Jak vstřikování kovů do formy, tak tlakové lití promění CAD model v hotový kovový díl, aniž by jej bylo nutné vyřezávat z bloku, a oba se prodávají s příslibem objemového výstupu čistého tvaru. Tato povrchová podobnost je důvodem, proč tolik rozhovorů o zdrojích začíná srovnáním cen a končí nesprávným procesem. Tyto dvě cesty se rozcházejí v otázce, která rozhoduje o většině projektů ještě předtím, než jsou náklady vůbec relevantní: které slitiny lze použít. Tlakové lití se používá u nízkotavitelných neželezných kovů; vstřikování kovů se používá u jemného prášku a vysokoteplotního slinování, které otevírá nerezové oceli a další železné systémy.
Toto srovnání je uspořádáno podle kritérií, která kupující skutečně hodnotí – kompatibilita slitin, velikost a geometrie dílu, tolerance a povrchová úprava, ekonomika nástrojů a objemu, mechanické vlastnosti a následné zpracování – spíše než podle názvů procesů. Nejprve je uvedena souhrnná matice pro čtenáře blížící se rozhodnutí, následovaná postupně jednotlivými kritérii, alternativami, když ani jeden proces nevyhovuje, jak NOBLE podporuje programy v obou směrech a odpověďmi na otázky, které se objevují nejčastěji.
Vstřikování kovů vs. tlakové lití v kostce
| Kritérium | Vstřikování kovů (MIM) | Odlévání |
| Rodina slitin | Jemný kovový prášek s pojivem; nerezové oceli, nízkolegované oceli, speciální systémy včetně titanu a slinutého karbidu ve výzkumu a vývoji výroby | Neželezné slitiny s nižším bodem tání: hliník, zinek, hořčík, měď/mosaz, slitiny na bázi olova a cínu |
| Typická velikost součásti | Malé, složité součástky; proces je popisován jako proces nabízející téměř neomezené možnosti tvarů a vlastností, ale citované reference neuvádějí srovnatelný strop velikosti | Od zlomku unce do přibližně 454 g v miniaturní praxi; až do zhruba 9 kg v běžné praxi |
| Typická zeď | Není specifikováno v citovaných referencích MIM | Hliník nominální tloušťka 2–3 mm, praktická tloušťka 1.2 mm na malých dílech; zinek nominální tloušťka 1–1.5 mm, dosažitelná tloušťka 0.75 mm |
| Tolerance | Proces síťového tvaru s dobrou kontrolou rozměrových tolerancí; konkrétní publikované hodnoty v dodaném materiálu jsou výzkumné hodnoty titan-MIM, nikoli obecný standard MIM | Standardní lineární tolerance NADCA ±0.010 palce (±0.25 mm) na prvním palci plus ±0.002 palce na každý další palec pro hliník; přesné nástroje ji zhruba snižují na polovinu |
| povrchová úprava | Slinutý povrch; Výzkum Ti-MIM zaznamenává drsnější povrch než jiné MIM přístupy kvůli větší velikosti částic | Zhruba 32–63 µin Ra (0.8–1.6 µm) po odlití z nové formy, hrubnutí při tepelném zrání formy |
| Nástroje | Vícedutinové nástroje umožňují vysokou produktivitu; surové díly se formují do nadměrných rozměrů a během spékání se smršťují. | Kalená sestava matrice H13; výroba a otestování trvá přibližně 10–16 týdnů |
| Ekonomické objemové pásmo | Vhodné pro hromadnou výrobu složitých tvarových dílů; uvedený materiál neposkytuje žádný objem bodu zvratu MIM | Náklady na nástroje se zřídka amortizují pod 5 000 dílů ročně; u jedno- nebo dvoudutinových nástrojů se obvykle amortizují od 10 000 do 100 000; u vícedutinových nástrojů nad 250 000. |
| Rychlost cyklu | Konvenční vstřikovací lis; doba cyklu není uvedena v citovaných referencích MIM | 15–60 sekund na záběr; doplnění brány za 20–100 milisekund |
| Dosažitelná geometrie | Téměř neomezené možnosti tvarování a geometrických prvků; podřezy a příčné otvory lze do surového dílu přidat obráběním. | Složité kontury s odlitým výstupkem a žebry; vyžaduje se úkos, boční akce zvyšují náklady na nástroje a dobu cyklu |
| Následné zpracování | Ražení, obrábění, tepelné zpracování, povlakování a další sekundární operace pro přesnější tolerance nebo vylepšené vlastnosti | Ořezávání, obrábění kritických otvorů, odjehlování, vibrační dokončování, impregnace a povlakování |
Jedno upozornění před použitím tabulky: oba sloupce nejsou měřeny stejným způsobem. Tolerance a údaje o konečné úpravě tlakového lití pocházejí z norem NADCA a procesních referencí psaných pro výrobní tlakové lití. Údaje o tolerancích MIM dostupné v citovaném materiálu pocházejí z výzkumné studie titanové MIM, jejíž autor poznamenává, že toleranční kapacita zde zatím neodpovídá jiným technologiím MIM. Řádek MIM považujte za směrový a ověřte si důležitá čísla s dodavatelem, který vám váš díl nabídl.
