Co je gravitační lití? Klíčové poznatky pro výrobce

V moderní době výroby je odlévání kovů velmi důležité, pokud jde o výrobu komponentů se složitou geometrií vysoké kvality. Mezi nejefektivnější způsoby patří gravitační tlakové lití. Tento proces je kombinací přesnosti, efektivity a hospodárnosti, a proto je preferovaným řešením pro průmyslová odvětví, jako je automobilový, letecký a kosmický průmysl a průmyslová zařízení. Gravitační lití v podstatě zahrnuje využití gravitační síly k naplnění formy kovem bez nutnosti použití vysokotlakého zařízení, díky čemuž není proces složitě nastaven. Pokud jste studentem strojírenství, vedoucím výroby nebo se jen zajímáte o technologie odlévání, pak je pro osvojení si obecného pohledu na výrobu kovů zásadní seznámit se s gravitačním litím.

V tomto článku jsou popsány základní principy gravitačního lití hliníku, způsob jeho provádění, důležité faktory, jako je teplota a čas, typ použitých materiálů, jakož i jeho výhody a nevýhody a běžné aplikace.

Jak funguje gravitační lití hliníku?

Gravitační lití hliníku je proces trvalého lití do forem, který se běžně používá pro výrobu dílů z neželezných kovů. Při gravitačním lití hliníku se roztavený hliníkový kov nalévá do opakovaně použitelné kovové formy pouze vlivem gravitace. Odstranění vysokotlakého lití pod tlakem, při němž se k vytlačení kovu do formy používá tlak tisíců psi, znamená, že gravitační lití využívá pouze přirozené gravitační síly, která umožňuje roztavené kovové slitině proudit do dutin formy bez omezení.

Následuje typický postup této činnosti:

1. Po předehřátí na teplotu přibližně 150-300 °C, aby se zabránilo tepelnému šoku a podpořil se plynulý tok kovu, se kovová matrice (obvykle vyrobená z litiny nebo oceli) přitlačí ke kovové formě.
2. Matrice je pokryta mazivem z keramiky nebo grafitu, aby se na ni roztavený kov nelepil.
3. Roztavený kov (ve formě slitiny hliníku, hořčíku nebo mědi) zahřátý na teplotu přibližně 650-750 °C (v závislosti na druhu materiálu) se nalije do matrice.
4. Roztavený kov je do dutiny formy vháněn vtokem a působením gravitace zaplní celou formu.
5. V závislosti na velikosti a materiálu odlitek tuhne v rozmezí 20 až 90 sekund.
6. Následně se matrice otevře a ručně se vysune nebo vyndá z matrice.
7. Před dokončením výrobku se odřízne přebytečný materiál z podélníků a vtoků.

Vzhledem k tomu, že se při tomto procesu nevyužívá mechanický tlak, ale gravitace, je nastavení zařízení jednodušší a náklady na údržbu a nástroje jsou obvykle nižší.

Proces gravitačního tlakového lití krok za krokem

Technika gravitačního tlakového lití je oblíbená pro svou snadnou opakovatelnost a je schopna vyrábět vysoce kvalitní kov s přísnými tolerancemi. Na rozdíl od vysokotlakého tlakového lití působí pouze gravitační síla a vyplňuje dutinu formy, čímž je celý proces nákladově efektivnější a mechanicky méně náročný.

Níže je uveden návod krok za krokem, jak se gravitační lití hliníku provádí v běžném nastavení:

1. Příprava formy

Počáteční proces při lití hliníku Gravity casting spočívá v přípravě formy nebo jinak známé jako matrice. K výrobě těchto forem, které jsou určeny k opakovanému použití, se obvykle používá ocel nebo litina. Po nalití jakéhokoli kovu se forma řádně vyčistí, aby se odstranily veškeré zbytky po předchozích odlitcích.

Po vyčištění se forma předehřeje na teplotu mezi 150 °C a 300 300 °C. Předehřátí znamená, že roztavená hliníková slitina se při kontaktu příliš rychle neochladí, což vede k takovým vadám, jako jsou studené uzávěry nebo nedostatečné plnění. Na vnitřní povrch formy se nanese separační prostředek, obvykle povlak na bázi grafitu nebo keramiky. Ten plní dvě funkce: zajišťuje, aby se roztavená hliníková slitina nelepila na formu, a pomáhá dosáhnout hladšího povrchu konečného výrobku.

