Jak zaprojektować formę ciśnieniową – skurcz, pochylenia i linia podziału

Forma ciśnieniowa w skrócie – funkcja, budowa, żywotność

Forma ciśnieniowa (HPDC) to narzędzie ze stali do pracy na gorąco, w którym ciekły stop wtryskiwany jest pod ciśnieniem doprasowania rzędu 300–1000 bar i krzepnie w kilkadziesiąt do kilkuset milisekund. Odróżnia ją od kokili grawitacyjnej trzy rzeczy: wymuszony wtrysk zamiast siły ciężkości, cykl liczony w sekundach i konieczność projektowanego odpowietrzenia. Standardem konstrukcyjnym branży pozostaje NADCA Product Specification Standards for Die Castings (#402, wyd. 2022).

Projektuję formy ciśnieniowe na tyle długo, by wiedzieć, że o powodzeniu decyduje kilka liczb przyjętych w pierwszym tygodniu pracy nad modelem 3D: współczynnik skurczu, położenie linii podziału i wartości pochyleń. Reszta to konsekwencje. Błąd w tych trzech pozycjach kosztuje tygodnie i tony przeróbek.

Z czego składa się forma HPDC?

Forma to zespół dwóch połówek pracujących na maszynie z zimną lub gorącą komorą. Płyta stała trzyma tuleję wlewową, płyta ruchoma – układ wypychania. Nomenklatura porządkuje resztę rozmowy z narzędziownią.

• Płyta stała – mocowana od strony układu wtryskowego, mieści tuleję wlewową i wkładkę stałą; tutaj wchodzi tłok podający metal z komory prasowania.
• Płyta ruchoma – porusza się z ryglowaniem maszyny, zawiera pakiet wypychaczy, płytę wypychającą i zwykle większość geometrii detalu.
• Wkładki formujące – wymienne elementy ze stali 1.2343 lub 1.2344, kształtujące powierzchnię odlewu; wymiana wkładki jest tańsza niż nowy korpus formy.
• Suwaki i rdzenie – realizują podcięcia, otwory boczne i gwinty zewnętrzne; każdy wymaga własnego chłodzenia i smarowania.
• Układ chłodzenia – kanały wiercone i punktowe jet cooling w węzłach cieplnych, sterujące temperaturą wkładki w zakresie 200–280°C dla aluminium.
• Przelewy i kanały odpowietrzające – integralna część gniazda, nie dodatek doklejany po pierwszych próbach.

Ile strzałów wytrzymuje forma do aluminium?

Rząd 80–150 tysięcy strzałów dla wkładek pracujących z aluminium – to szacunek roboczy, nie gwarancja. Dla stopów cynku żywotność bywa wielokrotnie wyższa, bo temperatura zalewania Zamaku 5 (ZnAl4Cu1) jest o kilkaset stopni niższa. Głównym mechanizmem zużycia jest zmęczenie cieplne stali, czyli siatka mikropęknięć (heat checking) odwzorowująca się potem na odlewie.

„Konstrukcja narzędzia decyduje o powtarzalności wymiarowej odlewu ciśnieniowego w stopniu większym niż nastawy maszyny – tolerancje osiągalne w produkcji wynikają wprost z przyjętego podziału, pochyleń i układu chłodzenia.” — NADCA, Product Specification Standards for Die Castings, Publication #402, 2022

Od czego zacząć projekt formy HPDC – dane wejściowe

Projekt zaczyna się od kompletu danych, nie od modelowania gniazda. Potrzebujesz modelu 3D odlewu, oznaczenia stopu wg PN-EN 1706:2021, klasy tolerancji odlewniczej DCTG wg ISO 8062-3:2007, naddatków na obróbkę oraz parametrów maszyny. Brak choćby jednej z tych pozycji oznacza, że projektujesz na założeniach, które klient później zakwestionuje.

Jak czytać rysunek odlewu i klasę tolerancji ISO 8062?

Zacznij od wskazania wymiarów krytycznych i baz obróbkowych – to one wyznaczają położenie podziału, nie odwrotnie. Norma ISO 8062-3:2007 opisuje tolerancje odlewnicze w klasach DCTG oraz naddatki obróbkowe RMA; odlewy ciśnieniowe z aluminium mieszczą się typowo w klasach ciaśniejszych niż odlewy piaskowe (źródło: ISO 8062-3, 2007). Więcej o samej klasyfikacji znajdziesz w tekście tolerancje odlewnicze wg ISO 8062.

