Vad är formdragning?

Introduktion

I modern tillverkning finns en mycket effektiv och exakt metallformningsprocess som kan omvandla smält metall till komplexa, dimensionellt precisa delar på bara några sekunder – denna process är formgjutning . Från motorblock i fordon och datorhöljen till komponenter för hushållsapparater och precisionsinstrument, spelar tryckgjutning en avgörande roll inom många industrier.

Hur fungerar tryckgjutning? Vad gör den unik jämfört med andra gjutmetoder? Och vilka är dess fördelar och begränsningar? Den här artikeln ger en tydlig och professionell översikt av tryckgjutningsteknologi, vilket hjälper dig att förstå varför det blivit en grundsten inom modern metalltillverkning.

Vad är formdragning?

Formgjutning , även känd som trycksformstjutning , är en precisionsgjutningsprocess där smält eller halvsmält metall injiceras i en metallform (verktyg) vid hög hastighet och högt tryck , där det snabbt stelnar och bildar en färdig gjutning.

De mest karakteristiska egenskaperna hos tryckgjutning är hög Tryck och hög injektionshastighet . Injektionstrycket kan variera från flera megapascal (MPa) till hundratals MPa, medan metallfyllningshastigheten vanligtvis ligger mellan 0,5 till 120 m/s hela fyllningsprocessen tar oftast endast 0,01 till 0,03 sekunder .

Dessa extrema processförhållanden skiljer tydligt ut tryckgjutning från andra gjutmetoder och utgör grunden för dess överlägsna dimensionsprecision och ytkvalitet.

Nyckelkarakteristika för tryckgjutningsprocessen

Stora fördelar

Hög dimensionsprecision och utmärkt ytfinish

Tryckgjutna delar uppnår vanligtvis dimensionstoleranser på IT11 –IT13 , med låg ytjämnhet. Delar kräver ofta mycket liten eller ingen sekundär bearbetning och kan monteras direkt, vilket säkerställer utmärkt utbytbarhet.

Hög materialanvändning

Tack vare nära-nettoformad produktion når materialutnyttjandet vanligtvis 60–80%, medan råmaterialutnyttjandet kan överstiga 90%, vilket avsevärt minskar materialspill och bearbetningskostnader.

Möjlighet att tillverka komplexa och tunnväggiga strukturer

Tryckgjutning är idealisk för tillverkning av komponenter med komplexa geometrier, skarpa konturer och tunna väggar. Minsta väggtjocklek kan vara så låg som 0,3 mm för zinklegeringar och 0,5 mm för aluminiumlegeringar .

Infoga möjligheten till tryckgjutning

Metall- eller icke-metallinfästningar (såsom gänginfästningar) kan gjutas direkt in i delen, vilket förenklar produktkonstruktionen och minskar monteringsstegen.

Tät mikrostruktur och goda mekaniska egenskaper

Snabb stelnning under tryck ger fina kornstrukturer och hög densitet, vilket resulterar i förbättrad hållfasthet, hårdhet, nötfasthet och korrosionsmotstånd.

Extremt hög produktionseffektivitet

Tryckgjutningscykler är mycket korta och lämpar sig väl för automatisering, vilket gör processen idealisk för storserieproduktion. Till exempel kan en liten hothyvels tryckgjutningsmaskin utföra 3,000–7 000 skott per skift .

Huvudsakliga begränsningar

Risk för porositet

På grund av den extremt snabba fyllningshastigheten kanske luft i formspriddan inte fullt ut kan ventileras, vilket leder till intern porositet. Därför är konventionella tryckgjutna delar i allmänhet inte lämpliga för värmebehandling eller användning vid höga temperaturer.

Höga kostnader för verktyg och utrustning

Tryckgjutningsverktyg och maskiner kräver stora förkostnader, vilket gör processen mindre ekonomisk vid produktion i små serier.

Begränsningar av delstorlek

Maximal gjutstorlek begränsas av maskinens kraft att hålla samman verktyget och verktygets dimensioner, vilket begränsar möjligheten att tillverka mycket stora komponenter.

Begränsat urval av legeringar

På grund av gjutverktygets materialtålighet mot temperatur används tryckgjutning främst för icke-järnhaltiga legeringar , såsom aluminium, zink, magnesium och kopparlegeringar. Tryckgjutning av järnbaserade metaller befinner sig fortfarande till stor del i forsknings- och experimentstadiet.

Grundläggande processflöde för tryckgjutning

En typisk produktionsprocess för tryckgjutning inkluderar följande steg:

1. Förvärmning av gjutverktyg - Värma upp gjutverktyget till dess driftstemperatur

2. Die smörjning - Sprutar ut avmouldnings- och smörjmedel på formskålen

3. Formstängning - Klamrar samman den rörliga och fasta formdelen

4. Metallgjutning - Inför molten metall i skottkammaren

5. Injicering och stelnande - Injicerar metall i kaviteten med hög hastighet och under tryck, därefter stelnar den under tryck

6. Formspräckning och utkastning - Öppnar formen och kastar ut gjutplåten

7. Trimning och inspektion - Avlägsnandet av löpkanaler och överlopp, följt av kvalitetsinspektion

Typer av die-castmaskiner

Die-castmaskiner är kärnutrustningen i processen och delas vanligtvis in i två huvudkategorier:

1. Hågkammar-die-castmaskiner

Arbetsprincip

Sprutkammaren är integrerad med värmeflaskan och nedsänkt direkt i smält metall.

