Литье (металлообработка)

Расплавленный металл перед разливкой

Отливка чугуна в песчаной форме

В металлообработке и производстве ювелирных изделий литье - это процесс, при котором жидкий металл доставляется в форму (обычно с помощью тигля ), которая содержит негативное изображение (т. Е. Трехмерное негативное изображение) заданной формы. Металл заливается в форму через полый канал, называемый литником . Затем металл и форма охлаждают, и извлекают металлическую часть ( отливку ). Литье чаще всего используется для изготовления сложных форм, изготовление которых другими методами было бы затруднительно или неэкономично. ^[1]

Процессы литья известны тысячи лет и широко используются для изготовления скульптур (особенно из бронзы ), ювелирных изделий из драгоценных металлов , оружия и инструментов. Высокотехнологичные отливки используются в 90 процентах товаров длительного пользования, включая автомобили, грузовики, авиакосмическую промышленность, поезда, горнодобывающее и строительное оборудование, нефтяные скважины, приборы, трубы, гидранты, ветряные турбины, атомные станции, медицинские устройства, оборонные изделия, игрушки и более. ^[2]

Традиционные методы включают литье по выплавляемым моделям (которое может быть далее разделено на центробежное литье и литье с прямым литьем с использованием вакуума ), литье в гипсовые формы и литье в песчаные формы .

Современный процесс литья подразделяется на две основные категории: литье одноразового и длительного пользования. Кроме того, он разрушается материалом формы, например песком или металлом, и методом разливки, таким как сила тяжести, вакуум или низкое давление. ^[3]

Литье в расходные формы [ править ]

Литье в расходные формы - это общая классификация, которая включает формованные изделия из песка, пластика, ракушечника, гипса и лепные изделия по выплавляемым моделям. Этот метод литья в формы предполагает использование временных одноразовых форм.

Литье в песчаные формы [ править ]

Литье в песчаные формы - один из самых популярных и простых видов литья, применяемый веками. Литье в песчаные формы позволяет производить меньшие партии, чем постоянное литье в формы, и по очень разумной цене. Этот метод не только позволяет производителям создавать изделия с низкими затратами, но и дает другие преимущества литья в песчаные формы, такие как операции очень малых размеров. Этот процесс позволяет отливки, достаточно маленькие, умещающиеся на ладони, и достаточно большие, только для станины поездов (одна отливка может создать всю станину для одного железнодорожного вагона). Литье в песчаные формы также позволяет разливать большинство металлов в зависимости от типа песка, используемого для форм. ^[4]

Литье в песчаные формы требует времени в несколько дней, а иногда и недель для производства с высокой производительностью (1–20 штук в час на пресс-форму) и является непревзойденным для производства крупных деталей. Зеленый (влажный) песок черного цвета почти не имеет ограничения по массе, тогда как для сухого песка практический предел массы составляет 2 300–2 700 кг (5 100–6 000 фунтов). Минимальный вес детали составляет 0,075–0,1 кг (0,17–0,22 фунта). Для связывания песка используются глины, химические связующие или полимеризованные масла (например, моторное масло). В большинстве операций песок можно повторно использовать повторно, и он не требует значительного обслуживания.

Формовка из суглинка [ править ]

Литье из глины использовалось для изготовления больших симметричных объектов, таких как пушки и церковные колокола. Суглинок - это смесь глины и песка с соломой или навозом. Модель изделия вылеплена из рыхлого материала (сорочка). Форма формируется вокруг этой сорочки, покрывая ее суглинком. Затем это запекается (обжигается), и сорочка снимается. Затем форму ставят вертикально в яму перед печью для разливки металла. После этого форма отламывается. Таким образом, формы можно использовать только один раз, поэтому для большинства целей предпочтительны другие методы.

Отливка из гипса [ править ]

Литье из гипса аналогично литью в песчаные формы, за исключением того, что вместо песка в качестве материала формы используется гипс . Как правило, на подготовку формы уходит меньше недели, после чего достигается производительность 1–10 единиц / час формы для изделий массой от 45 кг (99 фунтов) и массой до 30 г (1 унция). с очень хорошей обработкой поверхности и жесткими допусками . ^[5] Литье из гипса является недорогой альтернативой другим процессам формования сложных деталей из-за низкой стоимости гипса и его способности производить отливки почти чистой формы . Самым большим недостатком является то, что его можно использовать только с цветными материалами с низкой температурой плавления, такими как алюминий, медь, магний и цинк. ^[6]

Молдинг раковины [ править ]

Формовка раковины аналогична литью в песчаные формы, но полость формовки образована закаленной «скорлупой» из песка, а не колбой, заполненной песком. Используемый песок более мелкий, чем песок для литья под давлением, и смешан со смолой, так что он может нагреваться посредством рисунка и затвердевать в оболочку вокруг рисунка. Из-за смолы и более мелкого песка он дает гораздо более качественную поверхность. Процесс легко автоматизируется и более точен, чем литье в песчаные формы. Обычные литые металлы включают чугун , алюминий, магний и медные сплавы. Этот процесс идеально подходит для сложных изделий от малого до среднего размера.