1. Wypisz wymiary z tolerancją węższą niż klasa ogólna – każdy z nich sprawdź pod kątem tego, czy nie przecina go linia podziału ani szczelina suwaka.
2. Ustal bazy obróbkowe i uzgodnij, które powierzchnie zostaną odlane „na gotowo”, a które pójdą na CNC.
3. Sprawdź wymagania szczelności (próba ciśnieniowa, helem) – wymuszają one często próżnię i inne bramkowanie.
4. Policz rzut powierzchni odlewu razem z przelewami i układem wlewowym, pomnóż przez ciśnienie doprasowania i dodaj 15–20% zapasu na siłę zamykania.
5. Zweryfikuj maszynę: wymiar płyt, przestrzeń między kolumnami, skok wypychania i średnicę komory prasowania.
6. Uzgodnij pisemnie dopuszczalne miejsca śladów wypychaczy oraz pozostałości po bramce.

Punkt czwarty i piąty bywają pomijane najczęściej. W praktyce widuję gotowe projekty form, które nie mieszczą się między kolumnami wybranej maszyny albo wymagają siły zamykania o 200 ton większej niż dostępna. To błąd kosztujący cały cykl konstrukcyjny.

Skurcz odlewniczy – jak dobrać współczynnik dla AlSi9Cu3, AlSi12 i ZnAl4

Przy projektowaniu formy ciśnieniowej do stopów AlSi przyjmuje się skurcz rzędu 0,5–0,7%, dla stopów cynku ok. 0,4–0,6%, dla magnezu ok. 0,6–0,8%. Wymiary hamowane przez rdzenie i suwaki liczy się z niższą wartością niż swobodne. Ostateczną korektę wprowadza się po pomiarach odlewów przy ustabilizowanej temperaturze formy, czyli 200–280°C dla aluminium.

Czym różni się skurcz swobodny od hamowanego?

Skurcz swobodny dotyczy wymiarów zewnętrznych, które nic nie blokuje – odlew kurczy się w stronę własnego środka ciężkości. Skurcz hamowany występuje tam, gdzie kurczącemu się metalowi przeszkadza stalowy rdzeń lub suwak: rozstaw otworów, wymiar między gniazdami, długość na rdzeniu. Stal nie ustępuje, więc rzeczywista zmiana wymiaru jest mniejsza i współczynnik trzeba obniżyć.

Stop	Norma / oznaczenie	Skurcz swobodny	Skurcz hamowany	Uwagi projektowe
AlSi9Cu3(Fe)	PN-EN 1706:2021	ok. 0,6–0,7%	ok. 0,4–0,5%	Najpopularniejszy stop HPDC, dobra lejność, tolerancja zanieczyszczeń
AlSi12(Fe)	PN-EN 1706:2021	ok. 0,5–0,6%	ok. 0,35–0,45%	Bliski eutektyce, mniejszy skurcz, cienkie ścianki
Zamak 5 (ZnAl4Cu1)	EN 12844	ok. 0,4–0,6%	ok. 0,3–0,45%	Gorąca komora, drobne detale, mniejsze pochylenia
Stopy Mg (AZ91D)	EN 1753	ok. 0,6–0,8%	ok. 0,5–0,6%	Wysoka reaktywność, ostrożnie z węzłami cieplnymi

Wartości traktuj jako punkt wyjścia dopasowywany do konkretnej geometrii – zakresy odpowiadają zaleceniom NADCA #402 (2022), a nie wynikom pomiaru Twojego detalu.

Kiedy mierzyć odlew, żeby zweryfikować skurcz?

Dopiero po ustabilizowaniu reżimu cieplnego formy, czyli zwykle po kilkudziesięciu strzałach ciągłej pracy. Zimna forma daje inny wymiar gniazda niż forma o temperaturze roboczej – różnica rozszerzalności stali na wkładce o długości 300 mm bywa dziesiątymi milimetra. Pomiar drugiego odlewu po weekendzie to typowe źródło fałszywych reklamacji wymiarowych.

Z mojej praktyki wynika jedna zasada porządkująca: w wymiarach krytycznych zostawia się na wkładce „stal do zdjęcia”. Dodać metal do odlewu jest tanio, dodać stal do wkładki – drogo i ryzykownie. Nie myl też skurczu odlewniczego z jamą skurczową; to zjawisko z zupełnie innej półki, opisane szerzej przy wady odlewów ciśnieniowych i ich przyczyny.

