Odlévání kovů v moderní výrobě má zásadní význam při vyřezávání prvků v leteckém a kosmickém průmyslu, zařízeních z průmyslových materiálů a spotřebních výrobcích. Dva nejběžnější procesy odlévání jsou tlakové lití a tlakové lití. Obě techniky poskytnou vysoce kvalitní kusy, které jsou vyrobeny s přesností, ale je rozdíl mezi nákladovou efektivitou a výkonem obou technik.

Manažeři nákupu se při rozhodování mezi lisováním a tlakovým litím musí zjevně seznámit s tím, jak lisování funguje, jaké výhody nabízí a v čem je neefektivní. Tento blog se bude zabývat základními aspekty squeeze castingu a tlakového lití a jejich nákladovými aspekty a hlavními rozdíly s cílem pomoci rozhodovacím pracovníkům vidět nejvhodnější proces.

Jak oba fungují

Jak funguje metoda Squeeze Casting

Lisování neboli kování tekutého kovu je hybridní proces, který spojuje vlastnosti odlévání a kování. Začíná vléváním roztaveného kovu do předehřáté zápustky. Kov se dostane dovnitř zápustky a při tuhnutí kovu dochází k vysokému tlaku pomocí hydraulického lisu. Tímto napětím se odstraní pórovitost plynů, čímž se dosáhne lepšího metalurgického spojení než vynikajícího metalurgického spojení a získá se odlitek s vyšší hustotou a pevnější než při tradičních procesech.

Jak funguje tlakové lití

Proces tlakového lití je poměrně oblíbený proces odlévání prováděný v hromadné výrobě. Při tomto procesu se roztavený kov silou vlévá do otvoru v ocelové formě (označované jako kokila) vysokou rychlostí a silou. Forma je přesně opracovaná a lze ji opakovaně použít, což snižuje hospodárnost tlakového lití při velkosériové výrobě.

Klíčové vlastnosti tlakového lití a lití pod tlakem

Tlakové lití

Tlakové lití Tlakové lití je rychlá a účinná metoda, při níž se roztavený kov pod vysokým tlakem vtlačuje do ocelové formy. Je ideální pro velkoobjemovou výrobu a tento proces má vysokou kvalitu povrchu, přísnější tolerance a umožňuje vyrábět výrobky složitých tvarů s jemnými stěnami. Nicméně vysoká míra posledně jmenovaného způsobená rychlým. Při vstřikování tlakově litých dílů může u těchto dílů docházet k pórovitosti, což má za následek nedostatečnou strukturální integritu a schopnost svařování.

Odlévání squeeze

Odlévání lisováním je naopak mezistupněm mezi odléváním a kováním. Při tomto způsobu se roztavený kov nalije do předehřáté zápustky a následně ztuhne při středním až vysokém tlaku. Tím se odstraní většina plynových kuliček v konvenčním tlakovém lití, což vede k výrobkům, které mají větší hustotu, sníženou pórovitost a zvýšenou mechanickou pevnost. Tento proces je vhodnější pro díly, které potřebují vynikající strukturální integritu, ale probíhá pomaleji než jiné procesy, mezi něž patří automobilový, letecký a těžký strojírenský průmysl. Obě technologie poskytují dobrý a příznivý výstup, nicméně v závislosti na objemu výroby, výkonu a na tom, co je požadováno materiálově, je také možné zvolit použitou technologii.

Důsledky pro náklady

Při volbě postupů odlévání je hlavním hlediskem cena. Počáteční investice do forem a zařízení je u tlakového i tlakového lití podobná, ale náklady na udržení se liší.

Náklady na odlévání

• Větší náklady na jeden díl Poslední výsledek: nižší rychlost výroby.
• Snížení nákladů na obrábění, protože díly mají tendenci mít lepší povrchovou úpravu a pevnost.
• Cenově výhodnější při středních objemech výroby, kde je kladen důraz na pevnost na úkor množství.

Náklady na tlakové lití

• Drahé počáteční náklady na kostky/nářadí.
• Zřejmou výhodou jsou nízké náklady na jeden díl u velkých sérií díky kratší době cyklu.
• Pokud je poptávka vysoká a díly lze vyrábět ve velkých sériích.

Jednoduše řečeno, tlakové lití poskytuje kvalitu a výkon, které tlakové lití poskytuje při nákladově efektivní úrovni výroby.

Budoucí trendy v technologiích lisování a tlakového lití

Hledání účinných řešení, která zvýší jeho kvalitu a udržitelnost, rychle mění odvětví odlévání, protože výrobci se snaží posunout průmysl ekologickým směrem. Očekává se, že v nadcházejících letech dojde k dramatickému zlepšení v oblasti tlakového i tlakového lití.

