Odlewanie ciśnieniowe

Odlewanie ciśnieniowe, także odlewanie pod wysokim ciśnieniem, odlewanie wysokociśnieniowe – proces technologiczny, odlewanie, w którym roztopiony metal wtłaczany jest do form odlewniczych pod ciśnieniem za pomocą tłoków lub sprężonego powietrza, w których zastyga do uzyskania pożądanego kształtu. Tworzy się w ten sposób przede wszystkim odlewy ze stopów metali niezależnych (zob. stop), w tym aluminium, cynku, miedzi i magnezu. Odlewanie pod wysokim ciśnieniem zalicza się do specjalnych metod odlewniczych (podobnie jak np. odlewanie ciągłe, odśrodkowe lub metodą wytapianych modeli).


Odlewy uzyskane metodą odlewania ciśnieniowego są dokładne, mają ostre kontury, dobre wykończenie powierzchni, mogą też przybierać złożone formy geometryczne. Wysoki koszt  maszyn do odlewania ciśnieniowego (tak z zimnokomorowych, jak i gorącokomorowych) ogranicza możliwość wytwarzania odlewów tą metodą na dużą skalę i z dużą prędkością. Do typowych produktów odlewania ciśnieniowego należą pompy i turbiny dla potrzeb przemysłu samochodowego, bloki silników, korpusy gaźników i zamki błyskawiczne. Maszyny do odlewania ciśnieniowego to urządzenia specjalistyczne dzielące się na maszyny z zimną komorą prasowania (stosowane dla stopów metali o niskiej temperaturze topnienia) oraz maszyny z gorącą komorą prasowania (dla stopów o wyższej temperaturze topnienia).

Odlewanie pod wysokim ciśnieniem

W odlewaniu ciśnieniowym stosuje się specjalne formy metalowe zwane kokilami – metoda ta jest rozwinięciem odlewania kokilowego, podobnie jak odlewanie niskociśnieniowe. Odlewanie ciśnieniowe polega na wtłoczeniu do formy metalowej metalu stopu) pod wysokim ciśnieniem. Wynosi ono od 2 do 350 MPa. Sam proces wypełniania wnęki formy odlewniczej jest przy tym specyficzny. W jego pierwszym etapie forma jest zalewana ciekłym tworzywem jeszcze bez wywierania na nie ciśnienia. Wnęka wypełnia się ciekłym metalem lub stopem pod ciśnieniem mniejszym, niż ciśnienie maksymalne. Dopiero w następnym etapie maszyny odlewnicze wywierają na tworzywo ciśnienie maksymalne w celu dokładnego wypełnienia wnętrza formy i nadania odlewowi pożądanego kształtu.

Odlewy otrzymywane metodą odlewania ciśnieniowego cechuje bardzo duża dokładność wymiarowa, odchyłki mogą nie przekraczać ±0,01 mm. Cechuje je także mała chropowatość (6,3-10 μm). W przypadku wyrobów odlewanych ciśnieniowo możliwe jest całkowite lub częściowe wyeliminowanie obróbki skrawaniem. Odlewy ciśnieniowe mogą stanowić przy tym odlewy cienkościenne, w których grubość ścianek nie przekracza 0,7 mm, mogące przybierać złożone kształty. Jakość odlewów jest wysoka dzięki drobnoziarnistej strukturze materiału.

Stosunkowo wysoka jest także wydajność procesu odlewniczego w odlewaniu ciśnieniowym. Zmniejszona jest sama masa odlewów, co możliwe jest dzięki mniejszym naddatkom na obróbkę mechaniczną (o o,25-0,8 mm). Wydajność jest wysoka, w zależności od maszyn i odlewów pozwala na od 30 do 1000 zalań formy odlewniczej na godzinę. Uzysk materiałowy jest znacznie zwiększony, do około 95%. Wynika to z zastosowania prostego układu wlewowego oraz z wyeliminowania nadlewów. Znacznie zmniejsza się także nakład pracy, zwłaszcza przy pracach związanych z oczyszczaniem odlewów oraz ich wykańczaniem.

Odlewanie ciśnieniowe i wysokciśnieniowe ma jednak także ograniczenia i wady. Wiele ograniczeń dotyczy możliwej do uzyskania masy i wielkości odlewów. Największym ograniczeniem jest wysoki koszt specjalistycznych maszyn do odlewania ciśnieniowego oraz oprzyrządowania. Stosunkowo długi jest także czas niezbędny do przygotowania produkcji.

Zastosowanie metody odlewania ciśnieniowego jest, mimo jej ograniczeń i wysokich kosztów, bardzo szerokie. Zwłaszcza w Polsce jest ono stosowane bardzo szeroko, głównie ze względu na potrzeby produkcji dla przemysłu samochodowego (metodą odlewania ciśnieniowego wykonuje się w Polsce niemal 100% odlewów ze stopów aluminium i około 70% odlewów ze stopów cynku i stopów magnezu). Szeroki jest sam asortyment odlewów ze stopów cynku, magnezu, aluminium i miedzi wytwarzanych przez odlewanie ciśnieniowe. Należą do nich odlewy dla potrzeb wielu dziedzin, w tym motoryzacji (np. gaźniki, korpusy, pompy paliwowe, klamki, szczęki i bębny hamulcowe), elektrotechniki (np. korpusy, wyłączniki) oraz mechaniki precyzyjnej (np. powiększalniki, lornetki).

Odlewania ciśnieniowe w maszynach zimnokomorowych i gorącokomorowych

Istnieją dwa rodzaje maszyn do odlewania ciśnieniowego, maszyny zimnokomorowe, w których nacisk na metal wywierany jest pneumatycznie, oraz maszyny gorącokomorowe, w których nacisk na tworzywo wywierany jest hydraulicznie. Maszyny gorącokomorowe wyposażone są w komorę prasowania, która zanurzona jest w tyglu z gorącym metalem. Przemieszczający się w dół tłok wywiera nacisk na metal znajdujący się w komorze i wciska go do wnętrza formy odlewniczej. Gdy metal zastygnie, tłok unosi się do góry, po czym komora wypełniana jest ponownie ciekłym metalem z tygla. Odlewanie ciśnieniowe w maszynach gorącokomorowych stosowana jest w przypadku stopów o niskiej temperaturze topnienia. Należą do nich stopy cynku i ołowiu.

W przypadku odlewania zimnokomorowego ciekły metal dostarcza się do komory prasowania automatycznie lub ręcznie. Nie jest więc ona zanurzona w metalu. Komory ciśnieniowe umieszczone są najczęściej poziomo, możliwe jest jednak także usytuowanie pionowe. W odlewaniu ciśnieniowym w maszynach zimnokomorowych nie zachodzi stałe oddziaływanie metalu na części maszyny takie jak tłok i cylinder, poza samym momentem wywierania nacisku. Umożliwia to odlewanie stopów o wysokiej temperaturze topnienia, w tym odlewanie ciśnieniowe aluminium. W zaawansowanych odlewniach stosuje się automatyzację dostarczania metalu oraz wtrysk aluminium i innych stopów w czasie rzeczywistym.


Tagi
Humanistyczna encyklopedia nauki

Dodaj komentarz