Linia podziału formy – zasady wyznaczania i typowe błędy

Linię podziału prowadzi się przez maksymalny obrys rzutu odlewu, tak aby detal dał się wyjąć bez podcięć i przy możliwie najmniejszej liczbie suwaków. Zalewkę wyprowadza się poza powierzchnie funkcyjne i uszczelniające. Odlew powinien pozostawać po stronie ruchomej formy, gdzie działają wypychacze – tym steruje się różnicą pochyleń i chropowatością.

Podział prosty, łamany i stopniowany – kiedy który?

Podział prosty (płaski) wybieraj zawsze, gdy geometria na to pozwala – jest najtańszy w wykonaniu i najłatwiejszy w utrzymaniu szczelności. Łamany i stopniowany to rozwiązania kompromisowe, kupowane za wyższy koszt obróbki i trudniejsze docieranie płaszczyzn.

• Podział prosty – jedna płaszczyzna, najniższy koszt frezowania i szlifowania, najlepsza szczelność przy pełnym docisku; stosuj przy odlewach o wyraźnym największym rzucie.
• Podział łamany – kilka płaszczyzn pod kątem, gdy prosty przecinałby powierzchnię funkcyjną lub wymuszał dodatkowy suwak; rośnie ryzyko zalewki na przejściach.
• Podział stopniowany – schodkowy, typowy dla korpusów z półkami; wymaga precyzyjnego pasowania i prowadzenia płyt, inaczej narasta przesunięcie połówek.
• Podział z suwakiem – każdy suwak to koszt, uszczelnienie, chłodzenie i potencjalne miejsce zalewki; policz, czy przesunięcie podziału go nie eliminuje.
• Podział po krawędzi ostrej – ułatwia okrawanie, bo zalewka odchodzi jednym cięciem, ale przyspiesza zużycie krawędzi wkładki.

Obserwuję regularnie, że przesunięcie linii podziału o dwa, trzy milimetry pozwala usunąć cały suwak. To jednocześnie krótszy cykl, mniej zużytych elementów i o jedno źródło awarii mniej. Warto poświęcić na to pół dnia analizy, zanim ruszy modelowanie wkładek.

Jak podział wpływa na zalewki i koszt obróbki?

Zalewka powstaje zawsze – pytanie tylko, gdzie i jak łatwo ją usunąć. Jeśli linia podziału przechodzi przez powierzchnię uszczelniającą pod o-ring, okrawanie i szlifowanie stają się operacją krytyczną jakościowo. Poprowadź ją milimetr obok, a problem znika z listy kontrolnej.

Pochylenia odlewnicze – ile stopni na ścianę zewnętrzną i wewnętrzną

W formie ciśnieniowej ściany zewnętrzne pochyla się zwykle o 0,5–1°, a wewnętrzne, opierające się o rdzeń – o 1–2°, bo kurczący się odlew zaciska się na rdzeniu. Głębokie gniazda powyżej 30 mm i powierzchnie teksturowane wymagają wartości większych. Zakresy pochodzą z zaleceń NADCA #402 (2022) dla stopów aluminium.

Dlaczego ściany wewnętrzne wymagają większych pochyleń?

Bo kierunek skurczu działa przeciwnie do kierunku wyjmowania. Ścianka zewnętrzna odsuwa się od wkładki podczas krzepnięcia, natomiast ścianka wewnętrzna zaciska się na rdzeniu z siłą rosnącą wraz z głębokością i powierzchnią kontaktu. Dlatego rdzeń o wysokości 40 mm wymaga więcej stopni niż płytka ścianka zewnętrzna tego samego detalu.

• Ściana zewnętrzna, wysokość do 25 mm – 0,5–1°, standard dla stopów AlSi.
• Ściana wewnętrzna na rdzeniu, do 25 mm – 1–1,5°, minimum przy gładkiej powierzchni polerowanej.
• Gniazdo głębokie powyżej 30 mm – 2° i więcej, bo siła zacisku rośnie z powierzchnią kontaktu.
• Powierzchnia teksturowana lub erodowana – dodatkowo ok. 1° na każde 0,025 mm głębokości faktury, inaczej tekstura zdziera się przy wyjmowaniu.
• Zamak i inne stopy cynku – tolerują pochylenia mniejsze niż aluminium, co daje przewagę przy detalach dekoracyjnych z chromowaniem.
• Powierzchnie uszczelniające – pochylenie dodawaj świadomie, nigdy automatem CAD, bo automat potrafi zniszczyć płaskość pola uszczelnienia.

