JĘZYK 
Dom / Aktualności / Wiadomości branżowe / Niestandardowe odlewy aluminiowe | Maszyny Ningbo Beilun Youyuan
Niestandardowe Odlewy aluminiowe : Bezpośrednia odpowiedź przed szczegółami
A niestandardowy odlew aluminiowy to część metalowa wytwarzana przez wlewanie roztopionego stopu aluminium do formy ukształtowanej dokładnie według geometrii potrzebnej klientowi, zamiast obróbki tego kształtu z litego materiału. W przypadku większości funkcjonalnych części o umiarkowanej lub złożonej geometrii, produkowanych w ilościach przekraczających kilkaset sztuk, odlewanie aluminium jest tańsze w przeliczeniu na część niż obróbka CNC i lżejsze niż odlewy ze stali lub żeliwa przy tej samej roli konstrukcyjnej. Właściwy wybór procesu prawie zawsze sprowadza się do trzech zmiennych: grubości ścianki, wielkości zamówienia i tolerancji wymiarowej. Cienkie części o dużej objętości i wąskiej tolerancji wskazują na odlew ciśnieniowy. Grubościenne, o małej objętości lub bardzo duże części wskazują na odlewanie w piasku. Złożona geometria wewnętrzna bez naddatku kąta pochylenia wskazuje na odlew metodą traconą.
W pozostałej części tego przewodnika omówiono faktyczne wyniki każdego procesu odlewania aluminium w porównaniu z tymi trzema zmiennymi, które stopy mają sens w przypadku jakich wymagań mechanicznych lub termicznych, w jaki sposób faktycznie konstruowana jest forma i system wlewowy, w jaki sposób powstają defekty odlewu i jak im zapobiegać, jak ustalane są ceny na podstawie narzędzi, materiałów i robocizny, jak odlewanie wypada w porównaniu z kuciem i obróbką skrawaniem jako procesami alternatywnymi, jak wygląda realistyczny harmonogram od prototypu do produkcji oraz co kupujący powinien sprawdzić przed związaniem się z dostawcą, takim jak Ningbo Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd , która produkuje niestandardowe odlewy aluminiowe do zastosowań w motoryzacji, sprzęcie przemysłowym i obudowach maszyn.
Porównanie procesów odlewania aluminium: piasek, matryca, inwestycja i grawitacja
Cztery procesy obejmują około 95 procent komercyjnych prac związanych z odlewaniem aluminium. Każdy z nich inaczej porównuje koszt oprzyrządowania z kosztem jednostkowym, więc „najlepszy” proces jest w rzeczywistości funkcją ilości zamówienia i złożoności części, a nie uniwersalnego rankingu.
Odlewanie pod wysokim ciśnieniem
Roztopione aluminium jest wtryskiwane do formy ze stali hartowanej pod ciśnieniem od 1500 do 25 000 psi i krzepnie w ciągu kilku sekund. Proces ten jest odpowiedni dla cienkich ścianek (do około 0,8 mm), wąskich tolerancji i serii produkcyjnych liczonych w dziesiątkach tysięcy lub więcej, ponieważ samo oprzyrządowanie stalowe kosztuje od kilku tysięcy do znacznie ponad stu tysięcy dolarów w zależności od wielkości i złożoności części. Odlewy ciśnieniowe zazwyczaj zatrzymują w rdzeniu niewielkie ilości porowatości gazowej, co ogranicza obróbkę cieplną i spawanie, ale rzadko wpływa na części, które nie zostały poddane testom ciśnieniowym zgodnie z wysokimi standardami. Czasy cykli na średniej wielkości maszynie do odlewania ciśnieniowego zwykle trwają od 30 sekund do dwóch minut na strzał, co sprawia, że odlewanie ciśnieniowe jest jedynym procesem, który pozwala ekonomicznie dostarczać ilości na skalę samochodową.
Odlewanie piasku
Do formy wykonanej z piasku spojonego żywicą lub gliną wlewa się aluminium, a po zastygnięciu formę rozbija się. Oprzyrządowanie to model z drewna, tworzywa sztucznego lub aluminium, który kosztuje ułamek oprzyrządowania do odlewania ciśnieniowego, co sprawia, że odlewanie piaskowe jest praktycznym wyborem w przypadku prototypów, serii o małej objętości poniżej około 500 sztuk i części zbyt dużych dla maszyny do odlewania ciśnieniowego. Minimalna grubość ścianki jest większa, zwykle od 4 do 6 mm, a wykończenie powierzchni jest bardziej szorstkie niż w przypadku odlewania ciśnieniowego, ale w procesie tym można stosować części o masie od kilkuset gramów do kilku ton. Zielony piasek, niespieczony piasek żywiczny i formowanie skorupowe to trzy popularne warianty, a wybór między nimi wpływa głównie na wykończenie powierzchni i powtarzalność wymiarową, a nie na podstawową ekonomikę procesu.
Odlewanie metodą traconego wosku
Wzór wosku powleka się zawiesiną ceramiczną, aby zbudować formę skorupy, a następnie wosk topi się przed wylaniem. Proces ten zapewnia najlepszą dokładność wymiarową i wykończenie powierzchni ze wszystkich trzech, a także umożliwia wytworzenie geometrii bez żadnego kąta pochylenia, co ma znaczenie w przypadku części z wewnętrznymi przejściami lub skomplikowanymi szczegółami. Jest wolniejszy i droższy w przeliczeniu na część niż odlewanie ciśnieniowe lub piaskowe, dlatego zwykle pojawia się na wspornikach lotniczych, korpusach zaworów i obudowach precyzyjnych instrumentów, a nie na częściach standardowych. Ponieważ każdy wzór wosku jest zazwyczaj wtryskiwany z własnego, niedrogiego narzędzia aluminiowego, drobne zmiany w projekcie pomiędzy rundami prototypów są znacznie mniej uciążliwe niż zmiana narzędzia do odlewania ciśnieniowego.