Kritéria hodnocení: Jak porovnat vstřikování kovů a Odlévání
Při rozhodování mezi vstřikováním kovů do forem a tlakovým litím odvádí většinu práce pět kritérií a měla by být uplatňována v daném pořadí.
Kompatibilita slitin je na prvním místě, protože se jedná o kritéria, nikoli o bod. Pokud musí být díl z nerezové oceli, konvenční tlakové lití je nefunkční při teplotě taveniny a žádná optimalizace nástrojů to nezmění. Pokud je dílem hliníkové pouzdro, MIM není přirozenou cestou. Před porovnáváním čehokoli jiného si nejprve vyjasněte otázku ohledně slitiny.
Velikost a geometrie dílu určují fyzikální limity. Tlakové lití má publikované rozsahy velikostí a pravidla pro tloušťku stěny; silnou stránkou MIM je tvarová volnost v malém měřítku a citované reference neuvádějí srovnatelný strop velikosti. Zde se rozhoduje o dílu, který je pro jeden proces příliš velký nebo má vlastnosti, které druhý proces nemůže formovat.
Tolerance a povrchová úprava určují, kolik sekundární práce díl potřebuje. Rozměry po odlití nebo slinutí zřídka splňují všechny požadavky, takže skutečnou otázkou je, které prvky je třeba obrobit a co to přidává.
Nástrojová a objemová ekonomika převádí výše uvedené na peníze. Oba procesy s sebou nesou značné fixní náklady na nástroje a nízké náklady na díl při objemu výroby, a proto je objemové pásmo stejně důležité jako jednotková cena.
Mechanické vlastnosti a následné zpracování určují, zda se hotový díl chová podle požadavků – hustota, pórovitost, svařitelnost, tepelná zpracovatelnost – a jaké dokončovací kroky daná aplikace vyžaduje.
Spuštěním kritérií v tomto pořadí se vyhnete časté chybě, kdy se pro součástku, kterou fyzicky dokáže vyrobit pouze jeden z nich, uvádějí dva procesy.
Kompatibilita slitin a materiálů
Tlakové lití se provádí na základě slitin, jejichž body tání stroj i forma odolávají. Většina tlakových odlitků se vyrábí z neželezných kovů – zinku, mědi, hliníku, hořčíku, olova, cínu a slitin na bázi cínu – a architektura stroje se řídí teplotou taveniny.
Normální životnost formy při odlévání slitiny z průvodce tlakovým litím Uddeholm. Hodnoty jsou typické rozsahy pro výrobní formy a jádra; skutečná životnost závisí na materiálu formy, tepelném zpracování a řízení procesu a není zaručena.
Stroje s horkou komorou udržují vstřikovací válec ponořený v tavenině. Používají se v nich slitiny zinku, hořčíku a olova, jejichž body tání jsou dostatečně nízké, aby nenapadly ocelový píst; Zamak 3 se taví při teplotě okolo 390 °C. Stroje se studenou komorou udržují pec oddělenou a v každém cyklu vpouštějí odměřenou dávku do nevyhřáté objímky. Hliník odlévaný při teplotě zhruba 620–675 °C by rozpustil ponořený válec v horké komoře, takže se hliník vždy odlévá ve studené komoře.
Vstřikování kovů vychází z jiného předpokladu. Velmi jemné elementární nebo předlegované kovové prášky – obvykle pod 30 mikrometrů – se za horka mísí s termoplastickým pojivem, dokud nejsou všechny částice potaženy, a poté se granulují do pelet vstupního materiálu. Pojiva obvykle tvoří 40 % objemu vstupního materiálu. Díl se lisuje na konvenčním vstřikovacím lisu, oddělí se od pojiva a spéká se v kontrolované atmosféře při přibližně 85 % teploty tání kovu. Díl z nerezové oceli se může zahřát na 1 350–1 400 °C.
Právě tato spékací cesta umožňuje MIM dosáhnout slitin, které tlakové lití prakticky nelze provést. Kompromisem je vícestupňový proces – míchání, formování, odstraňování pojiva, spékání – kde je odstraňování pojiva v literatuře popisováno jako nejdůležitější krok, protože určuje, zda proces proběhne úspěšně, či nikoli.
Proč tlakové lití obvykle neprobíhá z nerezové oceli
Rozsah tavení nerezové oceli je daleko nad hranicí, kterou toleruje systém s ponořenou horkou komorou, a dokonce i tavení ve studené komoře při této teplotě by znamenalo silné tepelné zatížení oceli nástroje. Údaje o životnosti nástroje jasně ukazují směr. U hliníkových odlitků při teplotě okolo 700 °C omezují tepelné deformace, praskání, eroze a vtlačování normální životnost nástroje na zhruba 60 000–200 000 ran na nástroj a 40 000–150 000 ran na jádro. U mědi/mosazi při teplotě okolo 970 °C stejné mechanismy zkracují normální životnost na 5 000–50 000 ran na nástroj a 1 000–5 000 ran na jádro. Nerezová ocel se taví výrazně nad oběma teplotami.
