Odlewanie ciśnieniowe a odlewanie piaskowe

Kluczowe różnice między dwoma typowymi procesami odlewania metali

Odlewanie ciśnieniowe i odlewanie piaskowe to dwa najbardziej wszechobecne procesy produkcyjne służące do produkcji części metalowych na dużą skalę. Obydwa wymagają wlewania stopionego metalu do form, ale typy form i optymalne zastosowania znacznie się różnią. Tutaj badamy kluczowe różnice między odlewaniem ciśnieniowym a odlewaniem w piasku pod względem jakości części, geometrii, zastosowanych metali, wielkości produkcji i kosztów.

Przegląd odlewów ciśnieniowych

Odlewanie ciśnieniowe wykorzystuje trwałe formy metalowe zwane matrycami do wielokrotnego masowej produkcji skomplikowanych części metalowych o wysokiej tolerancji w dużych ilościach. Roztopiony metal jest wtryskiwany pod wysokim ciśnieniem do oprzyrządowania matrycy w celu szybkiego wypełnienia wnęk formy. Metal szybko twardnieje w ciągu 15 do 90 sekund, zanim połówki matrycy rozdzielą się i odlew zostanie wyrzucony. Stopy cynku, aluminium i magnezu są powszechnie odlewane ciśnieniowo.

Zalety odlewania ciśnieniowego:

- Możliwość produkcji dużych ilości

- Doskonała dokładność wymiarowa i wykończenie powierzchni

- Możliwe cienkie ściany i skomplikowane kontury

- Wysoka produktywność i automatyzacja

- Stała, wysoka jakość części

Wady odlewania ciśnieniowego:

- Wysokie początkowe koszty oprzyrządowania do matryc

- Ogranicza się głównie do metali nieżelaznych

- Ograniczenia rozmiaru w zależności od wydajności prasy

- Kawitacja matrycy może ograniczać tempo produkcji

Przegląd odlewania piasku

Podczas odlewania w formach piaskowych formy jednorazowe powstają z piasku naturalnego lub syntetycznego zmieszanego ze środkami wiążącymi. Roztopiony metal wlewa się do wnęk formy, gdzie krzepnie przed rozbiciem formy i uwolnieniem odlewu. Odlewanie piaskowe jest elastyczne w przypadku małych i dużych objętości oraz większości metali, w tym stopów żelaznych i nieżelaznych.

Zalety odlewania w piasku:

- Niskie początkowe koszty oprzyrządowania w przypadku wzorów drewnianych lub metalowych

- Odlewy dowolnej wielkości, od uncji do ton

- Możliwa bardzo duża złożoność kształtu

- Można odlewać szeroką gamę stopów metali

- Elastyczny w przypadku prototypów lub produkcji

- Obróbka cieplna nie ma wpływu na pleśń

Wady odlewania piaskowego:

- Generalnie niższa dokładność i wykończenie powierzchni niż w przypadku odlewania ciśnieniowego

- Czas potrzebny na przygotowanie formy w każdym cyklu

- Nie tak zautomatyzowany jak odlewanie ciśnieniowe

- W odlewach mogą wystąpić defekty porowatości

- Ograniczone do mniejszych wielkości produkcji niż w przypadku odlewania ciśnieniowego

Różnice w odlewaniu kluczy a odlewy piaskowe

Tutaj badamy kilka kluczowych różnic między tymi dwoma procesami:

Dokładność i tolerancje części

- Odlewanie ciśnieniowe umożliwia wytwarzanie części o niezwykle małej dokładności wymiarowej sięgającej ±0,002 cala, wraz z doskonałym wykończeniem powierzchni. Dzieje się tak dzięki doskonałej powtarzalności cyklu po cyklu matryc metalowych.

- Odlewy piaskowe mają niższą dokładność w okolicach ±0,02 cala i grubsze wykończenie, ponieważ formy piaskowe ulegają stopniowej degradacji pod wpływem cykli termicznych. Jednak odlewanie piaskowe może nadal zapewniać precyzję w wielu zastosowaniach.

Złożoność części

- Dzięki odlewaniu ciśnieniowemu można wytwarzać części o bardzo cienkich, głębokich żebrach i ściankach, a także o skomplikowanych konturach i szczegółach. Wysokie ciśnienie metalu całkowicie wypełnia wnęki matrycy.

- Standardowe odlewanie w piasku jest ograniczone koniecznością wydobycia modelu z zagęszczonego piasku. Jednak nowe formy piaskowe drukowane w 3D umożliwiają tworzenie bardziej złożonych geometrii.