2. Tavení hliníkové slitiny

Po přípravě formy následuje tavení vybrané kovové slitiny. Množství kovových slitin se vloží do pece a roztaví se na teplotu lití, která závisí na slitině. Například teploty tání hliníkových slitin se obvykle pohybují v rozmezí 650-750 °C, zatímco slitiny na bázi mědi mohou vyžadovat teploty tání mezi 900 a 1100 °C.

Mimořádně důležité je zajistit přesnou kontrolu teploty tání. Nadměrný ohřev by mohl vyžadovat zvýšenou oxidaci nebo absorpci plynů, zatímco nedostatečný ohřev by mohl vést k neúplnému naplnění forem nebo špatným mechanickým vlastnostem.

3. Lití roztaveného kovu slitina

Po dosažení správné teploty taveniny se roztavený kov nalije do předehřáté formy. Při gravitačním lití se nepoužívá žádná mechanická síla nebo dokonce tlak. Gravitace způsobuje, že hliníkové slitiny přirozenou cestou vtékají do vstupu do dutiny formy skrze sadu vtoků a hradítek.

Tento krok vyžaduje pomalé a kontrolované lití, aby nedocházelo k turbulencím, které mohou zachycovat plyny a vést k pórovitosti odlitku. V některých pokročilých systémech existuje možnost velmi pomalého naklápění formy při lití - naklápění gravitačního odlévání, aby se vytvořil plynulý a rovnoměrný tok kovu.

4. Plnění dutiny formy

Jakmile roztavený kov pronikne do formy, vyplní všechny části dutiny pod tvarem formy. Konstrukce formy je v tomto okamžiku velmi důležitá. Správně navržené vtokové systémy rozdělí kov tak, aby nedocházelo k turbulencím, studeným místům nebo oblastem s možným smršťováním.

Protože se pro tok kovu používá pouze gravitace, je nutné, aby se kov naléval při správné rychlosti a teplotě. Nedostatečná kontrola toku může způsobit takové vady, jako jsou neúplné výplně nebo studené uzávěry - místa, kde se dvě čela kovu dotýkají, ale netaví se dohromady.

5. Tuhnutí a chlazení

Po vyplnění dutiny začne roztavená kovová slitina chladnout a tuhnout. Doba chlazení závisí na velikosti a složitosti odlitku a na druhu použitého kovu. Například malé hliníkové díly mohou ztuhnout již za 20-30 sekund, zatímco u velkých nebo silnějších dílů to může trvat 60-90 sekund a více.

Matrice je ve většině případů chlazena vodou, aby bylo možné regulovat rychlost chlazení. Řízené chlazení zlepšuje strukturu zrn a vnitřní pnutí a snižuje je, čímž se vytvářejí pevnější a spolehlivější odlitky.

6. Otevření lisu a vyjmutí dílu

Po ztuhnutí hliníkové slitiny se zápustka otevře. V závislosti na konstrukci lze odlitek vyjmout ručně nebo jej vyklopit tlakem, který zajišťují mechanické vyhazovací kolíky zabudované do formy. Vzhledem k tomu, že se při odlévání používá kovová zápustka, lze formu opakovaně používat po tisíce cyklů, a proto je tento proces nákladově efektivní pro středně velké až velké série.

Při odstraňování dílů je třeba dbát na to, aby nedošlo k poškození odlitku nebo formy. V této fázi odlitku ještě zůstal přebytečný materiál z vtoků a vrat, který je třeba v dalším kroku odstranit.

7. Ořezávání a dokončování

Extrahovaný odlitek bývá spojen s přídavným kovem, který je připevněn k vtokovému a vratovému systému. Tento materiál se mechanicky odstřihne pomocí pily, nůžek nebo brusných nástrojů. Další dokončovací operace mohou zahrnovat odstraňování otřepů, tryskání, obrábění nebo tepelné zpracování, případně specifikaci výrobku.

Účelem této fáze je zdokonalit vzhled odlitku, zvýšit rozměrovou přesnost a připravit jej na konečnou funkci nebo montáž.