Toto omezení je spíše praktické než absolutní: životnost formy se s rostoucí teplotou odlévání zkracuje a při teplotách nerezové oceli se ekonomika kalené formy hroutí. Proto je tento proces popisován jako proces s neželeznými slitinami a proto jsou ocelové odlitky v tabulkách porovnávání procesů uvedeny jako nevhodné pro tlakové lití.
Co dokáže vstřikování kovů se železnými a speciálními slitinami
Materiálový prostor společnosti MIM se zaměřuje na železné systémy – nerezové oceli a nízkolegované oceli – a také na speciální materiály. Společnost MIM vyrábí slinutý karbid wolframu (WC-Co) a výzkum se zaměřuje na metody spékání, jako je mikrovlnné spékání, které omezují růst zrn a zachovávají tvrdost. Titan MIM je aktivní oblastí výzkumu: Ti-6Al-4V je zdaleka nejběžnější slitina a studie uvádí, že při izostatickém lisování za tepla dosáhl Ti-6Al-4V pevnosti v tahu 975 MPa s prodloužením 14 %, což je podobně jako u tvářeného materiálu, zatímco slinutý titan v nejlépe popsaném případě dosáhl 920 MPa s prodloužením 11 % při hustotě 98 %. Únavová a lomová houževnatost byly obvykle nižší než u srovnatelného tvářeného produktu.
Buďme upřímní ohledně rozsahu: tyto údaje o titanu pocházejí konkrétně z recenze Ti-MIM a tatáž recenze uvádí, že toleranční schopnost Ti-MIM zatím neodpovídá jiným technologiím MIM, s drsnějším slinutým povrchem kvůli větší velikosti částic.
Velikost dílu, tloušťka stěny a geometrie
Tlakové lití má dobře zdokumentované rozsahy velikostí. Obecná praxe zahrnuje díly od několika gramů do přibližně 9 kg; miniaturní tlakové lití zahrnuje díly od zlomku unce do přibližně 454 g. Tloušťka stěny se řídí slitinou: hliníkové tlakové odlitky mají nominální stěnu 2–3 mm, přičemž u malých dílů je praktických 1.2 mm, zatímco zinek se ztenčuje s nominální stěnou 1–1.5 mm a dosažitelnou tloušťkou 0.75 mm. Silné profily jsou v tomto případě horší než tenké, protože těžké profily tuhnou jako poslední a zachovávají si smršťovací pórovitost; jakýkoli profil větší než přibližně 1.5násobek nominální stěny by měl být vyříznut.
MIM je popisován jako metoda nabízející téměř neomezené možnosti tvarování a geometrických prvků s vysokou mírou produkce možnou pomocí vícedutinových nástrojů. Uvedené reference neuvádějí srovnatelný strop pro velikost MIM, takže toto srovnání jej nemůže poskytnout. Lze říci, že výhodou MIM je složitost v malém měřítku, nikoli velikost obálky.
Úkos, žebra a jádrové prvky při tlakovém lití
Pravidla pro tlakové lití tvarují díl před řezáním nástrojem. Hliník potřebuje zhruba 1° úkos na vnějších stěnách a 2° na vnitřních površích s jádrem; zinek, který méně agresivně uchopuje jádro, si vystačí s asi poloviční hodnotou a hluboká jádra potřebují více. Minimální poloměr zaoblení je asi 1.5 mm a zaoblení rovné sousední stěně je lepší – ostré vnitřní rohy slouží jako stoupačky napětí v odlitku a jako iniciační místa pro tepelnou kontrolu ve formě. Žebra by měla probíhat asi 0.6× jmenovité stěny, aby se nezabořila, s úkosem 1–2° na každou stranu. Minimální průměr s jádrem je u hliníku asi 2.5 mm a u zinku 1.5 mm, přičemž hloubka jádra se udržuje pod asi 4× průměr; malé nebo hluboké otvory se po odlití levněji vrtají než s jádrem.
Dělicí čáry nesou penalizaci tolerance. Rozměry, které protínají dělicí čáru, závisí na tom, jak těsně se poloviny matrice uzavřou, a mají větší toleranci než rozměry obsažené v jedné polovině matrice a pohyblivé součásti matrice přidávají k lineární toleranci vlastní toleranci.
Podřezy, příčné otvory a prvky přidané po odlití
MIM dosahuje geometrické svobody jinou cestou. Pokud během lisování nejsou proveditelné další konstrukční prvky – například podřezání nebo příčné otvory – lze je přidat k surovému dílu v této fázi obráběním nebo jinou sekundární operací před odstraněním pojiva a slinováním. Surový díl je stále měkký a plně tvarovaný, takže se jedná o praktický způsob, jak získat prvky, které by forma nemohla uvolnit.
