Odlewanie metali: proces, metody, metody

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Metal jest podstawą całej współczesnej cywilizacji. W ciągu roku współczesna ludzkość sama wydobywa i przetwarza taką ilość żelaza, że zanim cały świat będzie go zbierać przez co najmniej kilka stuleci. I ta potrzeba jest w pełni uzasadniona, ponieważ sama konstrukcja wymaga niewiarygodnej ilości stali. Nic dziwnego, że odlewanie metali w takich warunkach jest stale ulepszane.

Trochę historii

Najważniejszą cechą żelaza do przybrania, krzepnięcia, formy "zaproponowanej" mu, osoba zauważyła w starożytności. Dziś prawie wszyscy naukowcy zakładają, że początkowa znajomość człowieka z metalem miała miejsce dzięki meteorytom. Żelazo meteorytowe było topliwe i łatwe w obróbce, więc podstawy odlewania były dawno temu badane przez niektóre rodzące się cywilizacje.

W naszym kraju odlewanie metali było od wieków szanowanym i honorowym biznesem, ludzie zawsze traktowali to rzemiosło z wielkim szacunkiem. Powszechnie znane są „Car Cannon” i „Car Bell”, które są arcydziełami umiejętności rzucania rosyjskich mistrzów, nawet jeśli jeden z nich nigdy nie zadzwonił, a drugi nie strzelał. Uralskie kółka za panowania Piotra Wielkiegozyskał szczególną sławę jako dostawca niezawodnej broni dla wojska. Jednak całkiem słusznie noszą ten tytuł nawet teraz. Zanim przyjrzymy się głównym rodzajom odlewania metali, należy powiedzieć kilka słów o wymaganych właściwościach surowców.

Jaki powinien być metal do odlewania

Najważniejszą właściwością metalu używanego do odlewania jest jego płynność. Stop w postaci stopionej powinien jak najłatwiej przepływać z jednego tygla do drugiego, jednocześnie wypełniając jego najmniejsze zagłębienia. Im wyższa płynność, tym cieńsze ścianki można wykonać w gotowym produkcie. Z metalem, który słabo się rozprowadza, jest to znacznie trudniejsze. W normalnych warunkach udaje mu się złapać dużo wcześniej, niż wypełnia wszystkie luki w formularzu. Jest to trudność, z jaką borykają się przemysłowcy podczas odlewania stopów metali.

Nic dziwnego, że żeliwo stało się ulubionym materiałem odlewni. Dzieje się tak, ponieważ stop ten ma doskonałą płynność, dzięki czemu jest stosunkowo łatwy w obróbce. Stal jest daleka od płynności i dlatego, aby całkowicie wypełnić formę (aby nie było żadnych ubytków i pustek), należy uciekać się do różnych sztuczek.

W najprostszym przypadku, gdy wymagane jest odlewanie metalu w domu, surowce są topione i wlewane do wody w małych porcjach: w ten sposób można w szczególności wykonać obciążniki do łowienia ryb. Ale ta metoda jest stosunkowo szeroko stosowana nawet w przemyśle zbrojeniowym! Ze szczytu specjalnej wieży, przypominającej w zarysie wieżę chłodniczą, stopionametal. Wysokość konstrukcji jest taka, że idealnie uformowana kropla, już schłodzona, dociera do podłoża. Tak powstaje śrut na skalę przemysłową.

Metoda rzucania na Ziemię

Najprostszą i najstarszą metodą jest wtopienie metalu w ziemię. Ale jego „prostota” jest koncepcją stosunkowo warunkową, ponieważ praca ta wymaga niezwykle żmudnego przygotowania. Co to znaczy?

Po pierwsze, w sklepie modelarskim powstaje pełnowymiarowy i najbardziej szczegółowy model przyszłego odlewu. Co więcej, jego rozmiar powinien być nieco większy niż produkt, który należy uzyskać, ponieważ metal opadnie po schłodzeniu. Z reguły model składa się z dwóch połówek.