Czy każdą ściankę trzeba pochylać?

Nie, ale wyjątki są nieliczne i trzeba je uzasadnić. Powierzchnie leżące w płaszczyźnie podziału, obszary obrabiane później na CNC z odpowiednim naddatkiem oraz krótkie ścianki poniżej 2–3 mm wysokości mogą pozostać bez pochylenia. Wszędzie indziej brak pochylenia oznacza zatarcia, zadziory i przyspieszone zużycie wkładki – naprawa polega zwykle na przeszlifowaniu i bezpowrotnej utracie wymiaru.

Jeżeli klient upiera się przy ściance 0°, negocjuj kompromis: 0,25° z odpowiednim wykończeniem powierzchni w kierunku wyjmowania i wzmocnionym smarowaniem. Ryzyko przeniesie się wtedy na koszt eksploatacji, ale przynajmniej będzie policzalne.

Grubość ścianki i przejścia – projektowanie pod krzepnięcie kierunkowe

Typowa grubość ścianki odlewu ciśnieniowego z aluminium to 2–4 mm. Poniżej 1,5 mm rośnie ryzyko niedolewu i zimnych złączy, powyżej 6 mm – porowatości skurczowej w węzłach cieplnych. Ważniejsza od wartości bezwzględnej jest równomierność: różnice przekrojów wyrównuj żebrami, nie lokalnym pogrubieniem materiału.

Jak uniknąć porowatości w grubych węzłach?

Zacznij od usunięcia węzła z geometrii, dopiero potem walcz z nim technologicznie. Krzepnięcie kierunkowe w HPDC realizuje się chłodzeniem formy i doprasowaniem, a nie nadlewami znanymi z form piaskowych – zasilanie przez wlew działa krótko, bo bramka zamarza pierwsza.

1. Wydrąż masywne obszary i zastąp je układem żeber o grubości 60–80% ścianki bazowej.
2. Zaokrąglaj wszystkie przejścia – ostry narożnik jest koncentratorem naprężeń w odlewie i mikropęknięć w stali formy.
3. Zaplanuj chłodzenie punktowe (jet cooling) w każdym węźle, którego nie dało się usunąć geometrycznie.
4. Nadlewy pod gwint projektuj z otworem wstępnym, żeby zmniejszyć moduł krzepnięcia.
5. Sprawdź mapę porowatości w symulacji, zanim narzędziownia zetnie stal.
6. Przy wymogu szczelności rozważ próżnię – porowatość gazowa i skurczowa sumują się w ściance.

Układ wlewowy HPDC – bramka, prędkość metalu i odpowietrzenie

Bramkę umieszcza się tak, by strumień metalu najpierw wypełniał obszary krytyczne i nie rozbijał się bezpośrednio o rdzeń. Prędkość metalu na bramce w HPDC to typowo 30–60 m/s (za NADCA #402, 2022; wartość wymaga weryfikacji dla konkretnego stopu i geometrii). Czas wypełnienia gniazda mieści się w rzędzie 20–100 ms, dlatego odpowietrzenie musi być zaprojektowane, nie dorabiane po próbach.

Co się dzieje przy złej prędkości na bramce?

Zbyt wysoka prędkość eroduje wkładkę w okolicy bramki i wprowadza więcej gazu do metalu; zbyt niska daje zimne złącza i niedolewy w cienkich ściankach. Erozję rozpoznasz po charakterystycznym wymyciu stali naprzeciw bramki, widocznym już po kilkunastu tysiącach strzałów jako narastające zadziory na odlewie.

• Przewężka (bramka) – przekrój dobierany z czasu wypełnienia i wymaganej prędkości; im cieńsza ścianka, tym krótszy dopuszczalny czas.
• Kanał rozprowadzający – prowadzony bez ostrych zakrętów, o malejącym przekroju w kierunku bramki, żeby nie generować turbulencji.
• Przelewy (overflows) – odbierają pierwszą, najzimniejszą i najbardziej zagazowaną porcję metalu oraz stabilizują temperaturę wkładki.
• Kanały odpowietrzające – szczelina rzędu 0,1–0,15 mm, prowadzona wężykowo (chill vents), by metal zakrzepł przed wypłynięciem.
• Układ próżniowy – uzasadniony przy odlewach szczelnych, spawalnych i przeznaczonych do obróbki cieplnej T6.
• Punkt wejścia strumienia – nigdy prosto w cienki rdzeń ani w powierzchnię wymagającą klasy A.

