Mi az a gravitációs öntés? Kulcsfontosságú információk a gyártók számára

A modern gyártás napjaiban a fémöntés nagyon fontos, amikor összetett geometriájú, kiváló minőségű alkatrészek előállításáról van szó. Ennek egyik leghatékonyabb módja a gravitációs öntés. Ez az eljárás a pontosság, a hatékonyság és a költséghatékonyság kombinációja; ezért az olyan iparágak, mint az autóipar, a repülőgépipar és az ipari berendezések kedvelt megoldása. A gravitációs öntés lényege, hogy a gravitáció erejét használják a fém öntőformájának feltöltésére anélkül, hogy nagynyomású berendezéseket kellene használni, így a folyamat nem bonyolult a beállításban. Ha Ön mérnökhallgató, termelési vezető, vagy csak érdeklődik az öntési technológiák iránt, akkor a gravitációs öntés megismerése elengedhetetlen a fémgyártás általános szemléletének elfogadásához.

Ebben a cikkben az alumínium gravitációs öntés alapelveiről, az öntés módjáról, fontos tényezőkről, mint például a hőmérséklet és az idő, a felhasznált anyagok típusa, valamint az előnyök és hátrányok, valamint a gyakori alkalmazásokról olvashat.

Hogyan működik az alumínium gravitációs öntés?

Az alumínium gravitációs öntés a tartós öntőforma öntési eljárása, amelyet általában színesfém alumínium fémalkatrészek gyártására alkalmaznak. Az alumínium gravitációs szerszámöntés során az olvadt alumínium fém kizárólag a gravitáció hatására egy újrafelhasználható fémformába öntődik. A nagynyomású öntés, amely több ezer psi nyomást használ a fémnek a szerszámba való préseléséhez, a gravitációs öntés kizárólag a természetes gravitációs erőket használja, lehetővé téve, hogy az olvadt fémötvözet korlátozás nélkül áramoljon a szerszám üregeibe.

Az alábbiakban ismertetjük az e tevékenységgel járó tipikus folyamatot:

1. A fémszerszámot (általában öntöttvasból vagy acélból) 150-300 °C-ra előmelegítve, a termikus sokk elkerülése és a fém egyenletes áramlásának elősegítése érdekében a fémszerszámot (általában öntöttvasból vagy acélból) a fémforma felé tolják.
2. A szerszámot kerámiából vagy grafitból készült kenőanyaggal borítják, hogy az olvadt fém ne tapadjon rá.
3. Az olvadt fémet (alumínium, magnézium vagy rézötvözet formájában), amelyet körülbelül 650-750 °C-ra hevítettek (az anyag fajtájától függően), a szerszámba öntik.
4. Az olvadt fém egy öntőcső segítségével kerül a szerszám üregébe, és a gravitáció hatására elfoglalja az egész szerszámot.
5. A szerszámmal az öntvény a mérettől és az anyagtól függően 20 és 90 másodperc közötti időn belül megszilárdul.
6. Ezután a szerszámot kinyitják, és kézzel kidobják vagy eltávolítják a szerszámból.
7. Mielőtt a termék eljutna a befejezésig, a futókról és a sprüsszökről levágják a felesleges anyagot.

Mivel a folyamat a gravitáció és nem a mechanikai nyomás alkalmazásával történik, a berendezések beállítása egyszerűsödik, és a karbantartási, valamint a szerszámköltségek általában alacsonyabbak.

A gravitációs öntés lépésről lépésre történő folyamata

A gravitációs öntési technika népszerű a könnyű ismételhetőség miatt, és képes kiváló minőségű, szűk tűréshatárokkal rendelkező fém előállítására is. A nagynyomású öntéssel ellentétben kizárólag a gravitációs erőt alkalmazza és kitölti a formaüregeket, így az egész folyamat költséghatékonyabb és mechanikailag kevésbé nehézkes.

Az alábbiakban lépésről-lépésre bemutatjuk, hogyan történik az alumínium gravitációs öntés egy közönséges berendezésben:

1. Formakészítés

A kezdeti folyamat az alumínium Gravity casting használ előkészítése a penész, vagy más néven die. Az acél vagy öntöttvas általában használják ezeket a szerszámokat, amelyek többszöri használatra szolgálnak. A szerszámot megfelelően megtisztítják, miután bármilyen fémet lehet önteni, hogy eltávolítsák a korábbi öntvények által visszamaradt maradványokat.

A tisztítás után a formát 150°C és 300-300°C közötti hőmérsékleten előmelegítik. Az előmelegítés azt jelenti, hogy az olvadt alumíniumötvözet nem hűl le túl gyorsan az érintkezéskor, ami olyan hibákhoz vezet, mint a hideg záródás vagy a nem megfelelő töltés. A szerszám belső felületére leválasztó anyagot, általában grafit- vagy kerámiaalapú bevonatot visznek fel. Ez két funkciót lát el: biztosítja, hogy az olvadt alumíniumötvözet ne ragadjon a szerszámra, és segíti a végtermék simább felületének kialakítását.

