Tlakové lití – zajistíme vámdokonalé temperování nástrojů

Čerpadlo integrované do přístroje dopravuje teplonosné médium z nádrže do formy na tlakové lití a zpět. Teplotní snímač měří teplotu média a předává tuto hodnotu do regulátoru. Tím se pak reguluje teplota média a nepřímo i teplota formy. Pokud teplota ve formě vzroste, regulátor aktivuje elektromagnetický ventil, který otevře okruh chladicí vody a umožní průtok studené vody výměníkem tepla, dokud se teplota média, a tedy i formy, nevrátí na cílovou hodnotu. Pokud je teplota formy příliš nízká, aktivují se místo toho elektrická topná tělesa.

Temperační přístroj je nepostradatelným zařízením pro plnění požadavků na kvalitu odlévaných dílů, jako je povrchová úprava, plnění forem a rozměrová přesnost, jakož i optimalizace cyklů a životnosti forem.

Pro regulaci teploty formy při procesech tlakového lití doporučujeme dva různé systémy v závislosti na zvoleném teplonosném médiu:

• Tlakové vodní temperační přístroje do 160°C
• Olejové temperační přístroje do 360°C

Tlakové vodní temperační přístroje do 160°C – topný výkon 6 kW až 48 kW
Tlakové vodní temperační přístroje jsou uzavřené systémy, ve kterých statický tlak zvyšuje bod varu vody v okruhu na 140°C nebo 160°C. Tlakové vodní přístroje Tool-Temp jsou vybaveny expanzní nádrží, která umožňuje provoz za podmínek nízkého tlaku a zaručuje stabilní regulaci teploty. Důrazně nedoporučujeme používat tlakové vodní jednotky pro zpracování hořčíku kvůli riziku popálení. Aby byla zajištěna snadná výměna formy, disponují tlakové vodní přístroje Tool-Temp funkcí vyprázdnění formy. Některé modely mohou dokonce stlačeným vzduchem nasucho vypláchnout kanály formy. Funkce odtlakování umožňuje bezpečné odpojení hydraulických spojů a nucené proudění technologické vody přes výstup chladicí vody.

Olejové temperační přístroje do 360°C – topný výkon 8 kW až 48 kW

Olejové přístroje mají uzavřený okruh horkého oleje s nádobou na studený olej. Obsah expanzní nádrže v olejových temperačních přístrojích Tool-Temp zůstává během provozu studený. Proto není možné, aby se teplonosný olej vypařoval nebo pěnil směrem do přístroje. Topná tělesa jsou navržena tak, aby zabránila rozkladu oleje. Tepelný výměník v okruhu chladicí vody má ochranu proti tvorbě vodního kamene a poskytuje garantovanou spolehlivost a dlouhou životnost.

Olejové přístroje Tool-Temp jsou vybaveny funkcí vyprazdňování formy. Po přepnutí na vakuový provoz se teplonosné médium nasává do expanzní nádrže, která je dostatečně velká, aby absorbovala celý objem zpětného toku.

Výhody temperačních přístrojů Tool-Temp pro tlakové lití

Temperační přístroje Tool-Temp se vyznačují mimořádnou robustností a jsou schopné odolat náročným podmínkám tlakového lití.

Odolné magneticky spojené čerpadlo: čerpadlo s magnetickou spojkou vyvinuté společností Tool-Temp je odolné vůči kapalinám, které jsou agresivní, korozivní a nasycené částicemi, a tvoří robustní, vysoce výkonnou klíčovou součást systému. Čerpadla se vyrábějí výhradně v hlavní továrně společnosti Tool-Temp ve Švýcarsku.

Měření teploty na nástroji: temperační přístroje Tool-Temp mohou provádět regulaci na základě buď teploty v nádrži, nebo teploty nástroje. Digitální měření průtoku a tlaku je na přístroji jasně vidět a funguje jako klíčový parametr pro reprodukovatelnou kvalitu výroby.