Литье по выплавляемым моделям [ править ]

Литье по выплавляемым моделям (известное в искусстве как литье по выплавляемым моделям ) - это процесс, который практикуется на протяжении тысяч лет, причем процесс литья по выплавляемым моделям является одним из старейших известных методов обработки металлов давлением. Начиная с 5000 лет назад, когда пчелиный воск формировал узор, до сегодняшних высокотехнологичных восков, огнеупорных материалов и специальных сплавов, отливки обеспечивают производство высококачественных компонентов с ключевыми преимуществами точности, повторяемости, универсальности и целостности.

Литье по выплавляемым моделям получило свое название от того факта, что узор покрыт огнеупорным материалом или окружен им. Восковые модели требуют особой осторожности, поскольку они недостаточно прочны, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие при изготовлении формы. Одним из преимуществ литья по выплавляемым моделям является то, что воск можно использовать повторно. ^[5]

Этот процесс подходит для воспроизводимого производства компонентов чистой формы из различных металлов и сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками. Хотя этот процесс обычно используется для небольших отливок, этот процесс использовался для производства полных дверных коробок самолетов со стальными отливками до 300 кг и алюминиевыми отливками до 30 кг. По сравнению с другими процессами литья, такими как литье под давлением или литье в песчаные формы , это может быть дорогостоящим процессом. Однако компоненты, которые могут быть изготовлены с использованием литья по выплавляемым моделям, могут иметь замысловатые контуры, и в большинстве случаев компоненты отливаются по форме, близкой к конечной, поэтому после литья требуется небольшая доработка или не требуется ее вовсе.

Отходы гипса [ править ]

Прочный гипсовый промежуточный продукт часто используется как этап при изготовлении бронзовой скульптуры или как ориентир для создания резного камня. После завершения штукатурки изделие становится более долговечным (при хранении в помещении), чем оригинал из глины, который необходимо поддерживать во влажном состоянии, чтобы избежать растрескивания. Имея под рукой недорогую штукатурку, дорогостоящие работы по бронзовому литью или резьбе по камню могут быть отложены до тех пор, пока не будет найден покровитель, и, поскольку такая работа считается техническим, а не художественным процессом, ее можно даже отложить на неопределенный срок. художника.

При формовании отходов на исходную глиняную смесь отливают простую и тонкую гипсовую форму, армированную сизалем или мешковиной. Когда он затвердевает, он затем удаляется из влажной глины, случайно разрушая мелкие детали в поднутрениях, присутствующих в глине, но которые теперь улавливаются в форме. Затем форму можно в любое время (но только один раз) использовать для отливки гипсового позитивного изображения, идентичного исходной глине. Поверхность этой штукатурки может быть дополнительно обработана, окрашена и покрыта воском, чтобы она напоминала законченную бронзовую отливку.

Литье по испарительной схеме [ править ]

Это класс процессов литья, в которых используются материалы рисунка, которые испаряются во время заливки, что означает, что нет необходимости извлекать материал рисунка из формы перед литьем. Двумя основными процессами являются литье по потерянной пены и литье в полную форму.

Литье по потере пены [ править ]

Литье по выплавляемым моделям - это тип процесса литья по выпарке, который похож на литье по выплавляемым моделям, за исключением того, что вместо воска для модели используется пена. В этом процессе используется низкая температура кипения пены, что упрощает процесс литья по выплавляемым моделям, устраняя необходимость плавить воск из формы.

Литье в полную форму [ править ]

Литье в полную форму - это процесс литья по схеме испарения, который представляет собой комбинацию литья в песчаные формы и литья по потерянной пене . Он использует пенополистирол образец пенопласта , который затем в окружении песка, так же, как литье в песчаные формы . Затем металл заливается прямо в форму, при контакте с которой пена испаряется.

Литье в формы длительного пользования [ править ]

Отливка в формы длительного пользования отличается от процессов одноразового использования тем, что форму не требуется повторно формовать после каждого производственного цикла. Этот метод включает как минимум четыре различных метода: постоянное литье, штамповку, центробежное литье и непрерывное литье. Эта форма литья также приводит к улучшенной воспроизводимости производимых деталей и обеспечивает результаты, близкие к чистой форме .

