Ce este turnarea prin gravitație? Perspective cheie pentru producători

În zilele moderne ale producției, turnarea metalelor este foarte importantă atunci când vine vorba de producerea de componente cu geometrii complexe de înaltă calitate. Printre cele mai eficiente modalități de a face acest lucru se numără turnarea prin gravitație. Acest proces este o combinație de precizie, eficiență și rentabilitate; prin urmare, este o soluție preferată pentru industrii precum cea auto, aerospațială și a echipamentelor industriale. În esență, turnarea prin gravitație implică utilizarea forței de gravitație pentru a umple o matriță de metal fără a fi nevoie să utilizați echipamente de înaltă presiune, făcând astfel ca procesul să nu fie complex în configurarea sa. Dacă sunteți student la inginerie, manager de producție sau doar interesat de tehnologiile de turnare, atunci învățarea despre turnarea prin gravitație este esențială pentru a adopta o viziune generală asupra producției de metal.

Principiile de bază ale turnării prin gravitație a aluminiului, modul în care se realizează, factorii importanți precum temperatura și timpul, tipul de materiale utilizate, precum și avantajele și dezavantajele sale, împreună cu aplicațiile comune, sunt acoperite în acest articol.

Cum funcționează turnarea prin gravitație a aluminiului?

Turnarea în matriță a aluminiului prin gravitație este un proces de turnare în matriță permanentă care este aplicat în mod obișnuit pentru fabricarea pieselor metalice neferoase din aluminiu. Turnarea sub presiune a aluminiului implică turnarea metalului de aluminiu topit într-o matriță metalică reutilizabilă numai prin influența gravitației. Renunțând la turnarea sub presiune înaltă care utilizează o presiune de mii de psi pentru a stoarce metalul în matriță, turnarea prin gravitație utilizează doar forțele gravitaționale naturale, permițând aliajului metalic topit să curgă în cavitățile matriței fără restricții.

Următorul este procesul tipic care implică această activitate:

1. Preîncălzită la aproximativ 150-300° C pentru a evita șocul termic și a favoriza curgerea lină a metalului, matrița metalică (de obicei din fontă sau oțel) este împinsă spre matrița metalică.
2. Matrița este acoperită cu un lubrifiant realizat din ceramică sau grafit pentru a se asigura că metalul topit nu se lipește de ea.
3. Metalul topit (sub formă de aliaj de aluminiu, magneziu sau cupru) încălzit la aproximativ 650-750°C (în funcție de tipul de material) este turnat în matriță.
4. Metalul topit este împins în cavitatea matriței prin intermediul unui canal de scurgere și ocupă întreaga matriță sub efectul gravitației.
5. Matrița determină solidificarea piesei turnate într-un interval cuprins între 20 și 90 de secunde, în funcție de dimensiune și material.
6. Matrița este apoi deschisă, iar acesta este ejectat manual sau scos din matriță.
7. Înainte ca produsul să ajungă la stadiul de finisare, materialul în exces de la piesele de execuție și de la matrițe este tăiat.

Deoarece procesul implică utilizarea gravitației și nu a presiunii mecanice, configurarea echipamentului este simplificată, iar costurile de întreținere și de scule sunt de obicei mai mici.

Procesul pas cu pas de turnare prin gravitație

Tehnica de turnare sub presiune prin gravitație este populară pentru ușurința sa de repetabilitate și este, de asemenea, capabilă să producă metal de înaltă calitate cu toleranțe strânse. Spre deosebire de turnarea sub presiune înaltă, aceasta aplică doar forța gravitației și umple cavitatea matriței, făcând astfel întregul proces mai eficient din punct de vedere al costurilor și mai puțin greoi din punct de vedere mecanic.

Mai jos este un ghid pas cu pas privind modul în care turnarea prin gravitație a aluminiului se realizează într-o configurație obișnuită:

1. Pregătirea formei

Procesul inițial de turnare a gravității aluminiului constă în pregătirea matriței sau, altfel spus, a matriței. Oțelul sau fonta sunt de obicei folosite la fabricarea acestor matrițe care sunt destinate unor utilizări repetate. Matrița este curățată în mod corespunzător după ce orice metal poate fi turnat, astfel încât să se elimine orice reziduuri lăsate de turnările anterioare.

După curățare, matrița este preîncălzită la o temperatură între 150°C și 300 300°C. Preîncălzirea înseamnă că aliajul de aluminiu topit nu se răcește prea repede la contact, ducând la defecte cum ar fi închiderea la rece sau umplerea necorespunzătoare. Pe suprafața internă a matriței se aplică un agent de dezlipire, de obicei un strat pe bază de grafit sau ceramică. Acesta are două funcții: asigură faptul că aliajul de aluminiu topit nu se lipește de matriță și ajută la obținerea unui finisaj mai neted pe produsul final.