Po wykonaniu tej czynności przygotowywany jest specjalny piasek formierski. Jeśli przyszły produkt powinien mieć wewnętrzne wnęki i puste przestrzenie, konieczne będzie również przygotowanie prętów, a także dodatkowej masy do formowania. Muszą tymczasowo wypełnić te obszary, które są „puste” w gotowej części. Jeśli interesuje Cię odlewanie metali w domu, pamiętaj o tym, ponieważ w przeciwnym razie już napełnioną kolbę można po prostu rozerwać pod wpływem nacisku, a konsekwencje tego mogą być najsmutniejsze.

Z czego są wykonane piaski formierskie?

Podstawą są różne gatunki piasków i glin oraz spoiwa. Ich rolę mogą pełnić oleje naturalne i syntetyczne, olej schnący, żywica, kalafonia, a nawet smoła.

Następnie nadchodzi czas odlewników, których zadaniem jest tworzenie form. Jeśli wyjaśniszłatwiej robi się to w ten sposób: bierze się drewniane pudełko, umieszcza się w nim połowę formy (jest również zdejmowany), a szczeliny między ściankami modelu a formą są zatkane kompozycją do formowania.

To samo dzieje się z drugą połową i przymocuj obie części za pomocą szpilek. Ważne jest, aby pamiętać, że dwa specjalne stożki są umieszczane w tej części formy, która po wylaniu będzie u góry. Jeden z nich służy do wlewania roztopionego metalu, drugi do wyprowadzania rozprężających się gazów.

Koniec fazy przygotowawczej

A teraz nadszedł czas na prawdopodobnie najważniejszą część operacji. Kolby są bardzo starannie oddzielone, starając się zapobiec naruszeniu integralności piasku. Następnie w ziemi pozostają dwa wyraźne i szczegółowe odciski przyszłej części. Następnie pokrywane są specjalną farbą. Odbywa się to tak, że stopiony metal nie wchodzi w bezpośredni kontakt z ziemią piasku. Technologia odlewania metali nie powinna na to pozwalać, w przeciwnym razie jakość gotowego produktu może ulec znacznemu pogorszeniu.

Jeżeli jest to konieczne, jednocześnie odcinany jest dodatkowy kanał wlewowy, który jest niezbędny do wylewania stopionego materiału. Kolby są ponownie składane i łączone tak mocno, jak to możliwe. Gdy piasek lekko wyschnie, możesz zacząć rzucać.

Rozpocznij przesyłanie

Najpierw w żeliwiakach, czyli w specjalnych piecach, topi się żeliwne półfabrykaty. Jeśli wymagane jest odlewanie stali, surowce topi się w wielkich piecach, piecach martenowskich, inwerterowych i innych piecach. Wnieśćstan stopienia metali nieżelaznych, użyj specjalistycznych urządzeń do topienia.

Wszystko, możesz zacząć przesyłać. Jeśli istnieje tylko jedna forma, to stop wlewa się do niej indywidualnie kadzią. W innych przypadkach z reguły zorganizowany jest przenośnik: albo taśma z półfabrykatami przechodzi pod kadzią, albo kadź przesuwa się nad rzędami kolb. Wszystko zależy wyłącznie od organizacji produkcji. Kiedy nadejdzie czas i metal ostygnie, jest usuwany z formy. W zasadzie ta metoda jest idealna w przypadkach, gdy odlewanie metalu jest wymagane w domu (na przykład w kuźni). Nic doskonalszego w takich warunkach i tak nie zostanie osiągnięte.

Urządzenia do piaskowania lub szlifierki usuwają zgorzelinę i przylegający piasek formierski z gotowego produktu. Nawiasem mówiąc, ta metoda była aktywnie wykorzystywana w produkcji czołgów podczas Wielkiej Wojny Ojczyźnianej. W ten sposób produkowano odlewane wieże, a prostota i łatwość wykonania tego procesu pozwoliła wyprodukować ogromną liczbę pojazdów wojskowych, których tak bardzo potrzebował front. Jakie inne rodzaje odlewania metalu istnieją?

