Katedra konstruování strojů Fakulta strojní
KA 01 - ODLITKY, VÝKOVKY
TLAKOVÉ LITÍ HLINÍKU
doc. Ing. Martin Hynek, PhD. a kolektiv
verze - 1.0 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Stránka 1
Hledáte kvalitní studium? Nabízíme vám jej na Katedře konstruování strojů Katedra konstruování strojů je jednou ze šesti kateder Fakulty strojní na Západočeské univerzitě v Plzni a patří na fakultě k největším. Fakulta strojní je moderní otevřenou vzdělávací institucí uznávanou i v oblasti vědy a výzkumu uplatňovaného v praxi. Katedra konstruování strojů disponuje moderně vybavenými laboratořemi s počítačovou technikou, na které jsou např. studentům pro studijní účely neomezeně k dispozici nové verze předních CAD (Pro/Engineer, Catia, NX ) a CAE (MSC Marc, Ansys) systémů. Laboratoře katedry jsou ve všední dny studentům plně k dispozici např. pro práci na semestrálních, bakalářských či diplomových pracích, i na dalších projektech v rámci univerzity apod. Kvalita výuky na katedře je úzce propojena s celouniverzitním systémem hodnocení kvality výuky, na kterém se průběžně, zejména po absolvování jednotlivých semestrů, podílejí všichni studenti. V současné době probíhá na katedře konstruování strojů významná komplexní inovace výuky, v rámci které mj. vznikají i nové kvalitní učební materiály, které budou v nadcházejících letech využívány pro podporu výuky. Jeden z výsledků této snahy máte nyní ve svých rukou. V rámci výuky i mimo ni mají studenti možnost zapojit se na katedře také do spolupráce s předními strojírenskými podniky v plzeňském regionu i mimo něj. Řada studentů rovněž vyjíždí na studijní stáže a praxe do zahraničí. Nabídka studia na katedře konstruování strojů: Bakalářské studium (3roky, titul Bc.) Studijní program
B2301: strojní inženýrství („zaměřený univerzitně“)
B2341: strojírenství (zaměřený „profesně“)
Zaměření
Stavba výrobních strojů a zařízení Dopravní a manipulační technika
Design průmyslové techniky Diagnostika a servis silničních vozidel Servis zdravotnické techniky
Studijní program
Magisterské studium (2roky, titul Ing.) N2301: Strojní inženýrství
Zaměření
Stavba výrobních strojů a zařízení Dopravní a manipulační technika
Více informací naleznete na webech www.kks.zcu.cz a www.fst.zcu.cz
Západočeská univerzita v Plzni, 2014
ISBN © doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D. Ing. Miroslav Grach Jiří Benda
Stránka 2
TLAKOVÉ LITÍ HLINÍKU LIS NA TLAKOVÉ LITÍ (HORIZONTÁLNĚ)
•
Nástroje jsou umístěny a upnuty na horizontálních lisech. Hovoříme o dvou polovinách formy a to pevné části a pohyblivé části. Forma je nasazena na lis pomocí jeřábu a spuštěna mezi sloupky lisu do prostoru mezi upínací desky lisu. Někdy pro velké rozměry a výšku formy je forma nasazena na lis po jednotlivých polovinách. Pokud jsou půdorysné rozměry XY formy větší než vnitřní vzdálenosti mezi sloupky lisu je nutné po spuštění formy mezi sloupky tuto protočit o 90 stupňů pro upnutí na desky lisu. Z toho důvodu mají některé lisy jeden ze sloupků odjížděcí. (odsouvání ve směru sloupku hydraulicky). Tímto uvolní prostor pro nasazení formy. Pevná část formy je středěna na komoře lisu, která vyčnívá nad upínací deskou. Její poloha pod osou lisu je již zmiňované přesazení. Otvor pro středění komory ve formě musí být vyroben přesně a to i výškově., abychom zamezili prostříknutí taveniny. Obě poloviny formy jsou středěné pomocí vodících sloupků a pouzder, které slouží jako vedení a zároveň jako blokování.