Odlewanie grawitacyjne (forma trwała).
Stopiony metal wypełnia formę stalową lub żelazną wielokrotnego użytku pod wpływem samej grawitacji, bez ciśnienia stosowanego przy odlewaniu ciśnieniowym. Mniejsza szybkość napełniania powoduje mniej uwięzionych defektów gazowych niż w przypadku odlewania ciśnieniowego, dzięki czemu części odlewane grawitacyjnie lepiej reagują na obróbkę cieplną i próby ciśnieniowe. Koszt oprzyrządowania plasuje się pomiędzy odlewaniem piaskowym a odlewaniem ciśnieniowym, co czyni ten proces powszechnym środkiem w przypadku części średniej wielkości, takich jak elementy zawieszenia samochodowego lub obudowy pomp, które wymagają lepszych właściwości mechanicznych niż może zapewnić standardowy odlew ciśnieniowy. Odlewanie w formie stałej pod niskim ciśnieniem, zbliżony wariant, który wypełnia formę od dołu przy niewielkim ciśnieniu powietrza, dodatkowo zmniejsza turbulencje i jest często wybierany do kół jezdnych samochodów właśnie dlatego, że minimalizuje porowatość części, która musi wytrzymać obciążenie zmęczeniowe.
| Proces | Koszt oprzyrządowania | Min. Grubość ścianki | Typowa tolerancja | Najlepsza wielkość zamówienia |
|---|---|---|---|---|
| Odlewanie pod wysokim ciśnieniem | Wysoka | 0,8–1,5 mm | ±0,1–0,3 mm | 10 000 |
| Odlewanie piasku | Niski | 4–6 mm | ±0,5–1,5 mm | 1–500 |
| Casting inwestycyjny | Średnio-wysoki | 1,5–2,5 mm | ±0,1–0,4 mm | 100–5 000 |
| Forma grawitacyjna / trwała | Średni | 2,5–4 mm | ±0,3–0,8 mm | 500–10 000 |
Wybór odpowiedniego stopu aluminium do odlewów niestandardowych
Stopy odlewnicze nie są zamienne ze stopami do obróbki plastycznej, takimi jak 6061 lub 7075, ponieważ kompozycje odlewnicze zawierają wyższą zawartość krzemu, co poprawia płynność i zmniejsza pękanie skurczowe podczas krzepnięcia. Wybór niewłaściwego stopu odlewniczego jest jednym z najczęstszych i najkosztowniejszych błędów w zamówieniach na niestandardowe odlewy aluminiowe, ponieważ zmiana stopu w połowie produkcji zwykle oznacza próby nowych narzędzi.
A380 i ADC12: Konie pociągowe do odlewania ciśnieniowego
A380 (oznaczenie w Ameryce Północnej) i ADC12 (jego japoński/chiński odpowiednik) to domyślne stopy do części odlewanych ciśnieniowo, które wymagają dobrej wytrzymałości, przyzwoitej odporności na korozję i doskonałej lejności przy niskim koszcie. Nie nadają się do spawania w konwencjonalnym sensie i nie można ich poddawać obróbce cieplnej w celu znacznego zwiększenia wytrzymałości, ale w przypadku obudów, wsporników i pokryw, które wytrzymują umiarkowane obciążenie, pokrywają one większość komercyjnych prac związanych z odlewaniem ciśnieniowym. Typowa wytrzymałość na rozciąganie w stanie surowym wynosi około 320 MPa przy wydłużeniu bliskim 3 procent, co jest odpowiednie dla większości obudów niekonstrukcyjnych, ale nie dla części narażonych na powtarzające się zmęczenie przy zginaniu.
A356 i A357: gatunki konstrukcyjne i do obróbki cieplnej
A356 zawiera niższą zawartość żelaza i jest przeznaczony do odlewania w formach piaskowych, odlewania grawitacyjnego i niskociśnieniowego odlewania ciśnieniowego, a nie do odlewania pod wysokim ciśnieniem, ponieważ wymaga wolniejszego napełniania tych procesów przy niższych turbulencjach, aby uniknąć porowatości. Jego prawdziwą zaletą jest możliwość obróbki cieplnej: po roztworze T6 i obróbce starzenia A356 osiąga wytrzymałość na rozciąganie w zakresie od 275 do 310 MPa, co czyni go standardowym wyborem do konstrukcyjnych części samochodowych, kół i wsporników lotniczych, z którym odlew A380 nie może się równać. A357, wariant z dodatkiem berylu i nieco wyższej zawartości magnezu, zwiększa wytrzymałość jeszcze bardziej i pojawia się w odlewach lotniczych i obronnych, gdzie liczy się każdy dodatkowy punkt procentowy wytrzymałości do masy.
LM6/A413: Maksymalna odporność na korozję
Dzięki zawartości krzemu bliskiej punktu eutektycznego (około 12 procent) ta rodzina stopów zapewnia najlepszą płynność spośród wszystkich popularnych stopów odlewniczych, a także dużą odporność na wodę morską i ogólną korozję atmosferyczną, przy pewnym koszcie obrabialności. Często pojawia się w sprzęcie morskim, korpusach pomp i odlewach obudów zewnętrznych.