Tlakové lití řeší stejný problém s bočními akcemi: saněmi a jádry, které táhnou v jiném směru než hlavní otvor formy. Každý mechanismus s boční akcí zvyšuje náklady na nástroje, dobu cyklu a počet bodů údržby, a proto pokyny pro konstrukci tlakového lití kladou snížení počtu saní na první místo v seznamu snižování nákladů. Změna orientace dílu nebo přesun prvku na dělicí rovinu je často levnější než přidání saní.
Tolerance, povrchová úprava a opakovatelnost
Tolerance tlakového lití je standardizována. Standardní lineární tolerance NADCA pro hliník je ±0.010 palce (±0.25 mm) na prvním palci plus ±0.002 palce na každý další palec; zinek a hořčík mají stejné standardní hodnoty, zatímco měď je volnější s ±0.014 palce (±0.36 mm). Přesné nástroje a přísnější kontrola procesu tyto hodnoty zhruba snižují na polovinu. Povrchová úprava odlitku má u nové formy zhruba 32–63 µin Ra (0.8–1.6 µm) a při tepelném zrání formy se hrubne, protože se trhliny způsobené tepelnou únavou přenášejí na povrch součásti.
U vstřikování kovů bylo hlášeno smrštění při spékání. Zelený díl je formován na nadměrnou velikost a během spékání se izotropicky smršťuje; přesná hodnota závisí na objemu pojiva, takže se nástroj řeže, aby se toto smrštění kompenzovalo, spíše než aby se upravoval výkres.
MIM je popisován jako proces vytváření síťového tvaru s dobrou kontrolou rozměrových tolerancí, ale konkrétní čísla v dodaném materiálu jsou výzkumné hodnoty pro titan-MIM: variační koeficient 0.1 % v jednom hlášeném případě a 0.08 %–0.65 % v méně podrobných zprávách, spolu s hmotnostními odchylkami od 0.5 % do více než 1 %. Nejedná se o obecný standard MIM a samotná studie uvádí, že Ti-MIM se potenciálně blíží jiným přístupům MIM, spíše než aby se jim vyrovnal. U sériově vyráběného dílu MIM je tolerance, ke které se má návrh přizpůsobit, ta, ke které se zaváže váš dodavatel.
Smrštění: Návrh nástroje pro konečný rozměr
Smrštění je určujícím faktorem při výběru nástrojů v MIM. Nezpracovaný díl je přibližně o 20 % větší ve všech rozměrech než hotový díl, v závislosti na objemu pojiva, a smrštění při slinování je typicky 18–22 %, rovněž v závislosti na objemu pojiva, přičemž díl se izotropně smršťuje na své konstrukční rozměry, protože se odstraňují póry a taví kovové částice. Nástroj se proto řeže na nadměrnou velikost, takže díl po slinování dosedne na výkres.
Tlakové lití se zabývá stejnou fyzikou s faktorem kontrakce – multiplikátorem aplikovaným na rozměry odlitku pro získání rozměrů formy, který zohledňuje různé koeficienty tepelné roztažnosti oceli formy a slitiny plus provozní teplotu formy.
V obou procesech patří odměna výrobci nástrojů, nikoli zákazníkovi. Výkres dílu zůstává v konečných rozměrech; dutina formy nebo zápustky nese přídavek na smrštění. Zákazník musí dodat jasný výkres s tolerancemi a kritickými vlastnostmi a dodavatel musí dodat nástroj navržený tak, aby vyrobený díl tyto rozměry splňoval.
Sekundární operace pro zúžení tolerancí
Ani jeden z procesů neudržuje všechny prvky v konečné toleranci po odlití. Díly MIM procházejí ražením, obráběním, tepelným zpracováním, povlakováním a dalšími sekundárními operacemi, když jsou potřeba přesnější tolerance nebo vylepšené vlastnosti. Tlakové odlitky procházejí ořezáváním, obráběním kritických otvorů, odstraňováním otřepů, vibračním dokončováním, impregnací pryskyřicí pro tlakově těsné díly a povlakováním.
Tyto operace jsou běžně podceňovány z hlediska nákladů. U tlakového lití často ořezávání, obrábění, odstraňování otřepů a impregnace představují více než samotný cyklus lití, takže cenová nabídka, která porovnává pouze krok lití, neporovnává díly, které budete skutečně instalovat.
nářadí, Objem nádrží a nákladová ekonomika
Nákladové struktury se liší v tom, kam jsou peníze vynaloženy, nikoli jen v tom, kolik.