2. Topirea aliajului de aluminiu

Pregătirea matriței este urmată de topirea aliajului metalic selectat. Cantitățile de aliaje metalice sunt introduse în cuptor și topite la temperatura de turnare care depinde de aliaj. De exemplu, punctele de topire ale aliajelor de aluminiu sunt, de obicei, în intervalul 650°C-750°C, în timp ce aliajele pe bază de cupru pot necesita puncte de topire între 900°C și 1100°С.

Este extrem de important să se asigure un control precis asupra temperaturii de topire. Încălzirea excesivă ar putea duce la o oxidare crescută sau la absorbția de gaze, în timp ce încălzirea insuficientă ar putea duce la umplerea incompletă a matrițelor sau la proprietăți mecanice slabe.

3. Turnarea metalului topit aliaj

Când se atinge temperatura corectă a topiturii, metalul topit este turnat în matrița preîncălzită. În cazul turnării sub presiune prin gravitație, nu se aplică nicio forță mecanică sau chiar presiune. Gravitația face ca aliajele de aluminiu să curgă prin mijloace naturale în cavitatea de intrare a matriței printr-un set de sprues și porți.

Acest pas va necesita o turnare lentă și controlată pentru a nu crea turbulențe, care pot capta gaze și pot duce la porozitate în piesă. În unele sisteme avansate, există posibilitatea de a înclina foarte încet matrița în timp ce o turnați - turnarea gravitațională înclinată pentru a crea un flux de metal neted și uniform.

4. Umplerea cavității matriței

Odată ce metalul topit pătrunde în matriță, acesta umple toate porțiunile cavității sub forma matriței. Proiectarea matriței este foarte importantă în acest moment. Sistemele de închidere proiectate corespunzător vor distribui metalul pentru a evita turbulențele, punctele reci sau zonele cu posibile contracții.

Deoarece pentru curgerea metalului se utilizează doar gravitația, este necesar ca metalul să fie turnat la viteza și temperatura corespunzătoare. Lipsa controlului debitului poate cauza defecte precum umplerea incompletă sau închiderea la rece - locuri în care două fronturi metalice se ating, dar nu se topesc împreună.

5. Solidificarea și răcirea

După umplerea cavității, aliajul metalic topit începe să se răcească și să devină solid. Timpul de răcire depinde de dimensiunea și complexitatea piesei turnate, precum și de tipul de metal utilizat. De exemplu, piesele mici din aluminiu se pot solidifica în 20-30 de secunde, în timp ce piesele mari sau mai groase pot dura 60-90 de secunde și mai mult.

În majoritatea cazurilor, matrița este răcită cu apă pentru a ajuta la controlul ratei de răcire. Răcirea controlată îmbunătățește structura granulelor și tensiunile interne și le reduce, realizând astfel piese turnate mai puternice și mai fiabile.

6. Deschiderea matriței și îndepărtarea pieselor

Matrița este deschisă după solidificarea aliajului de aluminiu. În funcție de design, piesele turnate pot fi îndepărtate manual sau ejectate prin presiunea exercitată de pinii ejectori mecanici încorporați în matriță. Deoarece turnarea de calitate utilizează o matriță metalică, matrița poate fi reutilizată pentru mii de cicluri și, prin urmare, procesul este rentabil pentru volume medii și mari.

Oricât de mult ar trebui să se îndepărteze piesele, trebuie să se acorde atenție pentru a se asigura că turnarea sau matrița nu sunt deteriorate. În acest moment, turnarea a mai lăsat excesul de material de la patine și porți, care este necesar să fie îndepărtat în etapa următoare.

7. Tundere și finisare

Turnarea extrasă tinde să implice un surplus de metal, care este atașat la sprue și la sistemul de gating. Acest material este tăiat mecanic cu ajutorul unui ferăstrău, al unei foarfeci sau al unor unelte de șlefuire. Alte operațiuni de finisare ar putea include debavurarea, sablarea, prelucrarea sau tratamentul termic, după caz, pentru specificațiile produsului.

Scopul acestei etape este de a rafina aspectul piesei turnate, de a crește precizia dimensională și de a o pregăti pentru funcția finală sau pentru lucrările de asamblare.