A390: gatunek o wysokiej zawartości krzemu i odporny na zużycie
Zawierający około 17 procent krzemu A390 jest stopem nadeutektycznym, który wytwarza twarde cząstki krzemu rozmieszczone w mikrostrukturze, co zapewnia doskonałą odporność na zużycie bez oddzielnej twardej powłoki. Jest trudniejszy w obróbce niż powyższe stopy, ponieważ te same cząstki krzemu są ścierne dla narzędzi skrawających, ale w przypadku otworów cylindrów, elementów sprężarki i innych powierzchni, które ulegają zużyciu ślizgowemu, często całkowicie eliminuje to potrzebę stosowania wykładziny lub powłoki.
| Stop | Proces pierwotny | Możliwość obróbki cieplnej | Najlepsze dla |
|---|---|---|---|
| A380/ADC12 | Odlewanie ciśnieniowe | Nie | Niski-cost housings, brackets, covers |
| A356/A357 | Matryca piaskowa / grawitacyjna / niskociśnieniowa | Tak (T6) | Części konstrukcyjne i nośne |
| LM6 / A413 | Odlewanie piaskowe / ciśnieniowe | Nie | Części morskie i narażone na korozję |
| A390 | Odlewanie ciśnieniowe | Tak | Wysoka-wear surfaces, engine components |
Zasady projektowania, które zmniejszają wady i koszty odlewów
Większość wad odlewniczych wynika z niewielkiego zestawu wyborów projektowych dokonanych, zanim część dotrze do hali odlewniczej. Zastosowanie tych zasad na wczesnym etapie przeglądu projektu zazwyczaj zmniejsza ilość złomów i eliminuje pełną rundę przeróbek narzędzi.
- Utrzymuj jednolitą grubość ścianki. Nagłe przejścia od grubych do cienkich przekrojów powodują nierównomierne chłodzenie, co powoduje porowatość skurczową i wypaczenie w punkcie przejścia. Większość tego problemu rozwiązuje stopniowe zwężanie się wynoszące co najmniej trzykrotność różnicy grubości.
- Dodaj kąt pochylenia do każdej pionowej ściany. Minimum 1 do 2 stopni w przypadku części odlewanych ciśnieniowo i 3 stopnie w przypadku części odlewanych w piasku umożliwia zwolnienie wzoru lub matrycy bez ciągnięcia lub rozdzierania powierzchni.
- W narożnikach wewnętrznych należy stosować duże zaokrąglenia o grubości co najmniej 0,5 grubości ściany, ponieważ ostre narożniki wewnętrzne skupiają naprężenia i działają jak punkty inicjacji pęknięć pod obciążeniem.
- Zaprojektuj żebra o grubości od 50 do 70 procent przylegającej ściany, zamiast do niej dopasowywać, co pozwala uniknąć tworzenia grubej sekcji na styku żebra ze ścianą, która stygnie wolniej niż otaczający materiał.
- Jeśli to możliwe, umieść linie podziału na niekrytycznych powierzchniach, ponieważ wypływ i widoczna linia szwu zawsze tworzą się wzdłuż linii podziału i zazwyczaj wymagają dodatkowego przycięcia.
- Unikaj głębokich, wąskich kieszeni, które zatrzymują gaz podczas napełniania formy; tam, gdzie nie da się uniknąć kieszeni, dodaj ścieżkę wentylacyjną lub skontaktuj się z odlewnią, aby umieścić w oprzyrządowaniu otwór wentylacyjny sąsiadujący z wypychaczem.
- Tam, gdzie to możliwe, umieszczaj występy i elementy montażowe z dala od cienkich ścian, ponieważ występ wystający z cienkiej sekcji tworzy gorący punkt, który schładza się dłużej i kurczy się nieproporcjonalnie.
- Jeżeli po obróbce gwintowany otwór musi zostać odlany, a nie gwintowany, należy zaplanować wokół niego grubszy, lokalny występ, ponieważ gwinty wcięte bezpośrednio w cienki materiał odlewany rozrywają się pod normalnym momentem dokręcania.
Podstawy projektowania form i systemów wlewowych
Samo narzędzie w równym stopniu wpływa na jakość odlewu, co stop lub ustawienia maszyny, a kupujący, którzy rozumieją podstawowe słownictwo związane z projektowaniem wlewów, przeprowadzają znacznie bardziej przydatne rozmowy z inżynierem odlewnikiem.
Bramy i biegacze
Przewężka to wąski kanał, przez który stopiony metal wpływa do wnęki części, a prowadnica to większy kanał, który zasila bramkę z wlewu lub tulei śrutowej. Rozmiar i umiejscowienie bramki kontrolują prędkość napełniania i turbulencje: zbyt mała brama przyspiesza metal do prędkości, która powoduje jego atomizację i zatrzymuje powietrze, podczas gdy brama umieszczona w cienkiej sekcji może zamarznąć, zanim wypełni się reszta części, powodując niekompletny odlew, zwany błędnym przebiegiem.
Podnośniki i karmienie
W przypadku odlewania piaskowego, inwestycyjnego i grawitacyjnego piony to zbiorniki stopionego metalu przymocowane do grubych sekcji, które krzepną jako ostatnie. Gdy odlew kurczy się podczas chłodzenia, pion dostarcza do tej sekcji dodatkową ilość ciekłego metalu, aby to skompensować i zapobiec tworzeniu się wewnętrznych pustek, które w przeciwnym razie powstałyby. Umieszczenie pionu opiera się na tej samej logice, co przy projektowaniu grubości ścianki: każdy gruby przekrój potrzebuje własnej ścieżki podawania z powrotem do pionu, w przeciwnym razie staje się izolowanym gorącym punktem, który kurczy się wewnętrznie bez możliwości kompensacji.