2. Alumínium ötvözet olvasztása

Az öntőforma elkészítését a kiválasztott fémötvözet megolvasztása követi. A fémötvözetek mennyiségét kemencébe helyezik, és az ötvözettől függő öntési hőmérsékletre olvasztják. Például az alumíniumötvözetek olvadáspontja általában 650 °C-750 °C között van, míg a rézalapú ötvözetek olvadáspontja 900 °C és 1100 °C között lehet.

Rendkívül fontos az olvadási hőmérséklet pontos ellenőrzése. A túlhevítés fokozott oxidációt vagy gázfelvételt igényelhet, míg az alulfűtés a formák hiányos kitöltését vagy rossz mechanikai tulajdonságokat eredményezhet.

3. Az olvadt fém kiöntése ötvözet

A megfelelő olvadékhőmérséklet elérésekor az olvadt fémet az előmelegített formába öntik. A gravitációs öntés során nem alkalmaznak mechanikai erőt vagy akár nyomást. A gravitáció hatására az alumíniumötvözet természetes úton áramlik a szerszámüreg bejáratába egy sor hajtócsövön és kapun keresztül.

Ehhez a lépéshez lassú, ellenőrzött öntésre van szükség, hogy ne keletkezzen turbulencia, amely gázokat zárhat be, és porozitáshoz vezethet az öntvényben. Egyes fejlett rendszerekben lehetőség van arra, hogy az öntés közben nagyon lassan megdöntsék a formát - a billenő gravitációs öntés a fém egyenletes és egyenletes áramlásának megteremtése érdekében.

4. Az öntőforma üregének kitöltése

Amint az olvadt fém behatol a formába, kitölti az üreg minden részét a szerszám alakja alatt. A szerszám kialakítása ezen a ponton nagyon fontos. A megfelelően megtervezett kapurendszerek eloszlatják a fémet, hogy elkerüljék a turbulenciát, a hideg pontokat vagy az esetleges zsugorodással érintett területeket.

Mivel a fémáramláshoz kizárólag a gravitációt használják, szükséges, hogy a fémet a megfelelő sebességgel és hőmérsékleten öntsék. Az áramlásszabályozás hiánya olyan hibákat okozhat, mint a hiányos töltés vagy a hidegzáródás - olyan helyek, ahol két fémfront összeér, de nem olvad össze.

5. Megszilárdulás és hűtés

Az üreg kitöltése után az olvadt fémötvözet hűlni kezd és megszilárdul. A hűtési idő az öntvény méretétől és összetettségétől, valamint a felhasznált fém fajtájától függ. Például a kis alumínium alkatrészek már 20-30 másodperc alatt megszilárdulhatnak, míg a nagyméretű vagy vastagabb alkatrészek 60-90 másodpercig és tovább is eltarthatnak.

A szerszámot a legtöbb esetben vízzel hűtik, hogy segítsék a hűtési sebesség szabályozását. A szabályozott hűtés javítja a szemcseszerkezetet és a belső feszültségeket, és csökkenti azokat, így erősebb és megbízhatóbb öntvényeket eredményez.

6. Szerszámnyitás és alkatrész eltávolítás

A szerszámot az alumíniumötvözet megszilárdulása után nyitják ki. A kialakítástól függően az öntvényt kézzel lehet eltávolítani, vagy a formába beépített mechanikus kidobócsapok által biztosított nyomás segítségével lehet kidobni. Mivel a minőségi öntés fémszerszámot használ, a szerszám több ezer cikluson keresztül újra felhasználható, és így az eljárás költséghatékony a közepes és nagy volumenű sorozatgyártás esetén.

Bármennyire is szükséges az alkatrész eltávolítása, ügyelni kell arra, hogy az öntvény vagy a forma ne sérüljön meg. Ezen a ponton az öntvényből még megmaradt a felesleges anyag a futókról és a kapukról, amelyet a következő lépésben el kell távolítani.

7. Vágás és befejezés

A kivont öntvény általában extra fémmel jár, amelyet az öntőcsőhöz és a kapurendszerhez rögzítenek. Ezt az anyagot mechanikusan, fűrésszel, ollóval vagy csiszolószerszámokkal vágják le. Egyéb befejező műveletek lehetnek a termék specifikációja érdekében végzett sorjázás, lövegfúvás, megmunkálás vagy hőkezelés.

Ennek a fázisnak a célja az öntvény megjelenésének finomítása, a méretpontosság növelése és a végső funkcióra vagy összeszerelési munkára való előkészítése.