8. Inspecția și controlul calității

Ultimul proces al metodei de turnare prin gravitație este inspecția. Defectele de suprafață, toleranțele dimensionale și defectele interne ale pieselor turnate sunt testate în mod fiabil. Inspecțiile vizuale sunt efectuate în primul rând și, în funcție de ceea ce este necesar, sunt urmate de alte tehnici mai avansate, cum ar fi:

• Se solicită testarea cu raze X pentru a identifica porozitatea internă sau contracția.
• Fisuri de suprafață cu ajutorul testului de penetrare cu colorant.
• Testarea cu ultrasunete pentru consistența structurală
• Teste de presiune, în special pentru componentele de manipulare a fluidelor

Numai piesele turnate care au trecut toate controalele de calitate sunt eliberate pentru utilizare sau livrare către clienți. Piesele respinse sunt de obicei topite și reciclate, reducându-se astfel risipa de materiale.

Tipuri de turnare prin gravitație

Turnarea sub presiune prin gravitație este un proces versatil care vine în diverse forme menite să satisfacă diferite geometrii ale pieselor, materiale și producții cu diverse nevoi. Chiar dacă esența ideii - umplerea unei matrițe metalice cu ajutorul gravitației - este păstrată, procesul de turnare prin gravitație are tipuri specifice, sau mai degrabă, metode pe care diferiți producători le aplică pentru a satisface o anumită aplicație.

1. Turnare prin gravitație cu mucegai permanent

Aceasta este cea mai tipică turnare prin gravitație. Producția de volume mari cu aceeași componentă se face folosind o matriță metalică reutilizabilă (în principal din oțel sau fontă). Matrița este preîncălzită și este apoi aplicată cu un agent de eliberare și umplută cu metal topit. Partea este apoi extrasă din matriță după solidificare, unde este reciclată.

Aplicații: Componente de automobile, fitinguri de conducte și carcase de pompe

Avantaje: Precizie dimensională ridicată, finisare bună a suprafeței și matriță cu durată lungă de viață

2. Înclinarea Gravity Die Casting

Matrița este înclinată lent în timpul procesului de turnare în această metodă. Acest lucru permite metalului topit să umple cavitatea matriței încet și uniform, astfel încât sunt evitate turbulențele și șansele de prindere a gazului sau a obturațiilor reci.

Aplicații: Componente cu pereți subțiri sau piese susceptibile de a bloca aerul

Avantaje: Îmbunătățirea sănătății interne, îmbunătățirea suprafeței și scăderea apariției defectelor

3. Turnare prin gravitație la presiune scăzută (hibrid)

Din punct de vedere tehnic, aceasta este o categorie separată, deși unii o pot considera o variantă în care o presiune redusă a gazului (de obicei 0,7 - 1,5 bar) este aplicată metalului topit și îl împinge ușor în matriță. Se adaugă beneficiile simplității turnării prin gravitație, precum și unele beneficii ale controlului presiunii.

Aplicații: Roțile vehiculelor și componentele structurale sunt, de asemenea, din piese turnate de înaltă integritate.

Avantaje: Control îmbunătățit al curgerii metalului, proprietăți mecanice mai bune

4. Turnare prin gravitație asistată de miez de nisip

Metoda implică utilizarea de miezuri de nisip care sunt introduse în matrița metalică, unde permite formarea cavităților interne sau a adânciturilor care nu ar putea fi create folosind doar o matriță metalică solidă.

Aplicații: Componente complexe de motor, corpuri de supape

Avantaje: Permite fabricarea de piese avansate, beneficiind în același timp de durata de viață prelungită a unei matrițe permanente. 

Tabel: Tipuri de turnare prin gravitație

Materiale aplicate în turnarea gravitațională sub presiune 

Turnarea prin gravitație este unul dintre cele mai comune procese de turnare în matriță permanentă; se aplică în principal aliajelor neferoase. Materialele implicate în acest proces trebuie să fie capabile să aibă o fluiditate ridicată, puncte de topire moderate și o turnabilitate excelentă, astfel încât metalul topit să poată funcționa fără defecte, fiind capabil să umple cavitatea matriței. Deoarece turnarea prin gravitație aplică doar gravitația pentru a umple matrița fără o presiune externă, selectarea materialului este un factor și mai critic pentru a obține precizia dimensională, calitatea suprafeței și rezistența. Principalele materiale utilizate în timpul turnării prin gravitație includ;

Aliaje de aluminiu

Aluminiul este cel mai frecvent utilizat material în procesul de turnare gravitațională sub presiune datorită proprietăților sale ușoare, proprietăților excepționale de rezistență la coroziune și ușurinței de turnare. Aliajele tipice de aluminiu includ A356, AlSi12 și A319. Aceste aliaje oferă o combinație bună de rezistență, ductilitate și conductivitate termică, ceea ce le face potrivite pentru piesele de automobile, cum ar fi blocurile motorului, capetele cilindrilor, carcasele transmisiei și alte piese de structură.