Wentylacja
Gdy metal wypełnia wnękę, powietrze i gazy pleśniowe znajdujące się już wewnątrz wnęki muszą gdzieś uchodzić. Otwory wentylacyjne to cienkie kanały wykonane w linii podziału lub w rdzeniu, które umożliwiają ucieczkę gazu, choć są zbyt wąskie, aby umożliwić znaczny przepływ stopionego metalu o wyższej lepkości. Niedopowietrzone oprzyrządowanie jest jedną z najczęstszych przyczyn porowatości gazowej, która pojawia się dopiero po wycięciu oprzyrządowania, dlatego też doświadczeni odlewnie przeprowadzają symulację przepływu formy przed przystąpieniem do produkcji stali.
Symulacja przepływu formy
Oprogramowanie modelujące wzór wypełnienia, kolejność krzepnięcia i przewidywaną lokalizację porowatości pozwala inżynierowi wykryć na ekranie błędy, pułapki powietrzne i gorące punkty, zanim pojedynczy gram aluminium zostanie wlany do prawdziwego narzędzia. W przypadku każdej części o cienkich ściankach, skomplikowanym żebrowaniu lub historii wad w podobnej konstrukcji zażądanie raportu z symulacji wypełnienia na etapie wyceny jest jednym z pytań o największej wartości, jakie może zadać kupujący, ponieważ zmienia przypuszczenie w udokumentowaną prognozę, którą można sprawdzić na podstawie pierwszej próbki.
Jak powstają wady odlewnicze i jak im zapobiegać
Zrozumienie, jak w rzeczywistości wygląda każda wada i co jest jej przyczyną, pomaga kupującemu w inteligentny sposób przeczytać raport z inspekcji, zamiast po prostu akceptować lub odrzucać części na podstawie oceny pozytywnej/negatywnej.
| Wada | Jak to wygląda | Typowa przyczyna | Zapobieganie |
|---|---|---|---|
| Porowatość gazu | Małe okrągłe puste przestrzenie, często skupione | Uwięzione powietrze lub gaz pleśniowy podczas szybkiego napełniania | Odlewanie ciśnieniowe ze wspomaganiem próżniowym, lepsza wentylacja |
| Porowatość skurczowa | Nieregularne puste przestrzenie na grubych odcinkach | Nieodpowiednie podawanie w miarę stygnięcia metalu | Ułożenie podstopnic, jednakowa grubość ścianki |
| Zimne zamknięcie | Widoczna linia w miejscu spotkania dwóch frontów przepływu bez stapiania się | Chłodzenie metalu przed połączeniem się frontów przepływu | Wysokaer pour temperature, better gate placement |
| Misrun | Niekompletne wypełnienie, nieuformowane cienkie sekcje | Zamarzanie metalu przed wypełnieniem ubytku | Większe bramy, grubsze minimalne ściany |
| Gorące rozdzieranie | Postrzępione pęknięcie, często na styku grubym i cienkim | Naprężenie podczas skurczu krzepnięcia | Obfite filety, jednolity projekt chłodzenia |
| Inkluzje | Twarde cząstki widoczne na obrobionej powierzchni | Warstwa tlenkowa lub cząstki ogniotrwałe w stopieniu | Filtracja, odgazowanie, czysta obsługa stopionego materiału |
Dobrze zarządzana odlewnia nie eliminuje każdego ryzyka wystąpienia wady poprzez samą inspekcję; projektuje ryzyko poprzez bramkowanie, wybór stopu i obsługę stopu, a następnie wykorzystuje inspekcję, aby potwierdzić, że proces przebiega prawidłowo, zamiast wychwytywać problemy po fakcie. Z tego powodu kontrola procesu, którą dostawca stosuje przed wylaniem materiału co najmniej w takim samym stopniu, jak sprzęt testowy na stanowisku kontrolnym.
Tolerancje wymiarowe i kontrola jakości odlewów aluminiowych
Standardowe tolerancje odlewu dla odlewów ciśnieniowych mieszczą się w zakresie od ±0,1 do ±0,3 mm dla pierwszych 25 mm wymiaru, z dodatkowym naddatkiem w przybliżeniu ±0,02 mm na dodatkowe 25 mm. Tolerancje odlewania w piasku są znacznie luźniejsze, zwykle ± 0,5 mm lub więcej, ponieważ sama forma jest zużywana i odbudowywana przy każdym wylaniu, co powoduje większe różnice między częściami. Tam, gdzie projekt wymaga mniejszych tolerancji, niż jest to możliwe w procesie odlewania, praktycznym rozwiązaniem jest odlanie nieco przewymiarowanego elementu krytycznego i wykończenie tego elementu obróbką CNC po odlaniu.
Weryfikacja jakości niestandardowych odlewów aluminiowych zazwyczaj łączy kilka metod kontroli, a nie polega na jednej:
- Kontrola wymiarowa za pomocą współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM) w oparciu o rysunek techniczny części.
- Skanowanie rentgenowskie lub tomograficzne w celu wykrycia wewnętrznej porowatości skurczowej lub pustek gazowych, które są niewidoczne z zewnątrz.
- Kontrola penetrantem barwnika pod kątem pęknięć powierzchniowych, szczególnie na częściach, które będą poddawane próbie ciśnieniowej.