Отливка в постоянную форму [ править ]

Литье в постоянную форму - это процесс литья металла, в котором используются формы многократного использования («постоянные формы»), обычно изготавливаемые из металла . Чаще всего для заполнения формы используется сила тяжести. Однако также используются давление газа или вакуум . Разновидность типичного процесса литья под действием силы тяжести, называемого литьем из слякоти , дает полые отливки. Обычные литейные металлы - это сплавы алюминия , магния и меди . Другие материалы включают сплавы олова , цинка и свинца, а также железо и сталь, отлитые из графита.формы. Постоянные формы, выдерживающие более одного литья, имеют ограниченный срок службы до изнашивания.

Литье под давлением [ править ]

В процессе литья под давлением расплавленный металл под высоким давлением попадает в полости формы (которые обрабатываются в штампы). Большинство отливок под давлением изготавливается из цветных металлов , в частности из сплавов на основе цинка , меди и алюминия, но возможно литье под давлением из черных металлов . Метод литья под давлением особенно подходит для применений, где требуется много деталей малого и среднего размера с хорошей детализацией, прекрасным качеством поверхности и однородностью размеров.

Полутвердое металлическое литье [ править ]

Отливка из полутвердого металла (SSM) - это модифицированный процесс литья под давлением, который уменьшает или устраняет остаточную пористость, присутствующую в большинстве отливок под давлением. Вместо использования жидкого металла в качестве исходного материала, при литье SSM используется исходный материал с более высокой вязкостью, который является частично твердым и частично жидким. Модифицированная машина для литья под давлением используется для впрыскивания полутвердой суспензии в многократно используемые штампы из закаленной стали. Высокая вязкость полутвердого металла, наряду с использованием контролируемых условий заполнения матрицы, гарантирует, что полутвердый металл заполняет матрицу нетурбулентным образом, так что вредная пористость может быть практически устранена.

Отливки из SSM, используемые в основном для изготовления алюминиевых и магниевых сплавов, могут подвергаться термообработке до состояния T4, T5 или T6. Комбинация термообработки, высоких скоростей охлаждения (из-за использования стальных штампов без покрытия) и минимальной пористости обеспечивает отличное сочетание прочности и пластичности. К другим преимуществам литья из SSM относятся способность создавать детали сложной формы, герметичность, жесткие допуски по размерам и возможность отливать тонкие стенки. ^[7]

Центробежное литье [ править ]

В этом процессе расплавленный металл заливают в форму и дают ему затвердеть, пока форма вращается. Металл заливается в центр формы по ее оси вращения. Из-за силы инерции жидкий металл выбрасывается к периферии.

Центробежное литье не зависит как от силы тяжести, так и от давления, поскольку оно создает собственную подачу силы с помощью временной песчаной формы, удерживаемой в прядильной камере. Время выполнения зависит от приложения. Полу- и истинно центробежная обработка позволяет изготавливать пресс-форму со скоростью 30–50 штук в час с практическим пределом для периодической обработки примерно 9000 кг общей массы с типичным пределом на единицу 2,3–4,5 кг.

В промышленном отношении центробежное литье железнодорожных колес было одним из первых применений метода, разработанного немецкой промышленной компанией Krupp, и эта возможность способствовала быстрому росту предприятия.

Небольшие предметы искусства, такие как ювелирные изделия, часто отливаются этим методом с использованием процесса выплавляемого воска, поскольку силы позволяют довольно вязким жидким металлам проходить через очень маленькие проходы и превращаться в мелкие детали, такие как листья и лепестки. Этот эффект аналогичен преимуществам вакуумного литья, а также применяется к литью ювелирных изделий.

Непрерывное литье [ править ]

Непрерывное литье - это усовершенствованный процесс литья для непрерывного крупносерийного производства металлических профилей с постоянным поперечным сечением. Расплавленный металл заливается в форму с открытым концом и водяным охлаждением, что позволяет формировать «корку» твердого металла над все еще жидким центром, постепенно затвердевая снаружи внутри. иногда называется, непрерывно извлекается из формы. Пряди заданной длины можно отрезать механическими ножницами или передвижными кислородно-ацетиленовыми горелками и передать на дальнейшие процессы формования или на склад. Размеры отливок могут варьироваться от полосы (толщиной несколько миллиметров и шириной около пяти метров) до заготовок (квадрат от 90 до 160 мм) до плит (шириной 1,25 м и толщиной 230 мм). Иногда,прядь может подвергнуться первичной горячей прокатке процесс перед резкой.

Непрерывное литье используется из-за более низких затрат, связанных с непрерывным производством стандартного продукта, а также повышения качества конечного продукта. Такие металлы, как сталь, медь, алюминий и свинец, разливаются непрерывно, причем сталь является металлом с наибольшей массой, отлитой с использованием этого метода.