Tlakové vodní přístroje mají tu výhodu, že je lze používat s menšími kanály formy s menší teplosměnnou plochou. Teplotní rozdíly na nástroji jsou tak lepší, ale stále mohou vést k napětí uvnitř nástrojů a způsobit trhliny vyvolané napětím. Ve srovnání s přístroji používajícími studenou vodu se při spuštění tlakových licích strojů se výrazně sníží plýtvání způsobené teplotou nástroje. Díky vysokému tepelnému výkonu a lepšímu přenosu tepla nabízí voda pro chladicí procesy několik velkých výhod a řeší problém příliš malých kanálků formy.

Tlakovou vodu nepoužívejte u systémů pracujících s hořčíkem. Netěsnost ve formě by mohla vést ke vznícení tekutého hořčíku, a tím způsobit rozsáhlé škody. Hořčík a voda spouštějí energetické chemické reakce, včetně výbuchu, které mohou poškodit nástroj i samotný stroj.

Výhody tlakových vodních systémů Tool-Temp – bezpečná a robustní konstrukce
Temperační přístroje Tool-Temp jsou navrženy a vyráběny konzervativně. Naše topná tělesa jsou vystavena nízkému zatížení, aby jejich povrchová teplota byla co nejnižší. Olej také obtéká topná tělesa velkou rychlostí a monitoruje se minimální hladina náplně. Je-li hladina naplnění příliš nízká, rozsvítí se kontrolka, která signalizuje obsluze dosažení minimální úrovně naplnění. Čerpadlo se vypne, aby se zabránilo chodu nasucho. Přístroj se automaticky plní přes přívod chladicí vody, dokud není dosaženo dostatečné hladiny. Kontrolka zhasne a čerpadlo se opět automaticky spustí. Společnost Tool-Temp klade velký důraz na zajištění robustní konstrukce. Tlakové vodní systémy využívají výhradně permanentní potrubní spoje, vyráběné pomocí vysoce automatizovaných ohýbacích strojů v závodě v Sulgenu. Plášť je zcela uzavřený, takže nedochází ke kontaminaci. Počínaje fází návrhu je zvláštní pozornost věnována použitým materiálům. Nerezová ocel je bez výjimky použita na každém jednotlivém místě, které přijde do styku s vodou.

Produkty Tool-Temp nabízejí dodatečnou procesní bezpečnost zajišťovanou bezpečnostními ventily, které se spustí při zjištění abnormálních provozních podmínek. Pokud je tlak v systému příliš vysoký, otevře se pojistný ventil. Tlak se odvádí přes výstup chladicí vody. Pokud tlak stále stoupá, otevře se druhý pojistný ventil, který uvolní tlak do okolního ovzduší.

Do všech tlakových vodních přístrojů Tool-Temp jsou zabudovány následující bezpečnostní prvky:

• Zpětný ventil zabraňuje zpětnému toku vody, pokud je tlak v okruhu vyšší než tlak ve vodovodní síti.
• Dva pojistné ventily sledují stoupající tlak. První ventil vypne ohřev, druhý otevře v případě příliš vysokého tlaku okruh, aby došlo ke snížení tlaku.
• Tlakoměry ukazují tlak systému i čerpadla.
• Snímač průtoku monitoruje oběh cirkulačního média ke spotřebiči.
• Funkce odlehčení tlaku zajišťuje odtlakování okruhu regulace teploty před odpojením přístroje od spotřebiče. Když je jednotka bez tlaku (elektromagnetický ventil je otevřený) a teplota je nižší než 80°C, je možné spotřebič vyprázdnit přes sání.

Odborníci se přou o to, zda je pro topná a chladicí zařízení tím nejlepším řešením voda nebo olej.Jako výrobce obou typů přístrojů vidíme při regulaci teploty spíše více výhod v použití oleje.Mezi tyto výhody patří delší životnost nástrojové formy a také snadná údržba olejových topných a chladicích přístrojů.Nevýhody související s nutností větších kanálů ve formě při použití oleje lze obejít ve fázi návrhu nástroje využitím vhodných koncepcí návrhu nástroje.

Použití olejových přístrojů nabízí mnoho výhod pro vysoké teploty nástrojů:

• Vysoké provozní teploty
• Menší napětí způsobené teplotními rozdíly
• Delší životnost formy
• Nižší náklady na údržbu

Aby byly tyto přednosti olejových temperačních přístrojů plně využity, musí být v nástroji zajištěna dostatečná cirkulace média. Proto jsou přístroje Tool-Temp vybaveny snímači průtoku.