8. Kontrola a řízení kvality

Posledním procesem metody gravitačního lití je kontrola. Spolehlivě se testují povrchové vady, rozměrové tolerance a vnitřní vady odlitků. Nejprve se provádí vizuální kontrola a podle toho, co je potřeba, následují další pokročilejší techniky, jako např:

• Pro zjištění vnitřní pórovitosti nebo smrštění je nařízeno rentgenové vyšetření.
• Povrchové trhliny pomocí penetrační zkoušky barvivem.
• Ultrazvukové zkoušky strukturální konzistence
• Tlakové zkoušky, zejména u součástí pro manipulaci s kapalinami.

Pouze ty odlitky, které prošly všemi kontrolami kvality, jsou uvolněny k použití nebo dodání zákazníkům. Vyřazené díly se obvykle roztaví a recyklují, čímž se snižuje plýtvání materiálem.

Typy gravitačního tlakového lití

Gravitační tlakové lití je všestranný proces, který se vyrábí v různých formách zaměřených na různé geometrie dílů, materiály a výrobu s různými potřebami. Přestože podstata myšlenky - plnění kovové formy pomocí gravitace - zůstává zachována, má proces gravitačního lití specifické typy, respektive metody, které různí výrobci používají pro uspokojení konkrétní aplikace.

1. Gravitační lití do stálé formy

Jedná se o nejtypičtější gravitační lití. Výroba velkých objemů se stejnou součástí se provádí pomocí opakovaně použitelné kovové formy (většinou z oceli nebo litiny). Forma se předehřeje a poté se na ni nanese rozpojovací prostředek a naplní se roztaveným kovem. Po ztuhnutí se díl z formy vyjme a recykluje se.

Aplikace: Součásti automobilů, armatury potrubí a skříně čerpadel.

Výhody: Vysoká rozměrová přesnost, dobrá povrchová úprava a dlouhá životnost formy

2. Naklápěcí gravitační tlakové lití

Při této metodě se forma během lití pomalu naklání. To umožňuje, aby roztavený kov pomalu a rovnoměrně vyplňoval dutinu formy, takže se zamezí turbulencím a možnosti zachycení plynu nebo studených uzávěrů.

Aplikace: Tenkostěnné součásti nebo díly náchylné k zachycení vzduchu

Výhody: Zvýšená vnitřní pevnost, zlepšený povrch a snížený výskyt vad.

3. Nízkotlaké gravitační tlakové lití (hybridní)

Technicky se jedná o samostatnou kategorii, i když někteří ji mohou považovat za variantu, kdy se na roztavený kov působí nízkým tlakem plynu (obvykle 0,7 - 1,5 baru) a jemně se vtlačuje do formy. Sčítá výhody jednoduchosti gravitačního lití i některé výhody regulace tlaku.

Aplikace: Kola vozidel a konstrukční součásti jsou rovněž z odlitků s vysokou integritou.

Výhody: Lepší kontrola toku kovu, lepší mechanické vlastnosti

4. Gravitační lití s asistencí pískového jádra

Tato metoda spočívá v použití pískových jader, která se vkládají do kovové formy, kde umožňují vytvořit vnitřní dutiny nebo výřezy, které by nikdy nebylo možné vytvořit pouze pomocí pevné kovové formy.

Aplikace: Složité součásti motoru, tělesa ventilů

Výhody: Umožňuje vyrábět pokročilé díly a zároveň využívat prodlouženou životnost trvalé formy. 

Tabulka: Typy gravitačního tlakového lití

Materiály používané při gravitačním tlakovém lití 

Gravitační tlakové lití je jedním z nejběžnějších procesů trvalého lití do forem; většinou se používá u slitin neželezných kovů. Materiály, které se tohoto procesu účastní, musí mít vysokou tekutost, střední teplotu tání a vynikající odlévatelnost, aby roztavený kov mohl fungovat bez vad tím, že dokáže vyplnit dutinu formy. Vzhledem k tomu, že při gravitačním lití se k vyplnění formy uplatňuje pouze gravitace bez vnějšího tlaku, je výběr materiálu ještě kritičtějším faktorem pro dosažení rozměrové přesnosti, kvality povrchu a pevnosti. Mezi hlavní materiály používané při gravitačním lití patří;

Slitiny hliníku

Hliník je nejčastěji používaným materiálem pro gravitační tlakové lití díky své nízké hmotnosti, výjimečné odolnosti proti korozi a snadnému odlévání. Mezi typické slitiny hliníku patří A356, AlSi12 a A319. Tyto slitiny poskytují dobrou kombinaci pevnosti, tažnosti a tepelné vodivosti, díky čemuž jsou vhodné pro automobilové díly, jako jsou bloky motorů, hlavy válců, skříně převodovek a další konstrukční díly.