Терминология [ править ]

В процессах литья металлов используется следующая терминология: ^[8]

• Шаблон : приблизительный дубликат окончательной отливки, использованной для формирования полости формы.
• Формовочный материал: материал, который упаковывается вокруг шаблона, а затем шаблон удаляется, чтобы оставить полость, в которую будет заливаться литейный материал.
• Колба : жесткий деревянный или металлический каркас, удерживающий формовочный материал.
  • Cope : верхняя половина выкройки, колбы, формы или стержня.
  • Перетащите : нижнюю половину выкройки, колбы, формы или стержня.
• Сердечник : вставка в литейную форму, которая создает внутренние элементы отливки, например отверстия.
  • Отпечаток сердцевины: область, добавленная к рисунку, сердцевине или форме, используемая для определения местоположения и поддержки сердцевины.
• Полость пресс-формы: объединенная открытая зона формовочного материала и сердечника, где металл заливается для производства отливки.
• Подъемник : дополнительная пустота в форме, которая заполняется расплавленным материалом для компенсации усадки во время затвердевания.
• Система вентиляции: сеть соединенных каналов, по которым расплавленный материал поступает в полости формы.
  • Разливочная чаша или сливной резервуар: часть литниковой системы, которая принимает расплавленный материал из разливочной емкости.
  • Литниковый канал : сливной стакан прикрепляется к литнику, который является вертикальной частью литниковой системы. Другой конец литника прикрепляется к направляющим.
  • Направляющие: горизонтальная часть литниковой системы, которая соединяет литники с воротами.
  • Ворота: Контролируемый вход бегунов в полости формы.
• Вентиляционные отверстия: дополнительные каналы, обеспечивающие отвод газов, образующихся во время заливки.
• Линия разъема или поверхность разъема: граница раздела между половиной выступа и половинками формы, опоки или шаблона.
• Осадка : конус на отливке или шаблоне, позволяющий извлекать ее из формы.
• Ящик для стержней: пресс-форма или матрица, используемая для производства стержней.
• Венчик: длинный вертикальный удерживающий стержень для сердечника, который после литья становится неотъемлемой частью литья, обеспечивает поддержку сердечника.

Некоторые специализированные процессы, такие как литье под давлением, используют дополнительную терминологию.

Теория [ править ]

Литье - это процесс затвердевания , что означает, что явление затвердевания контролирует большинство свойств отливки. Более того, большинство дефектов литья возникает во время затвердевания, например, газовая пористость и усадка при затвердевании . ^[9]

Затвердевание происходит в два этапа: зарождение и рост кристаллов . На стадии зародышеобразования внутри жидкости образуются твердые частицы. Когда эти частицы формируют свою внутреннюю энергиюниже, чем окружающая жидкость, что создает энергетическую границу между ними. Формирование поверхности на этой границе раздела требует энергии, поэтому, когда происходит зародышеобразование, материал фактически переохлаждается, то есть охлаждается ниже температуры затвердевания из-за дополнительной энергии, необходимой для образования поверхностей раздела. Затем он восстанавливается или снова нагревается до температуры затвердевания для стадии роста кристаллов. Зарождение происходит на уже существующей твердой поверхности, потому что для частичной поверхности раздела требуется не так много энергии, как для полной сферической поверхности раздела. Это может быть выгодно, потому что мелкозернистые отливки обладают лучшими свойствами, чем крупнозернистые отливки. Мелкозернистая структура может быть получена за счет измельчения зерна или инокуляции., который представляет собой процесс добавления примесей, чтобы вызвать зародышеобразование. ^[10]

Все зародыши представляют собой кристалл, который растет по мере извлечения тепла плавления из жидкости до тех пор, пока жидкость не перестанет существовать. Направление, скорость и тип роста можно контролировать, чтобы максимизировать свойства отливки. Направленное затвердевание - это когда материал затвердевает на одном конце и продолжает затвердевать на другом конце; это наиболее идеальный тип роста зерна, поскольку он позволяет жидкому материалу компенсировать усадку. ^[10]

Кривые охлаждения [ править ]

Кривые охлаждения важны для контроля качества отливки. Самая важная часть кривой охлаждения - это скорость охлаждения, которая влияет на микроструктуру и свойства. Вообще говоря, область отливки, которая быстро охлаждается, будет иметь мелкозернистую структуру, а область, которая медленно охлаждается, будет иметь крупнозернистую структуру. Ниже приведен пример кривой охлаждения чистого металла или эвтектического сплава с определяющей терминологией. ^[11]

Обратите внимание, что до термической остановки материал был жидким, а после него - твердым; во время термической остановки материал превращается из жидкости в твердое тело. Также обратите внимание на то, что чем больше перегрев, тем больше времени у жидкого материала для растекания сложных деталей. ^[12]

Приведенная выше кривая охлаждения отображает основную ситуацию с чистым металлом, однако большинство отливок изготовлено из сплавов, кривая охлаждения которых имеет форму, показанную ниже.