Egenskaper

• Hög automatiseringsnivå och enkel hantering
• Stabil metalltemperatur och låg oxidation
• Sprutkammare och stövel är benägna att eroderas

Typiska Tillämpningar

Används främst för legeringar med låg smältpunkt såsom legeringar av zink, tenn och bly.

2. Kallkammar-formgjutningsmaskiner

I kallkammar-maskiner är sprutkammaren separerad från smältugnen, och smält metall skops in i kammaren för varje sprutning.

Horisontella kallkammar-formgjutningsmaskiner

• Mest använda typen
• Kort metallflödesbana med låga tryckförluster
• Enkel automatisering
• Lämplig för olika icke-järnlegeringar, särskilt aluminiumlegeringar

Vertikala kallkammar-formgjutningsmaskiner

• Vertikal sprutkammare
• Minskad risk för att föroreningar kommer in i formhålan
• Idealisk för delar som kräver ett centralt ingjutningssystem

Fullt vertikala sprutgjutningsmaskiner

• Både kläm- och injektionssystem är vertikala
• Fyllning från botten och uppåt med jämn metallflöde
• Minimal luftinspärjning
• Särskilt lämplig för insert-sprutgjutning, till exempel motorrotorer

Utveckling och utveckling av sprutgjutningsteknologi

Sprutgjutning har sina rötter i början av 1800-talet inom tryckeriindustrin för tillverkning av blytyp. Under mer än ett sekel av utveckling har flera tydliga trender visat sig:

Större och mer automatiserad utrustning

Modern sprutgjutningsutrustning blir allt större, seriebaserad och datorstyrd, vilket möjliggör övervakning i realtid och automatiserad produktion.

Avancerade tryckgjutningsprocesser

För att åtgärda porositetsproblem har tekniker som vakuumformering , syreförstärkt tryckgjutning , och kompressionsgjutning utvecklats, vilket avsevärt förbättrar gjutdensiteten och möjliggör värmebehandling.

Uppkomsten av halvfast gjutning

Halvfast gjutning använder metallslam i ett halvfast tillstånd, vilket minskar gasinneslutning och krympning samtidigt som mekaniska egenskaper förbättras. Den anses allmänt vara en ny generationsteknologi för metallformning.

Utökad legeringsomfattning

Med framsteg inom formmaterial (såsom legeringar baserade på molybdän och volfram) har framsteg gjorts inom tryckgjutning av järnbaserade metaller, inklusive gjutjärn och stål.

Bredare tillämpningsområden

Tryckgjutning har utvecklats från enkla komponenter till högpresterande delar som används i bilindustrins strukturella komponenter och inom flyg- och rymdindustrin.

Tillämpningar av tryckgjutna delar

Tryckgjutning är en av de snabbast växande precisionsteknikerna inom metallformning och används brett över många industrier:

Huvudindustrier

Bil- och motorcykelindustrin står för ungefär 70–80%av all produktion av tryckgjutna delar. Andra viktiga sektorer inkluderar instrumentering, industriell utrustning, hushållsapparater, jordbruksmaskiner, telekommunikation och transport.

Typiska komponenter

Tryckgjutna delar varierar från små komponenter som väger endast några gram till stora aluminiumgjutgods som kan väga upp till 50 kg , inklusive motorblock, cylinderhuvuden, hus, fästen, hjul och dekorativa delar.

Materialfördelning

Bland icke-järnbasade legeringar för tryckgjutning:

• Aluminiumlegeringar : ~60–80 % (utmärkt helhetsprestanda)
• Zinklegeringar : näst störst andel
• Magnesiumlegeringar : snabbt växande på grund av kraven på lättvikt inom bil- och elektronikindustrin

Slutsats

Som en avancerad metallformningsteknologi som kombinerar högt tryck, hög hastighet och hög precision , har sprutgjutning blivit en oersättlig pelare inom modern tillverkning – särskilt inom bilindustrin. Fördelarna vad gäller effektivitet, noggrannhet och integrering av komplexa delar spelar en avgörande roll för lättviktsdesign, kostnadsminskning och förbättring av produktens prestanda.

Även om utmaningar såsom porositet och höga verktygskostnader kvarstår, så öppnar kontinuerliga framsteg inom vakuum-sprutgjutning, halvfast formning, formmaterial och maskinteknologi för nya möjligheter. Framåt sett, med ökade krav på högre prestanda, lättare vikt och större tillverkningseffektivitet, kommer sprutgjutning att spela en allt viktigare roll inom avancerade och högpresterande tillämpningar.