Slitiny hliníku používané pro gravitační tlakové lití se obvykle taví při teplotách mezi 660 °C a 750 °C. Roztavený hliník plynule vtéká do kovové formy, rychle chladne a vytváří se hustá, jemnozrnná struktura. Ty mohou být také opatřeny tepelným zpracováním T5 nebo T6, které zlepší mechanické vlastnosti. Gravitační lití hliníku poskytuje vysokou rozměrovou přesnost, dobrou povrchovou úpravu a dlouhou životnost, pokud je forma dobře udržována.

Slitiny na bázi mědi

Gravitační lití je možné také u slitin mědi, zejména bronzu a mosazi. Tyto materiály se uplatňují tam, kde je zapotřebí vysoká odolnost proti opotřebení, vynikající pevnost a vynikající tepelná/elektrická vodivost. Bronzové odlitky se používají například v takových oblastech, jako jsou lodní šrouby, tělesa čerpadel a ložiska, zatímco mosazné odlitky se používají například v instalatérských armaturách a dekorativním kování.

Pokud jde o teplotu tání, slitiny na bázi mědi mají vyšší teplotu, a to v rozmezí 1000° až 1200° Celsia. Díky tomu materiál matrice snáší tepelné namáhání a očekává se, že proces lití bude dobře kontrolován, aby se zabránilo oxidaci a defektům smršťování. Gravitační lití za použití slitin mědi může při správné kontrole zajistit pevné díly s vynikajícími provozními vlastnostmi v extrémních podmínkách.

Slitiny hořčíku

Hořčíkové slitiny se používají při gravitačním tlakovém lití, kdy je klíčovým požadavkem konstrukce lehkých konstrukcí, včetně leteckého a automobilového průmyslu. Mezi běžné slitiny patří AZ91D, která kombinuje dobrou rovnováhu mezi pevností, slévatelností a odolností proti korozi. Její hlavní výhodou je nízká hustota přibližně 1,8 g/cm³, což znamená, že se jedná o nejlehčí konstrukční kov, který se používá.

Hořčíkové slitiny se zkapalňují při teplotě přibližně 600 °C - 650 °C. Vzhledem k vysoké reaktivitě by se měly odlévat v ochranném prostředí nebo s pomocí tavidel, aby se zabránilo oxidaci a hoření. Nicméně gravitační lití umožňuje výrobu hořčíkových součástí s dobrou mírou přesnosti a menším množstvím odpadu ve srovnání s jinými postupy tváření.

Slitiny zinku

Ačkoli je zinek vhodnější pro vysokotlaké tlakové lití, používá se také pro gravitační lití pro specifické aplikace, zejména pro malé, těsně přiléhající díly s přísnějšími tolerancemi. Zinkové slitiny, jako je Zamak 3 a Zamak 5, jsou oblíbené kvůli nízkému bodu tání (přibližně 385 °C), dobré tekutosti a replikaci jemných detailů ve formách.

Zinkové gravitační odlitky se používají v elektronických a spotřebních výrobcích a v mechanických dílech s nízkým zatížením. Hlavní výhodou použití zinku v gravitačním odlévání je schopnost vytvářet ostré hrany a jemné rysy bez velkého množství obráběcích procesů. Vzhledem k jeho nízké mechanické pevnosti ve srovnání s hliníkem nebo mědí se však může uplatnit pouze v nekonstrukčním použití.

Slitiny hliníku se zvýšeným obsahem křemíku

Slitiny hliníku bohaté na křemík, jako je AlSi12, jsou ideální pro gravitační tlakové lití, protože přidaný křemík zvyšuje tekutost, snižuje smršťování a zvyšuje odolnost proti opotřebení. Takové slitiny se hojně používají v dílech motorů, brzdových prvcích a hydraulických skříních, kde je důležitá rozměrová stabilita a pevnost.