Potřeba většího chlazení nebo většího ohřevu během procesu tlakového lití se určí podle rozměrů odlévaných dílů. Menší části se obecně ohřívají a větší části se ochlazují. Přístroje Tool-Temp jsou navrženy tak, aby poskytovaly velmi nízké plošné zatížení topných těles (W/cm²), a tím se zabránilo přehřátí oleje a jeho příliš rychlému stárnutí.

Výměníky tepla jsou navrženy tak, aby se po ukončení procesu chlazení samy vyprázdnily, čímž se zabrání usazování vodního kamene a nečistot. K dispozici jsou dva různé typy čerpadel: konvenční čerpadla s kluzným kroužkovým těsněním a bezucpávková magneticky spojená čerpadla.

Oleje mohou být buď minerální, nebo syntetické kapaliny. Minerální oleje lze používat při teplotách asi do 270°C. Většinu syntetických olejů lze používat do teplot kolem 320°C. Pro teploty mezi 320 a 360°C je k dispozici několik možností: společnost Tool-Temp doporučuje syntetické teplonosné médium Marlotherm SH a také vlastní olej TOOL-THERM SH3. TOOL-THERM SH3 je teplonosné médium na bázi minerálního oleje, které odolává vysokým teplotám až 360°C.

Při použití termálních olejů při teplotách nad 250°C se mohou v potrubí a zejména v prostoru nádrže tvořit usazeniny podobné koksu. Přítomnost těchto zbytků vede k rychlejšímu stárnutí oleje a jeho kyselosti. Olej se také snáze vznítí, protože uvolňované produkty rozkladu¹ snižují jeho viskozitu a bod vzplanutí. Společnost Tool-Temp doporučuje pravidelně kontrolovat kvalitu oleje a v případě potřeby jej vyměnit.

Při výrobě tlakově litých dílů z hliníku, zinku a hořčíku je schopnost řídit tepelné procesy v nástrojové formě rozhodující pro zajištění efektivní a vysoce kvalitní práce. Stabilní tepelná bilance a nižší špičková teplota na povrchu formy pomáhají předcházet předčasnému poškození nástrojové formy, jako jsou trhliny způsobené pnutím, a výrazně zvyšují její životnost. A nedostatečná kontrola teploty formy navíc vede při tlakovém lití k velkému plýtvání.

Tlakové lití je průmyslový proces, při kterém se roztavený kov nalévá nebo tlačí do ocelové formy. Během tohoto plně automatizovaného procesu se roztavený kov (hliník, zinek nebo hořčík) vstřikuje do nástrojové formy pod tlakem 1500 až 1200 barů. Tlakové lití se používá především pro velkosériovou výrobu. Mezi jeho výhody patří vynikající reprodukovatelná přesnost lisovaných dílů, složitost tvaru dílů, ale také tloušťka stěny a efektivita. Velké mechanické síly používané při procesu, např. uzavírací síla, kolísání teploty, opotřebení způsobené extrémními silami při nárazu na roztavený kov, vyžadují použití drahých strojů a forem. Požadovaná periferní zařízení, jako jsou různé typy strojů pro postřik forem, topné a chladicí přístroje pro regulaci teploty formy a také zařízení pro vyjímání a odvádění odlitků, zajišťují vysoký stupeň automatizace procesu. Společnost Tool-Temp podporuje své zákazníky při tomto náročném procesu nabídkou řešení pro ohřev a chlazení přizpůsobených jejich individuálním požadavkům. Chlazení těchto složitých nástrojových forem lze provádět pomocí oleje nebo vody. Široký sortiment produktů společnosti Tool-Temp zahrnuje temperační systémy pro obě chladicí média, které lze v případě potřeby také integrovat do řídicího systému stroje.

Existují dvě varianty procesu tlakového lití:

• Tlakové lití ve studené komoře
• Tlakové lití v teplé komoře

Klíčový rozdíl mezi těmito dvěma variantami spočívá ve způsobu dodání roztaveného kovu pro proces lití. Volba konkrétní metody závisí na teplotě tání použitého materiálu.