- Analiza spektrometru składu stopu w celu potwierdzenia, że stop jest zgodny z określonym gatunkiem stopu, partia po partii.
- Testowanie ciśnienia lub szczelności części takich jak obudowy pomp lub kolektory, które muszą posiadać uszczelnienie cieczowe lub gazowe.
- Raporty z kontroli pierwszego artykułu, które dokumentują każdy wymiar na rysunku w porównaniu z faktycznie zmierzoną częścią przed zatwierdzeniem serii produkcyjnej.
W przypadku programów z produkcją cykliczną plan kontroli określający częstotliwość inspekcji, wielkość próbki oraz to, jakie wymiary są sprawdzane w każdej partii w porównaniu z okresowo, zapewnia stałą jakość bez sprawdzania każdej pojedynczej części z pełnymi szczegółami CMM, co byłoby zbyt powolne i kosztowne w utrzymaniu na dużą skalę.
Opcje wykańczania powierzchni i obróbki po odlewaniu
Powierzchnia z odlewanego aluminium rzadko jest ostateczną powierzchnią, jaką otrzymuje klient. Wybrany etap wykańczania wpływa na odporność na korozję, wygląd i sposób łączenia części z współpracującymi komponentami.
Wykończenie mechaniczne
Śrutowanie i bębnowanie wibracyjne usuwają resztki piasku lub pozostałości po matrycy i wyrównują teksturę powierzchni na całej części i są zazwyczaj pierwszym etapem wykańczania, niezależnie od tego, co nastąpi później. Gratowanie, ręczne, bębnowe lub CNC, usuwa linię wypływu pozostawioną wzdłuż linii podziału przed nałożeniem jakiejkolwiek powłoki.
Wykańczanie chemiczne i elektrochemiczne
Anodowanie tworzy kontrolowaną warstwę tlenku, która znacznie poprawia odporność na korozję i zużycie i może być barwiona na kolor; jest szeroko stosowany na częściach narażonych na działanie czynników atmosferycznych lub zużycie podczas obsługi. Chromianowa powłoka konwersyjna zapewnia cieńszą warstwę odporną na korozję, często stosowaną jako baza farby, a nie samodzielne wykończenie. Malowanie proszkowe zapewnia trwałe, odporne na odpryski kolorowe wykończenie i jest powszechne w przypadku obudów, które wymagają wyglądu skierowanego do konsumenta. Czasami wymagane jest niklowanie bezprądowe, gdy część wymaga twardej, jednolitej, nadającej się do lutowania powierzchni, szczególnie w przypadku obudów złączy i obudów elektroniki.
Obróbka CNC po odlewie
Powierzchnie montażowe, średnice otworów, otwory gwintowane i wszelkie elementy z tolerancją mniejszą niż może wytrzymać proces odlewania są obrabiane po odlaniu, a nie odlewane do ostatecznego rozmiaru. Projektowanie odlewu z użyciem półproduktu do obróbki, zwykle od 0,5 do 1,5 mm na stronę na krytycznych powierzchniach, sprawia, że obróbka wtórna jest lekka i przewidywalna. Mocowanie na tym etapie obróbki wtórnej jest zwykle budowane w oparciu o funkcję odniesienia odlewu, specjalnie dodaną do projektu w tym celu, co zapewnia spójność powtarzalnych ustawień w całej serii produkcyjnej.
Gdzie stosowane są niestandardowe odlewy aluminiowe
Odlew aluminiowy znajduje się pośrodku pomiędzy formowaniem tworzyw sztucznych a produkcją stali: jest lżejszy od stali przy porównywalnej wytrzymałości, bardziej odporny na ciepło i sztywny niż większość tworzyw sztucznych oraz bardziej opłacalny niż aluminium obrobione maszynowo w przypadku średnich i dużych wielkości produkcji. To połączenie pozwala na zastosowanie niestandardowych odlewów aluminiowych w wielu gałęziach przemysłu.
| Przemysł | Typowe części | Wymagania dotyczące prowadzenia pojazdu |
|---|---|---|
| Motoryzacja | Obudowy przekładni, wsporniki, korpusy pomp | Redukcja masy, odprowadzanie ciepła |
| Sprzęt przemysłowy | Pokrywy przekładni, obudowy silników, korpusy zaworów | Stabilność wymiarowa pod obciążeniem |
| Oświetlenie i elektronika | Radiatory LED, obudowy, puszki przyłączeniowe | Przewodność cieplna, ekranowanie EMI |
| Sprzęt morski | Armatura, obudowy pomp, osprzęt pokładowy | Odporność na korozję |
| HVAC i obsługa płynów | Wirniki pomp, kolektory, obudowy sprężarek | Integralność ciśnienia, wydajność cieplna |
Odlewanie vs kucie vs obróbka CNC vs tłoczenie
Odlewanie aluminium to jeden z kilku sposobów wykonania części metalowej i nie zawsze jest to właściwy sposób. Zrozumienie, gdzie pasuje to do alternatyw, zapobiega powszechnemu błędowi polegającemu na projektowaniu części w oparciu o niewłaściwy proces, zanim jeszcze zostanie poproszony o wycenę.