Aliajele de aluminiu utilizate pentru turnarea sub presiune prin gravitație se topesc de obicei la o temperatură cuprinsă între 660°C și 750°C. Aluminiul topit curge ușor în matrița metalică și se răcește rapid, formându-se o structură densă, cu granulație fină. Acestea pot fi prevăzute și cu tratament termic T5 sau T6, care va îmbunătăți performanțele mecanice. Turnarea prin gravitație în aluminiu oferă o precizie dimensională ridicată, un finisaj de suprafață bun și o durată lungă de viață atunci când matrița este bine întreținută.

Aliaje pe bază de cupru

Turnarea prin gravitație este posibilă și cu aliaje de cupru, în special bronz și alamă. Aceste materiale se aplică acolo unde este necesară o rezistență ridicată la uzură, o rezistență excelentă, o conductivitate termică/electrică superbă. De exemplu, piesele turnate din bronz sunt utilizate în domenii precum elicele marine, carcasele pompelor și rulmenții, în timp ce alama este utilizată în domenii precum instalațiile sanitare și feroneria decorativă.

În ceea ce privește temperaturile de topire, aliajele pe bază de cupru sunt mai ridicate, în intervalul 1000° - 1200° Celsius. Acest lucru face ca materialul matriței să tolereze stresul termic și se așteaptă ca procesul de turnare să fie bine controlat pentru a preveni oxidarea și defectele de contracție. Turnarea prin gravitație folosind aliaje de cupru poate fi făcută pentru a furniza piese rezistente cu un serviciu remarcabil în condiții extreme, dacă este controlată corespunzător.

Aliaje de magneziu

Aliajele de magneziu sunt încorporate în turnarea gravitațională sub presiune atunci când proiectarea structurilor ușoare este o preocupare cheie, inclusiv în domeniul aerospațial și în cel al automobilelor. Unele dintre aliajele comune includ AZ91D, care combină un echilibru bun de rezistență, turnabilitate și rezistență la coroziune. Principalul său avantaj este densitatea scăzută de aproximativ 1,8 g/cm³, ceea ce înseamnă că este cel mai ușor metal structural care este aplicat.

Aliajele de magneziu sunt lichefiate la aproximativ 600°C - 650°C. Din cauza reactivității ridicate, acestea trebuie turnate în medii de protecție sau cu ajutorul fluxurilor pentru a evita oxidarea și arderea. Cu toate acestea, turnarea prin gravitație permite ca producția de componente din magneziu să aibă un grad bun de precizie și mai puține deșeuri în comparație cu alte proceduri de formare.

Aliaje de zinc

Deși zincul este mai potrivit pentru procesele de turnare sub presiune de înaltă presiune, acesta a fost utilizat și pentru turnarea prin gravitație pentru aplicații specifice, în special piese mici, bine ajustate, cu toleranțe mai stricte. Aliajele de zinc, precum Zamak 3 și Zamak 5, sunt preferate datorită punctului scăzut de topire (aproximativ 385 °C), fluidității bune și reproducerii detaliilor fine în matrițe.

Piesele turnate gravitaționale din zinc sunt aplicate în produse electronice și produse de larg consum și în piese mecanice cu sarcină redusă. Principalul avantaj al utilizării zincului în turnarea gravitațională sub presiune este capacitatea de a realiza muchii ascuțite și caracteristici fine fără o mulțime de procese de prelucrare. Cu toate acestea, datorită rezistenței sale mecanice scăzute în comparație cu aluminiul sau cuprul, poate fi aplicat numai în utilizări nestructurale.

Aliaje de aluminiu îmbunătățite cu siliciu

Aliajele de aluminiu bogate în siliciu, precum AlSi12, sunt ideale pentru turnarea sub presiune prin gravitație, deoarece siliciul adăugat crește fluiditatea, reduce contracția și crește rezistența la uzură. Astfel de aliaje sunt utilizate pe scară largă în piesele de motor, în elementele de frână și în carcasele hidraulice, unde stabilitatea dimensională și rezistența sunt importante.

Conținutul de siliciu care se încadrează în intervalul 7-12% îmbunătățește și mai mult capacitatea aliajului de a umple forme complicate de matrițe fără rupere la cald sau porozitate de gaz. Aceste aliaje se cristalizează constant, creând mai puține defecte și puțină post-procesare.