Tlakové lití je dominováno nástrojem. Produkční nástroj je kalená sestava H13, jejíž výroba a vzorkování trvá zhruba 10–16 týdnů, s následnými 2–4 týdny na uvedení do výroby. Pod zhruba 5 000 dílů ročně se nástroje zřídkakdy vyplatí a místo toho vítězí lití přes vytavitelný model, lití do písku nebo obrábění z ingotu. Od 10 000 do 100 000 dílů je běžná jednodutinová nebo dvoudutinová forma; nad 250 000 dílů vícedutinové formy a stroje s vyšším objemem úměrně zkracují čas výroby na díl. Náklady na nástroje se pohybují v řádu 10–20 % z celkových nákladů na hotový hliníkový odlitek a samotná ocel pro nástroje tvoří pouze 5–15 % nákladů na nástroj – zbytek je obrábění, tepelné zpracování a konstrukce.
Ekonomika MIM spočívá na vícedutinových nástrojích, které umožňují vysokou produktivitu, a proto je tento proces určen pro hromadnou výrobu složitých tvarových dílů. Uvedený materiál neposkytuje MIM bod zlomu objemu, takže upřímné tvrzení je směrové: MIM má fixní náklady na nástroje a vstupní suroviny a nízké náklady na díl při objemu a zlepšuje se s rostoucím objemem a s rostoucí geometrickou složitostí.
Kam peníze v každém procesu jdou
Při tlakovém lití se náklady na díl počítají v sekundách obrábění plus hmotnost slitiny plus sekundární operace. Obráběný čas je krátký – 15–60sekundové cykly, s plněním vtoku za 20–100 milisekund – takže krok odlévání je zřídkakdy tou nákladnou částí. Sekundární operace, jako je ořezávání, obrábění, odstraňování otřepů a impregnace, často přidávají více než samotný licí cyklus. Výběr slitiny také ovlivňuje toto číslo, protože zinkové formy vydrží zhruba o řád déle než hliníkové formy a jejich cyklus je rychlejší, což často kompenzuje vyšší náklady na kov u malých dílů.
V MIM (mezivý výrobní proces) jsou hlavními faktory nákladů vstupní surovina, tepelné zpracování a sekundární produkty. Vstupní surovinou je jemný prášek plus pojivo, přičemž pojivo obvykle tvoří 40 % objemu. Odstraňování pojiva a spékání spotřebovává čas pece a kontrolovanou atmosféru a spékání je spíše dlouhý, přesně monitorovaný teplotní profil než rychlý cyklus. K tomu se přidávají sekundární operace – ražení, obrábění, tepelné zpracování, povlakování. Zatímco fixní náklady u tlakového lití jsou soustředěny v obráběné ocelové formě, u MIM se náklady rozkládají na nástroje, prášek a propustnost pece.
Výběr pásma hlasitosti
Směrově: nízký objem upřednostňuje obrábění, lití do vytavitelné formy nebo lití do pískových forem, kde je nástrojů málo nebo chybí; střední objem upřednostňuje jednoduchou formu nebo MIM v závislosti na slitině, protože jednodutinová nebo dvoudutinová forma je normální od 10 000 do 100 000 dílů a MIM nástroje se amortizují v podobném řádu; vysoký objem upřednostňuje vícedutinové nástroje v obou procesech. Jedná se o směrová pásma odvozená z citovaných zdrojů, nikoli o univerzální prahové hodnoty – velikost dílu, slitina, tolerance a počet dutin posouvají hranici a cenová nabídka je jediným spolehlivým číslem pro konkrétní díl.
Mechanické vlastnosti a následné zpracování
Díly vyrobené metodou MIM dosahují při slinování v kontrolované atmosféře 96–99 % teoretické hustoty a výsledný kov má mechanické a fyzikální vlastnosti podobné žíhaným dílům vyrobeným konvenčním obráběním kovů – podobně jako díly obráběné z tyčového materiálu. Pokud jsou potřeba vyšší vlastnosti, rozšiřují rozsah sekundární operace, jako je tepelné zpracování.
Tlakové odlitky mají odlišnou strukturu. Tuhnutí začíná na povrchu formy a postupuje dovnitř, čímž vzniká jemnozrnný, nízkoporézní povrch, obvykle o tloušťce 0.015–0.020 palce (0.38–0.50 mm), s pórovitostí koncentrovanou v jádru mezi povrchy. Tloušťka povrchové vrstvy je relativně konstantní a není funkcí celkové tloušťky stěny, takže tenkostěnné profily mohou být ve skutečnosti pevnější a konzistentnější než silnostěnné profily. Praktickým důsledkem je, že konvenční vysokotlaké odlitky obecně nelze svařovat ani tepelně zpracovávat metodou T6, protože zachycený plyn se při teplotě rozpíná a vytváří v dílu puchýře. Vakuové lití pod tlakem, které snižuje tlak v dutině na 50 milibarů nebo méně, a varianty bez pórů snižují množství zachyceného plynu natolik, že umožňují obojí, a to s vyšší procesní hodnotou. Pokud je vyžadováno svařování nebo tepelné zpracování metodou T6, sdělte to před návrhem formy.