Z mojej praktyki większość niedolewów i porowatości gazowej to problem odpowietrzenia i przelewów, a nie za niskiego ciśnienia doprasowania. Podnoszenie ciśnienia bez poprawy wentylacji zwykle pogłębia problem, bo sprężone powietrze zostaje w ściance. Szerzej o przebiegu procesu piszę w tekście odlewanie ciśnieniowe HPDC – przebieg procesu.

Wypychacze, suwaki i chłodzenie – co decyduje o długości cyklu

Cykl HPDC dla odlewu aluminiowego o masie kilkuset gramów to zwykle kilkadziesiąt sekund, a jego długość wyznacza czas krzepnięcia najgrubszego węzła, nie ruchy maszyny. Dlatego chłodzenie punktowe w węźle skraca cykl skuteczniej niż zwiększanie przepływu w kanałach głównych. Układ wypychania decyduje natomiast o tym, czy odlew wychodzi bez odkształceń.

Jak rozmieścić wypychacze?

Symetrycznie względem sił oporu i wyłącznie na sztywnych obszarach odlewu: żebrach, nadlewach, kołnierzach. Wypychacz oparty o cienką ściankę 1,5 mm przebije ją albo trwale wygnie. Liczbę i średnice dobiera się z szacowanej siły potrzebnej do zerwania odlewu z rdzeni – rośnie ona z sumaryczną powierzchnią kontaktu i maleje z pochyleniami.

• Lokalizacja – na żebrach i nadlewach, nigdy na powierzchni klasy A ani na uszczelnieniu; ślady uzgodnione z klientem przed startem projektu.
• Symetria – asymetryczne wypychanie skręca odlew i zużywa prowadzenia płyty wypychającej.
• Suwaki – wymagają własnego chłodzenia i smarowania, bez tego zacierają się w klinach po kilku tysiącach cykli.
• Chłodzenie punktowe – jet cooling w rdzeniach i węzłach, sterowane termostatem olejowym lub wodnym pod ciśnieniem.
• Stabilność cieplna – forma pracująca w stałym oknie 200–280°C pęka siatkowo wolniej niż forma zalewana zimnym natryskiem po każdym strzale.

Obserwuję zależność, którą wielu odlewników odkrywa zbyt późno: nadmierny natrysk chłodząco-smarujący po każdym cyklu przyspiesza pękanie siatkowe wkładki bardziej niż praca w wyższej temperaturze. Szok cieplny na powierzchni robi więcej szkody niż kilkanaście stopni ponad optimum.

Materiał formy i obróbka cieplna – 1.2343, 1.2344 i azotowanie

Wkładki formujące wykonuje się standardowo ze stali do pracy na gorąco 1.2343 (X37CrMoV5-1) lub 1.2344 (X40CrMoV5-1), hartowanych i odpuszczanych do około 44–48 HRC, często dodatkowo azotowanych. Dobór między nimi to kompromis: 1.2344 daje wyższą twardość i odporność na ścieranie, 1.2343 – lepszą ciągliwość i odporność na pękanie zmęczeniowe.

Kiedy azotować wkładkę, a kiedy nie?

Azotowanie warto stosować na rdzeniach i suwakach narażonych na przywieranie aluminium oraz tam, gdzie prędkość metalu jest wysoka. Trzeba jednak pamiętać o kruchości warstwy azotowanej – na powierzchniach o dużym gradiencie temperatury potrafi ona przyspieszyć propagację siatki pęknięć. Na dużych, płaskich wkładkach często korzystniejsza jest sama obróbka objętościowa z wysoką czystością metalurgiczną stali.

• 1.2343 (X37CrMoV5-1) – większa odporność na zmęczenie cieplne, wybierana na duże wkładki i formy o długiej serii.
• 1.2344 (X40CrMoV5-1) – wyższa zawartość węgla, twardsza, dobra na rdzenie i elementy ścierane.
• Twardość robocza 44–48 HRC – kompromis między odpornością na ścieranie a ciągliwością (za NADCA #402, 2022).
• Azotowanie gazowe lub jonowe – warstwa kilkudziesięciu mikrometrów, przede wszystkim na rdzenie i suwaki.
• Stal przetapiana ESR – wyższa czystość metalurgiczna wydłuża żywotność przy formach wielkoseryjnych.