Odlew ciśnieniowy

Ale teraz używają znacznie bardziej zaawansowanych i zaawansowanych technologicznie metod produkcji odlewów. Na przykład odlewanie metalu w formie chłodzącej. W zasadzie ta metoda pod wieloma względami przypomina opisaną powyżej, ponieważ w tym przypadku również stosuje się formy odlewnicze. Tylko jednocześnie są metalowe, co znacznie upraszcza proces produkcji na dużą skalę.

Tak więc, stożki i pręty są wkładane do dwóch połówek (w celu wylania metalu i utworzenia pustych przestrzeni), inastępnie mocno przymocuj je do siebie. Wszystko, co możesz zabrać do pracy. Osobliwością tej metody jest to, że stopiony metal krzepnie niezwykle szybko, istnieje możliwość wymuszonego chłodzenia form, a zatem proces uwalniania jest znacznie szybszy. Za pomocą jednej formy można uzyskać setki, jeśli nie tysiące odlewów, nie poświęcając wiele czasu na indywidualne przygotowanie form i piasków.

Niektóre wady metody

Wadą tej metody odlewania jest fakt, że nadają się do niej tylko te rodzaje metali, które charakteryzują się zwiększoną płynnością w postaci stopionej. Na przykład tylko odlewanie ciśnieniowe nadaje się do stali (o tym poniżej), ponieważ materiał ten w ogóle nie ma dobrej płynności. Pod działaniem sprężonego powietrza nawet najbardziej „ciągliwe” gatunki stali znacznie lepiej przybierają wymagany kształt. Złą rzeczą jest to, że zwykła zimna forma po prostu nie wytrzyma tak ekstremalnych warunków produkcyjnych i rozpadnie się. Dlatego musisz użyć specjalnej metody produkcji, którą omówimy poniżej.

Formowanie wtryskowe

Jak odbywa się odlewanie ciśnieniowe metali? Omówiliśmy już niektóre aspekty powyżej, ale nadal konieczne jest bardziej szczegółowe ujawnienie tego problemu. Wszystko jest dość proste. Po pierwsze, potrzebna jest forma odlewnicza wykonana z jakościowych gatunków stali, która może mieć wielostopniowy, złożony kształt wewnętrzny. Po drugie, potrzebujemy sprzętu pompującego zdolnego dostarczyć od siedmiu do siedmiuset MP.

Główna zaletata metoda wytapiania zapewnia wysoką wydajność. Co jeszcze zapewnia formowanie wtryskowe? W tym przypadku zużywa się znacznie mniej metalu, a jakość powierzchni gotowego produktu jest bardzo dobra. Ta ostatnia okoliczność oznacza odrzucenie złożonej i dość ponurej procedury czyszczenia i szlifowania. Jakie materiały są najlepszymi materiałami dla tej metody produkcji do wytwarzania gotowych produktów i części?

Najczęściej stosowane stopy są oparte na aluminium, cynku, miedzi i cynie-ołowiu (odlewanie metali nieżelaznych). Ich temperatura topnienia jest stosunkowo niska, dzięki czemu uzyskuje się bardzo wysoką produkcyjność całego procesu. Ponadto ten surowiec ma stosunkowo niewielki osad po ochłodzeniu. Oznacza to, że możliwe jest wytwarzanie części o bardzo małych tolerancjach, co jest niezwykle ważne w produkcji nowoczesnej technologii.

Złożoność tej metody polega na tym, że gdy gotowe produkty są oddzielane od form, mogą ulec uszkodzeniu. Ponadto ta metoda nadaje się tylko do wytwarzania części o stosunkowo małej grubości ścianki. Faktem jest, że gruba warstwa metalu twardnieje wyjątkowo nierównomiernie, co z góry determinuje tworzenie się muszli i wgłębień.

Odmiany instalacji do odlewania ciśnieniowego

Wszystkie maszyny wykorzystywane w tej metodzie odlewania wyrobów metalowych są podzielone na dwie duże grupy: z komorą odlewania na gorąco i na zimno. Odmiana „gorąca” może być najczęściej stosowana tylko do stopów na bazie cynku. W tym przypadku sama komora odlewnicza jest zanurzona w gorącym metalu. Pod presjąpowietrze lub specjalny tłok wpływa do wnęki odlewniczej.