Klíčové trendy v odlévání pomocí lisování

• Automatizace a robotizace používané ke zvýšení konzistence zkrátí dobu cyklu a sníží mzdové náklady.
• Pokročilý vývoj slitin, který umožňuje širší využití vysoce výkonných materiálů prostřednictvím tlakového lití.
• Pokročilý návrh kokil a počítačová simulace pro přesnější předpověď tuhnutí kovu a kontrolu vad.
• Upřednostněte lehkou výrobu, abyste uspokojili potřeby průmyslových odvětví, která se snaží dosáhnout nižší celkové hmotnosti součástí, a to nikoli na úkor síly.

Hlavní trendy v tlakovém lití

• Zlepšení procesu vysokotlakého lití, které snižuje pórovitost a zvyšuje integritu dílu, jako je použití vakuového lití.
• Nové materiály a povlaky pro lisovací formy, které zajišťují dlouhou životnost forem a snižují náklady na údržbu.
• Koncept digitálních dvojčat a aplikace Průmyslu 4.0, takže je nyní možné sledovat a optimalizovat proces v reálném čase.
• Udržitelné výrobní postupy, jako jsou energeticky úsporné pece a recyklační programy s cílem snížit dopady na životní prostředí.

Budoucnost tlakového lití a tlakového lití se bude odvíjet od poměru výkon versus náklady. Lisované odlitky budou i nadále zaujímat vedoucí postavení v oblasti pevnosti a trvanlivosti a tlakové lití zůstane preferovanou volbou v oblasti velkoobjemových přesných dílů. Vzhledem k tomu, že u obou procesů dochází k nárůstu automatizace materiálů a digitalizaci, očekává se, že vytvářená hodnota v různých průmyslových odvětvích se bude časem zvyšovat.

Hlavní rozdíly mezi lisováním a tlakovým litím

Pro jasné pochopení rozdílů uvádíme hlavní rozdíly:

Proces

  Místo tuhnutí do dílu se při tlakovém lití používá tlak během tuhnutí, který stlačuje roztavený kov a snižuje pórovitost, čímž vznikají hustší a pevnější součásti. Tlakové lití má schopnost zajistit rozměrovou přesnost a je vhodné pro velkosériovou výrobu, při níž je roztavený kov vtlačován do dutiny formy vysokou rychlostí pomocí vysokotlakého vstřikování.

Mechanické vlastnosti

Pórovitost plynu způsobená tlakem během tuhnutí rovněž zvyšuje hustotu a pevnost tlakových odlitků, protože mikrostruktura se zjemňuje a zlepšuje obecné mechanické vlastnosti, jako je pevnost v tahu, odolnost proti únavě a trvanlivost oproti běžným tlakovým odlitkům.

Rychlost výroby

Tlakové lití je mnohem rychlejší, protože roztavený kov je vstřikován do formy pod vysokým tlakem a rychle tuhne, a proto je velmi efektivní, pokud je požadována vysoká výrobní série v daném čase a je potřeba značný objem stejné součásti v kratším čase jako v případě pomalejšího procesu tlakového lití.

Povrchová úprava

Stejné přesnosti povrchové úpravy lze dosáhnout jak při tlakovém, tak při tlakovém lití, ale při tlakovém lití se spíše získají díly s jemnější povrchovou úpravou, které se zpravidla nemusí nebo jen velmi málo opracovávat, zatímco při tlakovém lití lze vyrobit díly se stejně vysokou kvalitou povrchu, které však mohou být náchylné k nadměrnému otřepu nebo tenkým vláknům materiálu podél dělících čar, které vyžadují další ořezávací operace a druhotnou povrchovou úpravu.

Aplikace

Tlakové lití je nejvhodnější pro výrobky, u nichž je rozhodující pevnost a kde je nejdůležitější trvanlivost a odolnost proti mechanickému namáhání, např. u aplikací s velkým zatížením/vysokým namáháním, zatímco tlakové lití může být ekonomičtější v kontextu velkosériové výroby, kde je prvořadá rozměrová přesnost, úspora hmotnosti a konstrukce v nákladech.

Efektivita nákladů

Tlakové lití je nejvhodnější pro výrobky, u nichž je rozhodující pevnost a kde je nejdůležitější trvanlivost a odolnost proti mechanickému namáhání, např. u aplikací s velkým zatížením/vysokým namáháním, zatímco tlakové lití může být ekonomičtější v kontextu velkosériové výroby, kde je prvořadá rozměrová přesnost, úspora hmotnosti a konstrukce v nákladech.