Obsah křemíku, který se pohybuje v rozmezí 7-12%, dále zlepšuje schopnost slitiny vyplňovat složité tvary forem bez trhání za tepla nebo plynné pórovitosti. Tyto slitiny důsledně krystalizují, vytvářejí méně defektů a vyžadují jen malé množství následného zpracování.

Alternativy gravitačního tlakového lití

Gravitační tlakové lití je běžně používanou technikou při výrobě kovových dílů středních až velkých objemů s dobrými mechanickými vlastnostmi. Ne vždy je však tou nejlepší volbou. Zatímco při rozhodování o typu techniky lití je klíčová řada faktorů, jako je složitost dílu, požadovaná povrchová úprava, náklady a objem výroby. Výrobci se v takových případech mohou uchýlit k použití různých jiných alternativních postupů odlévání. Níže je uveden podrobný přehled klíčových alternativ gravitačního lití a jejich silných a slabých stránek a obvyklých aplikací.

Odlévání do písku

Nejtradičnější a nejpružnější metodou odlévání je odlévání do písku. Zahrnuje práci s dutinou formy přípravou pískové směsi, která je obvykle spojena hlínou nebo chemickými pojivy. Pro tvarování pískové formy se používá vzor, který je obvykle vyroben ze dřeva nebo kovu. Po vytvarování formy se do dutiny naplní roztavený kov.

Tento proces je vhodný zejména pro malé až střední objemy výroby, velké díly nebo díly se složitou vnitřní geometrickou strukturou, které by nebylo možné snadno dosáhnout v plném kovu. Odlévání do písku je relativně levnější, pokud jde o náklady na nástroje, a proto je vhodné pro výrobu prototypů nebo zakázkových zakázek.

V porovnání s gravitačním litím však lití do písku vede k hrubší povrchové úpravě a horší přesnosti rozměrů. Forma se po každém použití zničí, a tak se u velkých sérií zvyšuje doba výroby a plýtvání materiálem. Přesto je lití do písku flexibilní možností, pokud jsou náklady na nastavení nízkou prioritou.

Vysokotlaké tlakové lití

Při vysokotlakém tlakovém lití (HPDC) se používá vstřikování roztaveného kovu do ocelové formy pod vysokým tlakem, tj. mezi 600 a 1200 bary (1 tlak). Tato metoda umožňuje vytvářet složité tvary s velkou rozměrovou přesností a kvalitou povrchu při vysokých rychlostech.

HPDC je obzvláště užitečné při výrobě tenkostěnných dílů, které by nebylo možné odlévat pouze gravitační technologií pouze gravitační. Jedná se o běžnou praxi v automobilovém, elektronickém a spotřebním průmyslu. Díky krátkým dobám cyklů a vysoké úrovni automatizace je nákladově efektivní pro velmi velkosériovou výrobu.

Hlavními nevýhodami ve srovnání s gravitačním litím jsou neúměrně drahé nástroje a náchylnost k zachycování plynů, což může mít za následek pórovitost konečného odlitku. Kvůli vysokému tlaku je tento proces obvykle omezen na menší součásti a nemusí být použitelný pro větší nebo silnější díly.

Nízkotlaké tlakové lití

Nízkotlaké tlakové lití (LPDC) je modifikovaná verze gravitačního lití. Namísto pouhého nalití roztaveného kovu do formy se do komory pece přivádí přetlak (0,7 až 1,5 baru), který způsobuje, že roztavený kov stoupá do formy trubkou zvanou stoupací trubka.

Tato metoda umožňuje lepší kontrolu nad průtokem kovu a minimalizuje riziko vzniku pórovitosti plynu. Běžně se používá v aplikacích, které vyžadují díly s vysokou integritou, jako je tomu u automobilových kol a konstrukčních hliníkových dílů. LPDC také povede k lepším mechanickým vlastnostem a vyššímu počtu zmetků ve srovnání s gravitačním tlakovým litím.