Обратите внимание, что больше нет термического предохранителя, вместо этого есть диапазон замерзания. Диапазон замерзания напрямую соответствует значениям ликвидуса и солидуса на фазовой диаграмме для конкретного сплава.

Правило Чворинова [ править ]

Время локального затвердевания можно рассчитать с помощью правила Чворинова, которое выглядит следующим образом:

${\ displaystyle t = B \ left ({\ frac {V} {A}} \ right) ^ {n}}$

Где t - время затвердевания, V - объем отливки, A - площадь поверхности отливки, которая контактирует с формой , n - постоянная величина, а B - постоянная формы. Это наиболее полезно для определения того, затвердеет ли стояк перед заливкой, потому что, если стояк сначала затвердеет, он бесполезен. ^[13]

Стробирующая система [ править ]

Вентиляционная система служит многим целям, наиболее важной из которых является транспортировка жидкого материала к форме, а также контроль усадки, скорости жидкости, турбулентности и улавливания окалины.. Вентили обычно прикрепляются к самой толстой части отливки, чтобы помочь контролировать усадку. В особо крупных отливках может потребоваться несколько затворов или направляющих для ввода металла в более чем одну точку полости кристаллизатора. Скорость материала важна, потому что, если материал движется слишком медленно, он может остыть перед полным заполнением, что приведет к неправильному прохождению и холодному закрытию. Если материал движется слишком быстро, жидкий материал может разрушить форму и загрязнить окончательную отливку. Форма и длина литниковой системы также могут контролировать скорость охлаждения материала; короткие круглые или квадратные каналы минимизируют теплопотери. ^[14]

В зависимости от отливаемого материала литниковая система может быть спроектирована так, чтобы минимизировать турбулентность. Например, сталь, чугун и большинство медных сплавов нечувствительны к турбулентности, но сплавы алюминия и магния чувствительны к турбулентности. Нечувствительные к турбулентности материалы обычно имеют короткую и открытую литниковую систему, чтобы заполнить форму как можно быстрее. Однако для материалов, чувствительных к турбулентности, используются короткие литники, чтобы минимизировать расстояние, на которое материал должен упасть при входе в форму. Прямоугольные разливочные стаканы и конические литники используются для предотвращения образования завихрений при попадании материала в форму; эти вихри имеют тенденцию засасывать газ и оксиды в форму. Большой литник используется для рассеивания кинетической энергии жидкого материала, когда он падает вниз по литнику, что снижает турбулентность. дроссели, который имеет наименьшую площадь поперечного сечения в литниковой системе, используемой для управления потоком, может быть размещен рядом с литниковым колодцем для замедления и сглаживания потока. Обратите внимание, что на некоторых формах штуцер все еще размещается на воротах, чтобы облегчить разделение детали, но вызывает сильную турбулентность. ^[15] Затворы обычно прикрепляются к нижней части отливки, чтобы минимизировать турбулентность и разбрызгивание. ^[14]

Вентиляционная система также может быть сконструирована для улавливания окалины. Один из методов состоит в том, чтобы воспользоваться преимуществом того факта, что часть шлака имеет более низкую плотность, чем основной материал, поэтому он всплывает в верхнюю часть литниковой системы. Следовательно, длинные плоские полозья с воротами, выходящими из нижней части полозьев, могут задерживать окалину в полозьях; Учтите, что длинные плоские полозья охлаждают материал быстрее, чем круглые или квадратные полозья. Для материалов, у которых плотность окалины аналогична плотности основного материала, таких как алюминий, удлинители рабочего стола и колодцы желобов.может быть выгодным. В них используется то обстоятельство, что окалина обычно находится в начале заливки, поэтому желоб проходит за последние ворота (и), и загрязнения содержатся в колодцах. Сетки или фильтры также могут использоваться для улавливания загрязнений. ^[15]

Важно, чтобы размер литниковой системы был небольшим, потому что все это нужно вырезать из отливки и переплавить для повторного использования. Эффективность или производительность литейной системы можно рассчитать, разделив вес отливки на вес разлитого металла. Следовательно, чем выше число, тем эффективнее система затворов / стояки. ^[16]

Усадка [ править ]

