Analýza vlivu aplikace maziva na tepelnou bilanci formy

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F49777513%3A23220%2F19%3A43958253" target="_blank" >RIV/49777513:23220/19:43958253 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Analýza vlivu aplikace maziva na tepelnou bilanci formy

Popis výsledku v původním jazyce

Výroba přesných odlitků z hliníku a jeho slitin je prováděna nejčastěji vstřikováním do forem pod tlakem, kdy roztavený kov je vpraven do kovové formy, ve které ztuhne ve tvaru požadovaného polotovaru. Vzhledem k tomu, že se jedná zpravidla o velkosériovou nebo hromadnou výrobu, která je z velké většiny určena pro dodávky dílů pro automobilový průmysl, je kladena zásadní pozornost na kvalitu a celkovou efektivitu výrobního řetězce. Pro dosažení vysokého stupně efektivity je nutno zabezpečit vysoký výrobní takt. Spolu s tím je nutno minimalizovat veškeré procesní i mezioperační kroky. Mezi ně patří především doby solidifikace odlitku a příprava formy pro vstřik roztaveného kovu. Aby bylo dosaženo vysoké tvarové a povrchové kvality odlévaných součástí, je nutno zabezpečit vhodné napěťové podmínky na styčných plochách mezi formou a zpracovávaným materiálem. Tyto podmínky ovlivňují nejen kvalitu povrchu, ale mají i zásadní vliv na životnost formy. Proto musí být v procesních podmínkách povrch dutiny formy odpovídajícím způsobem ošetřen. Vedle povrchových vrstev je zásadním ošetřením aplikace maziva, které ovlivňuje nejen zabíhavost a kvalitu povrchu, ale má i sekundární nezanedbatelný vliv na tepelnou bilanci bezprostředního povrchu nástroje. V důsledku toho je nutno, vedle tribotechnického aspektu, optimalizovat celou řadu technologických parametrů, které pak ve výsledku vedou k optimálnímu využití maziva. Vzhledem k tomu, že mazivo, přes veškerý pokrok představuje jistou ekologickou zátěž a zároveň i vedlejší náklady, je nutno směřovat k minimalizaci mazacího filmu. Množství maziva, které je aplikováno nejčastěji ve formě aerosolů, hraje důležitou roli i pro ochlazování formy, neboť se z maziva odpařují kapalné fáze a to je spojeno s odjímáním tepelné energie, která do tělesa formy vstupuje povrchem z tuhnoucího a chladnoucího kovu. Tím vzniká protichůdný požadavek na aplikaci maziva, kde na jedné straně větší množství maziva podporuje snížení teploty povrchu formy, čímž pozitivně působí na možnost zkrácení výrobního taktu, avšak na druhé straně zvyšuje výrobní náklady. Tyto náklady jsou dány jednak pořizovací cenou ale i vedlejšími procesy, například nadměrný požadavek na čištění povrchu a s tím spojenou likvidací odpadu. Zároveň, vedle technologických požadavků, je nutno vyřešit i technickou stránku aplikace maziva. Proto je zásadní nejen výsledná tloušťka mazacího filmu, ale i způsob jeho nanesení na povrch dutiny formy. V praxi to znamená optimalizaci mazacích desek, umístění trysek, jejich tvar a charakter rozprašování, aplikační tlak, vhodná konzistence, dopravní a čerpací systémy, nádrže, čištění a filtrace atd. K této optimalizaci náleží i poloha a pohyb mazacích desek, která může rovněž ovlivnit délku mezioperačního cyklu. Dalším zásadním vlivem maziva na tepelnou bilanci formy je specifické odparné teplo kapalných komponent maziva, které jsou v mazivu zároveň využity jako nosiče emulgovaných komponent. Čím vyšší podíl kapalných komponent a čím vyšší specifické odparné teplo tím vyšší účinek má mazivo na ochlazení povrchové vrstvy dutiny. Zásadní význam pro tepelnou bilanci formy má však ochlazování chladícím médiem, které je zpravidla realizováno kanálovými rozvody v tělese nástroje. Řádově nižší vliv má ochlazování přirozenou konvekcí na volném povrchu. Vzhledem k relativně nízkým teplotám radiační ochlazovací vlivy jsou poměrně zanedbatelné. Pro doporučení a technickou aplikaci maziva je nutno vždy nejprve zvážit veškeré okrajové podmínky celé technologie, interakce maziva, jakožto významného technologického komplexu na formu i odlitek a po té provést postupnou optimalizaci všech výše uvedených parametrů. Jedině tak lze dosáhnout vysoce efektivní výrobní technologie, která dokáže zabezpečit vysoké nároky odběratelů na kvalitu, při akceptovatelných nákladech a cenách výsledného produktu.