3.1. Proces s teplou komorou

Tlakové licí stroje s teplou komorou se skládají z lisu, na kterém je namontována forma, a přímo připojené pece s dávkovací jednotkou. Roztavený materiál se nachází v tavicí nádobě. Píst se spouští do vstřikovacího zařízení a vytlačuje roztavený materiál z tlakové komory přes husí krk a trysku do dutiny formy. Po vstřiku se píst vrátí do své původní polohy. Současně se dutina otevře a obrobek se vysune z poloviny vyhazovací formy. Jeden cyklus trvá 3 až 9 sekund v závislosti na velikosti obrobku.

Licí jednotka je v neustálém kontaktu s roztaveným materiálem. Aby se zabránilo působení nadměrných sil překračujících technické limity na lisované díly, je procesní teplota v teplé komoře omezena na < 500°C. To znamená, že lze používat pouze kovové slitiny s nízkou teplotou tání. Nejběžnějšími materiály jsou slitiny zinku a cínu. Při použití vyšších teplot není možný stálý kontakt mezi roztaveným materiálem a licí jednotkou. Takový stálý kontakt by totiž zvýšil opotřebení a snížil bezpečnost procesu kvůli nahromaděné strusce a těsnění a v důsledku difúzních procesů probíhajících uvnitř lisovaných dílů by chemicky kontaminoval jednotku pro lití roztaveného materiálu.

3.2. Proces se studenou komorou
Licí stroje se studenou komorou se skládají pouze ze vstřikovací jednotky, do které je integrována licí forma a roztavený kov se do ní přivádí externě. Dávkování před každým vstřikem se provádí ručně nebo pomocí tavicí pece s dávkovacím robotem. Před každým vstřikem se licí komora naplní požadovaným množstvím roztaveného materiálu, jenž je pak vtlačován do uzavřené dutiny licí formy rychlostí až 200 m/s. Kov se rychle ochladí, takže lze nástroj otevřít a obrobek vysunout. Pro proces ve studené komoře nejsou neobvyklé časy cyklů delší než 30 sekund. Mezi běžně používané slitiny patří především slitiny na bázi hliníku, mědi a hořčíku. Na rozdíl od procesu v horké komoře je díky oddělení licí jednotky (komora, píst) od zásobníku roztaveného materiálu cyklicky přerušováno tepelné namáhání. Provozní teploty jsou však velmi vysoké, což omezuje životnost na přibližně 50 000 až 200 000 vstřiků (hliník).

3.3. Jiné procesy
Kromě dvou uvedených existují i další procesy lití:

3.3a Metoda Acurad
Metoda Acurad se používá pro obrobky se silnými stěnami, kdy je zcela zásadní minimalizace množství zachyceného plynu. Na rozdíl od konvenčního tlakového lití je roztavený materiál přiváděn pod nízkým tlakem vtokovým kanálem s relativně velkým průměrem. Roztavený materiál vtéká do licí formy laminárním prouděním, rovnoměrně odstraňuje plyn z formy, a zajišťuje tak zachycení minimální množství plynu v materiálu. Jakmile je licí forma naplněna, druhý píst začne během tuhnutí na roztavený materiál vyvíjet tlak, aby se snížila jeho poréznost. Kvůli delší době potřebné k naplnění formy je tento proces nevhodný pro tenkostěnné obrobky.

3.3b Vacuum die casting
U vakuového tlakového lití je forma před každým vstřikem odsávána. Roztavený materiál je poté vstříknut do dutiny bez vzduchu, kde rychle ztvrdne. Odsávání sníží obsah plynu v roztaveném materiálu. Vakuové tlakové lití umožňuje výrobu svařitelných a tepelně zpracovatelných hliníkových odlitků, protože obsah kyslíku je snížen na minimum.