Есть три типа сжатия: сжатие жидкости , усадки при затвердевании и усадке модельщика в . Усадка жидкости редко является проблемой, потому что в форму за ней течет больше материала. Усадка при затвердевании происходит из-за того, что металлы менее плотны как жидкость, чем твердое тело, поэтому во время затвердевания плотность металла резко увеличивается. Усадка Patternmaker относится к усадке, которая возникает, когда материал охлаждается от температуры затвердевания до комнатной температуры, что происходит из-за теплового сжатия . ^[17]

Усадка при затвердевании [ править ]

Большинство материалов сжимаются по мере затвердевания, но, как показано в соседней таблице, некоторые материалы, например серый чугун, не усаживаются . Для материалов, которые дают усадку при затвердевании, тип усадки зависит от того, насколько широк диапазон замерзания материала. Для материалов с узким диапазоном замерзания, менее 50 ° C (122 ° F) ^[20] , в центре отливки образуется полость, известная как труба , потому что внешняя оболочка сначала замерзает и постепенно затвердевает к центру. . Чистые и эвтектические металлы обычно имеют узкие диапазоны кристаллизации. Эти материалы имеют тенденцию образовывать пленку в формах на открытом воздухе, поэтому они известны как сплавы, образующие пленку . ^[20]Для материалов с широким диапазоном замерзания, превышающим 110 ° C (230 ° F) ^[20], гораздо большая часть отливки занимает мягкую или слякотную зону (диапазон температур между солидусом и ликвидусом), что приводит к небольшим карманам. жидкости, захваченной повсюду, и, в конечном итоге, пористости. Эти отливки, как правило, имеют плохую пластичность , вязкость и сопротивление усталости . Более того, чтобы эти типы материалов были непроницаемыми для жидкости, требуется вторичная операция по пропитке отливки металлом или смолой с более низкой температурой плавления. ^{[18] [21]}

Для материалов, которые имеют узкие диапазоны затвердевания, трубы могут быть преодолены путем разработки отливки, способствующей направленной кристаллизации, что означает, что отливка сначала замерзает в точке, наиболее удаленной от затвора, а затем постепенно затвердевает по направлению к затвору. Это позволяет непрерывно подавать жидкий материал в точке затвердевания, чтобы компенсировать усадку. Обратите внимание, что в месте затвердевания окончательного материала все еще остается усадочная полость, но, если она спроектирована должным образом, она будет в литниковой системе или стояке. ^[18]

Подступенки и подступенки [ править ]

Подъемники, также известные как питатели , являются наиболее распространенным способом обеспечения направленного затвердевания. Он подает жидкий металл в затвердевающую отливку, чтобы компенсировать усадку при затвердевании. Для правильной работы стояка он должен затвердеть после отливки, иначе он не сможет подавать жидкий металл на усадку внутри отливки. Подступенки увеличивают стоимость отливки, потому что они снижают выход каждой отливки; т.е. больше металла теряется в виде лома при каждой отливке. Другой способ способствовать направленному отверждению - это добавление в пресс-форму холода. Холод - это любой материал, который будет отводить тепло от отливки быстрее, чем материал, используемый для формования. ^[22]

Подступенки классифицируются по трем критериям. Во-первых, если стояк открыт для атмосферы, если это так, то он называется открытым стояком, в противном случае он известен как слепой тип. Второй критерий - где находится стояк; если он расположен на отливке, он называется верхним подступенком, а если он расположен рядом с отливкой, он называется боковым подступенком . Наконец, если стояк расположен на литниковой системе так, что он заполняется после формовочной полости, он известен как рабочий стояк или горячий стояк , но если стояк заполняется материалами, которые уже прошли через формовочную полость, он известен как мертвый стояк или холодный стояк .^[16]

Вспомогательные приспособления для стояков - это элементы, используемые для помощи стоякам в создании направленного затвердевания или уменьшении количества требуемых стояков. Одним из таких элементов является озноб, который ускоряет охлаждение определенной части формы. Выделяют два типа: внешний и внутренний озноб. Наружные коконы представляют собой массы из материала с высокой теплоемкостью и высокой теплопроводностью, которые размещаются на краю формовочной полости. Внутренние коконы - это куски того же самого металла, который разливается, которые помещаются в полость формы и становятся частью отливки. Изоляционные втулки и покрытия также могут быть установлены вокруг полости стояка для замедления затвердевания стояка. Змеевики нагревателя также могут быть установлены вокруг или над полостью стояка для замедления затвердевания. ^[23]

Термоусадочная машина [ править ]

Усадку после затвердевания можно устранить с помощью шаблона увеличенного размера, разработанного специально для используемого сплава. Сужение правило s , или сжиматься правилами S , которые используются , чтобы сделать образцы негабаритного для компенсации этого типа усадки. ^[24] Эти линейки имеют превышение размера до 2,5%, в зависимости от отливаемого материала. ^[23] Эти правители в основном упоминаются их процентным изменением. Шаблон, соответствующий существующей детали, будет сделан следующим образом: сначала существующая деталь будет измерена с помощью стандартной линейки, затем при построении шаблона изготовитель шаблона будет использовать правило сжатия, гарантируя, что отливка будет сжиматься с правильный размер.

