Τι είναι η χύτευση με εκμαγείο Η χύτευση με εκμαγείο είναι μια κατασκευαστική διαδικασία για την παραγωγή μεταλλικών εξαρτημάτων με ακριβείς διαστάσεις, έντονα καθορισμένα, με λεία ή με υφή. Επιτυγχάνεται με την πίεση λιωμένου μετάλλου υπό υψηλή πίεση σε επαναχρησιμοποιούμενες μεταλλικές μήτρες. Η διαδικασία περιγράφεται συχνά ως η συντομότερη απόσταση μεταξύ πρώτης ύλης και τελικού προϊόντος. Ο όρος “χύτευση με μήτρα” χρησιμοποιείται επίσης για να περιγράψει το τελικό εξάρτημα. Ο όρος “χύτευση με βαρύτητα” αναφέρεται σε χύτευση που γίνεται σε μεταλλικά καλούπια υπό κεφαλή βαρύτητας. Είναι γνωστή ως χύτευση σε μόνιμο καλούπι στις ΗΠΑ και τον Καναδά. Αυτό που εδώ αποκαλούμε “χύτευση με μήτρα” είναι γνωστό ως “χύτευση με μήτρα υψηλής πίεσης” στην Ευρώπη. Πώς παράγονται τα χυτά με μήτρα Πρώτον, ένα χαλύβδινο καλούπι ικανό να παράγει δεκάδες χιλιάδες χυτά σε ταχεία διαδοχή πρέπει να κατασκευαστεί σε τουλάχιστον δύο τμήματα για να επιτρέπει την αφαίρεση των χυτών. Τα τμήματα αυτά τοποθετούνται με ασφάλεια σε μια μηχανή και είναι διατεταγμένα έτσι ώστε το ένα να είναι σταθερό (σταθερό μισό μήτρας) ενώ το άλλο να είναι κινητό (μισό μήτρας εγχύσεως). Για να αρχίσει ο κύκλος χύτευσης, τα δύο μισά μήτρες συσφίγγονται σφιχτά μεταξύ τους από τη μηχανή χύτευσης. Το λιωμένο μέταλλο εγχέεται στην κοιλότητα της μήτρας όπου στερεοποιείται γρήγορα. Τα μισά της μήτρας απομακρύνονται και το χυτό εκτοξεύεται. Οι μήτρες χύτευσης μπορούν να είναι απλές ή σύνθετες, με κινητές ολισθήσεις, πυρήνες ή άλλα τμήματα ανάλογα με την πολυπλοκότητα της χύτευσης. Ο πλήρης κύκλος της διαδικασίας χύτευσης υπό πίεση είναι μακράν ο ταχύτερος γνωστός για την παραγωγή ακριβών μη σιδηρούχων μεταλλικών εξαρτημάτων. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με τη χύτευση με άμμο, η οποία απαιτεί ένα νέο καλούπι άμμου για κάθε χύτευση. Ενώ η διαδικασία μόνιμου καλουπιού χρησιμοποιεί καλούπια από σίδηρο ή χάλυβα αντί για άμμο, είναι σημαντικά πιο αργή και όχι τόσο ακριβής όσο η χύτευση με μήτρα. Τύποι μηχανών για τη χύτευση με εκμαγείο Ανεξάρτητα από τον τύπο της μηχανής που χρησιμοποιείται, είναι σημαντικό τα μισά εκμαγεία, οι πυρήνες και/ή άλλα κινητά τμήματα να ασφαλίζονται με ασφάλεια στη θέση τους κατά τη διάρκεια του κύκλου χύτευσης. Γενικά, η δύναμη σύσφιξης της μηχανής διέπεται από α) την προβαλλόμενη επιφάνεια του χυτού (μετρούμενη στη γραμμή διαχωρισμού της μήτρας) και β) την πίεση που χρησιμοποιείται για την έγχυση του μετάλλου στη μήτρα. Οι περισσότερες μηχανές χρησιμοποιούν μηχανισμούς τύπου γάντζου που ενεργοποιούνται από υδραυλικούς κυλίνδρους (μερικές φορές από πίεση αέρα) για να επιτύχουν τη σύσφιξη. Άλλες χρησιμοποιούν υδραυλική πίεση άμεσης δράσης. Χρησιμοποιούνται συστήματα ασφάλισης ασφαλείας για την αποτροπή του ανοίγματος της μήτρας κατά τη διάρκεια των κύκλων χύτευσης. Οι μηχανές χύτευσης, μεγάλες ή μικρές, έχουν θεμελιώδη χαρακτηριστικά μόνο ως προς τη μέθοδο που χρησιμοποιείται για την έγχυση του λιωμένου μετάλλου στη μήτρα. Αυτές ταξινομούνται και περιγράφονται είτε ως μηχανές χύτευσης με θερμό είτε ως μηχανές χύτευσης με ψυχρό θάλαμο. Μηχανές χύτευσης σε ζεστό θάλαμο Οι μηχανές χύτευσης σε ζεστό θάλαμο (Σχ. 1) χρησιμοποιούνται κυρίως για ψευδάργυρο και κράματα χαμηλού σημείου τήξης που δεν προσβάλλουν και διαβρώνουν εύκολα τα μεταλλικά δοχεία, τους κυλίνδρους και τα έμβολα. Η προηγμένη τεχνολογία και η ανάπτυξη νέων υλικών υψηλότερης θερμοκρασίας έχουν επεκτείνει τη χρήση αυτού του εξοπλισμού για τη χύτευση κραμάτων μαγνησίου. Εικόνα 1: Μηχανή θερμού θαλάμου. Το διάγραμμα απεικονίζει τον μηχανισμό