Odlewanie vs kucie
Kucie powoduje odkształcenie litego metalu pod wpływem siły ściskającej, a nie wylewanie go w postaci cieczy, co wyrównuje wewnętrzną strukturę ziaren z kształtem części i zapewnia wyższą wytrzymałość zmęczeniową i udarność dla danego stopu. Oprzyrządowanie i proces kucia kosztują więcej niż odlewanie o równoważnych objętościach, a kucie nie jest w stanie ekonomicznie wytworzyć wewnętrznych wnęk, cienkich ścianek lub złożonej geometrii zewnętrznej, z którymi odlewanie łatwo sobie radzi. Kucie zwykle sprawdza się w przypadku części o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa i obciążonych dużym obciążeniem, takich jak zwrotnice lub mocno obciążone wsporniki konstrukcyjne, natomiast odlewanie jest korzystne w przypadku części o złożonej geometrii, gdzie obciążenie jest umiarkowane.
Odlewanie vs obróbka CNC
Obróbka kęsów pozwala całkowicie uniknąć inwestycji w oprzyrządowanie i zapewnia najwęższe osiągalne tolerancje, ale usuwa materiał w postaci złomu i zajmuje więcej czasu na część w miarę wzrostu złożoności geometrii. Poniżej kilkuset jednostek lub w przypadku części o prostej geometrii obróbka skrawaniem jest często tańszą ścieżką. Powyżej tej objętości lub w przypadku części o znacznej złożoności wewnętrznej, odlewanie, a następnie obróbka wykończeniowa w kluczowych elementach zwykle wygrywa pod względem całkowitego kosztu.
Odlewanie vs stemplowanie
Tłoczenie blachy nadaje kształt płaskiemu półfabrykatowi aluminiowemu za pomocą matrycy i prasy. Jest to znacznie tańsza opcja w przypadku części, które są zasadniczo dwuwymiarowe o stałej grubości ścianek, takich jak wsporniki i pokrywy z uformowanymi kołnierzami. Nie jest w stanie wytworzyć trójwymiarowej geometrii wewnętrznej, zmiennej grubości ścianki ani zintegrowanych występów i żeber, jakie jest możliwe w przypadku odlewania, więc wybór między nimi jest zwykle jasny po zdefiniowaniu geometrii części, a nie po naprawdę ścisłym wyborze.
Od prototypu do produkcji: realistyczny harmonogram projektu
Nabywcy, którzy dopiero zaczynają przygodę z odlewaniem aluminium na zamówienie, są często zaskoczeni tym, jak duża część całkowitego harmonogramu programu przypada na oprzyrządowanie i weryfikację, a nie na samą operację odlewania. Reprezentatywna sekwencja nowej części odlewanej ciśnieniowo wygląda następująco:
- Projektowanie pod kątem oceny wykonalności (DFM) modelu 3D, zwykle od 3 do 5 dni roboczych, w celu identyfikacji problemów z grubością ścianki, pochyleniem i podcięciami przed rozpoczęciem oprzyrządowania.
- Symulacja przepływu formy i projekt wlewu, prowadzone równolegle z wyceną oprzyrządowania, zwykle od 1 do 2 tygodni.
- Produkcja oprzyrządowania, najdłuższy pojedynczy etap, zwykle od 3 do 6 tygodni w przypadku średnio złożonej formy odlewniczej.
- Próba próbki T1 i kontrola pierwszego artykułu, porównanie wstępnych próbek odlewu z rysunkiem, około 1 tydzień, łącznie z ewentualną drobną regulacją narzędzia.
- Dopasowanie narzędzia i potwierdzenie próbki T2, jeśli pierwsza próba ujawni problemy wymiarowe lub kosmetyczne, w razie potrzeby dodanie 1 do 2 tygodni.
- Zwiększenie produkcji i ciągłe dostawy partii, przy ustalonym czasie realizacji zamówienia, zwykle od 1 do 3 tygodni po zatwierdzeniu oprzyrządowania.
Programy odlewania piaskowego i odlewania metodą traconego materiału zazwyczaj przechodzą szybciej przez fazę oprzyrządowania, ponieważ wytwarzanie modeli lub narzędzi woskowych jest szybsze i tańsze niż obróbka matryc stalowych, ale obejmują tę samą podstawową sekwencję przeglądu projektu, walidacji próbki i rampy produkcyjnej.
Jak wyceniany jest niestandardowy odlew aluminiowy
Wycena castingowa składa się z kilku odrębnych składników kosztów, a zrozumienie każdego z nich pomaga kupującemu ocenić, czy wycena jest uzasadniona, zamiast po prostu porównywać wyniki finansowe pomiędzy dostawcami.
- Koszt oprzyrządowania , jednorazowa opłata amortyzowana w całym programie, zależna od rozmiaru części, liczby wgłębień i złożoności suwaków lub podnośników potrzebnych do usunięcia podcięć.
- Koszt surowca na podstawie masy części oraz systemu prowadnic i bramy, które twardnieją wzdłuż części, a następnie są przycinane i poddawane recyklingowi.
- Czas cyklu maszyny i robocizna, które skalują się wraz z rozmiarem części, grubością ścianki i czasem chłodzenia wymaganym, zanim część będzie mogła zostać bezpiecznie wyrzucona.
- Operacje wtórne, obejmujące przycinanie, gratowanie, obróbkę skrawaniem i wszelkie powłoki lub galwanizację określone na rysunku.
- Kontrola i pakowanie w skali zgodnej z planem kontroli uzgodnionym dla programu i wszelkim specjalnym obchodzeniem się z częścią wymaganą podczas wysyłki.
Wielkość zamówienia wpływa na cenę jednostkową głównie poprzez amortyzację oprzyrządowania: matryca kosztująca dwadzieścia tysięcy dolarów dodaje dwa dolary za część w przypadku dziesięciu tysięcy jednostek, ale tylko dwadzieścia centów za część w przypadku stu tysięcy jednostek, dlatego też wyceny odlewów zazwyczaj pokazują skokową zmianę ceny jednostkowej w wyższych przedziałach ilościowych, mimo że koszt produkcji na część prawie się nie zmienia.
