Vytlačování hliníku vs. lití hliníku: Která metoda přináší pevnější díly?

Prototypy často vyrábím jak vytlačováním, tak odléváním. Každá metoda poskytuje jinou pevnost a výkon.

Extrudovaný hliník vyrovnává kovová zrna po celé délce dílu, čímž zvyšuje jeho směrovou pevnost. Odlévání umožňuje vytvářet složité tvary, ale může obsahovat vnitřní pórovitost.

Pojďme analyzovat obě metody a pochopit, kdy je která silnější.

Která metoda poskytuje pevnější díly: vytlačování nebo odlévání?

Provedl jsem pevnostní testy na dílech z obou metod. Extrudovaná verze vždy snesla větší zatížení, než se ohnula nebo zlomila.

Vytlačováním vznikají díly s vyrovnanou strukturou zrn a nízkou pórovitostí. Odlévané díly mají obvykle náhodné rozložení zrn a mohou se v nich objevit vnitřní dutiny.

Ponořte se hlouběji: Struktura, tok zrn a pevnost

Orientace zrna

• Vytlačování protlačuje zahřátý polotovar zápustkou a vyrovnává hliníková zrna s profilem. Díky tomu mají díly po celé délce lepší tahové a únavové vlastnosti.
• Casting nalije roztavený kov do formy. Zrna se tvoří náhodně a mohou zachycovat plyn nebo smršťovací kapsy.

Chování v tahu a na únavu

Při únavových testech, které jsem provedl, vydržely vytlačované díly více než 500 000 cyklů. Odlévané selhaly blíže 300 000 cyklů v důsledku drobných dutin, které přerostly v trhliny.

Mikrostruktura a vady

• Vyrovnání vytlačovaných zrn také pomáhá zabránit vzniku napěťových vzpěr.
• Odlévané díly mohou vyžadovat rentgenové nebo barvicí testy k odhalení pórů.

Vytlačováním se tedy obecně získávají pevnější díly, zejména při cyklickém zatížení.

Čas na kvíz:

Jaké je srovnání nákladů na vytlačování a odlévání?

Cena se liší v závislosti na designu, objemu a povrchové úpravě. Často stanovuji ceny obou metod pro držáky a pouzdra.

Vytlačování má nižší náklady na jeden díl při velkých objemech a levnější nástroje pro jednoduché profily. Odlévání stojí více na nástrojích, ale nabízí nižší jednotkové náklady u velmi složitých nebo velkoobjemových dílů.

Ponořte se hlouběji: Srovnání struktury nákladů

Náklady na nástroje a seřízení

• Vytlačování vyžaduje ocelovou matrici. Náklady na lisovací formu se pohybují od $2 000 do $10 000 v závislosti na složitosti a velikosti. Životnost matrice je desítky tisíc cyklů.
• Casting potřebuje formy nebo sady nástrojů za $10 000 až $50 000 nebo více. Formy se časem opotřebovávají a potřebují údržbu.

Složky nákladů na díl

1. Použití materiálu

   • Vytlačování: nízký odpad, vysoká výtěžnost.
   • Odlévání: systémy s běžícími dráhami produkují odpad, který musí být ořezán a recyklován.

2. Práce a obrábění

   • Extrudované díly často vyžadují minimální opracování.
   • Odlévané díly obvykle vyžadují více obrábění, aby se dosáhlo těsných tolerancí nebo odstranily závory.

3. Ekonomika šarží

   • U dávek nad 10 000 kusů mohou náklady na vytlačování jednoho dílu klesnout na $8-12.
   • Odlévání může dosáhnout $6-10 na díl, pokud objemy ospravedlňují náklady na nástroje.

4. Krátké běhy

   • U sérií pod 1 000 kusů může být cenově výhodnější obrábění předlitků nebo nízkoobjemové techniky odlévání (např. odlévání do písku).

Souhrnná tabulka nákladů

Oběma směry jsem nacenil konzoli s 5000 jednotkami. Vytlačovací nástroje byly levnější. Odlévací forma stála více, ale náklady na díl se vyrovnaly díky minimálnímu obrábění.