3.3c Tixotropní tlakové lití
Tixotropní tlakové lití představuje lití materiálu v poloroztaveném stavu, kdy se materiály chovají spíše jako pevná látka, pokud nejsou vystaveny žádným vnějším vlivům. Pokud na materiál působí smykové napětí, ten začne téct a stává se tvárným. Tohoto stavu lze dosáhnout u různých slitin v určitém úzkém teplotním rozmezí. V tixotropním stavu vykazují materiály zvláště výhodnou strukturu. Zrnitost je výjimečně jemná a materiál při lití nezkapalní, nedochází tedy k razantní změně jeho objemu, čímž se zabrání smršťování pórů. Tento proces je však kvůli potřebě velmi specifických slitin spojen s vysokými náklady na suroviny, ovšem to je nezbytné pro zajištění jeho spolehlivosti. Přesná regulace teploty v sériovém procesu je také velmi obtížná.

Separační prostředky a pomocné materiály hrají při procesu tlakového lití významnou úlohu.
Použití separačních prostředků při tlakovém lití je nezbytné pro snadné vyjmutí odlitků z formy, dosažení vysoké kvality a zajištění vnějšího chlazení povrchu formy. Pečlivý výběr správného prostředku má nejvyšší prioritu. Důsledky použití nesprávného separačního prostředku mohou zahrnovat: sníženou produktivitu v důsledku delších časů nástřiku, zvýšenou míru plýtvání v důsledku porézní struktury, defekty při procesu vytlačování, špatnou přilnavost nátěru, potíže s čištěním kvůli zbytkům separačního prostředku v dutině formy a na rámu nebo dokonce zastavení výroby kvůli uvíznutí kovu v dutině. Separační prostředky používané při odlévání hliníku jsou obvykle kapalné a nanášejí se ve formě spreje. K dispozici jsou separační prostředky na vodní bázi i bezvodé.

Separační prostředky na vodní bázi

Separační prostředky na vodní bázi se obvykle skládají z vody v olejové emulzi. Voda působí jako nosná matrice a díky svému relativně nízkému bodu varu se odpařuje a ochlazuje povrchovou vrstvu nástroje. Emulze umožňuje rovnoměrné nanášení vysoce viskózních účinných látek.

Novou metodu, která se používá ke snížení spotřeby zdrojů, je mikropostřik: na povrch formy se nastříká velmi malý objem prostředku. To má tu výhodu, že k ředění separačního prostředku není potřeba voda, takže není potřeba nákladně likvidovat odpadní vodu. Zkracují se také doby cyklů a není třeba se obávat střídavého tepelného zatížení formy. Výrazně se tak prodlužuje životnost formy.

Bezvodé separační prostředky
Tyto přípravky používají jako nosič nízkoviskózní olej nebo rozpouštědlo. Funkce nosné látky je podobná jako u vody, slouží především k zajištění rovnoměrné distribuce. Nástřik hořlavé mlhy na horkou formu však představuje riziko požáru a představuje nebezpečí pro životní prostředí.

Pokud jde o kvalitu dílu, životnost formy a efektivitu odlévacího procesu, nehrají zásadní roli pouze separační prostředky a pomocné materiály – maximálně důležitá je také regulace teploty / chlazení formy.

Existuje mnoho aplikací, které jsou i dnes stále chlazeny pouze vodou a ohřívány plynovými hořáky nebo infračerveným ohřevem.

Technické a ekonomické důvody vedly k tomu, že většina z nich byla nahrazena topnými a chladicími systémy pracujícími s olejem při teplotě až 360°C nebo s tlakovou vodou do teploty 180°C.

• Ohřev plynovými hořáky / infračerveným ohřevem, chlazení studenou vodou
• Ohřev a chlazení teplonosným olejem do 360°C
• Ohřev a chlazení tlakovými vodními přístroji do 160°C / 230°C

Hlavní nevýhoda tohoto typu regulace teploty spočívá ve velkých teplotních rozdílech a pnutích, která v nástroji vznikají. To má negativní vliv na životnost nástroje a vede k nutnosti uvést nástroj zpět na požadovanou teplotu po každém přerušení výrobního procesu. Lze očekávat velké prodloužení doby spouštění a velkou míru plýtvání. Tato varianta se obvykle volí tam, kde jsou kanály ve formě příliš malé, což znemožňuje použití temperačního systému.

Použití temperačních přístrojů, ať už vodních nebo olejových, přináší oproti této variantě řadu výhod.