Lze tlakově lité díly obrábět a montovat?
Ano, a obojí je rutinní proces. Tlakové odlitky procházejí ořezáváním, obráběním kritických otvorů, odjehlením, vibračním dokončováním, impregnací pryskyřicí pro tlakotěsné díly a povlakováním. Tlakové odlitky jsou také popisovány jako odlitky nabízející velké příležitosti pro montážní výhody: odlité výstupky, žebra a samoupínací prvky mohou snížit počet dílů a ložiskové plochy lze někdy začlenit do odlitku, aby se eliminovala samostatně vyráběná a montovaná ložiska.
Pozor, hloubka obrábění je důležitá. Na obrobených plochách počítejte s hloubkou asi 0.25–0.75 mm (0.010–0.030 palce) a ne více, než je nutné. Odkalovací vrstva je nejhustší a nejtěsnější kov v odlitku; hluboké řezání skrz ni odhaluje podpovrchovou pórovitost, která je obvyklou příčinou netěsností v obrobených těsnicích plochách. Tam, kde je důležitá těsnost proti tlaku, pečlivě vyberte obrobené povrchy a před zahájením výroby formy specifikujte oblasti, rozsah a hloubku sekundárního obrábění.
Aplikace: Kde se který proces hodí
Mapa použití tlakového lití se řídí jeho slitinami a rychlostí výroby. Typickými díly jsou pouzdra, převodovky, konzole, pouzdra konektorů a spojovací materiál, od několika gramů do přibližně 9 kg. Objemově dominuje hliník A380; slitiny zinku, jako je Zamak 3 a 5, umožňují tenčí stěny, jemnější detaily a mnohem delší životnost zápustky; hořčík AZ91D umožňuje úsporu hmotnosti za vyšší cenu kovu. Tlakové odlitky se používají v zemědělských strojích, automobilových vozidlech, stavebním kování, elektrických a elektronických zařízeních, ručním nářadí, domácích spotřebičích, průmyslových výrobcích, přístrojovém vybavení, zahradní a zahradní technice, kancelářském nábytku a strojích, přenosném elektrickém nářadí a rekreačním vybavení.
Součásti MIM se používají mimo jiné v lékařství, zubním lékařství, leteckém průmyslu, obranném průmyslu, automobilovém průmyslu a zemědělství, a dále se používají i řezné a opotřebitelné díly ze slinutého karbidu. Seznamy se překrývají a právě v tomto překrývání je hlavním bodem: žádné z těchto odvětví se nevěnuje výhradně jednomu procesu. Volbu určuje výběr materiálu, nikoli označení v oboru.
Automobilový průmysl a průmyslové vybavení
Objemová práce v automobilovém a průmyslovém průmyslu – tenkostěnné neželezné pouzdra, konzole, skříně převodovek, pouzdra konektorů – je vhodná pro tlakové lití, protože díly jsou dostatečně velké na to, aby vyžadovaly formu, dostatečně jednoduché na demontáž a dostatečně početné na to, aby se jednalo o amortizační formu. Tam, kde stejná odvětví potřebují malé, složité součásti s vyšším bodem tání, se hodí MIM: tvarová volnost a kontrola tolerance čistého tvaru jsou důležitější než velikost obalu a slitina může být nerezová nebo nízkolegovaná ocel, kterou tlakové lití nelze provádět.
Zdravotnictví, Zubní a přesné nástroje
Malé komponenty z nerezové oceli a speciálních slitin v lékařských a zubních přístrojích poukazují na MIM (mezivýměnnou výrobní metodu), a proto je lékařství a zubní lékařství jedním z trhů, kterým tento proces slouží. V krytech přístrojů se stále objevují tlakově lité pouzdra, kde hliníkové nebo zinkové pouzdro s odlitky plní strukturální funkci. Opět platí, že požadavky na materiál rozhodují dříve než průmysl: nerezová součástka přístroje a hliníkové pouzdro si nekonkurují o stejný proces.
Alternativy, když se nehodí ani vstřikování kovu, ani tlakové lití
Pokud slitina vylučuje tlakové lití a objem nebo geometrie vylučují MIM, je odpovědí obvykle jedna z pěti alternativ. Ty se spíše překrývají, než aby se seřaďovaly v pevném pořadí.
CNC obrábění z polotovarů vítězí v malých objemech, kdy jsou tolerance nízké a kdy není k dispozici rozpočet na nástroje. Má téměř nulové nástroje a vysoké náklady na díl a dodává díly dříve, než je jakýkoli nástroj obráběn.
Lití na vytavitelný model vítězí u oceli, nerezové oceli a superslitin, pro menší objemy a pro geometrie s podřezáním nebo nulovým úhlem, které ocelová forma nedokáže uvolnit. Dokáže vytvářet stěny tenké až o tloušťce 0.25–1 mm (0.010–0.040 palce) v závislosti na slitině a náklady na nástroje jsou výrazně nižší než u tlakového lití.