Alternative la Gravity Die Casting

Turnarea sub presiune prin gravitație este o tehnică frecvent utilizată în fabricarea pieselor metalice de volum mediu sau mare, cu proprietăți mecanice decente. Dar nu este întotdeauna cea mai bună alegere. În timp ce o serie de factori, cum ar fi complexitatea piesei, finisajul de suprafață dorit, costul și volumul de producție sunt esențiale în determinarea tipului de tehnici de turnare. În astfel de cazuri, producătorii pot recurge la utilizarea diferitelor alte procese de turnare alternative. O examinare atentă a principalelor alternative la turnarea prin gravitație și a punctelor forte, a punctelor slabe și a aplicațiilor obișnuite ale acestora este prezentată mai jos.

Turnare în nisip

Cea mai tradițională și mai flexibilă metodă de turnare este turnarea în nisip. Aceasta încorporează lucrul cu cavitatea matriței prin prepararea amestecului de nisip pentru a o modela, care este de obicei legat de lut sau lianți chimici. Pentru a modela matrița de nisip se folosește un model, care este de obicei din lemn sau metal. După formarea matriței, metalul topit este umplut în cavitate.

Acest proces este deosebit de bun pentru volume de producție mici până la medii, piese mari sau piese cu structuri geometrice interne complexe care nu pot fi realizate cu ușurință în metalul solid. Turnarea în nisip este relativ mai ieftină în ceea ce privește costurile de scule, fiind astfel potrivită pentru prototipuri sau comenzi personalizate.

Cu toate acestea, turnarea în nisip are ca rezultat o finisare dură și o precizie de dimensionare inferioară în comparație cu turnarea prin gravitație. Matrița este distrusă după fiecare utilizare și, prin urmare, timpul de producție și risipa de materiale devin mai mari pentru tirajele de volum mare. Cu toate acestea, turnarea în nisip este o opțiune flexibilă atunci când costul setărilor are o prioritate scăzută.

Turnare sub presiune de înaltă presiune (High-Pressure Die Casting)

Turnarea sub presiune înaltă (HPDC) utilizează injectarea metalului topit în matrițe de oțel sub presiune înaltă, adică între 600 și 1200 bar (1 presiune). Această metodă face posibilă crearea de forme complicate cu o mare precizie dimensională și calitate a suprafeței cu viteze mari.

HPDC este deosebit de utilă la fabricarea pieselor cu pereți subțiri, care nu ar putea fi turnate numai cu ajutorul tehnologiei gravitaționale. Este o practică obișnuită în industria auto, electronică și electrocasnică. Timpii scurți de ciclu și nivelurile ridicate de capacități automatizate o fac rentabilă pentru producția de volume foarte mari.

Principalele dezavantaje în comparație cu turnarea prin gravitație sunt costul prohibitiv al sculelor, precum și tendința de captare a gazelor, care poate duce la porozitate în produsul final turnat. De asemenea, din cauza presiunii ridicate, procesul este de obicei limitat la componente mai mici și nu poate fi utilizat pentru piese mai mari sau mai groase.

Turnare sub presiune joasă (Low-Pressure Die Casting)

Turnarea sub presiune scăzută (LPDC) este o versiune modificată a turnării prin gravitație. În loc să se toarne pur și simplu metal topit în matriță, se aplică o presiune pozitivă (între 0,7 și 1,5 bar) în camera cuptorului, ceea ce face ca metalul topit să urce în matriță printr-un tub numit tub ascendent.

Această metodă oferă mai mult control asupra fluxului de metal și minimizează riscul de porozitate a gazului. Este aplicată în mod obișnuit în aplicații care necesită piese de înaltă integritate, cum ar fi cazul roților auto și al pieselor structurale din aluminiu. LPDC va duce, de asemenea, la îmbunătățirea calităților mecanice și a ratelor de rebuturi în comparație cu turnarea sub presiune prin gravitație.

Cu toate acestea, un astfel de control sporit are prețul său. Tehnologia este mai complicată și mai costisitoare, iar procesul este mai lung. Chiar și în aceste condiții, LPDC este frecvent selectat atunci când sunt necesare o calitate mai bună a turnării și o integritate internă mai bună.

Turnare centrifugală

Turnarea centrifugă presupune rotirea matriței la viteză mare, precum și turnarea metalului topit în aceasta. Forțele centrifuge forțează metalul să se lovească puternic de pereții matriței, ceea ce contribuie la reducerea porozității și la crearea unei structuri cu granulație extrem de fină.