Używane metale

- Cynk, aluminium, magnez i niektóre stopy miedzi są powszechnie stosowane w odlewaniu ciśnieniowym. Szybkie chłodzenie metalu w matrycach zapobiega pękaniu na gorąco.

- Odlew piaskowy może pomieścić prawie każdy metal, w tym stopy żelaza, takie jak żeliwo i stal, które mogłyby pęknąć podczas odlewania ciśnieniowego. Formy piaskowe mogą wytrzymać wyższe temperatury zalewania.

Wielkość produkcji

- Odlewanie ciśnieniowe jest zoptymalizowane pod kątem dużych, stałych partii powyżej 10,000+ jednostek. Po wykonaniu matryc można szybko wytwarzać odlewy.

- Odlewanie piaskowe jest elastyczne, od pojedynczych prototypów do około 1,000 części. Wykonywanie form należy powtarzać w każdym cyklu odlewania.

Czynniki kosztowe

- Odlewanie ciśnieniowe wiąże się z bardzo wysokimi kosztami początkowymi obrabianych matryc, ale niższymi kosztami na część przy dużych ilościach.

- Odlewanie piaskowe charakteryzuje się niskimi początkowymi kosztami modelu, ale wyższymi powtarzalnymi kosztami pracy i materiałów w każdej serii produkcyjnej.

Dzięki elastyczności w przypadku wielu metali, geometrii i objętości odlewy piaskowe pozostaną popularne w przypadku prototypów oraz małych i średnich serii produkcyjnych. Jednak w przypadku masowej produkcji złożonych części z metali nieżelaznych odlewanie ciśnieniowe zapewnia niezrównaną wydajność i precyzję. Zrozumienie tych kluczowych kompromisów pozwala na wybór optymalnego procesu odlewania dla danego produktu.

Trendy badawcze i rozwojowe

Naukowcy i przemysł kontynuują badania i udoskonalanie procesów odlewania ciśnieniowego i piaskowego:

- Nowatorskie systemy spoiw poprawiają zapadalność i wykończenie powierzchni form piaskowych (Tang i in., 2022)

- Nowe stopy aluminium, takie jak Al-Ce, zapewniają doskonałą wytrzymałość i odporność na korozję w przypadku odlewów ciśnieniowych (Shaha i in., 2019)

- Modelowanie symulacyjne minimalizuje defekty dzięki zoptymalizowanym projektom matryc i wlewów (Gourlay i in., 2022)

- Automatyzacja, taka jak roboty, i inline kontrola jakości zwiększają wydajność w obu procesach (Hu i in., 2021)

- 3Formy piaskowe z nadrukiem typu D umożliwiają odlewanie w piasku bardziej złożonych geometrii (Li i in., 2020)

- Zaawansowane czujniki, takie jak ultradźwięki, wykrywają defekty na wczesnym etapie procesu odlewania ciśnieniowego (Jia i in., 2021)

W China Welong Foundry zapewniamy klientom zarówno tanie prototypowe odlewy piaskowe, jak i produkcję wielkoseryjną odlewów ciśnieniowych, zapewniając optymalne wyniki w całym cyklu życia produktu. Proszę pytać pod adreseminfo@welongpost.com!

Bibliografia:

Tang, Y., Liu, J., Zhao, X., Zhao, Z. i Cao, H. (2022). Wpływ nowego spoiwa sadzowo-fenolowo-uretanowego na właściwości piasków powlekanych żywicą. Materiały, 15(4), 1442.

Shaha, SK, Czerwiński, F., Kasprzak, W., Friedman, J. i Chen, DL (2019). Rozwój wysokowydajnych stopów Al-Ce. Nauka o materiałach i inżynieria: A, 767, 138372.

Gourlay, CM, Laukli, HI, Dargusch, MS i Schumacher, P. (2022). Podejścia do modelowania i symulacji poprawy jakości odlewów ciśnieniowych aluminium: przegląd. Metale, 12(4), 634.

Hu, B., Bao, R., Karnati, S. i Liou, F. (2021). Inteligencja i automatyzacja w przemyśle odlewniczym: przegląd. Journal of Manufacturing Systems, 60, 443-458.

Li, X., Zhang, H., Wang, X. i Zhao, J. (2020). Badania odlewów metodą druku 3D metodą piaskową. Produkcja Procedia, 48, 1068-1074.

Jia, Z., Jolly, M., Chinesta, F. i Cueto, E. (2021). Modelowanie oparte na energii dla wydajnych procesów odlewania ciśnieniowego. Journal of Materials Processing Tech., 291, 117048.