Lití do pískových forem je úspěšné u velkých, jednoduchých a nízkoobjemových dílů, přičemž nejnižší nároky na nástroje pro licí cesty a sekundární operace ovlivňují náklady tam, kde je vyžadována přesnost.
Prášková metalurgie lisováním a slinováním vítězí pro jednodušší geometrie v objemu, kde může matrice přímo lisovat tvar a tvarová volnost MIM není nutná.
Vstřikování plastů vítězí, když díl vůbec nemusí být kovový.
Obrábění a lití na vytavitelný model jako možnosti můstků
Obrábění hraje v programu odlévání nebo MIM specifickou roli: dodává díly předtím, než existuje nástrojová výbava, takže návrh lze testovat a revidovat během cenové nabídky nebo výroby výrobního nástroje. Jakmile je návrh stabilní, lze obrobený díl nahradit odléváním nebo MIM procesem. Pokyny pro tlakové lití zdůrazňují totéž z druhé strany – tam, kde je třeba nejprve vyřešit konstrukční otázky nebo jsou dodací lhůty krátké, se k aproximaci konečného produktu tlakového odlitku používají alternativy prototypování, jako je gravitační lití nebo obrábění ze suroviny.
Vytavitelné lití pokrývá řadu slitin, které nelze použít pro tlakové lití, a geometrie nástrojů MIM nemusí odpovídat požadavkům při malých objemech. Je to přirozený most, když musí být díl z nerezové oceli nebo superslitiny, objem je pod prahovou hodnotou nástrojů MIM a geometrie má podřezy nebo povrchy s nulovým úkosem.
Vstřikování plastů, když kov není potřeba
Pokud funkce umožňuje použití polymeru, sdílí vstřikování plastů architekturu vstřikovacího lisu s MIM, ale odstraňuje kroky odstraňování pojiva a spékání a náklady na kovový prášek. Proto se před jakýmkoli procesem výroby kovů vyplatí zeptat, zda musí být díl vůbec kovový – a pokud ano, zda je požadavek na kov strukturální, tepelný, elektrický nebo kosmetický, protože každá odpověď ukazuje na jiný proces.
Volba NOBLE pro podporu vašich projektů vstřikování kovů a tlakového lití
NOBLE je čínský smluvní výrobce a společný čínsko-britský podnik, který je vládou uznáván jako „národní high-tech podnik“. Naše hloubka služeb a odborné znalosti procesů pomáhají zákazníkům efektivně přejít od prototypové výroby k hromadné výrobě v programech vstřikování kovů a tlakového lití – a také v oblasti obrábění, povrchové úpravy a montáže, které s tím souvisejí.
Program MIM nebo tlakové lití je zřídka jen krokem vstřikování. Před obráběním nástroje je zapotřebí vstupní informace o konstrukčních provedeních, koordinace nástrojů, sekundární obrábění pro uvedení kritických prvků do tolerancí, povrchová úprava, kontrola podle výkresu a montáž, pokud je díl dodáván jako podsestava. Úlohou NOBLE je pokrýt celý tento rozsah, aby se program nefragmentoval mezi dodavateli, přičemž každé předání přidává čas a tolerance.
Od prototypu k sériové výrobě
Cesta vede přes kontrolu návrhu a analýzu vyrobitelnosti, cenovou nabídku, vzorkování a následně hromadnou výrobu, přičemž v každé fázi se uplatňuje stejný systém kvality. V praxi to znamená nahrání CAD souborů a odeslání poptávky s potřebnými informacemi, obdržení analýzy návrhu a transparentního stanovení cen a následný přechod k výrobě a dodání. Služby rychlého prototypování a malosériové výroby společnosti NOBLE jsou navrženy tak, aby překlenuly mezeru mezi prvním výrobkem a finální výrobou, takže návrh lze ověřit předtím, než je zadána hromadná výroba nástrojů.
Systémy kvality a komplexní servis
Společnost NOBLE je držitelem certifikací ISO 9001:2015 a ISO 13485:2016. Pro kupujícího znamená norma ISO 9001:2015 dokumentovaný systém řízení kvality, který upravuje, jak jsou díly plánovány, vyráběny a kontrolovány; norma ISO 13485:2016 doplňuje systém kvality orientovaný na zdravotnické prostředky, což je důležité, když díl vstupuje do regulovaného programu výroby. Ve výrobě společnost NOBLE provádí kompletní inspekční proces IQC, IPQC a FQC/OQC s vlastním testovacím a měřicím zařízením, které ověřuje shodu součástí se specifikací.
Komplexní nabídka zahrnuje vše od návrhu až po montáž – nejen výrobu. Pro projekt MIM nebo tlakového lití to znamená jednoho partnera pro vstupy DFM, koordinaci nástrojů, sekundární obrábění, dokončování, kontrolu a montáž, což snižuje počet předávání mezi dodavateli a udržuje odpovědnost na jednom místě. Chcete-li zahájit projekt, sdílejte své výkresy, slitiny, objemy a požadavky na kvalitu a tým NOBLE vám odpoví zpětnou vazbou ohledně vyrobitelnosti a cenovou nabídkou.
