יציקה בלחץ היא הדרך המהירה והחסכונית ביותר לייצור נפחים גבוהים של חלקים מאלומיניום, אבץ או מגנזיום. לחלקי יציקה יש גימורי משטח מצוינים, שומרים על תכונות וסובלנות עקביות ומבזבזים מעט חומר גלם.
יציקה בלחץ משמשת לייצור בלוקים של מנוע ובתי מנוע, חלקי מכשיר, גופי קירור, אביזרים, סוגרים ועוד שלל מוצרים תעשייתיים ומסחריים נפוצים אחרים.
אם אתם מפתחים מוצר ושוקלים יציקת לחץ לפרויקט, עליכם להיות מודעים לכך שכל החלקים היצוקים חייבים להתמודד עם סוגיית הנקבוביות. זה בלתי נמנע אבל ניתן לשליטה. כדי למתן את ההשפעות של נקבוביות בחלקים שלך, הבה נבחן מה גורם לה וכיצד להשתמש בשיטות העיצוב הטובות ביותר כדי לנהל את הנקבוביות לתוצאות מעולות.
מהי נקבוביות?
נקבוביות מתייחסת לחור או לריק בחלק מתכת יצוק מוצק אחרת. נקבוביות יכולות לנוע בגודלן בין מיקרוסקופיים (מיקרופורות) לחללים גדולים יותר הנמדדים במילימטר מעוקב או יותר. הנקבוביות אינן תמיד מעגליות בחתך הרוחב, אך יכולות להיות גם צורה של סדקים ליניאריים לא סדירים.
לנקבוביות יש שתי סיבות עיקריות: התכווצות התמצקות ונקבוביות גז. הבה נסתכל יותר מקרוב על הסיבות השורשיות לשני הסוגים הללו ולאחר מכן נציע אסטרטגיות להתמודדות איתם.
התכווצות התמצקות
לאחר הזרקת מתכת מותכת לחלל עובש היא מתחילה להתמצק כאשר היא נוגעת בקירות הקרירים יחסית של הכלי. התמצקות זו גורמת למתכת להתכווץ, אך הקצב שבו זה קורה ישתנה בהתאם לגיאומטריה של כלי התבנית וסוג הסגסוגת שבה נעשה שימוש.
החלק המנוזל למחצה של המתכת הרחוק יותר מקיר הכלי נקרא רפש, וזה האזור שבו יש סיכוי גבוה יותר להיווצר נקבוביות. בנוסף, כשהמתכת המותכת הופכת למוצקה היא עלולה לחסום את מעבר הנוזל למקומות אחרים בתבנית. זה יכול ליצור נקבוביות על ידי מניעת נוזל מלא של כל תכונות העיצוב.
נקבוביות גז
כיסי גז נוצרים בכמה דרכים. במקרה של אלומיניום, מימן עלול ליפול מהמתלה ולמלא חללים בגז מימן.
כמו כן, ייתכן שיהיה אוויר כלוא בתוך כלי התבנית שלא פונה או אוורר במלואו כשהחלל התמלא. האוויר הכלוא הזה נקרא סחף.
לבסוף, נוזלים אחרים עשויים להתערבב עם המתכת המותכת במהלך ההזרקה. אלה עשויים להיות חומרים לשחרור עובש, נוזל הידראולי שדלף או אפילו לחות אטמוספרית. כל אחד מאלה יכול להתאדות במהירות וליצור בועות גז. נוזלים או שמנים שאינם מתאדים הופכים למזהמים שעלולים ליצור תכלילים בחלק האחרון.
שלושה סוגים של נקבוביות
זה עתה בדקנו את שני הגורמים העיקריים לנקבוביות: התכווצות התמצקות ונקבוביות גז. בשני המקרים, ניתן לייצר נקבוביות המהוות אחת משלוש קטגוריות משנה עיקריות.
1. נקבוביות עיוורת
הנקבובית מתחילה על פני השטח של תכונה ומסתיימת איפשהו בתוך גוף המתכת. סוגים אלה אינם משפיעים בדרך כלל על חוזק מכני אך הם עשויים להזמין קורוזיה.
אפשר לאטום את הנקבוביות הללו לאחר היציקה, במיוחד אם החלק צריך להחזיק לחץ כמו בצילינדר הידראולי.