Обратите внимание, что усадка создателя выкройки не учитывает преобразования фазового перехода. Например, эвтектические реакции, мартенситные реакции и графитизация могут вызывать расширение или сжатие. ^[24]

Полость формы [ править ]

Полость формы отливки не соответствует точным размерам готовой детали по ряду причин. Эти модификации полости пресс-формы известны как допуски и учитывают усадку, тягу, механическую обработку и деформацию изготовителя модели . В процессах одноразового использования эти припуски передаются непосредственно в постоянную форму, но в процессах одноразовой формы они передаются в шаблоны, которые позже образуют полость формы. ^[24] Обратите внимание, что для форм длительного пользования требуется допуск на изменение размеров формы из-за нагрева до рабочих температур. ^[25]

Для поверхностей отливки, перпендикулярных линии разъема формы, необходимо предусмотреть тягу. Это сделано для того, чтобы отливку можно было выпускать в процессах длительного пользования или выкройку можно было извлекать из формы без разрушения формы в процессах одноразового использования. Требуемый угол наклона зависит от размера и формы элемента, глубины полости пресс-формы, способа удаления детали или рисунка из пресс-формы, материала рисунка или детали, материала пресс-формы и типа процесса. Обычно осадка составляет не менее 1%. ^[24]

Припуск на обработку сильно варьируется от одного процесса к другому. Отливки в песчаные формы обычно имеют шероховатую поверхность, поэтому требуют большего припуска на механическую обработку, тогда как отливки под давлением имеют очень чистую поверхность, которая может не требовать каких-либо допусков на механическую обработку. Кроме того, тяга может обеспечить достаточный припуск на механическую обработку для начала. ^[25]

Допуск на искажение необходим только для определенных геометрических форм. Например, U-образные отливки будут иметь тенденцию к деформации, при этом ножки расширяются наружу, потому что основание формы может сжиматься, когда ножки ограничены формой. Этого можно избежать, спроектировав полость формы для начала с наклоном ноги внутрь. Кроме того, длинные горизонтальные секции имеют тенденцию провисать посередине, если ребра не включены, поэтому может потребоваться поправка на деформацию. ^[25]

Сердечники могут использоваться в процессах изготовления одноразовых форм для изготовления внутренних элементов. Сердцевина может быть металлической, но обычно это делается из песка.

Заполнение[ редактировать ]

Существует несколько распространенных методов заполнения полости формы: гравитация , низкое давление , высокое давление и вакуум . ^[26]

Вакуумное наполнение, также известное как наполнение противодавлением , более эффективно по металлу, чем заливка самотеком, поскольку меньше материала затвердевает в литниковой системе. Разливка под действием силы тяжести дает выход металла только от 15 до 50% по сравнению с 60-95% при разливке под вакуумом. Также имеется меньшая турбулентность, поэтому систему ворот можно упростить, поскольку она не должна контролировать турбулентность. Кроме того, поскольку металл вытягивается из-под верхней части ванны, металл не содержит окалины и шлака, так как они имеют меньшую плотность (легче) и всплывают в верхнюю часть ванны. Перепад давления помогает металлу течь во все детали пресс-формы. Наконец, можно использовать более низкие температуры, что улучшает зернистую структуру. ^[26] Первая запатентованная машина для вакуумного литья и процесс датируются 1879 годом.^[27]

Для заполнения под низким давлением используется давление воздуха от 5 до 15 фунтов на квадратный дюйм (от 35 до 100 кПа изб.), Чтобы нагнетать жидкий металл по подающей трубе в полость формы. Это устраняет турбулентность, присущую гравитационному литью, и увеличивает плотность, повторяемость, допуски и однородность зерна. После затвердевания отливки давление сбрасывается, и оставшаяся жидкость возвращается в тигель, что увеличивает выход продукции. ^[28]

Наклонное наполнение[ редактировать ]