TL6-400 - tlakový licí stroj s uzavírací silou 4000 kN
Stránka 3
TECHNOLOGIE LITÍ SLITIN HLINÍKU
Technologie lití hliníku Gravitační lití
Nízkotlaké lití
-Pískové formy -Kovové formy -Keramické formy
-Kovové formy -Pískové formy -Keramické formy
Vysokotlaké lití -Stroje s teplou licí komorou -Stroje se studenou licí kom. - Vertikální
-Horizontální
-Sqeeze casting -SSM procesy Volbu technologie volíme podle: • • • • •
Konstrukce odlitku – tvar, rozměry, hmotnost Požadavky na užitné vlastnosti odlitku Počet kusů ve výrobní sérii Slitina Přesnost rozměrů a jakost povrchu
Metody využívající při výrobě odlitků zvýšený tlak: • • • •
Vysokotlaké lití Nízkotlaké lití Lití s krystalizací pod tlakem Metoda polotuhého kovu
Stránka 4
VYSOKOTLAKÉ LITÍ
Tlakové licí stroje: Stroje s teplou komorou - vstřikování kovu pístem vstřikování vzduchem Stroje se studenou komorou – s vertikální komorou s horizontální komorou
Výhody tlakového licího stroje: • • • • • •
lze vyrábět i tvarově členité tenkostěnné odlitky (cca 1 -2 mm) vysoká rozměrová přesnost odlitků (až 0,3 –0,5 %) vysoká kvalita povrchu jejich dobré mechanické vlastnosti vysoké využití roztaveného kovu vysoká produktivita práce
Nevýhody tlakového licího stroje: • •
vysoké náklady na zhotovení tlakové licí formy a pořízení stroje vnitřní porezita odlitků
Vysokotlaké lití je: • Vyplnění dutiny kovové formy taveninou v krátkém čase, kde následně tuhne za působení vysokého tlaku, tzv. dotlaku (cca60-100MPa). • V podstatě jedinou operací je tekutý kov v několika sekundách přeměněn v tvarově komplikovaný odlitek.
Stránka 5
VYSOKOTLAKÉ LITÍ – LICÍ CYKLUS
1) 2) 3) 4) 5) 6)
uzavření lisu – sjetí obou polovin formy k sobě, naplnění komory taveninou před píst vstřiknutí kovu do dutiny formy chladící cyklus otevření lisu- odjetí AS (pohyblivá strana formy) vyhození dílu a event. odebrání manipulátorem vrácení vyhazovacího paketu zpět + nástřik dutiny separátorem
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Stránka 6
TLAKOVÁ LICÍ FORMA
Požadavky na použitý materiál formy: • dobrá obrobitelnost • dobrá prokalitelnost • vysoká mez pevnosti a kluzu • dobrá tepelná vodivost • nízká tepelná roztažnost • odolnost proti nalepování • rozměrová stálost při tepelném zpracování Méně namáhané části formy – konstrukční legovaná ocel 1.2311, 1.2312 (rám formy) Namáhané části formy – vysokolegované oceli určené k práci za tepla 1.2343, 1.2344, 1.1730, 1.7131, 1.2379, 1.2767 (vložka formy, razníky, šíbry, vyhazovače, vedení formy, středění, rozpěrné desky, dorazy)
Stránka 7
PEVNÁ POLOVINA FORMY (DS – DUESSEN SITE)
• • • • • • •
• • • •
Součástí této poloviny formy je rám, tvarové vložky, chladící vložka komory apod. Rám je největší díl formy. Je to vlastně zděř pro tvarovou vložku dutiny tvaru. Materiály rámu jsou nejčastěji 1.2311 nebo 1.2312. Velké rámy mají také temperanční okruhy pro nahřátí do pracovní teploty a následnou temperaci z důvodů rychlosti cyklu. Tvarová vložka – nejnamáhavější část formy. Musí vydržet cca. 120 000 cyklů při velkém tlaku a teplotě taveniny. Z důvodu větší životnosti a namáhání jsou tvary leštěné. Materiály vložek 1.2343 ESU, 1.2344 apod. Tvarová vložka má v sobě vrtané kruhy pro chlazení a temperaci. Okruhy mohou být různě propojené nebo naopak samostatné podle cyklu formy. Chladícím médiem je olej. Hadice jsou připojeny na nátrubky. Chladící vložka je umístěna okolo nebo v místě komory lisu. Slouží k intenzivnímu chlazení v místě vtoku dílu, kde zůstává v komoře tzv. tableta. Je to místo, které chladne jako poslední a určuje zpravidla čas cyklu. Proto chlazení v tomto místě musí být velice intenzivní a to vodou v labyrintu. Vodící kolíky slouží k vedení a středění obou polovin formy. Jsou zpravidla v této polovině s tím, že jeden kolík má menší průměr, nebo jinou polohu pro zabránění možnosti nesprávného nasazení polovin formy. Krycí plechy v dělící rovině jsou bezpečností a zabraňují eventuálnímu průstřiku taveniny z dělící roviny při otevření formy rázem nebo nedostatečným uzavřením polovin formy. Vakuová kostka je zařízení, které je možné použít pro usnadnění plnění dutiny formy a odvedení čela taveniny společně se vzduchem při plnění formy. Zlepšuje kvalitu dílu. Uzamykací klín šoupěte je mechanický zámek (protitvar) ke spodnímu šoupěti tak aby zablokoval působení vlivu taveniny na čelo tvaru šíbru.
