUT v Praze.
Ing. Aleš Herman, Ph.D.
Ing. Barbora Stunová
Seznam operací tlakového lití1. Odlití - licí cyklus TLS 2. Odstranění vtoků, přetoků a apretace3. Tryskání či omílání 4. Nutné obrobení děr a dosedacích ploch 5. Leštění 6. Nátěr či povlak 7. Montáž, balení a expedice
Reklama
Vydání #12
Kód článku: 51205
Datum: 20. 12. 2005
Rubrika: Výroba / Slévárenství
Autor:
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.

Slévárna navýší kapacitu výroby

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

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

Unikátní technologie 3D tisku písku

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

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.

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.

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.

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.

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.

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