2. דרך נקבוביות
הנקבובית מתחילה על פני השטח ויוצרת תעלה לאורך כל הדרך דרך התכונה והחוצה מהקיר הנגדי. זה גורם לדליפה ויהיה צורך לאטום משני הצדדים.
3. נקבוביות סגורה לחלוטין
נקבוביות אלו קיימות בתוך גוף המתכת ואינן חשופות כלפי חוץ, אלא אם כן חודרות אותן מאוחר יותר במהלך העיבוד לאחר העיבוד. קיומן של נקבוביות כאלה בדרך כלל אינו ברור אלא אם כן החלק עובר סריקת טומוגרפיה ממוחשבת (CT) לאחר היציקה או אם החלק נחתך מסיבות אבחון.
סובלנות מותרת לנקבוביות
הנקבוביות מהווה בדרך כלל ממוצע של 5% מהנפח הכולל של החלק. זה לא מציאותי לחסל את הנקבוביות אלא להבטיח שהיא מוכלת באותם אזורים שבהם זה לא מזיק לתפקוד החלק או המראה.
לכן כאשר מיוצרים שרטוט עיצובי או קובץ CAD, אזורים אלה צריכים להיות מסומנים בבירור עם סט של מפרטים וסובלנות לפגמים מותרים, בדיוק כפי שיהיה המקרה עם סובלנות ממדים. מפרטים לנקבוביות בדרך כלל לובשים צורה של: מספר נקבוביות בתוך נפח נתון; גודל מקסימלי מותר לכל נקבובית; ואחוז נפח כולל לחלק.
לאחר מכן, יצרנים ישתמשו במידע זה כדי לכוונן את פרמטרי הדפוס בהתאם. משמעות הדבר היא לאפשר נקבוביות בחלק מהאזורים הפחות קריטיים תוך מניעתה באחרים. תמיד יהיו פשרות אלו שיש לקחת בחשבון ולכן עדיף לקחת אותן בחשבון בתחילת פרויקט.
כלי אבחון לניתוח נקבוביות
תוכנת מידול קיימת כעת כדי לעזור למעצבי מוצר ויצרנים לחזות היכן יש סיכוי גבוה להתרחש נקבוביות. מודלים אלו מבוססים על ניתוח מתוחכם של פרמטרים רבים של דפוס כגון מילוי, פרופיל עובש, עובי דופן, זמני שהייה, טמפרטורות, הרכב סגסוגת ועוד רבים אחרים.
באמצעות מידע זה, מהנדסי מוצר יכולים לשפר את עיצובי התבניות שלהם בהתאם, בעוד שיוצרים יכולים גם לייעל את ההגדרות שלהם מראש במקום להסתמך על ניסוי וטעייה יקרים וגוזלים זמן.
טיפים לעיצוב כלי למניעת נקבוביות
יש כמה שיטות עבודה מומלצות לעיצוב כלים שיש להשתמש בהן כדי לסייע במניעת הגורמים הנפוצים ביותר לנקבוביות.
עובי קיר
בעיה: הגורם השכיח ביותר לנקבוביות הוא קירור לא שווה של החלק בתוך החלל, שהוא בתורו פונקציה של עובי דופן משתנים.
פתרון: הדרך הקלה והיעילה ביותר למנוע זאת היא לשמור על עובי דופן עקבי בכל הזדמנות אפשרית. זה תפקידו של מעצב כלי התבניות. שיקולים חשובים רבים אחרים, כגון עיצוב בוסים, צלעות, שקעים ומאפיינים אחרים, דומים לאלו של הזרקת פלסטיק.
שיעור כיווץ
בעיה: קצב הכיווץ מושפע מטמפרטורת ההיתוך של הסגסוגת, זמן הקירור וטמפרטורת הקירור. במקרה של אלומיניום, שהוא ללא ספק החומר הנפוץ ביותר ליציקה, תוספת של סיליקון יכולה להוריד את שיעורי הכיווץ במידה ניכרת אך רק בתוך אחוז סגסוגת מסוים. יותר מדי סיליקון יכול להשפיע לרעה על הביצועים המכניים של הסגסוגת.
פתרון: עדיף שמפתח המוצר יעבוד בשיתוף פעולה הדוק עם מטיל הלחץ כדי לדון באפשרויות לחומרי גלם על סמך היישום והעיצוב.
