Vstřikování: vlastnosti technologie, rozsah použití

Vstřikování je proces, který využívá automatizované zařízení k výrobě tenkostěnných dílů z neželezných kovů, plastů a oceli. Tato technologie je vysoce produktivní. Při vytváření dílů se tekutá tavenina získaná ze specifikovaných materiálů přivádí vysokou rychlostí do speciální formy, načež se pod vlivem tlaku získá odlitek dané konfigurace.

Vlastnosti technologického procesu

V rámci tohoto procesu se používají speciální ocelové formy k lití roztaveného materiálu, který pod vlivem vysokého tlaku krystalizuje do dané konfigurace.
Toto zařízení je licí zařízení, jehož konstrukce zahrnuje pohyblivé a stacionární části. První se pohybují podél vodicích válců, druhé jsou namontovány na pevné desce. Před zahájením technologického procesu je pohyblivá část formy pevně připevněna ke stacionárním částem pomocí hydraulického válce. Poté, aby se zabránilo pohybu těchto částí, jsou tyto části zajištěny pomocí speciálních zámků. Po nalití a ztuhnutí roztaveného materiálu se pohyblivá část zařízení posune do strany. Obrobek získaný pod vysokým tlakem je odstraněn ze zařízení pomocí mechanických tlačných zařízení. Před zahájením procesu jsou vnitřní části, které přicházejí do styku s roztaveným materiálem, předem ošetřeny speciálním separačním prostředkem. Toto složení slouží k eliminaci negativního vlivu vysokých teplot na ocelové části zařízení a k hladkému oddělení vzniklých obrobků od stěn. Vstřikování se provádí automaticky pomocí průmyslových zařízení. Hlavní jednotkou tohoto zařízení je komora, ve které se lisuje materiál. Tento konstrukční prvek se dodává ve dvou typech: studený a horký. Konstrukčně je první komora prezentována ve formě vodorovně položeného válce, uvnitř kterého je píst a nálevka sloužící k lití roztaveného materiálu. Proces výroby dílů v takovém zařízení sestává z následujícího: po naplnění instalace kovem se spustí píst, který pohybem uvnitř válce čerpá taveninu do formy. Po jeho naplnění se tlak uvnitř komory zvýší. K tomu dochází v důsledku zvýšené síly na píst, což vede ke krystalizaci kovu. Horká komora forem je prezentována ve formě lázně umístěné v litinovém kelímku, který je neustále zahříván při vytváření přířezů. Taková zařízení také používají píst, který při pohybu vytlačuje taveninu z kelímku. Dále kov stoupá speciálním kanálem s vyhřívaným náustkem (zabraňuje tvrdnutí materiálu), kterým vstupuje do formy. Na konci procesu se zbývající tavenina vrací zpět do lázně. Formy s horkou komorou se používají k vytváření polotovarů ze slitin zinku a hořčíku.

Teplota ohřevu materiálu

• eliminovat vzhled smršťovacího efektu ve vytvořeném obrobku;
• snížit negativní dopad vysoké teploty na zařízení;
• snížit dobu trvání procesu tuhnutí odlitku;
• snížit riziko přivaření kovu k vnitřním stěnám.

Kov s vměstky pevné fáze se lisuje výhradně v instalacích se studenou komorou. To se vysvětluje skutečností, že při výrobě dílů z tohoto materiálu v jiném zařízení se zvyšuje riziko tuhnutí taveniny v přívodním kanálu. Zejména při vstřikování hliníku by měl být objem pevných látek 40-60% za předpokladu, že forma je hladce naplněna a kvalita odlitku zůstane na vysoké úrovni.

Rychlost posuvu roztaveného materiálu

Rychlost, kterou píst stlačuje roztavený materiál, je určena s ohledem na vlastnosti slitiny a geometrii vyráběného dílu:

1. Část je tvarově jednoduchá a má silné stěny. V tomto případě není nutné rychlé lisování taveniny.
2. Část se složitým geometrickým tvarem a tenkými stěnami. Při vytváření takového obrobku se tavenina lisuje vysokou rychlostí. Tento požadavek se vysvětluje skutečností, že kapalný materiál musí mít čas na vyplnění všech dutin, než začne tuhnutí.