8. Ellenőrzés és minőségellenőrzés

A gravitációs öntési módszer utolsó folyamata az ellenőrzés. Az öntvények felületi hibáit, mérettűréseit és belső hibáit megbízhatóan vizsgálják. Először szemrevételezéses vizsgálatokat végeznek, és attól függően, hogy mire van szükség, ezt követik más, fejlettebb technikák, mint például:

• A belső porozitás vagy zsugorodás azonosítására röntgenvizsgálatot rendelnek el.
• Felületi repedések festékbehatolóval történő vizsgálata.
• Ultrahangos vizsgálat a szerkezeti konzisztencia érdekében
• Nyomásvizsgálat, különösen a folyadékkezelő alkatrészek esetében

Csak azokat az öntvényeket adják ki használatra vagy a vevőknek történő szállításra, amelyek minden minőségi ellenőrzésen megfeleltek. A visszautasított alkatrészeket általában beolvasztják és újrahasznosítják, így csökkentve az anyagpazarlást.

A gravitációs öntvények típusai

A gravitációs öntés egy sokoldalú eljárás, amely különböző formákban jelenik meg, amelyek célja a különböző alkatrészgeometriák, anyagok és a különböző igényű gyártás kielégítése. Bár az ötlet lényege - egy fémforma megtöltése a gravitáció segítségével - megmarad, a gravitációs öntési eljárásnak vannak sajátos típusai, pontosabban módszerei, amelyeket a különböző gyártók alkalmaznak egy adott alkalmazás kielégítésére.

1. Állandó penész gravitációs öntés

Ez a legjellemzőbb gravitációs öntvény. Nagy mennyiségek gyártása ugyanazon alkatrészből egy újrafelhasználható fémformával (többnyire acélból vagy öntöttvasból) történik. Az öntőformát előmelegítik, majd egy leválasztó anyaggal bekenik, és megtöltik olvadt fémmel. Az alkatrészt a megszilárdulás után kiveszik a formából, ahol azt újrahasznosítják.

Alkalmazások: Gépjárművek alkatrészei, csővezetékek szerelvényei és szivattyúházak

Előnyök: Nagy méretpontosság, jó felületkezelés és hosszú élettartamú penész

2. Döntő gravitációs öntés

Az öntési folyamat során az öntőforma lassan megdől. Ez lehetővé teszi, hogy az olvadt fém lassan és egyenletesen töltse ki a szerszám üregét, így elkerülhetők a turbulenciák és a gáz vagy a hideg zárványok beszorulásának esélye.

Alkalmazások: Vékony falú alkatrészek vagy a levegő beszorulására hajlamos részek

Előnyök: Fokozott belső szilárdság, jobb felület és csökkentett hibák előfordulása

3. Alacsony nyomású gravitációs öntés (hibrid)

Technikailag ez egy külön kategória,y bár egyesek ezt egy olyan változatnak tekinthetik, ahol alacsony gáznyomást (általában 0,7-1,5 bar) alkalmaznak az olvadt fémre, és finoman belenyomják azt a szerszámba. Hozzáadja a gravitációs öntés egyszerűségének előnyeit, valamint a nyomásszabályozás bizonyos előnyeit.

Alkalmazások: A járművek kerekei és szerkezeti elemei szintén nagy integráltságú öntvényekből készülnek.

Előnyök: Jobb fémáramlás-szabályozás, jobb mechanikai tulajdonságok

4. Homokmaggal segített gravitációs öntés

A módszer során homokmagokat használnak, amelyeket a fémszerszámba helyeznek, ahol lehetővé teszi a belső üregek vagy az alulvágások kialakítását, amelyeket soha nem lehetne létrehozni csak egy tömör fémformával.

Alkalmazások: Összetett motoralkatrészek, szelepházak

Előnyök: Lehetővé teszi a korszerű alkatrészek gyártását, miközben a tartós szerszámok meghosszabbított élettartamát élvezheti. 

Asztal: A gravitációs öntvények típusai

A gravitációs öntésben alkalmazott anyagok 

A gravitációs öntés az egyik legelterjedtebb állandó öntési eljárás; leginkább színesfém ötvözeteknél alkalmazzák. Az ebben az eljárásban részt vevő anyagoknak nagy folyékonysággal, mérsékelt olvadáspontokkal és kiváló önthetőséggel kell rendelkezniük, hogy az olvadt fém hibátlanul teljesíthessen azáltal, hogy képes legyen kitölteni a szerszám üregét. Mivel a gravitációs öntés csak a gravitációt alkalmazza a szerszám kitöltésére külső nyomás nélkül, az anyag kiválasztása még kritikusabb tényező a méretpontosság, a felületi minőség és a szilárdság elérése érdekében. A gravitációs öntés során használt fő anyagok a következők;

Alumínium ötvözetek

Az alumínium a leggyakrabban használt anyag a gravitációs öntési eljárás során, könnyű súlya, kivételes korrózióállósága és könnyű öntése miatt. A tipikus alumíniumötvözetek közé tartozik az A356, az AlSi12 és az A319. Az ilyen ötvözetek jó szilárdsági, alakíthatósági és hővezetési tulajdonságokkal rendelkeznek, ami alkalmassá teszi őket olyan autóalkatrészekhez, mint a motorblokkok, hengerfejek, sebességváltóházak és egyéb szerkezeti darabok.