סוחף
בעיה: זה מאתגר להסיר לחלוטין אוויר סגור מכלי תבנית, במיוחד עבור צורות מורכבות בעלות תכונות פנימיות רבות שבהן ניתן לכוד אוויר.
פתרון: ישנן כמה אסטרטגיות להפחתת אוויר נבלע. האחת היא לשפר את עיצוב כלי התבנית כך שלא יהיו פינות חדות או כיסים שבהם האוויר לא יכול לברוח. כמו כן, ניתן להוסיף פתחי אוורור נוספים או לבצע אופטימיזציה של עיצוב מערכת השער/ראנר כדי לאפשר דרכי מילוט לאוויר.
שינוי מהירות ההזרקה והלחץ עשוי לעזור עם האוורור אך יכול להשפיע לרעה על החלק בדרכים אחרות ולכן יש לעשות זאת בזהירות.
טיפ אחרון
לבסוף, היציקה יכולה להתבצע בסביבה מלאה בארגון או בגז אינרטי אחר. במקרה זה עדיף לדון בתהליך זה עם היצרן מוקדם בשלב התכנון.
לאחר ביצוע היציקה יש צורך למצוא דרך למדוד במדויק נקבוביות בחלק המוגמר.
טכנולוגיה למדידת נקבוביות
טכניקות חדשות פותחו כדי לעזור ליצרנים לזהות ולמדוד נקבוביות בצורה שקשה מאוד באמצעות שיטות קונבנציונליות כמו בדיקה חזותית, בדיקת לחץ או בדיקות הרסניות. אחד המבטיחים ביותר הוא טומוגרפיה ממוחשבת, או CT.
בתהליך זה, נלקחות מספר צילומי רנטגן בעוצמה גבוהה של החלק ולאחר מכן משולבות ליצירת מפה תלת מימדית של החלק הפנימי של היצירה. זה יכול לשמש לבקרת תהליכים בזמן אמת וכן ליצירת הדמיות מחשב שיכולות לסייע באופטימיזציה של עיצובי כלי עובש. CT הופך חזק ואמין מספיק כדי להעפיל כמכשיר מדידה אמיתי בדרגת מטרולוגיה ולא רק כלי אבחון.
כיצד משפיעה העיבוד על הנקבוביות?
העור של חלק יצוק הוא האזור היציב ביותר מבחינה תרמית. זהו החלק הראשון שמתמצק ומציג נקבוביות מועטה או ללא נקבוביות בתוך 0.5 מ"מ או יותר. מכיוון שנקבוביות מתרחשות בחלקים העמוקים יותר של יציקות, תהליכי עיבוד כמו חורים עם הברגה והברגה עשויים לפתוח נקבוביות סגורות. חלק מהיציקות חייבות להיות מסוגלות להחזיק לחץ אוויר או נוזל, כגון עבור צילינדרים הידראוליים או סעפות, ולכן יש לאטום את הנקבוביות הללו לאחר העיבוד.
איטום נקבוביות עם הספגה בוואקום
זה נפוץ בתעשייה ליישם הספגה בוואקום על פני השטח של יציקות כדי לאטום אותם ביעילות. זה בדרך כלל תהליך בן שלושה שלבים:
- החלק מונח בתא ווואקום משמש כדי להסיר כל אוויר כלוא במיקרו-נקבים.
- לאחר מכן מכניסים לתא חומר איטום כגון שרף פולימרי נוזלי ומכניסים אותו למיקרו-נקבים בלחץ אוויר חיובי.
- לאחר ההספגה, החלק מוסר מהתא וחומר האיטום מתרפא במלואו. זה נחשב לטיפול משטח חד פעמי קבוע.
האם יציקת תבנית בלחץ היא הפתרון בשבילך?
ב-Be-Cu.com, הצוות שלנו עובד עם לקוחות כדי להבטיח שהעיצובים יהיו אופטימליים כדי למנוע את הסיכון של נקבוביות. אם תרצה לעבוד איתנו על הפרויקט הבא שלך, נוכל לתת לך סקירת פרויקט בחינם ולעבוד איתך כדי לקבל חלקים יצוקים יפים שמתאימים למפרט המדויק שלך.
צור איתנו קשר עוד היום כדי להתחיל את פרויקט יציקת הלחץ הבא שלך. לחלופין, בחר מתוך מגוון שירותי הייצור והאב-טיפוס שלנו.