Stránka 8
POHYBLIVÁ POLOVINA FORMY (AS – AUSWERFER SITE)
• • • • • • • • • •
• • •
Součástí této poloviny formy je rám, tvarové vložky, chladící vložka protivtoku, vyhazovací paket, upínací deska, šíbry s válci apod. Rám je největší díl formy. Je to vlastně zděř pro tvarovou vložku dutiny tvaru. Materiály rámu jsou nejčastěji 1.2311 nebo 1.2312. Velké rámy mají také temperanční okruhy pro nahřátí do pracovní teploty a následnou temperaci z důvodů rychlosti cyklu. Tvarová vložka je nejnamáhanější částí formy. Musí vydržet cca. 120 000 cyklů při velkém tlaku a teplotě taveniny. Z důvodu větší životnosti a namáhání jsou tvary leštěné. Materiály vložek 1.2343 ESU, 1.2344 apod. Tvarová vložka má v sobě vrtané okruhy pro chlazení a temperaci. Okruhy mohou být různě propojené nebo naopak samostatné podle cyklu formy. Chladícím médiem je olej. Hadice jsou připojeny na nátrubky. Chladící vložka vtoku je umístěna okolo nebo v místě proti komoře lisu. Slouží k intenzivnímu chlazení v místě vtoku dílu. Je to místo, které chladne jako poslední a určuje zpravidla čas cyklu. Proto chlazení v tomto místě musí být velice intenzivní a to vodou v labyrintu. Krycí plechy v dělící rovině jsou bezpečností a zabraňují eventuálnímu průstřiku taveniny z dělící roviny při otevření formy rázem nebo nedostatečným uzavřením polovin formy. Vakuovací kostka je zařízení, které je možné použít pro usnadnění plnění dutiny formy a odvedení čela taveniny společně se vzduchem při plnění formy. Zlepšuje kvalitu dílu. Vyhazovací paket tvoří vyhazovací a kotevní deska, vyhazovače, vratné kolíky. Vyhazovací paket je ovládán vyrážecími tyčemi od lisu. Je veden pomocí vodících kolíků a pouzder. Vyhazovače slouží k vytlačení dílu z dutiny formy. Vratné kolíky slouží jako ochrana vyhazovačů, kdy při uzavírání formy nedojde-li ke sjetí vyhazovacího paketu, pak je nuceně od pevné poloviny formy zatlačen zpět do polohy při plnění dutiny taveninou. Upínací deska slouží k upnutí na prsa lisu. Stojiny vytváří pod rámem prostor pro vyhazovací paket a podepírají společně rám. Šíbry (šoupata) jsou tvarové vozíky k odformování bočních tvarů. Jsou poháněny hydraulickými válci nebo při malém zdvihu šikmými kolíky.
Stránka 9
TEMPERAČNÍ SYSTÉM
• • • • •
Temperační systém formy je tvořen samostatnými okruhy. Několik okruhů pro tvárník a tvárnici. Okruhy mohou být propojeny nebo samostatné. Dle potřeby. Tok chladicího média je usměrněn ucpávkami a chladicími přepážkami z důvodu efektivnějšího chlazení. Červeně je vyznačen odvod chladicího média a modře přívod. Doporučená teplota formy pro slitiny AL – 180 až 300°C. Cílená temperace formy olejovými okruhy. Pohyblivá strana AS
Pevná strana DS
Stránka 10
PŘÍSLUŠENSTVÍ TEMPERAČNÍ SOUSTAVY
• • • • •
Součástí temperační soustavy jsou temperační kostky s nátrubkama pro připojení hadic, uzavírací zátky, temperační přípojky a chladicí přepážky s různou délkou. Temperační kostka slouží k rychlému a přehlednému zapojení hadic do formy. Uzavírací zátka usměrňuje tok temperačního média. Temperační přípojka je opatřena závitem a napojují se na ni hadice z temperační kostky. Chladicí přepážka zefektivňuje temperaci formy viz obr. Temperační kostka Temperační přípojka
Uzavírací zátka Chladicí přepážka
Vložka formy
Chladicí přepážka
Postup chladiva
Stránka 11
TEMPERAČNÍ SYSTÉM VTOKU
•
Temperační systém vtoku se nachází na tvárníku (pohyblivé části formy AS) i na tvárnici (nepohyblivé části formy DS).