Această tehnică este potrivită pentru piese cilindrice sau tubulare, adică țevi, inele și bucșe. Datorită cristalizării direcționale și a constituției dense, piesele formate tind să aibă proprietăți mecanice ridicate și proprietăți scăzute de uzură.

Cu toate acestea, turnarea centrifugă este limitată în mod semnificativ în ceea ce privește geometria piesei - poate fi utilizată numai atunci când sunt implicate forme simetrice, iar caracteristicile interne complexe sunt greu de implementat. Configurarea inițială și echipamentele sunt, de asemenea, destul de specializate, ceea ce se dovedește a fi o barieră pentru unele dintre operațiuni. Cu toate acestea, în cazul pieselor rotunde, de înaltă performanță, turnarea centrifugă reprezintă o opțiune bună în comparație cu turnarea prin gravitație.

Turnare cu investiții (turnare cu ceară pierdută)

Turnarea de investiții, denumită și turnare cu ceară pierdută, este un proces de creare a unei forme din ceară a piesei care urmează să fie produsă, de aplicare a unei ceramici (acoperire) și de topire a cerii pentru a lăsa o cavitate. Apoi, metalul fierbinte este turnat în această cavitate pentru a produce piesa finală.

Acest proces este foarte valoros datorită capacității sale de a realiza piese foarte complicate și detaliate cu o formă aproape netă. Este perfect pentru componentele de dimensiuni relativ mici și medii care au nevoie de o precizie dimensională ridicată și de caracteristici estetice ale unui finisaj de suprafață de calitate, cum ar fi paletele turbinelor, componentele aerospațiale și bijuteriile.

În comparație cu turnarea sub presiune prin gravitație, turnarea la presiune are o rată de producție mai lentă și un cost ridicat pe piesă, în special atunci când volumul este mare. De asemenea, matrițele sunt de unică folosință și au etape mai mari. Cu toate acestea, pentru piesele complicate care nu pot fi realizate prin turnare gravitațională, turnarea în investiție este în mod normal cea mai bună opțiune.

Când să folosiți alternative?

Alegerea celei mai bune alternative la procesul de turnare prin gravitație depinde de nevoile piesei și de condițiile de producție. De exemplu, turnarea în nisip va fi ideală pentru piese unice sau piese mari, grele. Turnarea sub presiune înaltă este potrivită pentru producția la scară largă, unde este nevoie de detalii grosiere. Turnarea sub presiune joasă este perfectă dacă scopurile necesită o integritate internă sporită. Turnarea centrifugă nu poate fi întrecută atunci când vine vorba de piese rotunde, în timp ce turnarea pentru investiții este mai potrivită pentru articole complexe și foarte precise.

Cu fiecare metodă, veți obține un set diferit de compromisuri în ceea ce privește prețul, sculele, viteza și calitatea pieselor. În acest fel, decizia constă, de obicei, în echilibrul dintre acești factori, cu funcția și aspectul estetic al produsului finit.

Parametrii procesului: Temperatură, presiune și timp 

Mai mulți parametri tehnici afectează succesul turnării gravitaționale sub presiune:

1. Temperatura de turnare

Aceasta este de obicei de 650 - 750 °C pentru aliajele de aluminiu. Situația de turnare prea fierbinte poate cauza prinderea gazelor și porozitate. Prea rece, metalul poate să nu intre până la capăt în matriță.

2. Temperatura matriței

Matrițele sunt în mod normal încălzite la 150 - 300 °C. Preîncălzirea matriței va asigura că metalul nu se va solidifica prea repede, iar curgerea metalului va deveni mai lină.

3. Timp de răcire

Metalului trebuie să i se permită să se solidifice înainte de a fi îndepărtat după turnare. Timpii de răcire variază în funcție de aliaj și de geometria piesei, dar sunt de obicei între 20 - 90 de secunde.

4. Numai gravitație (fără presiune externă)

Turnarea prin gravitație nu utilizează nicio forță externă în comparație cu turnarea sub presiune. O astfel de simplitate are ca efect reducerea costurilor și a uzurii echipamentelor.

5. Lubrifierea și acoperirea

Suprafețele matrițelor sunt lubrifiate pentru a facilita eliberarea și finisarea suprafețelor. Unele dintre acoperirile tipice includ nitrură de bor și suspensii de grafit.

Acești trei parametri trebuie să fie foarte bine controlați pentru a optimiza piesele turnate de înaltă calitate, cu deficiențe minime precum porozitatea, contracția și ruperile la rece.