εμβόλου που είναι βυθισμένος σε λιωμένο μέταλλο. Οι σύγχρονες μηχανές λειτουργούν υδραυλικά και είναι εξοπλισμένες με αυτόματους ελέγχους κυκλικής λειτουργίας και διατάξεις ασφαλείας. Στη μηχανή θερμού θαλάμου, ο μηχανισμός έγχυσης βυθίζεται σε λιωμένο μέταλλο σε κλίβανο που είναι προσαρτημένος στη μηχανή. Καθώς το έμβολο ανυψώνεται, ανοίγει μια θύρα που επιτρέπει στο λιωμένο μέταλλο να γεμίσει τον κύλινδρο. Καθώς το έμβολο κινείται προς τα κάτω σφραγίζοντας τη θύρα, ωθεί το λιωμένο μέταλλο μέσω του χάνδακα και του ακροφυσίου στη μήτρα. Αφού το μέταλλο στερεοποιηθεί, το έμβολο αποσύρεται, η μήτρα ανοίγει και το παραγόμενο χυτό εκτοξεύεται. Οι μηχανές θερμού θαλάμου λειτουργούν γρήγορα. Οι χρόνοι κύκλου κυμαίνονται από λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο για μικρά εξαρτήματα που ζυγίζουν λιγότερο από μία ουγγιά έως τριάντα δευτερόλεπτα για ένα χυτό βάρους πολλών κιλών. Οι μήτρες γεμίζουν γρήγορα (συνήθως μεταξύ πέντε και σαράντα χιλιοστών του δευτερολέπτου) και το μέταλλο εγχέεται σε υψηλές πιέσεις (1.500 έως πάνω από 4.500 psi). Παρ“ όλα αυτά, η σύγχρονη τεχνολογία παρέχει στενό έλεγχο αυτών των τιμών, παράγοντας έτσι χυτά με λεπτές λεπτομέρειες, στενές ανοχές και υψηλή αντοχή. Μηχανές χύτευσης ψυχρού θαλάμου Οι μηχανές ψυχρού θαλάμου (Σχ. 2) διαφέρουν από τις μηχανές θερμού θαλάμου κυρίως σε ένα σημείο: το έμβολο έγχυσης και ο κύλινδρος δεν είναι βυθισμένα στο λιωμένο μέταλλο. Το λιωμένο μέταλλο χύνεται σε έναν ”ψυχρό θάλαμο“ μέσω μιας θύρας ή μιας σχισμής έκχυσης με χειροκίνητη ή αυτόματη κουτάλα. Ένα υδραυλικά λειτουργικό έμβολο, που προωθείται προς τα εμπρός, σφραγίζει τη θύρα και ωθεί το μέταλλο μέσα στην κλειδωμένη μήτρα σε υψηλές πιέσεις. Οι πιέσεις έγχυσης κυμαίνονται από 3.000 έως πάνω από 10.000 psi για κράματα αλουμινίου και μαγνησίου και από 6.000 έως πάνω από 15.000 psi για κράματα βάσης χαλκού. Σχήμα 2: Μηχανή ψυχρού θαλάμου. Το διάγραμμα απεικονίζει τη μήτρα, τον ψυχρό θάλαμο και τον οριζόντιο έμβολο (σε θέση φόρτισης). Η χύτευση υπό πίεση παρέχει πολύπλοκα σχήματα με στενότερες ανοχές από πολλές άλλες διαδικασίες μαζικής παραγωγής. Σε μια μηχανή ψυχρού θαλάμου, στο θάλαμο χύνεται περισσότερο λιωμένο μέταλλο που απαιτείται για να γεμίσει η κοιλότητα της μήτρας. Αυτό βοηθά στη διατήρηση επαρκούς πίεσης για να γεμίσει η κοιλότητα σταθερά με κράμα χύτευσης. Το πλεονάζον μέταλλο εκτοξεύεται μαζί με το χυτό και αποτελεί μέρος της πλήρους βολής. Η λειτουργία μιας μηχανής ”ψυχρού θαλάμου“ είναι λίγο πιο αργή από μια μηχανή ”θερμού θαλάμου" λόγω της λειτουργίας της κουτάλας. Μια μηχανή ψυχρού θαλάμου χρησιμοποιείται για κράματα χύτευσης με υψηλό σημείο τήξης, επειδή τα συγκροτήματα εμβόλου και κυλίνδρου υπόκεινται σε λιγότερες επιθέσεις, δεδομένου ότι δεν είναι βυθισμένα στο λιωμένο μέταλλο. Η χύτευση σε μήτρες και η κατασκευή τους Οι μήτρες χύτευσης σε μήτρες (Σχ. 3) κατασκευάζονται από κραματικούς εργαλειοχάλυβες σε δύο τουλάχιστον τμήματα που ονομάζονται μισό σταθερής μήτρας και μισό εκτοξευόμενης μήτρας. Το σταθερό μισό της μήτρας τοποθετείται στην πλευρά προς το σύστημα έγχυσης λιωμένου μετάλλου. Το μισό της μήτρας εκτίναξης, στο οποίο προσκολλάται η χύτευση και από το οποίο εκτοξεύεται όταν ανοίγει η μήτρα, είναι τοποθετημένο στην κινητή πλάκα της μηχανής. Το σταθερό μισό της μήτρας είναι σχεδιασμένο να περιέχει την οπή εκτοξευτήρα μέσω της οποίας το λιωμένο μέταλλο εισέρχεται στη μήτρα. Το μισό της εκβολής περιέχει συνήθως τους δρομείς (διαδρόμους) και τις πύλες (εισόδους) που οδηγούν το λιωμένο μέταλλο στην κοιλότητα (ή τις κοιλότητες) της μήτρας. Ο εκτοξευτήρας