Temperace vtoku pevné části formy (DS)
Nátrubky pro připojení
Temperační kroužek
Výstup Vstup
Temperace vtoku pohyblivé části formy (AS)
Výstup z temperační spirály
Vstup
Vtoková vložka Temperační spirála
Stránka 12
VTOKOVÁ VLOŽKA
•
Chladící vložka je umístěna okolo nebo v místě komory lisu. Slouží k intenzivnímu chlazení v místě vtoku dílu, kde zůstává v komoře tzv. tableta. Je to místo, které chladne jako poslední a určuje zpravidla čas cyklu. Proto chlazení v tomto místě musí být velice intenzivní a to vodou v labyrintu.
Stránka 13
VTOKOVÁ SOUSTAVA
•
Hlavním určujícím faktorem pro návrh vtokové soustavy je hmotnost (objem) a tvar odlitku. Umístění vtokového zářezu na odlitku se určuje především dle jeho tvaru. Odlitek by se měl pokud možno plnit do dostatečně silné stěny, neměly by být proti tomuto místu, pokud je to možné, žádné překážky v podobě jader a stěn kolmých na směr tečení taveniny. Při plnění odlitku by mělo docházet pokud možno k co nejmenšímu turbulentnímu proudění taveniny. Když si představíme odlitek jako obdélník, budeme vtokové naříznutí navrhovat vždy na kratší straně obdélníku. Tavenina by před sebou měla plynule vytlačit plyn z dutiny do vhodně umístěných ledvinek a odfuků. Ledvinky a odfuky se umisťují vždy tam, kde bude docházet k hromadění plynu. To znamená na protější straně od vtokového naříznutí a v místech, která jsou na odlitku nějakým způsobem uzavřená nebo jejich členitost nedovolí plynulý odchod plynu z dutiny. Vtokový kanál a přepuštění jsou vždy po zkoušce formy optimalizována a upravována. Přidávají se nebo se zvětšují ledvinky a přetoky, upravuje se vtok a naříznutí, tak aby se dosáhlo kvalitního odlitku bez zavalenin, porezity atd. Výpočet vtokové soustavy je teoreticky dán normou ČSN 228601 viz níže. Pro návrh vtokové soustavy se v dnešní době používají především simulační programy, které nám ukáží kritická místa ve vtokové soustavě a výrazně pomohou urychlit proces odladění formy.
Umístění vtokového naříznutí se řídí těmito zásadami: • Odlitky obdélníkového tvaru – vtok se umístí na kratší stranu. • Slitina proudící vtokovým naříznutím nesmí narážet na jádra nebo výstupky formy. • Nutnost zajistit odvod par a vzduchu z dutiny formy • Na duté odlitky kruhového průřezu se používají manžetové vtoky, umožňující vyplňování formy souměrně ode dna.
Vtokový kůl (tableta)
Vakuový kanál
Ledvinky (nálitky)
Vlnovec
Stránka 14
Podle typu odlitku se používá různý tvar vtokového systému: • • •
Prstencové vtoky - kruhový průřez v dělící rovině Středový vtok - souměrný odlitek větších rozměrů s předlitým otvorem Nožové (lamelové) vtoky - dlouhé odlitky s malou tloušťkou v dělící rovině
Prstencový vtok
Středový vtok v dělicí rovině
Nožový vtok
Stránka 15
ODVZDUŠNĚNÍ FORMY
•
vakuovou pumpou (skládá se) : zařízení, nebo centrální vakuum vakuový uzavírací ventil čidlo řídicí systém
•
nebo forma bez klasického odvzdušnění – odvzdušnění svedeno labyrintem k ventilu
Tlakové lití s podporou vakua •
•
U tohoto systému je podtlak připojen k odvzdušnění formy, které musí mít speciální konstrukci a je zakončeno ventilem nebo vlnovci, aby se zabránilo poškození vývěvy roztaveným kovem. Po nalití kovu se píst posune tak, aby zakryl nalévací otvor a utěsnil tím komoru a dutinu formy. Poté se uvolní vakuum a v dutině formy i v komoře se vytvoří podtlak. Tím se odstraní z formy vzduch, který by mohl být příčinou porezity. Je však třeba zamezit úniku podtlaku dělící rovinou a uložením vyhazovačů. Tato metoda je u odlévání slitin hliníku obvyklejší. U konvenčního tlakového lití působí tlak vyvozený pístem po celou dobu tuhnutí, aby zamezil vzniku staženin v odlitku. Bohužel vtoková naříznutí jsou malá, a proto tuhnou brzy po ukončení fáze plnění, čímž pro působící tlak pístu vzniká bariéra.