Doba cyklu

Doby cyklů při vysokotlakém lití jsou neuvěřitelně krátké, protože vstřikovaný roztavený kov velice rychle tuhne uvnitř formy, což z něj činí nejefektivnější proces, pokud je hlavní prioritou velký počet vyrobených kusů a rychlá obrátka. V porovnání s tím má tlakové lití delší cykly, protože během tuhnutí musí být vyvíjen tlak, aby se odstranila pórovitost a zdokonalila mikrostruktura. To může zpomalit rychlost výroby, ale poskytuje vyšší vlastnosti materiálu a lepší pevnost dílů, které mohou kompenzovat sníženou rychlost výroby v závislosti na specifikacích projektu.

Lisování a tlakové lití v počátečních nákladech na instalaci

Jednou z věcí, kterou musí rozhodující osoba při porovnávání tlakového a tlakového lití zvážit, jsou počáteční náklady na zřízení. Zahrnuje také náklady na nákup zařízení pro konstrukci formy a přípravu nástrojů před výrobou.

Počáteční náklady na nastavení při odlévání metodou Squeeze Casting

• Relativně nižší cena nástrojů ve srovnání s tlakovým litím, protože proces pracuje s nižším tlakem a při nízkých vstřikovacích rychlostech.
• K vyvíjení tlaku během tuhnutí jsou zapotřebí speciální hydraulické lisy, což přispívá k nákladům na zařízení.
• Životnost by měla být obecně delší z hlediska snížení tepelných šoků v procesu tlakového lití ve srovnání s vysokotlakým tlakovým litím, což z dlouhodobého hlediska pomáhá kompenzovat počáteční investice.
• Ekonomičtější při středně velkých objemech použití, kdy vysoké mechanické vlastnosti kompenzují počáteční náklady.

Počáteční náklady na nastavení při tlakovém lití

• Náklady na nástroje a konstrukci forem jsou vysoké, protože vyžadují přesné zápustky navržené tak, aby vydržely opakované vstřikování pod vysokým tlakem.
• Potřebuje moderní stroje na tlakové lití, které jsou schopny udržet velké vstřikovací rychlosti a tlaky.
• Menší životnost formy ve srovnání s tlakovým litím z důvodu vysokého tepelného a mechanického namáhání.
• Může být nákladově efektivní pouze tehdy, když jsou vyráběné objemy velké a počáteční náklady jsou rozděleny mezi mnoho dílů.

Volba mezi tlakovým a lisovacím litím

Následující tabulka shrnuje úvahy o volbě mezi tlakovým a tlakovým litím:

Výhody a nevýhody systému Squeeze

Výhody odlévání squeeze castingem

• Odlévá díly, které jsou hustší a pevnější a nejsou příliš porézní.
• Má vynikající mechanickou pevnost a mezní hodnoty, vysokou odolnost v tahu a únavu.
• Nabízí součásti s téměř čistým tvarem, které umožňují méně sekundárního obrábění.
• Použitelné při středně velkých objemech, kdy je důležitá kvalita a spolehlivost.

Nevýhody odlévání squeeze castingem

• Méně rychlý výrobní cyklus než u tlakového lití.
• Náklady na jeden díl se zvyšují z důvodu rostoucího tuhnutí.
• Špatná funkčnost v extrémně velkých výrobnách.
• Vyžaduje také vysokou přesnost procesu a speciální vybavení.

Výhody tlakového lití

• Vysoce rychlé výrobní metody, které jsou vhodné pro hromadnou výrobu.
• Vynikající rozměrová přesnost, špičková kvalita povrchu.
• Nákladově efektivní při velkovýrobě díky nízké jednotkové ceně.
• Dokáže vyrábět složité geometrie i tenkostěnné výrobky.

Nevýhody tlakového lití

• Jiné díly mohou mít pórovitost, která snižuje pevnost a odolnost.
• Podstatné náklady na zřízení nástrojů a forem.
• Není tak vhodný pro použití vyžadující vysoké mechanické vlastnosti.
• Většinou je třeba provést řez a další úpravy.

Vysvětlení běžných mylných představ o lisování a tlakovém lití

Když lidé srovnávají lití pod tlakem a tlakové lití, dochází k několika omylům kvůli překrývání použití a obecné neznalosti procesů. Vyvrácení těchto mýtů pomůže při rozhodování manažerů nákupu startovacích zařízení a inženýrů, aby se mohli rozhodovat na základě informací.

Mylná představa 1: Oba procesy produkují stejnou kvalitu

Realita: Přestože poskytují dobře propracované a přesné díly, jejich mechanické vlastnosti se liší. Při tlakovém lití vzniká hutnější pevnější součást s minimální pórovitostí, zatímco při tlakovém lití může docházet k mikroporéznosti, která pevnost snižuje, ale nabízí vynikající rozměrovou přesnost a povrchovou úpravu.

