Як досягти ідеального якості поверхні для компонентів, виготовлених методом лиття під тиском?

Стандарти обробки поверхні та вибір класу для деталей, виготовлених литтям під тиском

Класи обробки поверхні NADCA: технічний, функціональний, комерційний та побутовий — відповідність очікувань до призначення

Вибір відповідного класу обробки поверхні для компонентів, виготовлених литтям під тиском, вимагає узгодження з функціональними й естетичними вимогами. Північноамериканська асоціація виробників відливок під тиском (NADCA) класифікує обробку поверхні на п’ять окремих класів:

Надавайте перевагу найнижчому можливому класу — наприклад, класу «Утилітарний» (1) для внутрішніх кріпильних елементів — задля контролю витрат із одночасним забезпеченням відповідності експлуатаційним вимогам. Кожен наступний рівень передбачає жорсткіші допуски щодо пористості та шорсткості: компоненти споживчого класу (4) зазвичай вимагають Ra ≤ 0,8 мкм, тоді як утилітарні деталі можуть мати допустиме значення Ra до 3,2 мкм.

Ключова роль стану відливки «як є» у визначенні технічної можливості досягнення потрібного якості поверхні

Те, що відбувається на першій литій поверхні, справжньо визначає, якого типу остаточне покриття ми зможемо отримати згодом. Рівень пористості, лінії течії, що утворюються внаслідок руху розплавленого металу, а також розшарування металів у формі — усе це має своє значення. Коли газові бульбашки утворюють пори розміром понад 0,1 мм, досягти стандартів комерційного класу 3 практично неможливо без подальшого зварювання. Коливання температури у литникової форми понад 30 °C під час лиття погіршують утворення поверхневих кратерів приблизно на 70 %, що негативно впливає як на процеси анодування, так і на тонкі плівкові покриття, від яких залежать виробники. Саме тому чітке контролювання технологічного процесу має таке велике значення у виробничих умовах. Підтримка сталого темпу охолодження протягом усього процесу та правильне проектування литників сприяють загалом покращенню якості поверхні. Деякі заводи повідомляють про скорочення додаткових операцій механічної обробки приблизно на 40 %, якщо з самого початку зосередитися на цих базових аспектах.

Методи попередньої обробки, що забезпечують надійну якість поверхневих покриттів

Механічне профілювання: дробоструминна обробка порівняно з піскоструминною для оптимального формування анкерного рельєфу

Отримання правильного механічного профілювання — це те, що створює анкерні рисунки, необхідні для надійного зчеплення покриттів. Дробоструминна обробка працює шляхом викидання сферичного абразивного матеріалу, наприклад сталевих кульок, що забезпечує досить рівну поверхню з шорсткістю приблизно 1,5–3 мил. Це робить її ідеальною для високопродуктивних операцій, де важливо мінімізувати пилове навантаження та забезпечити тривалий термін служби деталей. З іншого боку, піскоструминна обробка направляє на поверхню абразивний матеріал з гострими кутами, утворюючи грубіші, зубчасті профілі глибиною близько 3–5 мил. Такі профілі забезпечують покриттям значно краще зчеплення у складних умовах експлуатації, хоча й створюють більше забруднення, яке потрібно буде очистити після обробки. Згідно з галузевими даними, приблизно сім із десяти випадків відмови покриттів виникають через неправильне профілювання поверхонь на початковому етапі. При виборі між цими методами такі чинники, як складність геометрії деталі, кількість оброблюваних виробів та вимоги екологічного регулювання, часто мають таке саме значення, як і досягнення ідеального зчеплення між покриттям та основою.

Хімічні попередні обробки: хроматні та тривалентні хромові перетворювальні покриття для покращення адгезії

Хімічні речовини для попередньої обробки чудово покращують адгезію (зчеплення) матеріалів з металевими поверхнями та захищають від корозії. Хроматні покриття на основі шестивалентного хрому тривалий час вважалися надійними, однак у світі виробників спостерігається тенденція до їх поступового відмовлення через проблеми з охороною здоров’я, пов’язані з токсичністю. У наш час розчини на основі тривалентного хрому стають усе більш популярним вибором для екологічно орієнтованих виробничих ліній. Вони відповідають усім необхідним вимогам регламенту REACH, витримують випробування на стійкість до солевого туману понад 500 годин і підвищують адгезію фарби приблизно на 40 % порівняно з необробленим металом. Хоча обидва типи покриттів вимагають схожих етапів обробки — очищення, активація, а потім нанесення самого покриття — робота з тривалентними хромовими матеріалами значно спрощує дотримання вимог щодо техніки безпеки та скорочує обсяг документації. При виборі між різними видами обробки ключову роль у прийнятті рішення відіграють такі фактори, як тип сплаву (наприклад, цинк-алюміній порівняно з магнієм) та місце майбутнього застосування готового виробу.