Taková zvýšená kontrola má však svou cenu. Technologie je složitější a nákladnější a proces je delší. I za těchto podmínek se LPDC často volí v případě, že je zapotřebí lepší kvalita odlitku a vnitřní integrita.

Odstředivé lití

Při odstředivém lití se forma otáčí vysokou rychlostí a nalévá se do ní roztavený kov. Odstředivé síly tlačí kov tvrdě proti stěnám formy, což pomáhá snižovat pórovitost a vytvářet extrémně jemnozrnnou strukturu.

Tato technika je vhodná pro válcové nebo trubkové díly, tj. trubky, kroužky a pouzdra. Díky směrové krystalizaci a husté struktuře mají tvarované díly obvykle vysoké mechanické vlastnosti a nízké opotřebení.

Odstředivé lití je však značně omezeno geometrií dílů - lze jej použít pouze v případě symetrických tvarů a složité vnitřní prvky jsou obtížně realizovatelné. Také počáteční nastavení a vybavení je poměrně specializované, což se pro některé operace ukazuje jako překážka. V případě kulatých, vysoce výkonných dílů je však odstředivé lití ve srovnání s gravitačním litím dobrou volbou.

Investiční odlévání (odlévání ztraceným voskem)

Investiční lití, označované také jako lití do ztraceného vosku, je proces, při kterém se vytvoří voskový tvar dílu, který se má vyrobit, nanese se na něj keramika (povlak) a vosk se roztaví, čímž vznikne dutina. Do této dutiny se pak nalije horký kov, aby se vyrobil konečný díl.

Tento proces je velmi cenný díky své schopnosti vyrábět velmi složité a detailní díly s téměř síťovým tvarem. Je ideální pro relativně malé až středně velké součásti, které mají vysoké požadavky na rozměrovou přesnost a estetické vlastnosti kvalitní povrchové úpravy, jako jsou lopatky turbín, letecké součásti a šperky.

Ve srovnání s gravitačním litím má investiční lití pomalejší výrobní rychlost a vysoké náklady na díl, zejména při velkém objemu. Formy jsou také jednorázové a mají větší počet kroků. Pro složité díly, které nelze vyrobit gravitačním litím, je však obvykle nejlepší volbou investiční lití.

Kdy použít alternativy?

Volba nejlepší alternativy k gravitačnímu tlakovému lití závisí na potřebách dílu a výrobních podmínkách. Například lití do písku je ideální pro jednorázové nebo velké a těžké díly. Vysokotlaké tlakové lití je vhodné pro velkosériovou výrobu, kde je potřeba hrubých detailů. Nízkotlaké tlakové lití je ideální, pokud účely vyžadují zvýšenou vnitřní integritu. Odstředivé lití nelze překonat, pokud jde o kulaté díly, zatímco investiční lití je vhodnější pro složité a velmi přesné předměty.

U každé z těchto metod se setkáte s různými kompromisy, pokud jde o cenu, nástroje, rychlost a kvalitu dílů. Rozhodování přitom obvykle spočívá v rovnováze těchto faktorů s funkční a estetickou stránkou hotového výrobku.

Parametry procesu: Teplota, tlak a čas 

Úspěšnost gravitačního lití ovlivňuje několik technických parametrů:

1. Teplota lití

U hliníkových slitin je to obvykle 650 - 750 °C. Při přelévání horké slitiny může dojít k zachycení plynu a vzniku pórů. Příliš studený kov se nemusí dostat do formy celý.

2. Teplota formy

Formy se obvykle zahřívají na 150-300 °C. Předehřátá forma zajistí, že kov neztuhne příliš brzy a tok kovu bude plynulejší.

3. Doba chlazení

Kov se musí nechat ztuhnout, než se po vylití odstraní. Doba chlazení se liší v závislosti na slitině a geometrii dílu, ale obvykle se pohybuje mezi 20 a 90 sekundami.

4. Pouze gravitace (bez vnějšího tlaku)

Gravitační lití nevyužívá ve srovnání s tlakovým litím žádnou vnější sílu. Tato jednoduchost má za následek snížení nákladů a opotřebení zařízení.

5. Mazání a nátěry

Povrchy matric jsou mazány, aby se usnadnilo uvolňování a povrchová úprava. Mezi typické povlaky patří nitrid bóru a grafitová suspenze.