Vybavení pro tlakové lití s podporou vakua • • •
•
Pro tlakové lití s podporou vakua jsou používány stejné licí stroje jako pro klasické tlakové lití vybavené vakuovým systémem. Tento systém se skládá z vakuové pumpy (vývěvy), vakuového ventilu, systému řízení a kontroly vakua a neodvzdušněné formy. Výkon vakuové pumpy musí být dimenzovaný na objem plynů, které musí být odsáty z dutin formy během jejich plnění. V praxi jsou vakuové pumpy většinou konstrukčně řešeny jako rotační vývěvy. Ve vývěvě je excentricky uložené oběžné kolo vytvářející podtlak. Podtlak je tvořen stláčením vzduchu mezi lopatkami oběžného kola a stěny pracovního prostoru při otáčení oběžného kola. Stlačený vzduch je přes výfukový ventil transportován do výfukové mezinádrže, kde je umístěn filtr, ve kterém jsou ze vzduchu vyloučeny olejové výpary a ostatní nečistoty a vzduch je posléze vypouštěn do prostředí. Vývěvy jsou vyráběny v unifikovaných řadách s účelně řešeným designem pro snadné přemisťování a použití ve slévárně. Pro připojení vakua k dutině formy jsou používány různé druhy „ventilů“, které mají za úkol zabránit proniknutí roztaveného kovu do vývěvy. Vakuový ventil je umístěn na konci kanálu vedoucího z dutiny formy v nejlepším případě ústícího v místě dutiny, které je taveninou zaplněno jako poslední.
Stránka 16
VAKUOVÉ VENTILY
Vakuové ventily se dělí do dvou skupin: • •
ventily statické – vlnovce ventily dynamické – Fondarex, ProVac
•
Vakuovací ventil je zařízení, které je možné použít pro usnadnění plnění dutiny formy a odvedení čela taveniny společně se vzduchem při plnění formy. Zlepšuje kvalitu dílu.
•
Statické ventily nemají žádné pohyblivé části a pro uzavírání vakua využívají tuhnutí odlévaného kovu. Nejběžnější typ statických ventilů jsou vlnovce. Vlnovce jsou v podstatě velká odvzdušnění, která jsou nezávisle chlazena a připojena k vývěvě. Ačkoli plyny mohou skrz mezeru mezi oběma polovinami vlnovce proudit, dostatečné chlazení vlnovce zabezpečí ztuhnutí odlévaného materiálu dříve, než kov dosáhne vakuového systému. Tvar vlnovce způsobuje časté měnění směru proudícího kovu, čímž dochází k jeho brždění a zvýšenému ochlazování. Tyto vlastnosti zaručují úplné zatuhnutí kovu uvnitř vlnovce před dosažením konce vlnovce. Vůle mezi oběma částmi vlnovce je 0,4-0,7 mm v závislosti na použitém materiálu vlnovce. Využívají se hlavně kalené oceli, různé druhy bronzů (hliníkové, beryliové a speciální) a materiály speciální. Čím má zvolený materiál lepší tepelnou vodivost, tím větší lze použít vůli mezi díly vlnovce.
•
Statické vakuové ventily jsou levné a vzhledem k tomu, že neobsahují žádné pohyblivé části, nejsou náročné na údržbu. Vlnovce mají také své nevýhody. Velký problém u vlnovců způsobuje jejich čištění v průběhu produkce. Nahromaděné pleny mohou ucpat otvor pro proudící vzduch a snížit účinnost vakua. Další nevýhodou statických ventilů je jejich relativně malý průřez, který je v podstatě nejužším místem vakuového systému.
•
•
Dynamické vakuové ventily jsou nejčastěji mechanické, ale mají i jiné konstrukční provedení např. řízené hydraulické nebo elektromechanické ventily. Dynamické ventily mají oproti statickým ventilům větší průřez a tím pádem menší časovou prodlevu při nárůstu úrovně vakua po jeho spuštění.