Z reguły nie jest wymagana duża siła wtrysku, wystarczy ciśnienie do 35-70 MPa. Tak więc w tym przypadku formy do odlewania metalu mogą być znacznie prostsze i tańsze, co ma najkorzystniejszy wpływ na ostateczny koszt produktu. W formach do odlewania na zimno stopiony metal musi być „wbijany” głęboko do komory odlewniczej pod szczególnie wysokim ciśnieniem. Jednocześnie może osiągnąć 700 MPa.

Gdzie są używane części formowane wtryskowo?

Są wszędzie. W telefonach, komputerach, aparatach fotograficznych i pralkach wszędzie można znaleźć szczegóły uzyskane tą właśnie metodą. Jest szczególnie szeroko stosowany przez inżynierię mechaniczną, w tym bezpośrednio związaną z przemysłem lotniczym, a nawet kosmicznym. Masa odlewanych części może wahać się od kilku gramów do 50 kilogramów (a nawet więcej). Czy można zastosować inną „obróbkę” metali przez odlewanie? Tak, i jest wiele innych sposobów.

Odlew traconego wosku

Podobnie jak w pierwszym rozważanym przez nas przypadku, od czasów starożytnych ludzkość znała metodę wlewania stopionego metalu do wcześniej przygotowanego modelu wykonanego z parafiny lub wosku. Po prostu umieszcza się go w kolbie, a szczeliny wypełnia piaskiem formierskim. Stop rozpuszcza wosk i idealnie wypełnia całą objętość pierwotnego przedmiotu obrabianego. Ta metoda jest dobra, ponieważ modelu nie trzeba wyjmować z kolby. Ponadto w tym procesie odlewniczym możliwe jest uzyskanie części o wręcz doskonałej jakościmetale są stosunkowo łatwe do zautomatyzowania.

Odlewanie powłoki

Jeśli odlewanie jest stosunkowo proste i nie jest wymagana „przestrzeń” z gotowego produktu, można zastosować metodę odlewania do form skorupowych. Wykonywane są od niepamiętnych czasów, a ich podstawą jest drobny piasek kwarcowy i żywica. Dzisiaj, oczywiście, jako te ostatnie stosuje się różne związki syntetyczne.

Następnie brane są składane metalowe modele składające się z dwóch połówek i umieszczane na powierzchni rozgrzanej do około 300 stopni Celsjusza. Następnie mieszankę formierską (z piasku i suchej żywicy) wlewa się w to samo miejsce, aby całkowicie pokryła powierzchnię modeli metalowych. Pod wpływem ciepła żywica topi się, aw grubości piasku pojawia się dość mocna „kolba”.

Gdy tylko trochę ostygnie, metalowe wlewki można usunąć, a piasek można wysłać do pieca w celu „pieczenia”. Następnie uzyskuje się wystarczająco mocne formy: łącząc ich dwie połówki, można w nich wlać stopiony metal. Jakie są inne metody odlewania metali?

Odlew odśrodkowy

W tym przypadku stop jest wlewany do specjalnej formy, która obraca się z bardzo dużą prędkością w rzucie poziomym lub pionowym. W wyniku działania silnych, jednakowo przyłożonych sił odśrodkowych, metal równomiernie wpływa do wszystkich szczelin formy, uzyskując tym samym wysoką jakość gotowego produktu. Ta metoda odlewania jest idealna do produkcji różnego rodzaju rur. Pozwala na uformowanie znacznie bardziej jednolitej grubościściany, co jest niezwykle trudne do osiągnięcia metodami „statycznymi”.

Odlewanie elektrożużlowe

Czy istnieją sposoby odlewania metali, które słusznie można nazwać nowoczesnymi? Odlewanie elektrożużlowe. W tym przypadku ciekły metal uzyskuje się najpierw działając na wcześniej przygotowany surowiec silnymi wyładowaniami łuku elektrycznego. Metoda bezłukowa może być również stosowana, gdy żelazo topi się z ciepła nagromadzonego przez żużel. Ale ten ostatni jest dotknięty potężnymi wyładowaniami.