Tyto tři parametry je třeba velmi dobře kontrolovat, aby bylo možné optimalizovat vysoce kvalitní odlitky s minimálními nedostatky, jako je pórovitost, smršťování a studené odlitky.

Použití gravitačního tlakového lití 

Gravitační tlakové lití je jedním z oblíbených postupů odlévání kovů, který našel široké uplatnění v různých průmyslových odvětvích díky své schopnosti vyrábět přesné, trvanlivé a složité díly z neželezných kovů. Tento proces zajišťuje vysokou opakovatelnost, odpovídající mechanické vlastnosti a úzkou kontrolu rozměrů, díky čemuž je vhodný pro konstrukční i funkční aplikace. Níže jsou uvedena hlavní odvětví a některé příklady, kde se gravitační lití kriticky využívá.

1. Automobilový průmysl

Automobilový průmysl je jedním z největších odběratelů gravitačních tlakových odlitků. Tato technika je ideální pro výroba dílů které se musí vyznačovat pevností, tepelnou odolností a rozměrovou stálostí.

Mezi hlavní aplikace patří:

• Hlavy válců a bloky motorů
• Brzdové třmeny a hlavní válce
• Držáky zavěšení a řídicí ramena
• Skříně převodovek

Gravitační lití umožňuje vytvářet složité geometrie s hladkým vnitřním povrchem, což je velmi důležité pro účinný transport kapalin v motorech a brzdách. Součásti pracují při teplotách, které se pohybují v rozmezí 90 až 120 °C, ale pevnost materiálu je hlavním konstrukčním problémem.

2. Letectví a kosmonautika

Snížení hmotnosti a spolehlivost jsou v letectví a kosmonautice důležité. Gravitační tlakové lití se používá pro díly, u nichž je vyžadována nízká hmotnost a zároveň odolnost bez kompromisů, pokud jde o rozměrovou a únavovou odolnost.

Mezi typické letecké odlitky patří:

• Montážní držáky
• Součásti bydlení
• Systémy vzduchových kanálů
• Kryty motoru

Slitiny hliníku a hořčíku se běžně volí pro letecké díly kvůli jejich vysokému poměru pevnosti a hmotnosti. Odlitky musí odolávat atmosférickému zatížení, kolísání teplot od -55 °C do 125 °C za letu a mechanickým vibracím během letu.

3. Průmyslové stroje

Gravitační lití se používá v těžkých strojích a průmyslových zařízeních k výrobě dílů, které vyžadují pevnost a odolnost proti opotřebení při zvýšeném namáhání.

Mezi běžné součásti patří:

• Skříně převodovky
• Pouzdra čerpadel
• Tělesa kompresorů
• Rozdělovače

Tyto odlitky jsou obvykle ze slitiny hliníku nebo bronzu, přičemž některé konstrukce mají rozdílnou tloušťku stěn a složité vnitřní dutiny. Provozní tlaky se mohou v závislosti na systému pohybovat od 10 barů až do 150 barů.

4. Elektrická a elektronická skříň

Gravitační lití se používá při odlévání žáruvzdorných a korozivzdorných krytů pro choulostivé elektrické a elektronické součástky.

Typické aplikace:

• Kryty motorů
• Tělesa svítidel
• Rozbočovací krabice
• Chladicí žebra pro výkonová zařízení

Komponenty musí zajišťovat vynikající odvod tepla a rozměrovou stabilitu a zároveň zabraňovat vnikání okolních faktorů, včetně prachu a vlhkosti. Pro tyto účely se hojně používají slitiny hliníku a křemíku díky své tepelné vodivosti a odolnosti proti korozi.

5. Námořní doprava a stavba lodí

Námořní aplikace vyžadují materiály, které jsou odolné proti korozi slanou vodou a zároveň snášejí neustálé působení vlhkosti. Gravitační tlakové lití se používá k výrobě pevných dílů, které za těchto podmínek spolehlivě fungují.

Příklady zahrnují:

• Kryty vrtulí
• Tělesa ventilů
• Skříně vodních čerpadel
• Šroubení a spojky

Obvyklými materiály jsou zde bronz a slitiny hliníku a bronzu. Tyto odlitky jsou spíše tlakotěsné a pracují v podmínkách vysoké vlhkosti, působení solí a teplot od 5 °C do 50 °C.