Mechanické ventily jsou z dynamických ventilů nejjednodušší, příklad konstrukčního řešení je na obrázku. Když je forma uzavřena (obě poloviny jsou sjety k sobě) je ventil otevřen. S navázáním na pohyb pístu, je v momentě uzavření nalévacího otvoru spuštěno vakuum a odsávání vzduchu z dutin formy začíná. Tak jak tavenina plní dutinu formy, je tlak ve formě použit pro uzavření ventilu. Ventil je otevřený po dobu plnění formy dokud zaplnění dutiny nedosáhne předem stanovené úrovně. Uzavření ventilu proběhne za 8-10ms. • Řízené vakuové ventily poskytují největší účinnost při použití vakua. Řízené vakuové ventily mohou být elektromechanicky ovládané nebo hydraulické. Elektronický kontrolní systém monitoruje polohu pístu. S polohou pístu sledujeme kdy je uzavřen nalévací otvor a v okamžiku uzavření je otevřen ventil, který spustí vakuum. Tavenina postupně zaplňuje dutinu formy a v předem určeném (naprogramovaném) okamžiku dojde k uzavření ventilu, dříve než roztavený kov dosáhne ventilu. Tyto ventily mají mnohem větší průtokový průřez s minimálním vlivem na uplatnění vakua. • Elektromechanicky a elektromagneticky řízené ventily zpožďují uzavření oproti signálu o 810 ms, oproti tomu hydraulicky řízené ventily mají zpoždění mezi 120-150ms. •
Stránka 17
Statický ventil: vlnovec
Dynamický ventil: mechanický
Automatický ventil: hydraulický
Stránka 18
OŠETŘENÍ DUTINY FORMY
•
Nástřiky do dutiny formy mají za účel zamezení přímého styku taveniny a vložky formy. Usnadňuje uvolňování jader z odlitku a z odlitku formy. Provádí se ručně nebo automaticky.
Nástřiky se dělí: • • •
Kapalné – vodou ředitelné separační látky Prášek – speciální zařízení Plynné – speciální metoda (pouze u vakua)
Stránka 19
ŠÍBR
•
Šíbry jsou pohyblivé součásti formy ovládané hydraulickými válci, které umožňují vyrábět odlitky s podkosy.
Spojka pro připojení hydraulického válce
Tělo šoupěte Tvarově upravený šíbr
Vodící lišty Snímač polohy
•
Nůž upevněný na tomto hydraulickém válci, zbavuje surový odlitek tenkých kovových blán, které mohou vznikat při odlévání například v prostoru dělící roviny nebo v prostoru, kam se dostane tenká vrstva odlévaného materiálu a následně ztuhne.
Hydraulický válec Sestava nože
Dotykový senzor
Stránka 20
STŘIŽNÍK
• •
Střižník je hydraulicky ovládaný stejně jako šíbry a hydraulický pohon je také vybaven měřícím zařízením se senzory polohy. Po vychladnutí výlisku a nadzvednutí upínací desky se střižník vysune a odstřihne nálitek na výlisku. Senzory polohy
Střižník
Upínací deska
Zasunutý střižník
Vysunutý střižník
Stránka 21
NÁVRH KONSTRUKCE FORMY NA TLAKOVÉ LITÍ HLINÍKU
•
•
Vstupní data pro konstrukci nástroje bývá zpravidla model odlitku. Jsou případy, že model odlitku není vždy k dispozici, ale pouze model obrobku. V tomto případě pak po dohodě se zadavatelem vytváříme model odlitku s přídavky na obrábění požadovaných částí a vytahovacích úkosů na stěnách modelu. Díl musí splňovat tuhostní a pevnostní předpoklady včetně zamezení technologický vad vzniklých při procesu odlévání (tloušťky stěn, napojení žeber apod.). Tento proces můžeme nazývat jistým procesem optimalizace dílu. Pokud je model připraven, nastává další a důležitá fáze návrhu koncepce formy. Díl si konstruktér umístí takovým způsobem, aby jej bylo možno odlít a zároveň vyjmout z budoucí formy. Představme si, že položíme díl na rovnou desku XY rovinu a budeme chtít díl rozdělit na dvě poloviny se zachováním možnosti vyjímání dílů ve směru Z kolmém na XY. Samozřejmě díly ve většině případů nejsou zcela v místě „roztržení“ (dělení) rovné a proto takto vzniká linie, která mění svoji polohu ve směru Z. Tomuto průběhu, říkáme dělicí rovina. Pokud díl i po tomto rozdělení má nějaké části, které není možné odformovat ve směru Z, pak je potřeba zajistit otevření těchto partií dílu v jiných směrech. Pomocí tzv. odsouvacích jader neboli šíbrů. (V praxi jsou tyto směry respektování při návrhu dílu event. přípravě modelu odlitku). Díl je umístěn zhruba do středu nástroje tak, aby výsledná hydrostatická síla, která působí při odlévání kovu, byla pokud možno ve středu nástroje a lisu. Poloha dílu nebo dílů a jejich uspořádání se podřizuje i možnosti vytvoření vtokové soustavy a jejím napojením na odlitek. Rozhodující pro celý proces je i poloha komory lisu (místo kudy bude vtlačena do dutiny formy). Poloha komory lisu je dána parametry lisu. Může být ve středu XY a pak umístěna v daných vzdálenostech – Y. Takto vzniklé odsazení komory lisu se nazývá přesazení. Toto přesazení má i svůj technologický důvod a to ten, že jinak by z vodorovné komory, která je při začátku tlakové lití naplněna určeným množstvím slitiny , samovolně vytékala slitina do dutiny formy což je nežádoucí!