Nejčastější dotazy k vstřikování kovů vs. tlakovému lití
Který proces bych měl zvolit pro malou, složitou součástku z nerezové oceli s produkcí desítek tisíc kusů ročně?
Nerezová ocel vylučuje konvenční tlakové lití na základě teploty taveniny, takže skutečným srovnáním je MIM oproti obrábění a vytavitelnému lití. Při desítkách tisíc kusů ročně se složitou geometrií se nástroje MIM amortizují v závislosti na objemu a jejich tvarová volnost a kontrola tolerancí čistého tvaru je upřednostňují. Obrábění zůstává záložní možností s nízkým počtem nástrojů a vytavitelné lití pokrývá malé objemy nebo geometrii s nulovým úkosem. Před závazkem si s dodavatelem ověřte požadavky na tolerance a povrchovou úpravu, protože ty určují, kolik sekundárního obrábění díl potřebuje.
Proč tlakové lití běžně nemůže vyrábět díly z nerezové oceli?
Stroje s horkou komorou zpracovávají pouze nízkotavitelné slitiny zinku, hořčíku a olova. Hliník při teplotě zhruba 620–675 °C musí být odléván ve studené komoře, protože by rozpustil ponořený válec. Nerezová ocel se taví mnohem nad touto teplotou a tepelné zatížení by překročilo to, co snáší zápustková ocel H13 – životnost zápustky již klesá ze zhruba 60 000–200 000 výstřelů v hliníku při teplotě asi 700 °C na 5 000–50 000 výstřelů v mědi/mosazi při teplotě asi 970 °C. Při teplotách nerezové oceli se ekonomika zápustky hroutí, a proto se s tímto procesem zachází jako s neželeznými kovy.
Při jakém objemu výroby se vstřikování kovů stává ekonomicky výhodnějším než obrábění nebo přesné lití?
Neexistuje žádné pevné číslo. MIM má fixní náklady na nástroje a vstupní materiály, ale nízké náklady na díl při objemu výroby, takže se zlepšuje s rostoucím objemem a složitostí geometrie. Obrábění má téměř nulové náklady na nástroje a vysoké náklady na díl; přesto se nachází odlévání na vytavitelný model. Rozdíl závisí na velikosti dílu, slitině, toleranci a počtu dutin a cenová nabídka pro váš konkrétní díl je jediným spolehlivým údajem.
Jak velké smrštění musí být navrženo u nástroje MIM a kdo ho kompenzuje?
Čerstvý díl je přibližně o 20 % větší ve všech rozměrech než hotový díl a smrštění při slinování je typicky 18–22 %, závisí na objemu pojiva a je izotropní. Výrobce nástrojů provádí kompenzaci v dutině formy tak, aby slinutý díl odpovídal výkresu. Vy dodáte hotové rozměry; nástroj nese přídavek.
Lze tlakově lité díly obrábět a sestavit do hotové sestavy?
Ano. Tlakové odlitky běžně procházejí ořezáváním, obráběním kritických otvorů, odstraňováním otřepů, vibračním dokončováním, impregnací a povlakováním a odlité výstupky, žebra a samoupínací prvky mohou snížit počet součástí v sestavě. Počítejte s obráběným materiálem o tloušťce přibližně 0.010–0.030 palce (0.25–0.75 mm) a vyhněte se hlubokému řezání za povrchovou kůru, která by odhalila podpovrchovou pórovitost a způsobila netěsnosti v těsnicích plochách.
Jaké jsou alternativy, když se nehodí ani MIM, ani tlakové lití?
- CNC obrábění z polotovaru — nízký objem, přesná tolerance, žádný rozpočet na nástroje.
- Investiční casting — ocel, nerezová ocel a superslitiny; menší objemy; podřezání nebo geometrie s nulovým úkosem.
- Odlévání pískem — velké, jednoduché díly s malým objemem.
- Prášková metalurgie, lisování a spékání — jednodušší geometrie v objemu.
- Vstřikování plastů — když součást nemusí být kovová.
Co si mám připravit před vyžádáním cenové nabídky na projekt MIM nebo tlakového lití?
- 3D CAD a 2D výkresy s vyznačenými tolerancemi a kritickými prvky
- Specifikace slitiny a materiálu
- Roční a špičkové objemy
- Požadavky na povrchovou úpravu a následné zpracování
- Rozsah sestavy, pokud je díl dodáván jako podsestava
- Požadavky na kvalitu a certifikaci
- Cílová časová osa
Položky, které nejvíce ovlivňují náklady na nástroje, jsou geometrická složitost a vedlejší účinky při tlakovém lití a velikost dílu a počet prvků v MIM; objemové a tolerancní požadavky řídí srovnání jednotlivých dílů v obou případech.