Treści pochodzące z recyklingu i profil środowiskowy odlewów aluminiowych
Aluminium jest jednym z metali konstrukcyjnych, które najlepiej nadają się do recyklingu w zastosowaniach komercyjnych, a przetapianie aluminium pochodzącego z recyklingu zużywa niewielką część energii potrzebnej do wytworzenia nowego aluminium z rudy boksytu. W szczególności stopy odlewnicze dobrze nadają się do materiałów pochodzących z recyklingu, ponieważ wyższy skład krzemu toleruje drobne zmiany zanieczyszczeń występujące w przypadku surowca na bazie złomu lepiej niż niektóre stopy do obróbki plastycznej. W praktyce oznacza to, że systemy wlewowe i wlewowe odcięte podczas odlewania, wraz z częściami odrzuconymi, są rutynowo przetapiane i zawracane do strumienia produkcyjnego, a nie odrzucane, a wiele odlewni wykorzystuje stopione materiały ze znaczną zawartością materiału pochodzącego z recyklingu bez żadnej mierzalnej różnicy we właściwościach mechanicznych gotowej części.
Kwestie związane z pakowaniem, identyfikowalnością i wysyłką
Niestandardowe aluminum castings that will be exported internationally need packaging specified as part of the program, not treated as an afterthought once parts are ready to ship. Machined surfaces are typically protected with a rust-preventative coating or wrapping film even though aluminum does not rust the way steel does, because handling marks and oxidation staining on a cosmetic surface are still a quality concern for the end customer. Parts are commonly packed in individual trays or dividers to prevent surface-to-surface contact damage during transit, and batch traceability, tying each shipped lot back to its melt certificate and inspection record, is standard practice for any program supplying regulated industries such as automotive or marine equipment.
Współpraca z niestandardowym producentem odlewów aluminiowych
Powyższe decyzje techniczne opłacają się tylko wtedy, gdy partner produkcyjny może je konsekwentnie realizować, partia po partii. Ningbo Beilun Youyuan Machinery Manufacturing Co., Ltd współpracuje z klientami od wstępnego przeglądu części poprzez oprzyrządowanie, odlewanie, obróbkę skrawaniem i wykańczanie, obejmując etapy wyboru stopu, wyboru procesu i kontroli opisane w tym przewodniku pod jednym dachem, zamiast rozdzielać je pomiędzy odrębnych dostawców. Dla kupującego oceniającego dowolnego dostawcę odlewów aluminiowych kilka praktycznych punktów kontrolnych ma większe znaczenie niż ogólna lista możliwości:
- Poproś o certyfikat konkretnego stopu i raport spektrometru dla partii produkcyjnej, a nie tylko o ogólny arkusz danych materiału.
- Sprawdź, które metody kontroli są standardowe, a jakie opcjonalne dodatki, w szczególności skanowanie rentgenowskie lub tomografia komputerowa części wrażliwych na ciśnienie.
- Poproś o próbkę pierwszego artykułu i raport pełnowymiarowy przed zatwierdzeniem wielkości produkcji, nawet w przypadku programów powtarzalnych.
- Wyjaśnij możliwości obróbki i tolerancję we własnym zakresie w porównaniu z outsourcingiem, ponieważ zlecane na zewnątrz operacje dodatkowe wydłużają czas realizacji i kolejne przekazanie, w którym mogą pojawić się błędy.
- Zapytaj, czy przed wycięciem oprzyrządowania przeprowadza się symulację przepływu formy, ponieważ w tym pojedynczym kroku wychwytuje się nieproporcjonalną część możliwych do uniknięcia defektów, zanim staną się one fizycznym złomem.
Dostawca, który potrafi sprawdzić grubość ścianki, kompromisy w zakresie stopów i zakres tolerancji już na etapie wyceny, a nie po tym, jak pierwsza próbka ulegnie awarii, jest zazwyczaj tym dostawcą, z którym warto zbudować długoterminowy program odlewów aluminium.
Często zadawane pytania dotyczące niestandardowych odlewów aluminiowych
Ile kosztuje niestandardowe oprzyrządowanie do odlewania aluminium?
Wzory odlewania w piasku zwykle kosztują od kilkuset do kilku tysięcy dolarów. Oprzyrządowanie do odlewania grawitacyjnego i metodą traconego metalu zwykle mieści się w przedziale od dwóch do piętnastu tysięcy dolarów, w zależności od rozmiaru części. Matryce do odlewania ciśnieniowego są najdroższe i zwykle wahają się od ośmiu tysięcy dolarów za małą, prostą część do znacznie ponad stu tysięcy dolarów za duże, wielosuwakowe narzędzie o dużej wnęce.
Jaka jest minimalna ilość zamówienia niestandardowego odlewu aluminiowego?
Odlewanie piaskowe i odlewanie metodą traconą mogą być ekonomiczne w przypadku zamówień o wielkości od kilkudziesięciu do kilkuset części, ponieważ koszt oprzyrządowania jest stosunkowo niski. Odlewanie ciśnieniowe na ogół staje się opłacalne powyżej kilku tysięcy części po uwzględnieniu wyższych inwestycji w oprzyrządowanie, chociaż różni się to w zależności od rozmiaru i złożoności części.
Czy odlewy aluminiowe można spawać?
