Jak dosáhnout dokonalého povrchového provedení pro součásti vyráběné tlakovým litím?

Normy pro povrchovou úpravu a výběr stupně povrchové úpravy pro součásti z lití do tlakové formy

Stupně povrchové úpravy NADCA: užitkový, funkční, komerční a spotřebitelský – přizpůsobení požadavků konkrétnímu použití

Výběr vhodného stupně povrchové úpravy pro součásti z lití do tlakové formy vyžaduje soulad jak s funkčními, tak s estetickými požadavky. Severoamerická asociace pro lití do tlakové formy (NADCA) rozděluje povrchové úpravy do pěti odlišných stupňů:

Upřednostňujte nejnižší možnou třídu – např. uvnitř montážních konzol použijte třídu Utility (1) – aby byly náklady omezeny a zároveň byly splněny požadavky na výkon. Každá vyšší třída klade přísnější požadavky na pórovitost a drsnost povrchu: součásti třídy Consumer (4) obvykle vyžadují Ra ≤ 0,8 μm, zatímco součásti třídy Utility mohou akceptovat až Ra 3,2 μm.

Klíčová role stavu povrchu po lití při určování realizovatelnosti požadované kvality povrchu

To, co se stane na té první lité povrchové vrstvě, opravdu určuje, jaký druh povrchové úpravy můžeme později dosáhnout. Úroveň pórů, proudové čáry vzniklé pohybem roztaveného kovu a oddělování jednotlivých kovových složek uvnitř formy všechny hrají svou roli. Pokud se plynné bubliny utvoří do pórů větších než 0,1 mm, je téměř nemožné dosáhnout standardu Commercial Grade 3 bez následného svařování. Teplotní výkyvy v litíkové formě přesahující 30 °C během lití zhoršují povrchové krátery přibližně o 70 %, čímž narušují jak anodizační procesy, tak i citlivé tenké vrstvové povlaky, na které výrobci spoléhají. Proto je řízení výrobního procesu v praxi tak důležité. Udržování stálých rychlostí chlazení po celou dobu lití a správný návrh přítokových kanálů (bran) pomáhá celkově zajistit lepší kvalitu povrchu. Některé továrny uvádějí, že zaměřením na tyto základní aspekty od samého začátku snížily počet dodatečných obráběcích operací přibližně o 40 %.

Metody předúpravy umožňující spolehlivé povrchové úpravy

Mechanické profilování: odstřikování kovovými částicemi vs. pískové ostřikování pro optimální vytvoření kotvícího vzoru

Získání správného mechanického profilování je klíčové pro vytvoření kotvících vzorů, které umožňují nátěrovým vrstvám pevně přilnout. Pískování kuličkami (shot blasting) funguje tak, že na povrch vrhá kulová media, například ocelové kuličky, čímž vytváří poměrně rovný povrch s drsností přibližně 1,5 až 3 mil. Tato metoda se proto výborně hodí pro provozy s vysokým výkonem, kde je důležité minimalizovat prach a kde součásti musí mít delší životnost. Naopak pískování ostrým materiálem (sand blasting) vystřeluje proti povrchu úhlové částice, čímž vytváří drsnější, zubatější profily hluboké přibližně 3 až 5 mil. Tyto profily poskytují nátěrovým vrstvám výrazně lepší přilnavost pro náročné aplikace, avšak zároveň vyvolávají více nečistot, které je nutné po dokončení operace odstranit. Podle odhadů z průmyslové praxe se přibližně sedm z deseti selhání nátěrových vrstev dává na vrub nesprávnému profilování povrchu již v počáteční fázi. Při výběru mezi jednotlivými metodami hrají často stejně důležitou roli jako dosažení dokonalého spojení mezi nátěrem a podkladem i další faktory, jako je složitost geometrie součásti, počet zpracovávaných kusů či splnění environmentálních předpisů.

Chemické předúpravy: Chromové a trojmocné chromové konverzní povlaky pro zlepšenou přilnavost

Předúpravní chemikálie dělají zázraky při zlepšování přilnavosti materiálů k povrchům z kovu a ochraně proti korozí. Chromové povlaky na bázi šestihodnotného chromu již dlouhou dobu spolehlivě fungují, avšak výrobci po celém světě je postupně nahrazují kvůli zdravotním rizikům spojeným s jejich toxicitou. V současné době se roztoky trojmocného chromu stávají preferovanou volbou pro ekologicky šetrné výrobní linky. Splňují všechny nezbytné předpisy REACH, odolávají zkoušce v solné mlze po dobu přes 500 hodin a zvyšují přilnavost nátěru přibližně o 40 % ve srovnání s neopracovaným kovem. Ačkoli oba typy povlaků procházejí podobnými kroky – čištěním, aktivací a následným nanášením samotného povlaku – práce s materiály obsahujícími trojmocný chrom usnadňuje dodržování bezpečnostních opatření i správu dokumentace. Při výběru mezi jednotlivými druhy povlaků hrají klíčovou roli faktory, jako je například druh použité slitiny (např. zinková slitina s hliníkem versus hořčík) či místo, kde bude hotový výrobek nakonec používán.