„Zmęczenie cieplne jest dominującym mechanizmem zużycia narzędzi do odlewania ciśnieniowego – jego tempo zależy przede wszystkim od amplitudy cyklu temperaturowego na powierzchni wkładki.” — materiały dydaktyczne Wydziału Odlewnictwa AGH, Kraków, 2023

Symulacja MAGMASOFT i FLOW-3D – walidacja przed cięciem stali

Symulacja wypełniania i krzepnięcia w MAGMASOFT, FLOW-3D CAST lub ProCAST wykrywa pułapki powietrza, zimne złącza i obszary porowatości zanim narzędziownia zetnie stal. Przy formie wieloseryjnej to praktycznie standard – korekta gotowej formy kosztuje wielokrotnie więcej niż licencjonowana analiza. Symulacja nie gwarantuje jednak odlewu bez wad; jest narzędziem redukcji ryzyka.

Co konkretnie sprawdzać w wynikach symulacji?

Cztery mapy wystarczają na pierwszym przebiegu: rozkład powietrza uwięzionego, temperatura frontu metalu w chwili spotkania strug, przewidywana porowatość skurczowa i obciążenie termiczne wkładki. Dopiero po nich sensowne jest strojenie parametrów procesu.

1. Mapa powietrza uwięzionego – wskazuje, gdzie brakuje przelewu lub kanału odpowietrzającego.
2. Temperatura frontu metalu – spadek poniżej progu krzepnięcia w miejscu spotkania strug zapowiada zimne złącze.
3. Rozkład porowatości skurczowej – lokalizuje węzły cieplne wymagające jet coolingu.
4. Obciążenie termiczne wkładki – wskazuje strefy przyszłej siatki pęknięć.
5. Bilans czasu wypełnienia – weryfikuje przyjęty przekrój bramki i prędkość.

Checklista projektanta formy ciśnieniowej

Przed zatwierdzeniem projektu przejdź listę punkt po punkcie i zapisz założenia. Dokumentacja przyjętych wartości ratuje tygodnie przy poprawkach po próbach.

• Skurcz przyjęty osobno dla wymiarów swobodnych i hamowanych, z zapasem „stali do zdjęcia” na wymiarach krytycznych.
• Linia podziału poza powierzchniami funkcyjnymi, liczba suwaków zminimalizowana.
• Pochylenia zweryfikowane ręcznie na przekrojach, nie automatem CAD.
• Grubości ścianek 2–4 mm i równomierne, przejścia zaokrąglone.
• Bramka, przelewy i odpowietrzenia zaprojektowane razem, nie osobno.
• Wypychacze na sztywnych obszarach, ślady uzgodnione z klientem.
• Chłodzenie punktowe w każdym węźle cieplnym, termostatowanie w oknie 200–280°C.
• Tolerancje odlewnicze zgodne z klasą DCTG wg ISO 8062-3 i zaakceptowane przez odbiorcę.

Treść ma charakter techniczny i nie zastępuje weryfikacji projektu przez uprawnionego konstruktora narzędzi ani symulacji wykonanej dla konkretnego wyrobu i konkretnej maszyny. Dane sprawdzone: lipiec 2026, na podstawie wydań norm wskazanych w bibliografii.

Najczęściej zadawane pytania

Ile wynosi skurcz przy projektowaniu formy ciśnieniowej do aluminium?

Dla stopów AlSi w HPDC przyjmuje się zwykle 0,5–0,7%. Wartość zależy od tego, czy wymiar jest swobodny, czy hamowany przez rdzenie i suwaki – wymiary hamowane liczy się z niższym współczynnikiem, rzędu 0,4–0,5%. Ostateczną wartość potwierdza pomiar odlewów po ustabilizowaniu temperatury formy.

Jakie pochylenia odlewnicze stosować w formie ciśnieniowej?

Roboczo 0,5–1° na ściankach zewnętrznych i 1–2° na ściankach wewnętrznych, bo kurczący się odlew zaciska się na rdzeniu. Głębokie gniazda powyżej 30 mm i powierzchnie teksturowane wymagają więcej – przy fakturze doliczaj około 1° na każde 0,025 mm głębokości. Cynk toleruje pochylenia mniejsze niż aluminium.

