Jádro je část formy, která slouží k výrob dutiny v odlitku. Jádro, které bylo sledováno v této práci, se používá ve form č. 31-49K 300068, která slouží k odlévání blok motoru.
Konkrétn se jedná o motor EA111 – 1,2 L TSi – 4válec.
2.3.1 Konvenční výroba
V ná a ovn se vyrábí jádro ve t ech variantách: nechlazené, s konvenčním chlazením a s chlazením Jet-Cooling. Pro výrobu jader se používá nástrojová ocel 1.2343.
Pro menší pr m ry otvor se používají p edevším nechlazená jádra, jejichž výhodou je
Vlivem rozdílné teploty špičky a zbývající chlazené části m že docházet k prasknutí jádra.
Další nevýhodou je, že se nečistoty v chladící vod mohou usazovat uvnit trubičky a časem m že tedy dojít k jejímu ucpání. Navíc se p i tomto zp sobu chlazení používá tlak do 5 bar, který n kdy kolísá. To zp sobí, že jádro není v danou chvíli dostatečn chlazené. Výhodou však z stává pom rn nízká cena jádra a používané chladící vody.
Tam, kde je pot eba intenzivn chladit taveninu, se obvykle používá chlazení Jet-cooling.
Jedná se o vysokotlaký chladič jader o malých pr m rech. K chlazení dochází prost ednictvím ízení a ovládání p estupu tepla v pr b hu tuhnutí za pomoci chladič v jádrech, tzv. jet coolers. D vodem, proč je chlazení tak účinné je, že b hem proud ní vody uvnit jádra dochází k její skupenské p em n , p i které se odvádí v tší množství tepla.
Pomocí Jet-coolingu lze chladit otvory s pr m rem už od 2 mm, podmínkou však je p esn vyvrtaný otvor.
P ístroj se skládá z elektrického motoru, vysokotlakého čerpadla, ovládací sk ín a dalších kontrolních prvk . Výhodou je, že lze k za ízení p ipojit až 20 jet-cooler a u jednotlivých jader nastavit odlišné doby chlazení. Jet-cooling využívá systému uzav eného okruhu vody.
Ob hové čerpadlo saje vodu ze sb rné nádrže a dále ji p ivádí k čerpadlu. Voda postupuje dále p es p emos ovací ventil regulující tlak do vysokotlakého magnetického ventilu, kde
28 dochází k rozd lení proudu do jednotlivých obvod . Vn p ístroje je pak voda p ivád na do rozd lovače a odtud k jednotlivým jádr m p i tlaku 20 bar. Poté se vrací p es rozd lovače zp t do nádrže.
Rychlost proud ní vody je kolem 4m/s. Pro chlazení se používá demineralizovaná a deionizovaná voda, aby nedocházelo k ucpání jet-cooleru nečistotami. Tomu se také p edchází profukováním jádra vzduchem po každém cyklu. Doba chlazení jádra závisí na velikosti a teplot jádra b hem tuhnutí, obvykle se udržuje na 150 °C. Po ukončení chlazení je do jádra p iveden vzduch, který vytlačí zbývající vodu v jád e a zárove zkontroluje t snost jádra [12].
Obrázek 14 - Schéma zapojení za ízení Jet-Cooling [12]
forma za ízení
Jet-cooling voda
vzduch
elektrické p ipojení
rozd lovač
Jet-cooler
jádro voda + vzduch
29 Hlavním problémem t chto jader bývá špatná kvalita odlitku v okolí jádra. Materiál je v blízkosti jádra porézní, jak lze vid t na obrázku 15b.
Porezita je u hliníkových odlitk velmi častou vadou. V blízkosti nedostatečn chlazeného jádra je teplota taveniny vysoká a odlitek zde tedy tuhne až jako poslední. V tomto p ípad je tedy porezita zp sobena vysokou teplotou taveniny, p i které dochází ke zvýšení obsahu plynu v tavenin a tedy i bublin.
Pro optimalizaci kvality odlitku v oblasti jádra byla tedy pro výrobu dílu použita aditivní technologie, která umož uje vyrobit chlazení komplikovan jšího tvaru a zm nit teplotní parametry p i lití.
2.3.2 3D tisk – technologie SLM
Tišt né jádro bylo zhotoveno technologií SLM u firmy Texer v Itálii. K tisku bylo použito za ízení Concept Laser M1 s laserem o výkonu 200 W. Ochrannou atmosféru uvnit stavební komory tvo il dusík. Tlouš ka tišt né vrstvy se pohybovala kolem 30 m.
Základní bázi jádra tvo il materiál 1.2343 a tišt ná část byla vyrobena z kovového prášku CL50, který odpovídá materiálu 1.2709. Pomocí aditivní technologie bylo možné po celé délce jádra zhotovit chlazení ve tvaru šroubovice, které by se pomocí konvenčních technologií nedalo zhotovit. P edpokládalo se, že tento tvar umožní mnohem intenzivn jší chlazení taveniny a tedy dosažení optimální kvality odlitku.
Obrázek 15 - aě Oblast se zvýšenou pórovitostí odlitku, bě detail odlitku
Konvenční
30
2.3.3 Porovnání jednotlivých jader
Pro všechny typy jader, jak konvenčn , tak aditivn vyrobené, byla vytvo ena simulace tuhnutí taveniny v softwaru ProCAST. Na obrázku 17 jsou zobrazena jádra v čase 25 sekund od začátku tuhnutí a v popisku jsou uvedeny pr m rné teploty jader. Z teplotní mapy lze vid t, že chlazení pomocí Jet-Coolingu je ze všech možností jednoznačn nejúčinn jší.
Tišt né jádro m lo sice chladící kanál ve tvaru šroubovice, u kterého se p edpokládala vyšší účinnost. Nebylo však možné u n j využít za ízení Jet-Coolingu, které pracuje za vyššího tlaku kapaliny. P i chlazení by tedy nedocházelo ke zm n skupenství uvnit jádra, jak je toho u Jet-coolingu a chladicí kapalina by následn neodvád la tak velké množství tepla.
2.3.4 Sledování dílu ve form
Jak již bylo uvedeno v p edchozí kapitole, účinnost chlazení aditivn vyrobeného jádra se nevyrovnala jádru využívajícího chlazení Jet-cooling. Nebyl tedy d vod, aby se tišt né jádro používalo namísto konvenčn vyrobených jader, jak se p vodn p edpokládalo. A to jak z hlediska účinnosti, tak i z cenového hlediska. Náklady na výrobu tišt ného jádra jsou totiž desetinásobn vyšší než náklady na zhotovení konvenčního jádra.
Jádro tedy nebylo nasazeno do formy. Nebyla tak možnost sledovat ho p ímo v praxi a zjistit jeho životnost.
b) c) d)
a)
Obrázek 17 - Simulace tuhnutí odlitku v oblasti jádra:
aě jádro bez chlazení 380°, bě konvenční chlazení 280°, cě jádro vyrobené pomocí SLM 255°, dě chlazení Jet-Cooling 220°
31