•
Konstruktér zvětší model odlitku o hodnotu smrštění slitiny, po solidifikaci ve formě (jeho hodnota činí 0.6-0.7%). Navrhne hlavní vtokový kanál včetně přetoků a odvzdušnění dutiny formy. Tento bod je zásadní pro budoucí správnou funkci nástroje a geometrii dílu a ve většině případů vychází ze zkušeností z praxe. Je dobré mu věnovat dostatečnou pozornost podpořenou možnou softwarovou simulací plnění dutiny formy (Magma systém).
•
Pokud následné výstupy a zkušenosti potvrdí předpoklady, postupuje se k dalšímu kroku a to vytvoření modelu dělící roviny a ořezových ploch pro jednotlivé dutiny a tvarová jádra.
•
Rozměry formy: jsou dány velikostí dílu, tuhostí nástroje a možnostmi lisu. Výška formy závisí na potřebném vyhazovacím zdvihu, tvaru dílu a rozsahu pro sevření lisu.
Stránka 22
OSTŘIHOVACÍ NÁSTROJ
Ostřih se používá na odstranění vtokové soustavy a přetoků. • • • •
Na ostřihovacím lisu – používá se pro menší hliníkové odlitky Ulomením Oříznutím (jednoúčelový obráběcí stroj) Zafrézování – ruční frézování zejména největších odlitků
Ostřihovací nástroj ostřihovacím lisu je velmi produktivní způsob, jak se zbavit nálitků a otřepů z výlisku. Odlitek se vloží do spodního nástroje a pomocí nožů v horním nástroji při zavření formy je zbaven nálitků a otřepů. Boční šíbry prorazí blány v odlévaných dírách či tvarových otvorech.
Stránka 23
SESTAVA SPODNÍHO NÁSTROJE
• •
Spodní nástroj je nepohyblivou částí nástroje a skládá se z upínací desky, na které jsou umístěna podloží, hydraulická šoupátka, potřebné plechové kryty a skluzy, několik senzorů, dorazy a vedení nástroje. Pohled na spodní nástroj a na komponenty, které se na spodním nástroji nacházejí.
Senzor polohy nástroje
Podloží Hydraulická šoupátka
Stránka 24
SESTAVA HORNÍHO NÁSTROJE
• • •
Horní nástroj je pohyblivou částí nástroje a skládá se ze dvou částí – dosedací části nástroje a střihací části nástroje. Tyto části mezi sebou mají jeden stupeň volnosti a to posuv ve svislém směru. Pohled na horní část nástroje v poloze před dosednutím horního nástroje na spodní – mezipoloha.
Dosedací plochy nástroje - předsunuty
•
Pohled na horní část nástroje v pracovní poloze
•
Nejprve dojde k dosednutí dosedací části nástroje – mezipoloha nástroje - ostřihovaný odlitek je držen v požadované poloze. Až poté může být nástroj úplně uzavřen – pracovní poloha nástroje - dojde k odstřižení přebytečného materiálu.
•
Stránka 25
KONFORMNÍ CHLAZENÍ
• • • •
Konformní chlazení je inovativní řešení chlazení forem. Lze ho aplikovat do nově vytvářených forem či při opravách stávajících. Chladicí okruh je navržen tak, že v nejkratší možné vzdálenosti od stěny výlisku kopíruje jeho povrchový tvar. Výrobní technologie: DMLS – Direct Metal laser Sintering Možnost napojení na stávající klasicky vrtané chladicí okruhy. Přínos konformního chlazení: Snížení chladicího cyklu až o 50% Snížení deformace výlisku Homogenní odvod tepla z dutiny formy
Klasicky vrtaný chladicí okruh
Inovativní chladicí okruh
Toto je nová nekonvenční technologie obrábění používaná firmou Innomia.