Název v anglickém jazyce

Influence Analysis of Lubricant Application on Heat Balance of Mould

Popis výsledku anglicky

The production of precision castings of aluminium and its alloys is most often carried out by injection moulding under pressure, when the molten metal is put in a metal mould in which it solidifies in the shape of the desired blank. Given that this is generally large-scale or mass production, which is for the most part intended for the supplies of parts for automotive industry, the fundamental attention is paid to the quality and overall efficiency of the production chain. To achieve a high degree of efficiency, it is necessary to ensure a high production cycle. At the same time, it is necessary to minimize all process and inter-operational steps. These include the casting solidification times and the mould preparation for the molten metal injection. In order to achieve high shape and surface quality of cast parts, it is necessary to provide suitable stress conditions at contact surfaces between mould and the material to be processed. These conditions not only affect the surface quality, but also have a major influence on the life of mould. Therefore, under the process conditions, the mould cavity surface must be adequately treated. In addition to surface layers, the application of a lubricant is an essential treatment, which affects not only the run-in and surface quality, but also has a secondary non-negligible effect on the heat balance of the direct surface of the tool. As a result, in addition to the tribotechnical aspect, it is necessary to optimize a number of technological parameters which then finally lead to optimum use of the lubricant. As the lubricant, despite all progress, represents a certain environmental burden and at the same time also ancillary costs, it is necessary to aim to minimization of the lubricating film. The amount of lubricant that is most often applied in the form of aerosols also plays an important role in cooling of mould, as liquid phases evaporate from the lubricant, and this is associated with the removal of heat energy entering the mould body through its surface from the solidifying and cooling metal. This creates a contradictory requirement for the application of lubricant where, on the one hand, a larger amount of lubricant supports lowering of the mould surface temperature, thereby positively affects a possibility of shortening the production cycle, but on the other hand, increases production costs. These costs are caused both by the purchase price but also by side processes, for example, an excessive requirement for surface cleaning and the associated waste disposal. At the same time, besides technological requirements, it is also necessary to solve the technical aspect of lubricant application. Therefore, it is essential not only the resulting thickness of the lubricating film, but also the way how the film is applied on the surface of mould cavity. In practice, this means optimizing lubrication plates, positioning nozzles, their shape and spraying character, application pressure, appropriate consistency, conveying and pumping systems, tanks, cleaning and filtration etc. This optimization also includes the position and movement of lubrication plates, which may also affect length of the inter-operational cycle. Another major influence of lubricant on the heat balance of mould is the specific evaporative heat of liquid components of the lubricant, which are also used as carriers of the emulsified components in the lubricant. The higher the proportion of liquid components and the higher the specific evaporative heat, the greater the effect of a lubricant on cooling the surface layer of cavity. The essential importance for the mould heat balance however has cooling by cooling medium, which is usually carried out by channel distributions in the tool body. Cooling by natural convection on a free surface has a significantly lower effect. Due to relatively low temperatures, the radiation cooling effects are relatively negligible. For the recommendation and technical application of lubricant, it is always necessary to first consider all the boundary conditions of the whole technology, the interaction of lubricant as a significant technological complex on mould as well as casting and then to perform a gradual optimization of all the above parameters. Only in this way it is possible to achieve a highly efficient production technology that can meet the high demands of customers on quality, at acceptable costs and prices of the final product.

Druh

V_souhrn - Souhrnná výzkumná zpráva

CEP obor

—

OECD FORD obor

20301 - Mechanical engineering

Projekt

—

Návaznosti

N - Vyzkumna aktivita podporovana z neverejnych zdroju

Rok uplatnění

2019

Kód důvěrnosti údajů

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Počet stran výsledku

2

Místo vydání

—

Název nakladatele resp. objednatele

TECHIOL s.r.o.

Verze

—