A gravitációs öntéshez használt alumíniumötvözetek jellemzően 660 °C és 750 °C közötti hőmérséklet-tartományban olvadnak. Az olvadt alumínium egyenletesen áramlik a fémformába, és gyorsan lehűl, sűrű, finomszemcsés szerkezet alakul ki. Ezek T5 vagy T6 hőkezeléssel is elláthatóak, ami javítja a mechanikai teljesítményt. A gravitációs öntés alumíniumból nagy méretpontosságot, jó felületi minőséget és hosszú élettartamot biztosít soha, ha a szerszámot jól karbantartják.

Rézalapú ötvözetek

A gravitációs öntés rézötvözetekkel, különösen bronzzal és sárgarézzel is lehetséges. Ezeket az anyagokat ott alkalmazzák, ahol nagy kopásállóságra, kiváló szilárdságra, kiváló hő-/elektromos vezetőképességre van szükség. A bronzöntvényeket például olyan területeken használják, mint a tengeri hajócsavarok, szivattyúházak és csapágyak, míg a sárgaréz felhasználása olyan területeken, mint a vízvezeték-szerelvények és a díszítő hardverek.

Az olvadási hőmérsékletet tekintve a rézalapú ötvözetek magasabbak, 1000° és 1200° Celsius-fok közöttiek. Ezáltal a szerszám anyaga elviseli a hőterhelést, és az öntési folyamatot várhatóan jól ellenőrzik az oxidáció és a zsugorodási hibák megelőzése érdekében. A rézötvözeteket használó gravitációs öntéssel extrém körülmények között is kiválóan használható, erős alkatrészeket lehet előállítani, ha megfelelően szabályozzák.

Magnézium ötvözetek

A magnéziumötvözeteket a gravitációs öntvényekbe építik be, amikor a könnyűszerkezetek tervezése kulcsfontosságú, beleértve a repülőgép- és az autóipari alkalmazásokat. A gyakori ötvözetek közé tartozik az AZ91D, amely a szilárdság, az önthetőség és a korrózióállóság jó egyensúlyát ötvözi. Fő előnye az alacsony, körülbelül 1,8 g/cm³ sűrűség, ami azt jelenti, hogy ez a legkönnyebb szerkezeti fém, amelyet alkalmaznak.

A magnéziumötvözeteket körülbelül 600 °C-650 °C-on cseppfolyósítják. A nagy reaktivitás miatt az oxidáció és az égés elkerülése érdekében ezeket védőkörnyezetben vagy folyósítószerek segítségével kell önteni. Mindazonáltal a gravitációs öntés lehetővé teszi a magnézium alkatrészek gyártását, amely más formázási eljárásokhoz képest jó pontossággal és kevesebb hulladékkal jár.

Cink ötvözetek

Bár a cink alkalmasabb a nagynyomású öntési eljárásokra, bizonyos alkalmazásokhoz, különösen a kisebb, szorosabban illeszkedő, szigorúbb tűréshatárokkal rendelkező kis alkatrészekhez, a gravitációs öntéshez is használják. A cinkötvözeteket, mint a Zamak 3 és a Zamak 5, az alacsony olvadáspont (385 °C körüli), a jó folyékonyság és a finom részletek öntőformákban való megismétlése miatt gyártják.

A cink gravitációs öntvényeket elektronikai termékekben és fogyasztási cikkekben, valamint kis terhelésű mechanikus alkatrészekben alkalmazzák. A cinknek a gravitációs öntvényekben való felhasználásának fő előnye, hogy éles élek és finom funkciók készíthetők sok megmunkálási folyamat nélkül. Az alumíniumhoz vagy a rézhez képest alacsony mechanikai szilárdsága miatt azonban csak a nem szerkezeti felhasználásokban alkalmazható.

Szilíciummal erősített alumínium ötvözetek

A szilíciumban gazdag alumíniumötvözetek, mint például az AlSi12, ideálisak a gravitációs öntéshez, mivel a hozzáadott szilícium növeli a folyékonyságot, csökkenti a zsugorodást és növeli a kopásállóságot. Az ilyen ötvözeteket széles körben alkalmazzák motoralkatrészekben, féktámaszokban és hidraulikaházakban, ahol fontos a méretstabilitás és a szilárdság.