Stopy odlewnicze do obróbki plastycznej i stopy o niskiej zawartości krzemu, takie jak A356, spawają się dość dobrze przy odpowiednim podgrzewaniu wstępnym i wyborze wypełniacza. Stopy odlewnicze o wysokiej zawartości krzemu, takie jak A380 i ADC12, są trudne do czystego spawania, ponieważ uwięziony gaz z procesu odlewania ma tendencję do wrzenia i tworzenia wad spawalniczych; Zamiast tego w przypadku tych stopów zwykle preferowane jest mocowanie mechaniczne lub klejenie.
Ile czasu zajmuje wyprodukowanie niestandardowego odlewu aluminiowego?
Zaprojektowanie i zbudowanie nowego oprzyrządowania zajmuje zwykle od dwóch do sześciu tygodni, w zależności od złożoności części i procesu. Po zatwierdzeniu oprzyrządowania czas realizacji zamówienia standardowego trwa zwykle od jednego do trzech tygodni, chociaż zależy to od wielkości zamówienia, dostępności stopu oraz tego, czy wymagana jest obróbka wtórna lub obróbka wykańczająca.
Co powoduje porowatość odlewów aluminiowych i czy można temu zapobiec?
Porowatość ma dwa źródła: gaz uwięziony podczas szybkiego napełniania formy, najczęściej spotykany przy odlewaniu ciśnieniowym, oraz skurcz w miarę krzepnięcia i kurczenia się metalu, najczęściej spotykany w przypadku grubych przekrojów bez odpowiedniego zasilania. Odlewanie ciśnieniowe zmniejsza porowatość gazową, a odpowiednie rozmieszczenie nadlewów i jednolita grubość ścianek zmniejszają porowatość skurczową. Żadnej wady nie można całkowicie wyeliminować w każdym procesie, dlatego też części krytyczne pod względem ciśnienia są zwykle odlewane grawitacyjnie lub niskociśnieniowo, a nie wysokociśnieniowo.
Czy odlewanie aluminium jest bardziej opłacalne niż obróbka CNC z kęsów?
W przypadku prostej geometrii w małych seriach obróbka z kęsów jest często tańsza, ponieważ pozwala całkowicie uniknąć kosztów oprzyrządowania. Gdy geometria części jest na tyle złożona, że wymaga znacznego usunięcia materiału, lub gdy objętość wzrasta do setek lub tysięcy jednostek, odlewanie staje się tańsze w przeliczeniu na część, ponieważ koszt oprzyrządowania rozkłada się na cały cykl i mniej materiału marnuje się w postaci złomu.
Czy część z odlewanego ciśnieniowo aluminium można poddać obróbce cieplnej?
Standardowy odlew ciśnieniowy pod wysokim ciśnieniem zatrzymuje wystarczającą ilość wewnętrznej porowatości gazu, że obróbka cieplna przesycająca często powoduje powstawanie pęcherzy, ponieważ uwięziony gaz rozszerza się w temperaturze obróbki. Z tego powodu stopy odlewane ciśnieniowo, takie jak A380, są zwykle stosowane w postaci odlewu lub wyłącznie z odprężaniem w niskiej temperaturze. Tam, gdzie wymagana jest obróbka cieplna w celu uzyskania większej wytrzymałości, część jest zwykle wytwarzana poprzez odlewanie grawitacyjne, odlewanie pod niskim ciśnieniem lub odlewanie ciśnieniowe wspomagane próżniowo, przy czym wszystkie te metody zatrzymują znacznie mniej gazu wewnętrznego.
Jaka jest różnica między wykończeniem powierzchni po odlewie a wykończeniem powierzchni po obróbce maszynowej?
Powierzchnia odlewu odzwierciedla teksturę samej formy lub matrycy, zwykle w zakresie od 3 do 6 mikrometrów Ra w przypadku odlewania ciśnieniowego i znacznie bardziej szorstką w przypadku odlewania w piasku. W razie potrzeby obrobioną powierzchnię można wykończyć do grubości znacznie poniżej 1 mikrometra Ra, dlatego też powierzchnie uszczelniające, otwory łożysk i wszelkie powierzchnie wymagające precyzyjnego dopasowania są określane jako obrobione maszynowo, a nie pozostawione w stanie odlanym.
Skąd mam wiedzieć, jakiej grubości ścianki potrzebuje moja część?
Grubość ścianki jest ustalana na podstawie obciążenia, jakie musi wytrzymać część, wybranego procesu odlewania i właściwości mechanicznych stopu, a nie na podstawie jednej ustalonej zasady. Punktem wyjścia jest to, że większość odlewanych ciśnieniowo profili konstrukcyjnych mieści się w przedziale od 2 do 4 mm, podczas gdy profile konstrukcyjne odlewane w piasku zwykle mieszczą się w zakresie od 5 do 10 mm; Zespół inżynierów odlewni może udoskonalić tę wartość, gdy znane są warunki obciążenia i współczynnik bezpieczeństwa dla konkretnej części.
Jakie certyfikaty lub dokumentację powinien dostarczyć dostawca odlewów?
Dostawca powinien być w stanie przedstawić co najmniej certyfikat materiałowy potwierdzający skład stopu dla partii produkcyjnej oraz raport kontroli wymiarowej w oparciu o rysunek klienta. W przypadku programów motoryzacyjnych, morskich lub innych objętych przepisami dodatkowa dokumentacja, taka jak plany kontroli procesu, zapisy identyfikowalności partii i szczegółowe raporty z testów dotyczących wymagań dotyczących ciśnienia lub zmęczenia, są zwykle wymagane i uzgadniane na początku programu, a nie po wysłaniu części.
