Санкт-Петербург
Москва
Екатеринбург
Н.Новгород
Металлическая 3D-печать повышает производительность и продлевает срок службы литьевых пресс-форм головки блока цилиндров

Металлическая 3D-печать повышает производительность и продлевает срок службы литьевых пресс-форм головки блока цилиндров

4 Октября 2016

Головки блоков цилиндров современных автомобильных двигателей отливаются в пресс-формах многократного использования, которые заполняются расплавленным алюминиевым сплавом с температурой превышающей 600°C.
Независимо от процесса литья, будь то литье под давлением, литье в форму, литье низкого или высокого давления – все формы подвергаются большим нагрузкам. Поток расплава приводит к износу поверхности литьевой формы, а перепады температуры вызывают трещины.
Коррозия и окисление не только существенно сокращают срок службы литьевой формы, но и оказывают отрицательное воздействие на качество поверхности самих отливок, что вполне естественно приводит к значительному увеличению процента брака.

2-article-from-catalogue-1.jpg

2-article-from-catalogue-11.jpg
Металлическая 3D-печать с использованием InssTek технология повышает производительность и продлевает срок службы литьевой пресс-формы.

Специалисты Южной Кореи в области 3D-печати металлических изделий из компании InssTek тесно сотрудничают с одним из мировых производителем автомобилей. Целью совместного поиска является разработка инновационной технологии, позволяющей не только увеличить производительность процесса литья, но значительно увеличить срок службы литьевых пресс-форм.
Материалы, которые обычно используются литьевых пресс-формах, предназначенных для изготовления алюминиевых головок блока цилиндров – это или термообработанная сталь, или специальная сталь, рассчитанная для работы при высоких температурах. Такие материалы, как инструментальная сталь DIN 1.2343 из-за ее механических, термических и химических свойств хорошо подходит для этой цели. Тем не менее, этот материал имеет недостаточно хорошие характеристики с точки зрения его окисления, термического расширения и теплопроводности. Эта сталь окисляется уже при комнатной температуре, кроме того она достаточно быстро расширяется под действием тепла и имеет весьма ограниченную устойчивость к воздействию теплового удара.
Во время своего сотрудничества с одним из мировых автопроизводителей, компания InssTek в рамках данного проекта, проводила исследования специально направленные на повышение производительности при изготовлении головки блока цилиндров. Основные усилия в рамках этого проекта были направлены на не только увеличения срока службы литьевых пресс-форм. Они включали также в себя вопросы повышение качества поверхности литья, причем не только при первых его восстановительных ремонтах формы, но и при последующих работах в условиях их длительной эксплуатации. Все это, в свою очередь, оказало положительное влияние на общее снижение процента брака.
Специалисты по производству принтеров для 3D-печати металлических изделий южнокорейской компании InssTek приступили к выполнению научно-исследовательского проекта, целью которого являлось определение оптимальных способов использования различных металлов при гибкой технологии прямого послойного создания конструкции из сплавленных лазером мелкодисперсных частиц металлического порошка – DMT (Direct Metal Transfer, прямой перенос металла). После широкомасштабного исследования различных никель-молибденовых сплавов, был выбран сплав под торговой маркой Hastelloy. Этот сплав имеет отличные характеристики теплового расширения, он устойчив к коррозии и окисляется лишь при очень высоких температурах. Относительно низкие механические и физические характеристики этого сплава, такие как ударная прочность или предел прочности на разрыв не играют здесь существенной роли, так как для литых алюминевых конструкций значительные механические напряжения маловероятны.
Для предварительной оценки была изготовлена из термически обработанной стали большая литьевая пресс-форма (570×380×126 мм), предназначенная для головки блоков цилиндров двигателя с уменьшенным расходом топлива.
Данные, полученные в результате моделирования и вычисленной тепловой модели для этой литьевой пресс-формы, затем были использованы в качестве составной части процесса металлопечати. Металлопечать была выполнена с использованием 5-осевого металлического 3D-принтера типа MX-1000, который может имеет очень большую рабочую площадь в 1000×800×650 мм. Толщина нанесения никель-молибденового сплава методом послойной печати колебалась от 2 до 30 мм, с более толстыми слоями в тех зонах, где имелась потребность в более высокой теплопроводности. После завершения процесса изготовления пресс-форма была передана в серийное производство для ее оценки.
Результаты показали весьма существенный рост производительности. Использованный никель-молибденовый сплав имеет гораздо более высокую теплопроводность, чем сталь и охлаждает именно ту зону, которая в этом нуждается. Пустоты и нежелательные зоны, как следствие остаточного теплового напряжения на отливке головки цилиндра также были ликвидированы. Отсутствовало, вызванное температурным градиентом, термическое растрескивание, проявляющееся в виде поверхностных трещин, которые образуются в результате быстрого нагрева и охлаждения детали. Как следствие, в результате значительно улучшилось качество поверхности. Кроме того не было и алюминиевых остатков на поверхности пресс-формы, к тому же более быстрое рассеяние тепла привело к значительному сокращению времени цикла изготовления.
С момента передачи усовершенствованной путем металлической 3D-печати литьевой пресс-формы, ее регулярная проверка показала отсутствие какого-либо снижения качества литья. Имея такие превосходные результаты уже на самом начальном уровне, компания InssTek применила эту же самую концепцию и аналогичный технологический процесс дополнительной обработки для двух других, более крупных моделей двигателей.
Потенциал металлической 3D-печати в литейной промышленности огромен. Он помогает достичь уровня, при котором современные технологии становится более эффективными и гибкими. В последние несколько лет компания InssTek использовала свои 3D DMT-технологии для производства, модификации и ремонта уже более 1000 литьевых форм.
Компания TLM Laser Ltd из Бромсгров, Вустершир, недавно заключила эксклюзивный дистрибьюторский договор с компанией InssTek Gmbh на поставку их комплексных систем металлической 3D-печати.
Технологический процесс компании InssTek предлагает реальную производственную систему и является совершенно уникальным в своей способности производить сложные детали без каких-либо дополнительных несущих конструкций, благодаря превосходному управлению пространственным положением и наклоном рабочего стола.
Кроме того, поток порошка через лазерный луч постоянен, что делает микроскопическую структуру металла на 100% абсолютно однородной, практически не отличающейся от структуры традиционно изготовленных деталей, а в некоторых случаях, к тому же имеющих лучшие механические свойства.

2-article-from-catalogue-2.jpg

5-осевой металлический 3D-принтер MX-1000 компании InssTek был использован для повышения числа циклов использования и срока службы литьевой пресс-формы головки блока цилиндров