A 7-12% tartományba eső szilíciumtartalom tovább javítja az ötvözet képességét a bonyolult formaformák kitöltésére forró szakadás vagy gázporozitás nélkül. Ezek az ötvözetek következetesen kristályosodnak, kevesebb hibát és kevés utófeldolgozást eredményezve.

A gravitációs öntés alternatívái

A gravitációs öntés általánosan alkalmazott technika a közepes és nagy volumenű, megfelelő mechanikai tulajdonságokkal rendelkező fémalkatrészek gyártására. De nem mindig ez a legjobb választás. Míg számos tényező, például az alkatrész összetettsége, a kívánt felületkezelés, a költségek és a gyártási volumen kulcsfontosságú az öntési technikák típusának meghatározásában. A gyártók ilyen esetekben különféle más alternatív öntési eljárások alkalmazásához folyamodhatnak. Az alábbiakban a gravitációs öntés legfontosabb alternatíváit, valamint azok erősségeit, gyengeségeit és szokásos alkalmazásait vizsgáljuk meg alaposan.

Homoköntés

A leghagyományosabb és legrugalmasabb öntési módszer a homoköntés. Ez magában foglalja az öntőforma üreggel való munkát a homokkeverék elkészítésével, hogy alakot adjon neki, amelyet általában agyag vagy kémiai kötőanyagok kötnek. A homokforma kialakításához általában fából vagy fémből készült mintát használnak. Az öntőforma kialakítása után az üregbe olvadt fémet töltenek.

Ez az eljárás különösen alkalmas kis és közepes gyártási volumenű, nagyméretű alkatrészek vagy olyan összetett belső geometriai struktúrájú alkatrészek esetében, amelyeket nem lehet könnyen megvalósítani a tömör fémszerszámmal. A homoköntés viszonylag olcsóbb a szerszámköltségek tekintetében, ezért alkalmas prototípusgyártásra vagy egyedi megrendelésekre.

A homoköntés azonban a gravitációs öntéshez képest durva felületkezelést és rosszabb méretezési pontosságot eredményez. Az öntőforma minden használat után tönkremegy, így a gyártási idő és az anyagpazarlás nagyobb lesz a nagy volumenű sorozatgyártás esetén. Mindazonáltal a homoköntés rugalmas lehetőség, ha a beállítások költségei alacsony prioritást élveznek.

Nagynyomású öntvények

A nagynyomású öntés (HPDC) során az olvadt fémet nagy nyomáson, azaz 600 és 1200 bar (1 nyomás) között fecskendezik acélformába. Ez a módszer lehetővé teszi bonyolult formák létrehozását nagy méretpontossággal és felületi minőségben, nagy sebességgel.

A HPDC különösen hasznos a vékonyfalú alkatrészek gyártásakor, amelyeket a kizárólag gravitációs technológiával nem lehetne önteni. Ez az autóiparban, az elektronikai iparban és a készülékgyártásban elterjedt gyakorlat. A rövid ciklusidők és a magas szintű automatizálási lehetőségek miatt nagyon nagy volumenű gyártás esetén költséghatékony.

A gravitációs öntéssel szemben az elsődleges hátrányok a rendkívül drága szerszámkészítés, valamint a gázbecsapódásra való hajlam, amely porozitást eredményezhet a végső öntött termékben. Továbbá a nagy nyomás miatt az eljárás általában kisebb alkatrészekre korlátozódik, és nem feltétlenül használható nagyobb vagy vastagabb alkatrészekhez.

Alacsony nyomású öntvények

Az alacsony nyomású öntés (LPDC) a gravitációs öntés módosított változata. Ahelyett, hogy csak az olvadt fémet öntenék a formába, pozitív nyomást (0,7 és 1,5 bar között) alkalmaznak a kemencekamrába, ami az olvadt fémnek egy csövön, az úgynevezett felszállócsövön keresztül a formába való felemelkedését eredményezi.

Ez a módszer nagyobb ellenőrzést biztosít a fém áramlása felett, és minimálisra csökkenti a gázporozitás kockázatát. Általában olyan alkalmazásokban alkalmazzák, amelyek nagy integráltságú alkatrészeket igényelnek, mint például az autóipari kerekek és a szerkezeti alumínium alkatrészek esetében. Az LPDC a gravitációs öntéshez képest jobb mechanikai minőséget és selejtarányt is eredményez.

Az ilyen fokozott ellenőrzésnek azonban ára van. A technológia bonyolultabb és költségesebb, a folyamat pedig hosszabb. Még ilyen körülmények között is gyakran választják az LPDC-t, ha jobb öntvényminőségre és belső integritásra van szükség.

Centrifugális öntés

A centrifugális öntés során a formát nagy sebességgel forgatják, és olvadt fémet öntenek bele. A centrifugális erők a fémet keményen a forma falához szorítják, ami segít csökkenteni a porozitást és rendkívül finom szemcsés szerkezetet létrehozni.