Překročení přípustné rychlosti lisování vede k tomu, že se přiváděný paprsek rozptýlí na malé kapičky, v důsledku čehož se do taveniny dostane vzduch. Pokud konstrukce počítá s nedostatečným počtem kanálů určených pro odvod plynů nebo pokud jsou ucpané, zůstanou v odlévaném obrobku dutiny. Aby se předešlo takovým následkům, vstřikování se provádí ve vakuu, ve kterém je forma umístěna.

Rychlost lisování určuje kvalitu odlitků a životnost zařízení. Je-li tavenina přiváděna příliš rychle, dojde k vymytí maziva použitého k ošetření lázně. Kvůli tomu se kov přilepí na vnitřní stěny, což při vytlačení vede k poškození obrobku.

Pokud je rychlost příliš nízká, kvalita součásti se zhorší. V tomto případě kov začne tvrdnout, dokud se tlak uvnitř zařízení nezvýší. Aby se předešlo popsaným následkům, je roztavený materiál přiváděn do formy rychlostí 10-50 m/s. Menší parametr se volí při vytváření obrobků z oceli a slitin mědi. Roztavený cín a zinek se přivádějí rychleji.

Tlak na taveninu při tuhnutí

Po naplnění formy kovem se tlak na píst mnohonásobně zvýší. Materiál zažívá tento dopad, dokud neztvrdne. Díky tlaku:

• hustota obrobku se zvyšuje;
• mechanické vlastnosti odlitku jsou zlepšeny;
• je vyloučena tvorba defektů smršťování;
• zlepšuje se kvalita odlévání;
• snižuje se riziko sňatku;
• Zvyšuje se povrchová čistota kovové části.

Přítlačná síla se určuje v závislosti na požadavcích na pevnostní charakteristiky součásti: čím vyšší je druhý parametr, tím větší by měl být tlak. Tento indikátor také závisí na typu slitin:

• hliníkové se lisují pod tlakem 40-200 MPa;
• na bázi hořčíku – 40-180 MPa;
• zinek – 10-50 MPa.

Čím silnější je stěna vyráběného dílu, tím vyšší by měl být tlak při krystalizaci.

Teplota ohřevu formy

Před podáváním taveniny se forma zahřeje na teplotu stanovenou v závislosti na typu slitiny a tloušťce stěny:

• zinek – 120-1600 stupňů;
• na bázi hořčíku – 200-2400 stupňů;
• hliník – 180-2500 stupňů;
• na bázi oceli – 200-2800 stupňů;
• mosaz – 280-3200 stupňů.

Při výrobě dílů s tenkými stěnami se forma zahřívá na horní hranici uvedených rozsahů, s tlustými stěnami – na spodní hranici. To je způsobeno tím, že v prvním případě tento přístup umožňuje zabránit tuhnutí kovu před plněním formy a ve druhém zvyšuje rychlost tuhnutí materiálu.

Výhody a nevýhody technologie

Mezi výhody vstřikování patří následující:

• díly jsou získávány s nízkou drsností a vysokou přesností;
• díly po lisování nevyžadují mechanické zpracování;
• proces může být plně automatizován;
• Proces je vysoce produktivní.

Mezi nevýhody této technologie patří složitost a vysoká cena zařízení potřebného pro vstřikování. Proto se tento způsob výroby dílů nepoužívá v malé a střední výrobě. Také se tato technologie nepoužívá při odlévání žáruvzdorných kovů (taví se při teplotě vyšší než ocel). Navíc tato metoda není vhodná pro vytváření velkých odlitků z důvodu nerovnoměrného tuhnutí materiálu.

Aplikace

Vstřikování umožňuje vytvářet tenkostěnné výrobky o tloušťce 1 mm se složitou geometrií z plastu a následujících slitin:

• měď;
• hliník;
• zinek;
• na bázi hořčíku;
• na bázi oceli.

V tomto ohledu našlo vstřikování uplatnění ve výrobě přístrojů, automobilů, letadel a obráběcích strojů, při výrobě domácích spotřebičů a prvků pro vodovodní baterie. Touto technologií se vyrábí i výrobky ze syntetických materiálů (polyetylen, polypropylen a další).