Mylný názor 2: Lisování je jen pomalejší verze tlakového lití

Realita: Squeeze casting není jen pomalejší lití pod tlakem. Jedná se o meziprodukt, který má vlastnosti odlévání a vlastnosti kování. Tlak použitý při tuhnutí zvyšuje metalurgické spojení, které by jinak nebylo realizováno při procesu tlakového lití.

Mylný názor 3: Tlakové lití je vždy levnější varianta

Realita: Tento proces může být levnější při velkých objemech díky kratší době cyklu a opakovanému použití forem. Nicméně odstranění otřepů dává možnost, že se lisování může ukázat jako ekonomičtější u středních výrobních sérií, kde díky výhodě pevnosti a eliminaci sekundárního obrábění mohou být celkové náklady na vlastnictví ve skutečnosti levnější než odlévání.

Mylný názor 4: Oba postupy jsou vhodné pro jakýkoli materiál

Realita: Výběr materiálu je nezbytný. Tlakové lití se obvykle používá u slitin neželezných kovů, jako je hliník, hořčík a další. zinek zatímco tlakové lití by bylo výhodnější, pokud by se použila silnější slitina na bázi minerálů. hliník nebo měď je povinná.

Mylná představa 5: Kvalita povrchové úpravy je stejná

Realita: Přestože tlakové lití poskytuje velmi dobrou povrchovou úpravu, díly vyžadují ořezávání a následné zpracování. Druhým procesem, kterým je tlakové lití, lze vyrobit díly téměř síťového tvaru, které vyžadují minimální dokončovací práce, protože se při nich uplatňuje tlak tuhnutí.

Lisování a tlakové lití z hlediska spotřeby energie a účinnosti

Spotřeba energie a její účinnost je důležitým kritériem při výběru procesu odlévání. Jak tlakové, tak tlakové lití jsou energeticky náročné procesy, ale způsob spotřeby energie a energetická účinnost se také liší.

Spotřeba energie při odlévání lisováním

• Nemají velké energetické nároky, protože nevyužívají turbulence díky použití velmi vysokých vstřikovacích tlaků.
• K udržení tlaku v průběhu tuhnutí je nutné použít hydraulický lis, který spotřebuje více energie na cyklus.
• Delší doba cyklu znamená větší spotřebu energie na jeden díl než u tlakového lití.
• Bez ohledu na zvýšenou spotřebu energie na jeden díl má tento proces natolik lepší vlastnosti materiálu, že potenciálně eliminuje nutnost dalšího zpracování nebo přepracování.

Spotřeba energie při tlakovém lití

• K udržení teploty roztaveného kovu a jeho zavedení do vstřikovacího média při vysoké rychlosti a tlaku je zapotřebí extrémně velké množství energie.
• Tlakové lití je při hromadné výrobě mimořádně efektivní díky kratší době cyklu a rychlému tuhnutí.
• Při vysokém objemu výroby jsou náklady na energii na jeden díl nízké.
• Její výhodou je, že se dá automaticky zpracovávat (recyklovat), což zvyšuje obecnou efektivitu v rozsáhlé praxi.

Srovnání účinnosti

• Squeeze Casting: Není tak energeticky efektivní na jednotku, protože doba cyklu je delší, ale tento aspekt vyvažuje dodáváním silnějších dílů, které vyžadují minimální následné zpracování.
• Tlakové lití: Tlakové lití je energeticky náročnější v přepočtu na jeden cyklus, ale díky velkým objemům výroby je tento proces obecně velmi efektivní, protože náklady a energie potřebné na jeden odlitek jsou rozloženy na tisíce dílů.

Závěr

Tlakové lití a lisování jsou velmi důležité postupy v současné kovovýrobě. Lisování je ideální tam, kde je důležitější hustota pevnosti a spolehlivost, zatímco tlakové lití se lépe uplatní, když je zapotřebí velkých objemů těsných dílů s nižšími náklady. Pro konstruktéry výrobků a výrobní inženýry při zadávání zakázek, kteří jsou na začátku, spočívá rozhodnutí na potřebě projektu. Pokud je zajímá trvanlivost a mechanické vlastnosti, má výhodu tlakové lití. Pokud je primárním hlediskem rychlost a nákladová efektivita, pak je tlakové lití srovnávanou nepružnou alternativou. Znalost rozdílů v těchto dvou procesech pomůže těm, kteří se rozhodují, sladit jejich výrobní strategii s požadavky na výkon, objem výroby a rozpočtová omezení.