Ez a technika hengeres vagy cső alakú alkatrészek, azaz csövek, gyűrűk és perselyek esetében alkalmazható. Az irányított kristályosodásnak és a sűrű felépítésnek köszönhetően a kialakított alkatrészek általában magas mechanikai tulajdonságokkal és alacsony kopási tulajdonságokkal rendelkeznek.

A centrifugális öntés azonban jelentősen korlátozott az alkatrész geometriáját illetően - csak szimmetrikus alakzatok esetén alkalmazható, és a bonyolult belső jellemzők nehezen megvalósíthatóak. A kezdeti beállítások és berendezések is meglehetősen speciálisak, ami egyes műveleteknél akadálynak bizonyul. A kerek, nagy teljesítményű alkatrészek esetében azonban a centrifugális öntés jó választásnak áll a gravitációs öntéssel szemben.

Beruházási öntés (elveszett viaszöntés)

A befektetési öntés, más néven veszett viaszos öntés, egy olyan eljárás, amely során a gyártandó alkatrész viaszformáját létrehozzák, kerámiát (bevonatot) alkalmaznak, és a viaszt kiolvasztják, hogy egy üreget hagyjanak maguk után. Ezután forró fémet öntünk ebbe az üregbe a végleges alkatrész előállítása érdekében.

Ez az eljárás nagyon értékes, mivel nagyon bonyolult és részletes, szinte nettó alakú alkatrészek készítésére alkalmas. Tökéletes olyan viszonylag kis és közepes méretű alkatrészekhez, amelyek nagy méretpontossági igényeket támasztanak és esztétikai szempontból minőségi felületet igényelnek, mint például turbinalapátok, űrhajózási alkatrészek és ékszerek.

A gravitációs öntéssel összehasonlítva a beruházási öntés lassabb gyártási sebességgel és magas alkatrészenkénti költséggel jár, különösen nagy volumen esetén. A formák is eldobhatóak és nagyobb lépésekkel rendelkeznek. A bonyolult alkatrészek esetében azonban, amelyek nem készíthetők el gravitációs öntéssel, általában a beruházási öntés a legjobb megoldás.

Mikor használjon alternatívákat?

A gravitációs öntési eljárás legjobb alternatívájának kiválasztása az alkatrész igényeitől és a gyártási körülményektől függ. Például a homoköntés ideális az egyedi vagy nagyméretű, nehéz alkatrészekhez. A nagynyomású öntés olyan nagyüzemi gyártáshoz megfelelő, ahol durva részletekre van szükség. Az alacsony nyomású öntés tökéletes, ha a célok fokozott belső integritást igényelnek. A centrifugális öntést nem lehet felülmúlni, ha kerek alkatrészekről van szó, míg a beruházási öntés jobban megfelel az összetett és nagyon pontos darabokhoz.

Mindegyik módszer esetében más-más kompromisszumokat kell kötni az ár, a szerszámok, a sebesség és az alkatrészminőség tekintetében. Ennek során a döntés általában e tényezők, valamint a késztermék funkciójának és esztétikai szempontjainak egyensúlyában rejlik.

Folyamatparaméterek: Hőmérséklet, nyomás és idő 

Számos műszaki paraméter befolyásolja a gravitációs öntés sikerét:

1. Kiöntési hőmérséklet

Ez általában 650-750 °C az alumíniumötvözetek esetében. A forró kanna helyzet túlöntése gázbecsapódást és porozitást okoz. Túl hideg, a fém nem juthat be teljesen a formába.

2. Formahőmérséklet

A szerszámformákat általában 150-300 °C-ra melegítik. Az előmelegített szerszám biztosítja, hogy a fém nem szilárdul meg túl hamar, és a fém áramlása simább lesz.

3. Hűtési idő

A fémet hagyni kell megszilárdulni, mielőtt az öntés után eltávolítják. A hűtési idő az ötvözettől és az alkatrész geometriájától függően változik, de jellemzően 20-90 másodperc között van.

4. Csak gravitáció (külső nyomás nélkül)

A gravitációs öntés a nyomásos öntéshez képest nem használ külső erőt. Ez az egyszerűség csökkenti a költségeket és a berendezések elhasználódását.

5. Kenés és bevonat

A szerszámfelületek kenve vannak, hogy megkönnyítsék a könnyű kioldást és a felületkezeléseket. A tipikus bevonatok közé tartozik a bór-nitrid és a grafit szuszpenzió.

Ezt a három paramétert nagyon jól kell szabályozni a kiváló minőségű öntvények optimalizálása érdekében, minimális hiányosságokkal, mint például porozitás, zsugorodás és hidegzáródás.