6. Zemědělská technika

Gravitační tlakové odlitky, zdobené vnitřními chladicími kanály, jsou cenným aspektem zemědělských strojů díky své odolnosti vůči prvkům, jako jsou mechanické nárazy, opotřebení vlivem prostředí a působení hnojiv nebo půdy.

Gravitační odlévané komponenty zahrnují:

• Tělesa hydraulických ventilů
• Kryty převodovky
• Montážní držáky
• Skříňové jednotky PTO (systémy Power Take-Off)

Tyto přístroje obvykle pracují ve venkovním prostředí v širokém rozsahu teplot (-20 °C až 50 °C) a musí pracovat i v nečistotách, vibracích a korozivních podmínkách.

7. Spotřební zboží a hardware

Gravitační lití se používá také při výrobě dekorativních a funkčních dílů ve spotřebních výrobcích, které musí být pevné a zároveň dekorativní.

Mezi aplikace patří:

• Kliky a zámky dveří
• Osvětlovací základny
• Kuchyňské nádobí
• Pouzdra nástrojů

U mnoha těchto dílů se obvykle používají slitiny zinku nebo hliníku, protože mají výjimečnou povrchovou úpravu a jsou schopny udržet jemné detaily s malým množstvím obrábění při odlévání.

Všestrannost gravitačního tlakového lití

Univerzálnost gravitačního tlakového lití spočívá ve schopnosti vyrábět silné, přesné a složité kovové díly z různých průmyslových odvětví. Od automobilového a leteckého průmyslu až po námořní a spotřební výrobky představuje tento proces lití solidní řešení tam, kde je prioritou strukturální integrita, povrchová úprava, rozměrová přesnost atd.

Použití opakovaně použitelných ocelových forem, slitin neželezných kovů a gravitační tok kovu z něj činí efektivní a spolehlivé řešení pro potřeby moderní výroby.

Výhody gravitačního tlakového lití

Gravitační lití má několik hlavních výhod:

• Lepší mechanické vlastnosti: 

V důsledku méně rychlého tuhnutí mají zrna rovnoměrnější tvar, a proto je dosaženo vysoké pevnosti.

• Opakovaně použitelné formy: 

Kovové zápustky lze opakovaně používat po tisíce cyklů, čímž se snižují náklady na jeden díl.

• Vylepšená povrchová úprava: 

As opposed to sand casting, it is not only a smoother finish but also requires less machining.

• Good Dimensional Accuracy: 

Tolerances of the order of ±0.1 mm can be obtained.

• Eco-Friendly: 

The process of gravity die casting is also sustainable due to the fact that the employed molds can be reused and there is comparatively less waste encountered.

Due to these benefits, many manufacturers prefer gravity casting over other such as sand casting, when volume and quality are both required.

Omezení gravitačního lití

The gravity die casting process, like all other processes, has a few drawbacks, although it is beneficial on its own:

• High Tooling Costs: 

Compared to pressure die casting, the price for metal dies is comparatively higher than sand molds.

• Limited to Simple Shapes:

These delicate details and undercuts should be hard without a complex core.

• Longer Cycle Times: 

It has a slower cycle time when compared to high-pressure casting because of natural flow and cooling.

• Requires Skilled Operation: 

Temperature and timing handles are crucial in avoiding defects.

This limitation should be taken into consideration when deciding to use gravity casting for a particular part.

Závěr

Gravity die casting is a practical, effective and accurate way of manufacturing metal work pieces particularly in non-ferrous alloys such as aluminum and copper. With the use of gravity instead of external pressure, the process features high quality of surface and dimensional accuracy besides yielding a structurally sound object, and this is why this method is popular in many industries.

If you are manufacturing automotive parts, aerospace components, or industrial housings, gravity casting gives you a cost-effective, consistent result. Through close control on parameters like pouring temperature, mold temperature, and length of setting, producers will be able to produce castings that are highly specified in terms of performance and reliability.

Given the increased need for light, strong, and environmentally friendly metal parts, the gravity die casting is a vital technology in the contemporary manufacturing paradigm.