Оцінка поверхневих покриттів щодо експлуатаційних характеристик та естетики

Проблеми анодування висококремнієвих алюмінієвих сплавів (наприклад, ADC12) та альтернативні методи

Алюмінієві сплави з високим вмістом кремнію, такі як ADC12, що містить приблизно 10–12 % кремнію, погано поєднуються з процесами анодування. Частинки кремнію фактично порушують утворення оксидного шару по поверхні. Що відбувається? Нерівномірна товщина шару, слабша захистна дія проти корозії та неприємні темні плями або так зване «смут» (забруднення), які проступають крізь покриття. Коли головним завданням є саме захист деталі, а не її естетичний вигляд, тривалентні хромові конверсійні покриття, як правило, краще адгезують до поверхні й забезпечують вищу стійкість до корозії, крім того, їх первинна вартість нижча. Звичайно, деякі виробничі дільниці спочатку намагаються усунути ці проблеми за допомогою механічної полірування перед анодуванням, але такий підхід, як правило, збільшує виробничі витрати на 15–25 %. Для деталей, де естетичний вигляд не має великого значення — особливо при вмісті кремнію понад 9 % — порошкове фарбування або керамічні обробки, як правило, працюють краще за традиційні методи анодування як з точки зору ефективності, так і з точки зору вартості нанесення.

Порошкове фарбування порівняно з електрофарбуванням: компроміси щодо міцності, покриття кромок та вартості для компонентів, виготовлених методом лиття під тиском

Для компонентів, виготовлених методом лиття під високим тиском (HPDC), порошкове фарбування та електрофарбування виконують взаємодоповнюючі функції:

• Довговічність : Порошкове фарбування забезпечує більш товсті плівки (60–120 мкм) і вищу стійкість до ударних навантажень — що робить його особливо придатним для зовнішніх автомобільних поверхонь. Електрофарбування дає тонші, але більш стійкі до ультрафіолетового випромінювання плівки (15–25 мкм).
• Покриття країв : Завдяки електродепозиції електрофарбування забезпечує рівномірне покриття — навіть на гострих кромках та в заглиблених областях — перевершуючи порошкове фарбування на 40 % при обробці складних геометричних форм.
• Вартість та стійкість : Електрофарбування зменшує відходи матеріалу на 30 % за рахунок рециркуляції рідкої фарби; порошкове фарбування не виділяє ЛОС (летючих органічних сполук), але потребує більшої енергії для термообробки.

Практична методологія прийняття рішення щодо вибору способу поверхневого оздоблення

Матриця «Матеріал–геометрія–функція»: узгодження поверхневих покриттів із вимогами реального світу

Вибір правильного поверхневого покриття зводиться до аналізу трьох основних взаємопов’язаних факторів: матеріалу, з якого виготовлено деталь, її геометричної форми та функціонального призначення. Наприклад, алюмінієві сплави, такі як ADC12, часто потребують спеціальної підготовки перед нанесенням остаточного покриття, оскільки високий вміст кремнію робить анодування нестабільним. Деталі з тонкими стінками або великою кількістю піднутрень погано сумісні з певними механічними способами обробки поверхні. Щодо функціонального призначення, існує суттєва різниця між вимогами до деталей для судноплавства (наприклад, стійкість до корозії в солоній воді) та вимогами до електроніки побутового призначення (наприклад, досягнення елегантного зовнішнього вигляду). Ці різні вимоги вказують на конкретні варіанти покриттів — наприклад, тривалентні хромові перетворювальні покриття, порошкові покриття або електроосаджувальні покриття — залежно від того, який варіант найкраще задовольняє як технічні, так і економічні вимоги.

Візьмемо, наприклад, складні деталі з великою кількістю кутів і ребер — вони дуже добре підходять для електроосадження, оскільки процес забезпечує покриття навіть у важкодоступних місцях. Але коли потрібно, щоб покриття витримувало постійне зношування, порошкове фарбування може виявитися виправданим навіть за рахунок додаткових енерговитрат і вищої вартості. Правильний вибір на етапі проектування має вирішальне значення. Більшість інженерів отримують приблизно на 80 % кращі результати вже при першій спробі, якщо технічні вимоги задоволені належним чином. І ніхто не хоче марнувати час і кошти на усунення дефектів після механічної обробки. Приблизно половина всіх переділок виникає через неправильний вибір типу поверхневої обробки на початковому етапі, тому правильне рішення з першого дня дозволяє уникнути проблем у майбутньому.

ЧаП

Яке найкраще оздоблення поверхні для внутрішніх компонентів, для яких не потрібні косметичні вимоги?

Стандарт якості поверхні «Utility Grade (1)» є найкращим для внутрішніх компонентів, які не мають естетичних вимог, оскільки передбачає необроблену литу поверхню.

Як склад сплаву впливає на вибір способу обробки поверхні?

Склад сплаву впливає на вибір способу обробки поверхні, визначаючи можливість попередньої обробки, оскільки деякі склади вимагають спеціальних обробок для забезпечення цілісності покриття.

Які екологічні переваги електроосаджувального фарбування (e-coating) порівняно з порошковим фарбуванням?

Електроосаджувальне фарбування зменшує відходи матеріалів на 30 % за рахунок рециркуляції рідкої фази, тоді як порошкове фарбування повністю усуває викиди ЛОС (летких органічних сполук), але потребує більшої кількості енергії для процесу затвердіння.

Чому анодування може бути непридатним для алюмінієвих сплавів з високим вмістом кремнію?

Анодування може бути непридатним для алюмінієвих сплавів з високим вмістом кремнію, оскільки частинки кремнію порушують формування оксидного шару, що призводить до нерівномірної товщини та зниження корозійної стійкості.