A gravitációs öntés alkalmazásai 

A gravitációs öntés az egyik legnépszerűbb fémöntési eljárás, amely széles körben alkalmazható a különböző iparágakban, mivel képes precíz, hosszú élettartamú és összetett alkatrészek előállítására színesfémekből. Az eljárás nagyfokú ismételhetőséget, megfelelő mechanikai tulajdonságokat és szoros méretellenőrzést biztosít, ami az eljárást szerkezeti és funkcionális alkalmazásokhoz egyaránt alkalmassá teszi. Az alábbiakban bemutatjuk azokat a főbb ágazatokat és néhány példát, ahol a gravitációs öntést kritikusan alkalmazzák.

1. Autóipar

Az autóipar a gravitációs öntött alkatrészek egyik legnagyobb felhasználója. A technika tökéletes a alkatrészek gyártása amelyeknek szilárdsággal, hőállósággal és méretstabilitással kell rendelkezniük.

A legfontosabb alkalmazások közé tartoznak:

• Hengerfejek és motorblokkok
• Féknyergek és főfékhengerek
• Felfüggesztési konzolok és vezérlőkarok
• Sebességváltó burkolatok

A gravitációs öntés lehetővé teszi olyan összetett geometriák létrehozását, amelyek sima belső felületekkel rendelkeznek, ami nagyon fontos a folyadékok hatékony szállítása szempontjából a motorokban és a fékekben. Az alkatrészek 90 és 120 °C közötti hőmérsékleten működnek, de az anyag szilárdsága a tervezés egyik fő szempontja.

2. Repülés és repülés

A súlycsökkentés és a megbízhatóság fontos a repülőgépipari alkalmazásokban. A gravitációs öntést olyan alkatrészekhez használják, amelyeknek könnyűnek, ugyanakkor tartósnak kell lenniük, és a méret- és fáradásállóság tekintetében nem kell kompromisszumokat kötni.

Tipikus repülőgépipari öntvények:

• Szerelési konzolok
• Házi alkatrészek
• Légcsatorna rendszerek
• Motorburkolatok

Az alumínium- és magnéziumötvözeteket általában nagy szilárdság/tömeg arányuk miatt választják a repülőgép-alkatrészekhez. Az öntvényeknek ellen kell állniuk a légköri terheléseknek, a repülés közbeni -55°C-tól 125°C-ig terjedő hőmérséklet-változásoknak és a repülés közbeni mechanikai rezgéseknek.

3. Ipari gépek

A gravitációs öntést nehézgépekben és ipari berendezésekben használják olyan alkatrészek gyártására, amelyeknek fokozott igénybevétel mellett is szilárdságra és kopásállóságra van szükségük.

A közös összetevők közé tartoznak:

• Fogaskerékházak
• Szivattyúházak
• Kompresszor testek
• Csatornák

Ezek az öntvények általában alumínium- vagy bronzötvözetből készülnek, egyes minták falvastagság-eltérésekkel és összetett belső üregekkel rendelkeznek. A működési nyomás a rendszertől függően 10 bar és 150 bar között változhat.

4. Elektromos és elektronikai burkolat

A gravitációs öntést a kényes elektromos és elektronikus alkatrészek hőálló és korrózióálló burkolatainak öntésére használják.

Tipikus alkalmazások:

• Motorházak
• Világítótestek
• Kapcsolódobozok
• Hűtőbordák a tápegységekhez

Az alkatrészeknek kiváló hőelvezetést és méretstabilitást kell biztosítaniuk, miközben meg kell akadályozniuk a környezeti tényezők, köztük a por és a nedvesség behatolását. Az alumínium-szilícium ötvözeteket széles körben alkalmazzák ilyen célokra hővezető képességük és korrózióállóságuk miatt.

5. Tengerészet és hajógyártás

A tengeri alkalmazások olyan anyagokat igényelnek, amelyek ellenállnak a sós víz okozta korróziónak, és a nedvességnek való állandó kitettséget is elviselik. A gravitációs öntvényeket olyan erős alkatrészek előállítására használják, amelyek ilyen körülmények között is megbízhatóan működnek.

Példák:

• Propellerházak
• Szeleptestek
• Vízszivattyúházak
• Szerelvények és csatlakozók

Itt a szokásos anyagok a bronz és az alumínium-bronz ötvözetek. Ezek az öntvények nagyobb valószínűséggel nyomásállóak, és magas páratartalom, sóhatás és 5°C és 50°C közötti hőmérséklet mellett is működnek.

6. Mezőgazdasági berendezések

A belső hűtőcsatornákkal díszített gravitációs öntött termékek értékes részét képezik a mezőgazdasági gépeknek, mivel ellenállnak az olyan elemeknek, mint a mechanikai ütések, a környezeti kopás, valamint a műtrágyáknak vagy a talajnak való kitettség.