Заполнение под наклоном , также известное как литье под наклоном , представляет собой необычный метод наполнения, при котором тигель прикрепляется к литниковой системе, и оба они медленно вращаются, так что металл входит в полость формы с небольшой турбулентностью. Цель состоит в том, чтобы уменьшить пористость и вкрапления за счет ограничения турбулентности. Для большинства применений заполнение под наклоном невозможно из-за следующей неотъемлемой проблемы: если система вращается достаточно медленно, чтобы не вызывать турбулентность, фронт металлического потока начинает затвердевать, что приводит к неправильному ходу. Если система вращается быстрее, это вызывает турбулентность, которая не дает цели. Дюрвиль из Франции был первым, кто попробовал использовать наклонный заброс в 1800-х годах. Он попытался использовать его для уменьшения дефектов поверхности при отливке чеканки из алюминиевой бронзы .^[29]

Макроструктура [ править ]

Макроструктура зерна в слитках и большинстве отливок имеет три отдельные области или зоны: зону охлаждения, столбчатую зону и равноосную зону. На изображении ниже изображены эти зоны.

Зона охлаждения названа так потому, что она возникает у стенок формы, где стена охлаждает материал. Здесь происходит фаза зародышеобразования в процессе затвердевания. По мере удаления большего количества тепла зерна увеличиваются к центру отливки. Это тонкие длинные колонны , перпендикулярные поверхности отливки, что нежелательно, поскольку они обладают анизотропными свойствами. Наконец, в центре равноосной зоны расположены сферические беспорядочно ориентированные кристаллы. Это желательно, потому что они обладают изотропными свойствами. Созданию этой зоны можно способствовать, используя низкую температуру разливки, включения сплава или модификаторы . ^[13]

Осмотр [ править ]

Обычными методами контроля стальных отливок являются испытания на магнитные частицы и испытания на проникающую способность . ^[30] Обычными методами контроля алюминиевых отливок являются радиография , ультразвуковой контроль и проникающий контроль . ^[31]

Дефекты [ править ]

В процессе литья может возникнуть ряд проблем. Основными типами являются: газовая пористость , усадочные дефекты , плесень дефектов материала , заливки металла дефектов , а также металлургические дефекты .

Моделирование процесса литья [ править ]

При моделировании процесса литья используются численные методы для расчета качества литых деталей с учетом заполнения формы, затвердевания и охлаждения, а также обеспечивается количественный прогноз механических свойств отливки, термических напряжений и деформации. Моделирование точно описывает качество литого компонента до начала производства. Литую оснастку можно спроектировать с учетом требуемых свойств компонентов. Это дает преимущества, помимо сокращения предсерийного отбора проб, поскольку точная компоновка всей системы литья также приводит к экономии энергии, материалов и инструментов.

Программное обеспечение поддерживает пользователя в проектировании компонентов, определении практики плавления и методах литья, вплоть до изготовления моделей и форм, термообработки и чистовой обработки. Это экономит затраты на всем технологическом процессе изготовления отливок.

Моделирование процесса литья изначально разрабатывалось в университетах с начала 70-х годов, в основном в Европе и США, и считается наиболее важной инновацией в технологии литья за последние 50 лет. С конца 80-х годов доступны коммерческие программы, которые позволяют литейным предприятиям по-новому взглянуть на то, что происходит внутри формы или штампа во время процесса литья.

См. Также [ править ]

• 10 видов кастинга
• Бронзовая скульптура
• Изделия из бронзы и латуни.
• Ковка
• Герметизация пористости
• Спин-кастинг
• Формирование распылением
• Литейный завод

Ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

Библиография [ править ]

• Блэр, Малькольм; Стивенс, Томас Л. (1995), Справочник по стальным отливкам (6-е изд.), ASM International, ISBN 978-0-87170-556-3.
• Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
• Калпакджян, Серопе; Шмид, Стивен (2006), Производство и технология (5-е изд.), Пирсон, ISBN 0-13-148965-8.
• Киссел, Дж. Рэндольф; Ферри, Роберт Л. (2002), Алюминиевые конструкции: руководство по их спецификациям и дизайну (2-е изд.), John Wiley and Sons, ISBN 978-0-471-01965-7.
• Schleg, Frederick P .; Kohloff, Frederick H .; Сильвия, Дж. Герин; Американское литейное общество (2003), Технология литья металлов , Американское литейное общество, ISBN 978-0-87433-257-5.
• Стефанеску, Дору Майкл (2008), Наука и техника затвердевания отливок (2-е изд.), Springer, ISBN 978-0-387-74609-8.
• Рави, Б. (2010), Литье металла: компьютерное проектирование и анализ (1-е изд.), PHI, ISBN 978-81-203-2726-9.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме кастинга .

• Интерактивные примеры проектирования / изготовления отливок
• Отливки или поковки? Взгляните на преимущества каждого производственного процесса
• Видеоклип отверждения литого сплава весом 50 грамм
• Вехи в истории литья