Hodnocení povrchových úprav z hlediska výkonu a estetiky

Problémy s anodizací u hliníkových slitin s vysokým obsahem křemíku (např. ADC12) a alternativní řešení

Hliníkové slitiny s vysokým obsahem křemíku, jako je například slitina ADC12 obsahující přibližně 10 až 12 % křemíku, se prostě při anodizaci nechovají dobře. Částice křemíku totiž zásadně narušují tvorbu oxidové vrstvy na povrchu. Jaké jsou důsledky? Nepravidelná tloušťka vrstvy, slabší ochrana proti korozi a ty otravné tmavé skvrny či takzvaný „špinavý povlak“ (anglicky "smut"), který se projevuje na povrchu. Pokud je hlavním cílem ochrana součásti a ne její estetický vzhled, potom trojmocné chromové konverzní povlaky obvykle lepší přilnou a zároveň poskytují vyšší odolnost proti korozi – a to navíc za nižší počáteční náklady. Některé dílny sice nejprve zkusí mechanické broušení, aby tyto problémy před anodizací odstranily, avšak tento postup obvykle zvyšuje výrobní náklady o 15 až 25 %. U součástí, u nichž není vzhled podstatný – zejména pokud obsah křemíku přesahuje 9 % – se obecně lépe osvědčují práškové nátěry nebo keramické povlaky než tradiční metody anodizace, a to jak z hlediska funkčního výkonu, tak z hlediska nákladů na jejich aplikaci.

Práškové nátěry vs. elektroforetické nátěry: kompromisy mezi odolností, pokrytím hran a náklady u součástí vyráběných tlakovým litím do forem (HPDC)

U součástí vyráběných tlakovým litím do forem (HPDC) mají práškové nátěry a elektroforetické nátěry doplňující funkce:

• Odolnost práškové nátěry poskytují tlustší vrstvy (60–120 μm) s výjimečnou odolností proti nárazu – což je ideální pro automobilové exteriéry. Elektroforetické nátěry poskytují tenčí a UV-stabilnější vrstvy (15–25 μm).
• Krytí hran elektroforetický proces elektroforézy zajišťuje rovnoměrné pokrytí – dokonce i na ostrých hranách a v dutinách – a v případě složitých geometrií překračuje výkon práškových nátěrů o 40 %.
• Náklady a udržitelnost elektroforetické nátěry snižují odpad materiálu o 30 % prostřednictvím recyklace kapaliny; práškové nátěry eliminují emise летuchých organických sloučenin (VOC), ale vyžadují vyšší množství energie pro vytvrzování.

Praktický rozhodovací rámec pro výběr povrchové úpravy

Matice materiál–geometrie–funkce: přizpůsobení povrchových úprav skutečným požadavkům

Výběr vhodného povrchového povlaku závisí především na třech navzájem propojených faktorech: materiálu, ze kterého je součást vyrobena, jejím tvaru a funkčním požadavku. Například hliníkové slitiny, jako je ADC12, často vyžadují před povrchovou úpravou speciální předúpravu, protože obsah křemíku způsobuje nestabilitu anodizace. Součásti s tenkými stěnami nebo mnoha podřezy se prostě nehodí pro určité mechanické povrchové úpravy. Pokud jde o funkční využití, je značný rozdíl mezi požadavkem odolnosti proti korozí mořské vody u lodních dílů a požadavkem na hladký, estetický vzhled u spotřební elektroniky. Tyto různé požadavky nás vedou k konkrétním možnostem, jako jsou například trojmocné chromové konverzní povlaky, práškové nátěry nebo elektroforetické povlaky – v závislosti na tom, co je technicky i ekonomicky nejvhodnější.

Vezměme si například složité díly s mnoha rohy a hranami – ty se skutečně velmi dobře zpracovávají elektroforetickým nátěrem, protože tento postup pronikne i do těch nejvíce nedostupných míst. Pokud však něco musí vydržet trvalému opotřebení, může být práškový nátěr za přidané energetické náklady stále výhodnější, i když je dražší. Správné rozhodnutí již ve fázi návrhu má obrovský vliv. Většina inženýrů dosáhne při prvním pokusu přibližně o 80 % lepších výsledků, pokud jsou specifikace správně splněny. Nikdo totiž nechce plýtvat časem a penězi na opravy po obrábění. Zhruba polovina veškerých oprav vzniká právě kvůli původně nesprávně zvolené povrchové úpravě, takže správné rozhodnutí již od samého začátku ušetří mnoho starostí v budoucnu.

Často kladené otázky

Jaký je nejvhodnější povrchový úprava pro vnitřní komponenty bez estetických požadavků?

Užitková třída (1) je nejlepší povrchová úprava pro vnitřní komponenty bez estetických požadavků, protože má neprocesované litinové povrchy.

Jak ovlivňuje složení slitiny výběr povrchové úpravy?

Složení slitiny ovlivňuje výběr povrchové úpravy tím, že určuje proveditelnost předúpravy, neboť některé slitiny vyžadují specifické předúpravy, aby byla zajištěna integrita povrchové úpravy.

Jaké jsou environmentální výhody elektroforetického nátěru (e-coating) ve srovnání s práškovým nátěrem?

Elektroforetický nátěr (e-coating) snižuje odpad materiálu o 30 % prostřednictvím recyklace kapalné fáze, zatímco práškový nátěr eliminuje emise летuchých organických sloučenin (VOC), avšak vyžaduje vyšší množství energie pro vytvrzování.

Proč nemusí být anodizace vhodná pro slitiny hliníku s vysokým obsahem křemíku?

Anodizace nemusí být vhodná pro slitiny hliníku s vysokým obsahem křemíku, protože částice křemíku narušují tvorbu oxidové vrstvy, což vede k nerovnoměrné tloušťce a snížené korozní odolnosti.