Po której stronie formy powinien zostawać odlew?

Po stronie ruchomej, bo tam pracują wypychacze. Steruje się tym różnicą pochyleń między połówkami, chropowatością powierzchni oraz drobnymi podtrzymaniami na wkładce ruchomej. Odlew pozostający po stronie stałej to typowy powód przestojów przy uruchomieniu formy.

Jaka jest optymalna grubość ścianki odlewu ciśnieniowego?

Dla aluminium typowo 2–4 mm. Poniżej 1,5 mm rośnie ryzyko niedolewu i zimnych złączy, powyżej 6 mm – porowatości skurczowej w węzłach cieplnych. Ważniejsza od wartości bezwzględnej jest równomierność przekrojów w całym odlewie.

Czy w formie ciśnieniowej potrzebne są przelewy?

Tak, w praktyce prawie zawsze. Przelewy odbierają pierwszą, najzimniejszą i najbardziej zagazowaną porcję metalu oraz stabilizują temperaturę wkładki między cyklami. Współpracują z kanałami odpowietrzającymi, dlatego projektuje się je razem, a nie jako korektę po pierwszych próbach.

Z jakiej stali wykonuje się wkładki formujące?

Najczęściej ze stali do pracy na gorąco 1.2343 (X37CrMoV5-1) lub 1.2344 (X40CrMoV5-1), hartowanych do około 44–48 HRC, często dodatkowo azotowanych. Głównym mechanizmem zużycia jest zmęczenie cieplne, objawiające się siatką mikropęknięć odwzorowaną na powierzchni odlewu.

Czy symulacja odlewania jest konieczna przed wykonaniem formy?

Przy formie wieloseryjnej – praktycznie tak. Symulacja wypełniania i krzepnięcia wykrywa pułapki powietrza, zimne złącza i obszary porowatości, zanim zetnie się stal, co jest wielokrotnie tańsze niż korekta gotowego narzędzia. Nie daje jednak gwarancji odlewu bez wad – to narzędzie redukcji ryzyka, nie certyfikat jakości.

Czym forma ciśnieniowa różni się od kokili grawitacyjnej?

Formą HPDC steruje wtrysk metalu pod ciśnieniem setek barów w kilkadziesiąt milisekund, kokilę wypełnia siła ciężkości w czasie liczonym w sekundach. Stąd inne wymagania: projektowane odpowietrzenie, mniejsze pochylenia, cieńsze ścianki i inny sposób zasilania węzłów. Zasady projektowania kokili opisuję w tekście jak zaprojektować kokilę.

Czy każdy odlew ciśnieniowy da się zaprojektować bez suwaków?

Nie. Podcięcia, otwory boczne i gwinty zewnętrzne wymagają suwaków albo rdzeni wyciąganych. Można jednak ich liczbę ograniczyć, przesuwając linię podziału lub negocjując zmianę geometrii detalu – każdy usunięty suwak to niższy koszt formy, krótszy cykl i mniej awarii. Pomocny bywa też przegląd stopy aluminium do odlewania ciśnieniowego pod kątem lejności.

Źródła i literatura

1. NADCA, Product Specification Standards for Die Castings, Publication #402, wyd. 2022 – zalecane pochylenia odlewnicze, klasy tolerancji, wytyczne bramkowania i doboru stali narzędziowej. North American Die Casting Association (numeracja tablic wymaga sprawdzenia w aktualnym wydaniu).
2. ISO 8062-3:2007, Geometrical product specifications (GPS) – Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts – klasy tolerancji odlewniczych DCTG i naddatki obróbkowe RMA. ISO
3. PN-EN 1706:2021, Aluminium i stopy aluminium – Odlewy – Skład chemiczny i własności mechaniczne, Polski Komitet Normalizacyjny. PKN
4. Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica, Wydział Odlewnictwa – materiały dydaktyczne z technologii odlewania ciśnieniowego, Kraków 2023. odlewnictwo.agh.edu.pl
5. Stowarzyszenie Techniczne Odlewników Polskich (STOP) – materiały konferencyjne i branżowe dotyczące odlewnictwa ciśnieniowego w Polsce. stop.org.pl
6. MAGMA GmbH, dokumentacja MAGMASOFT – zakres analiz symulacyjnych wypełniania, krzepnięcia i pułapek powietrza. magmasoft.com