Aplicații ale turnării prin gravitație 

Turnarea prin gravitație este una dintre practicile populare de turnare a metalelor care au găsit o aplicare largă într-o varietate de industrii datorită capacității sale de a produce piese precise, durabile și complexe din metale neferoase. Procesul asigură o repetabilitate ridicată, proprietăți mecanice adecvate și un control dimensional strâns, ceea ce face ca procesul să poată fi utilizat atât în aplicații structurale, cât și funcționale. Mai jos sunt prezentate sectoarele majore și câteva exemple în care turnarea prin gravitație este utilizată în mod critic.

1. Industria auto

Industria auto este unul dintre cei mai mari consumatori de componente turnate prin gravitație. Tehnica este perfectă pentru fabricarea de piese care trebuie să prezinte rezistență, rezistență la căldură și stabilitate dimensională.

Aplicațiile cheie includ:

• Capete de cilindri și blocuri motor
• Etrieri de frână și cilindri principali
• Suporturi de suspensie și brațe de control
• Carcase de transmisie

Turnarea prin gravitație permite crearea de geometrii complexe care au suprafețe interne netede, ceea ce este foarte important pentru transportul eficient al fluidelor în motoare și frâne. Componentele funcționează la temperaturi cuprinse între 90 și 120 °C, dar rezistența materialului este o preocupare majoră în proiectare.

2. Aerospațial și aviație

Reducerea greutății și fiabilitatea sunt importante în aplicațiile aerospațiale. Turnarea gravitațională sub presiune este utilizată pentru piese care necesită ca acestea să fie ușoare și, în același timp, durabile și fără compromisuri în ceea ce privește rezistența dimensională și la oboseală.

Piesele turnate aerospațiale tipice includ:

• Suporturi de montare
• Componente ale carcasei
• Sisteme de conducte de aer
• Capacul motorului

Aliajele de aluminiu și magneziu sunt în general alese pentru piesele din industria aerospațială datorită raportului lor rezistență/greutate ridicat. Piesele turnate trebuie să reziste încărcărilor atmosferice, variațiilor de temperatură, de la -55°C la 125°C în timpul zborului, și vibrațiilor mecanice din timpul zborului.

3. Utilaje industriale

Turnarea prin gravitație este utilizată în utilaje grele și echipamente industriale pentru a produce piese care necesită rezistență și rezistență la uzură în condiții de stres sporit.

Componentele comune includ:

• Carcase de angrenaje
• Carcase de pompe
• Corpuri compresor
• Colectoare

Aceste piese turnate sunt de obicei din aliaj de aluminiu sau bronz, unele modele având variații ale grosimii pereților și cavități interioare complexe. Presiunile de funcționare pot varia de la 10 bar până la 150 bar, în funcție de sistem.

4. Carcasă electrică și electronică

Turnarea prin gravitație este utilizată în turnarea de carcase rezistente la căldură și la coroziune pentru componente electrice și electronice delicate.

Aplicații tipice:

• Carcase de motor
• Corpuri pentru corpuri de iluminat
• Cutii de joncțiune
• Aripioare de răcire pentru dispozitive de putere

Componentele trebuie să asigure o disipare excelentă a căldurii și stabilitate dimensională, împiedicând în același timp pătrunderea factorilor de mediu, inclusiv a prafului și umidității. Aliajele aluminiu-siliciu sunt utilizate pe scară largă în aceste scopuri datorită conductivității lor termice și rezistenței la coroziune.

5. Marină și construcții navale

Aplicațiile marine necesită materiale care sunt rezistente la coroziunea cauzată de apa sărată și care suportă, de asemenea, expunerea constantă la umiditate. Turnarea prin gravitație este utilizată pentru a obține piese puternice care funcționează fiabil în astfel de circumstanțe.

Exemplele includ:

• Carcase de elice
• Corpuri de supape
• Carcasele pompelor de apă
• Fitinguri și cuplaje

Aici, materialele obișnuite implicate sunt bronzul și aliajele de aluminiu-bronz. Aceste piese turnate sunt mai susceptibile să fie etanșe la presiune și să funcționeze în condiții de umiditate ridicată, expunere la sare și temperaturi cuprinse între 5°C și 50°C.

6. Echipamente agricole

Decorate cu canale interne de răcire, produsele turnate sub presiune sunt un aspect valoros al utilajelor agricole datorită rezistenței lor la elemente precum șocurile mecanice, uzura mediului și expunerea la îngrășăminte sau sol.