Następnie ciekły metal, który podczas całego procesu nigdy nie miał kontaktu z powietrzem, wchodzi do komory krystalizacyjnej, która „w połączeniu” jest również formą odlewniczą. Metodę tę stosuje się do stosunkowo prostych i masywnych odlewów, przy produkcji których nie trzeba przestrzegać wielu warunków.

Napełnianie próżniowe

Dotyczy tylko materiałów „high-end”, takich jak złoto, tytan, stal nierdzewna. W tym przypadku metal topi się w warunkach próżni, a następnie szybko (w tych samych warunkach) rozprowadzany jest do form. Metoda jest dobra pod tym względem, że gdy jest stosowana, praktycznie wyklucza się powstawanie wnęk powietrznych i wnęk w produkcie, ponieważ ilość obecnych tam gazów jest minimalna. Należy pamiętać, że waga odlewów w tym przypadku nie może przekraczać stu lub dwóch kilogramów.

Czy można uzyskać większe części?

Tak, taka technologia istnieje. Ale może być stosowany tylko w przypadkach, gdy jednocześnie przetwarza się sto ton stali.i więcej. Najpierw metal topi się w warunkach próżni, a następnie wlewa się go nie do form, ale do specjalnych kadzi formierskich, które są również zabezpieczone przed przedostaniem się powietrza do ich wnęki.

Następnie gotowy wytop można rozłożyć do form, z których wcześniej również wypompowano powietrze za pomocą pompy. Stal uzyskana w wyniku takiego procesu technologicznego jest dość droga. Służy do kucia, a także niektórych rodzajów tego samego odlewu, gdy wymagane jest uzyskanie półfabrykatów i części o najwyższej jakości.

Odlewanie na zgazowane (wypalone) wzory

Pod względem jakości i prostoty odlewania metoda ta jest jedną z najbardziej opłacalnych, dlatego jest coraz szerzej stosowana we współczesnym przemyśle. Takie odlewanie metali, którego produkcja z roku na rok wzrasta, jest szczególnie popularne w ChRL i USA, ponieważ bazy przemysłowe tych dwóch krajów wyróżnia największe zapotrzebowanie na stal wysokiej jakości. Zaletą tej metody jest to, że pozwala na produkcję odlewów bez żadnych ograniczeń co do wagi i rozmiaru.

Pod wieloma względami ta metoda jest podobna do tych opisanych powyżej: na przykład w tym przypadku podstawowy model jest używany nie z wosku lub plasteliny, ale z szeroko rozpowszechnionej pianki. Ponieważ materiał ten ma swoją specyfikę, mieszanka piasku wiążącego jest pakowana do kolby pod ciśnieniem około 50 kPa. Najczęściej ta metoda jest praktykowana w przypadkach, gdy konieczne jest wykonanie części o wadze od 100 gramów do dwóch ton.

Jednak już powiedzieliśmy, że pewne ścisłe ograniczenia dotyczącerozmiar szczegóły nr. Tak więc tą metodą odlewania można wyprodukować nawet komponenty do silników okrętowych, które nigdy nie były „skromne”. Na każdą tonę surowców metalowych zużywana jest następująca ilość materiałów dodatkowych:

• Kwarc drobnoziarnisty - 50 kg.
• Specjalna powłoka zapobiegająca przywieraniu - 25 kg.
• Granulowana pianka polistyrenowa - 6 kg.
• Gęsta folia polietylenowa - 10 m2 m.

Wszystkie masy formierskie to czysty piasek kwarcowy bez żadnych dodatkowych dodatków i dodatków. Może być wielokrotnego użytku w około 95-97%, co znacznie poprawia ekonomię i obniża koszty procesu.

Tak więc odlewanie metali (fizyka procesu była przez nas częściowo rozważana) jest zjawiskiem „wieloaspektowym”, ponieważ obecnie istnieje wiele nowych metod. Jednocześnie współczesny przemysł stosuje metody stosowane już kilka tysięcy lat temu, nieco dostosowując je do aktualnych realiów.