A gravitációs öntött alkatrészek közé tartoznak:

• Hidraulikus szeleptestek
• Sebességváltó fedelek
• Szerelési konzolok
• PTO házegységek (Power Take-Off rendszerek)

Ezek a darabok általában kültéren, széles hőmérséklet-tartományban (-20 °C-tól 50 °C-ig) működnek, és még szennyeződés, rezgés és korróziós körülmények között is működniük kell.

7. Fogyasztási cikkek és hardverek

A gravitációs öntést a fogyasztási cikkek dekoratív és funkcionális alkatrészeinek gyártására is alkalmazzák, amelyeknek egyszerre kell erősnek és dekoratívnak lenniük.

Az alkalmazások közé tartoznak:

• Ajtókilincsek és zárak
• Világítási alapok
• Főzőedények
• Szerszámházak

Sok ilyen alkatrészhez általában cink- vagy alumíniumötvözeteket használnak, mivel azok kivételes felületi felülete és a finom részletek megtartására való képessége miatt kevés megmunkálással képesek az öntéshez.

Gravitációs öntvény sokoldalúság

A gravitációs öntés sokoldalúsága abban rejlik, hogy erős, pontos és összetett fémalkatrészeket tud készíteni a különböző iparágakból. Az autóipartól és a repülőgépipartól kezdve a tengeri és fogyasztói termékekig ez az öntési eljárás szilárd megoldást jelent, ahol a szerkezeti integritás, a felületi kivitel, a méretpontosság stb. elsődleges fontosságú.

Az újrafelhasználható acélformák, a színesfém ötvözetek, valamint a gravitációs fémáramlás alkalmazása hatékony és megbízható megoldást jelent a modern gyártási igények kielégítésére.

A gravitációs öntés előnyei

A gravitációs öntés használatának számos kulcsfontosságú előnye van:

• Jobb mechanikai tulajdonságok: 

A kevésbé gyors megszilárdulás eredményeként a szemcsék egyenletesebbé válnak, és így nagy szilárdság érhető el.

• Újrafelhasználható formák: 

A fémszerszámok több ezer cikluson keresztül újra felhasználhatók, ezáltal csökkentve az alkatrészenkénti költségeket.

• Javított felületkezelés: 

A homoköntéssel szemben ez nemcsak simább felületet biztosít, hanem kevesebb megmunkálást is igényel.

• Jó méretpontosság: 

±0,1 mm nagyságrendű tűréshatár érhető el.

• Környezetbarát: 

A gravitációs öntés folyamata fenntartható is, mivel az alkalmazott öntőformák újra felhasználhatók, és viszonylag kevesebb hulladék keletkezik.

Ezen előnyök miatt sok gyártó előnyben részesíti a gravitációs öntést más, például homoköntéssel szemben, amikor mind a mennyiségre, mind a minőségre szükség van.

A gravitációs öntés korlátai

A gravitációs öntési eljárásnak, mint minden más eljárásnak, van néhány hátránya, bár önmagában is előnyös:

• Magas szerszámköltségek: 

A nyomásos öntéshez képest a fémszerszámok ára viszonylag magasabb, mint a homokszerszámoké.

• Egyszerű formákra korlátozódik:

Ezeknek a finom részleteknek és alávágásoknak nehéznek kell lenniük összetett mag nélkül.

• Hosszabb ciklusidő: 

A természetes áramlás és hűtés miatt a nagynyomású öntéshez képest lassabb ciklusidővel rendelkezik.

• Szakképzett kezelést igényel: 

A hőmérséklet- és időzítési fogantyúk döntő fontosságúak a hibák elkerülése szempontjából.

Ezt a korlátozást figyelembe kell venni, amikor egy adott alkatrész esetében a gravitációs öntés alkalmazása mellett döntünk.

Következtetés

A gravitációs öntés praktikus, hatékony és pontos módja a fém munkadarabok gyártásának, különösen a színesfém ötvözetek, például az alumínium és a réz esetében. A külső nyomás helyett a gravitáció alkalmazásával az eljárás magas felületi minőséggel és méretpontossággal rendelkezik, emellett szerkezetileg szilárd tárgyat eredményez, ezért ez a módszer számos iparágban népszerű.

Ha autóipari alkatrészeket, repülőgépipari alkatrészeket vagy ipari házakat gyárt, a gravitációs öntés költséghatékony és konzisztens eredményt biztosít. Az olyan paraméterek, mint az öntési hőmérséklet, az öntőforma hőmérséklete és az öntési idő hossza szoros ellenőrzésével a gyártók olyan öntvényeket állíthatnak elő, amelyek teljesítményük és megbízhatóságuk tekintetében magasan specifikáltak.

A könnyű, erős és környezetbarát fémalkatrészek iránti megnövekedett igény miatt a gravitációs öntés létfontosságú technológia a mai gyártási paradigmában.