Čas na kvíz:

Která technika umožňuje větší volnost návrhu?

Jednou jsem navrhl chladič a složité pouzdro. Jeden fungoval jako výlisek, druhý pouze jako odlitek.

Odlévání podporuje kompletní 3D tvary, přesahy, dutiny a textury povrchu. Vytlačování omezuje díly na konstantní průřez, ale prvky můžete přidat později.

Ponořte se hlouběji: Flexibilita designu

Geometrická omezení

• Vytlačování: průřez dílu je po celé délce konstantní, takže změna tvaru musí být provedena dodatečným obráběním.
• Casting: podporuje převisy, vnitřní dutiny, žebra a prvky šéfů přímo v jedné formě. Není třeba svařovat ani spojovat.

Integrace složitých dílů

• Odlitek použijte v případě, že potřebujete integrované šrouby, změny tloušťky stěny, vnitřní kanály nebo zapuštěné detaily.
• Pro rámy, nosníky a kolejnice, kde je přijatelná rovnoměrnost průřezu, použijte extruzi.

Textury a značení

• Odlévané díly mohou při výrobě formy obsahovat loga, texturování a strukturované povrchy.
• Výlisky mají hladké stěny; texturu lze přidat později frézováním nebo povrchovou úpravou.

Vliv nástrojů na design

• Odlévací formy mohou být drahé, ale umožňují plnou kontrolu geometrie.
• Náklady na vytlačovací formy jsou nižší, ale konstrukce musí být založena na průřezu.

Jeden příklad: Použil jsem vytlačování pro soustavu žeber chladiče a odlévání pro jeho kryt - s prvky, které nebylo možné vytlačit.

Čas na kvíz:

Která povrchová úprava je lepší pro konstrukční aplikace?

U konstrukčních dílů je důležitá povrchová úprava. Dokončil jsem extrudované i lité součásti a zaznamenal jsem rozdíly ve výsledku.

Extrudované díly snášejí eloxování velmi dobře, zejména konstrukční součásti. Odlitky fungují také, ale mohou vyžadovat více obrábění pro přípravu povrchu. Práškové lakování je také vhodné, ale má různé výhody a nevýhody.

Ponořte se hlouběji: Povrchová úprava pro strukturální pevnost

Eloxování pro zvýšení pevnosti

• Výlisky mají stejnou tloušťku. Eloxování dodává tvrdou vrstvu oxidu, která zvyšuje životnost při opotřebení, korozi a únavě bez silných nátěrů.
• Odlévané díly je třeba před eloxováním důkladně opracovat, aby se odstranily stopy po formách a rýhování; jinak povlak skryje, ale nezpevní.

Práškové lakování a lakování

• Oba postupy fungují pro obě metody.
• Práškový lak zakrývá vady a dodává ochrannou bariéru.
• Tloušťka může vytvořit mezery nebo zakrýt malé trhliny, pokud nejsou díly dobře připraveny.

Obrábění a povrchová úprava

• Extrudované díly obvykle vyžadují méně obrábění, takže povrchová úprava zůstává konzistentní a tloušťka předvídatelná.
• Před montáží je často nutné čelní frézování nebo obrábění odlitých povrchů, což zvyšuje složitost dokončovacího procesu.

Konstrukční integrita a kontrola

• Vytlačované díly jsou po eloxování obvykle bez dutin a pevné.
• Před zatěžovací zkouškou nebo konstrukčním použitím je třeba provést skenování odlitků za účelem zjištění pórovitosti.

Po povrchové úpravě přenášely lisované nosníky před průhybem větší zatížení než lité nosníky se stejnou tloušťkou a povrchovou úpravou.

Čas na kvíz:

Závěr

Vytlačování přináší pevnější díly s rovnoměrnými zrny a nižšími dlouhodobými náklady na rovnoměrné profily. Odlévání poskytuje plnou volnost geometrie, ale může trpět pórovitostí a vyžaduje pečlivou kontrolu. Konstrukční hardware často upřednostňuje vytlačované a eloxované díly, zatímco odlévání zazáří v případě složitých tvarů. Vybírejte podle objemu, tvaru, pevnosti a potřeb povrchové úpravy.