Stránka 26
VYSOKOTLAKÉ LITÍ – AUTOMATIZOVANÉ PRACOVIŠTĚ
Ruční pracoviště: • • •
nalití kovu vyjmutí odlitku ošetření formy
Automatizace procesu lití: • • •
automatické dávkování kovu automatické vyjmutí odlitku automatické ošetření formy
•
Technologické pracoviště tlakového lití je možno sestavit podle požadavků mnoha způsoby s různým stupněm automatizace a vybavenosti. Vyšší investiční náklady, které s sebou automatizace přináší, musí být vyváženy vyšší produktivitou práce, popřípadě vyšší kvalitou výrobků. Vyšší produktivity lze dosáhnout především snížení zmetkovosti, lepším využitím nástrojů, zkrácením prostojů, snížením počtu obsluhy.
•
Tlakové licí centrum je komplexní pracoviště, které se skládá z komponentů, které svojí činností umožňují zajistit různý stupeň automatizace centra. Nejvyšší stupeň automatizace umožňuje bezobslužný chod celého centra.
Stránka 27
Základní části tlakového licího centra: • • • • • • •
Tlakový licí stroj s udržovací pecí Dávkovací zařízení tekutého kovu Zařízení pro ošetřování formy Manipulační zařízení pro vyjímání odlitku Zařízení pro rozměrovou kontrolu a kontrolu celistvosti odlitku Zařízení pro zchlazení odlitku Ostřihovací lis
•
Tlakový licí stroj s udržovací pecí Pec by měla být umístěna co nejblíže vstřikovacímu mechanismu. Velikost pece závisí na spotřebě roztaveného kovu pro jednu operaci a na výpočtu cyklů za minutu. Obsah pece by měl stačit minimálně na dvě hodiny provozu. V tlakových licích centrech se používají pece odporové a indukční. Nejvíce se v současnosti uplatňují indukční kelímkové pece.
•
Dávkovací zařízení Dávkovací zařízení musí zajišťovat plynulou regulaci dávky kovu a dávkování v toleranci 3%. Podle principu se dávkovače rozdělují na pneumatické a mechanické. Pneumatické dávkovače pracují buď na principu podtlaku či přetlaku. Podtlakové dávkovače mají větší přesnost než přetlakové. Výhodou mechanických dávkovačů je větší přesnost oproti pneumatickým.
•
Zařízení pro ošetřování formy Rozdělujeme podle konstrukčního uspořádání: Zařízení je umístěno na třmenu licího stroje Zařízení je umístěno na portálu nad strojem Ošetřování se provádí pomocí integrované technologické hlavice umístěné na manipulátoru nebo robotu.
•
Manipulační zařízení pro vyjímání odlitku Pro manipulaci s odlitkem je možno používat manipulátory či roboty. Manipulátory jsou jednodušší a levnější. Robot je výhodné použít i na další operace jako kontrola odlitku, ochlazení odlitku, založení a vyjmutí z ostřihovacího lisu, ukládání odlitku, ošetřování formy.
•
Zařízení pro rozměrovou kontrolu a kontrolu celistvosti odlitku Toto zařízení zabraňuje výrobě zmetků a poškození formy v případě, že část odlitku zůstane ve formě. Zařízení pracuje na principu dotykovém nebo optickém.
•
Zařízení pro zchlazení odlitku Před vložením do ostřihovacího lisu je třeba odlitek zchladit. To se děje buď vodou (vodní lázní, sprchou) nebo vzduchem.
•
Ostřihovací lis Ostřihovací lis je určen k odstraňování vtoků a přetoků od odlitků. V tlakových licích centrech se používá vertikálních ostřihovacích lisů.
Stránka 28
NORMY KONSTRUKCE
ČSN ČSN ČSN ČSN
429671 228601 228603 421431
- Odlitky tlakové zásady pro navrhování – Formy tlakové licí, zásady pro navrhování – Formy tlakové licí, směrnice pro výpočty - Odlitky tlakové, technické podmínky
Použité materiály:
http://www.tosrakovnik.cz http://midlandtechnologies.com http://www.fondarex.com http://robamat.com/de http://www.innomia.cz
Stránka 29
doc. Ing. Martin Hynek, Ph.D Ing. Miroslav Grach Jiří Benda
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/28.0056 „Ukázkové vývojové projekty z praxe pro posílení praktických znalostí budoucích strojních inženýrů“. Stránka 30