Componentele turnate prin gravitație includ:

• Corpuri de supape hidraulice
• Capacul cutiei de viteze
• Suporturi de montare
• Unități de carcasă PTO (sisteme de preluare a puterii)

Aceste piese lucrează de obicei în aer liber, într-o gamă largă de temperaturi (-20°C până la 50°C) și trebuie să funcționeze chiar și în condiții de murdărie, vibrații și coroziune.

7. Produse de consum și hardware

Turnarea prin gravitație este, de asemenea, aplicată în producția de piese decorative și funcționale în produsele de consum, care trebuie să fie atât puternice, cât și decorative.

Aplicațiile includ:

• Mânere și încuietori pentru uși
• Baze de iluminat
• Ustensile de gătit
• Carcase pentru scule

Multe dintre aceste piese tind să utilizeze aliaje de zinc sau aluminiu datorită finisajului excepțional al suprafeței și capacității lor de a păstra detalii fine cu o prelucrare redusă pentru turnare.

Versatilitatea turnării prin gravitație

Versatilitatea turnării gravitaționale sub presiune constă în capacitatea de a realiza piese metalice puternice, precise și complexe din diverse industrii. De la industria auto și industria aerospațială până la produsele marine și de consum, acest proces de turnare prezintă o soluție solidă atunci când integritatea structurală, finisarea suprafeței, precizia dimensională etc. sunt prioritare.

Aplicarea matrițelor de oțel reutilizabile, a aliajelor neferoase, precum și a fluxului de metal alimentat prin gravitație, îl transformă într-o soluție eficientă și fiabilă pentru nevoile moderne de producție.

Avantajele turnării prin gravitație

Există mai multe beneficii cheie ale utilizării turnării prin gravitație:

• Proprietăți mecanice mai bune: 

Ca urmare a solidificării mai puțin rapide, boabele devin mai uniforme în formă și, prin urmare, se obține o rezistență ridicată.

• Matrițe reutilizabile: 

Matrițele metalice pot fi reutilizate pentru mii de cicluri, reducând astfel costul per piesă.

• Finisaj de suprafață îmbunătățit: 

Spre deosebire de turnarea cu nisip, aceasta nu este doar un finisaj mai neted, ci necesită și mai puține prelucrări.

• Precizie dimensională bună: 

Se pot obține toleranțe de ordinul ±0,1 mm.

• Eco-Friendly: 

Procesul de turnare prin gravitație este, de asemenea, sustenabil datorită faptului că matrițele folosite pot fi reutilizate și există relativ mai puține deșeuri.

Datorită acestor avantaje, mulți producători preferă turnarea prin gravitație în locul altor metode, cum ar fi turnarea în nisip, atunci când sunt necesare atât volumul, cât și calitatea.

Limitări ale turnării prin gravitație

Procesul de turnare prin gravitație, ca toate celelalte procese, are câteva dezavantaje, deși este benefic în sine:

• Costuri ridicate de scule: 

Comparativ cu turnarea sub presiune, prețul matrițelor metalice este comparativ mai mare decât al matrițelor de nisip.

• Limitat la forme simple:

Aceste detalii delicate și decupaje ar trebui să fie greu fără un miez complex.

• Timpi de ciclu mai lungi: 

Are un timp de ciclu mai lent în comparație cu turnarea de înaltă presiune datorită curgerii și răcirii naturale.

• Necesită operare calificată: 

Mânerele de temperatură și sincronizare sunt esențiale în evitarea defectelor.

Această limitare trebuie luată în considerare atunci când se decide utilizarea turnării prin gravitație pentru o anumită piesă.

Concluzie

Turnarea sub presiune prin gravitație este o modalitate practică, eficientă și precisă de fabricare a pieselor metalice, în special în aliaje neferoase precum aluminiul și cuprul. Prin utilizarea gravitației în locul presiunii externe, procesul se caracterizează printr-o calitate ridicată a suprafeței și a preciziei dimensionale, pe lângă obținerea unui obiect structural solid, motiv pentru care această metodă este populară în multe industrii.

Dacă produceți piese auto, componente aerospațiale sau carcase industriale, turnarea prin gravitație vă oferă un rezultat rentabil și consecvent. Prin controlul strâns al parametrilor precum temperatura de turnare, temperatura matriței și durata de setare, producătorii vor putea produce piese turnate care sunt foarte specifice în ceea ce privește performanța și fiabilitatea.

Având în vedere nevoia crescută de piese metalice ușoare, rezistente și ecologice, turnare prin gravitație este o tehnologie vitală în paradigma contemporană a producției.