Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Постоянное литье в форму

Литье в постоянную форму - это процесс литья металла, в котором используются формы многократного использования («постоянные формы»), обычно изготавливаемые из металла . Самый распространенный процесс использует гравитацию для заполнения формы, 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, которые также разливают в графитовых формах.[1] [2]

Типичными продуктами являются такие компоненты, как шестерни , шлицы , колеса , кожухи шестерен , трубопроводная арматура , кожухи для впрыска топлива и поршни автомобильных двигателей . [1]

Процесс [ править ]

Существует четыре основных типа литья в постоянные формы: гравитационное, слякотное, низкое давление и вакуум.

Процесс гравитации [ править ]

Процесс гравитации начинается с предварительного нагрева формы до 150–200 ° C (300–400 ° F), чтобы облегчить течение и уменьшить термическое повреждение отливки. Затем полость формы покрывается огнеупорным материалом или смывкой для формы , которая предотвращает прилипание отливки к форме и продлевает срок службы формы. Затем устанавливаются песчаные или металлические стержни и форма закрывается. Затем в форму заливают расплавленный металл . Вскоре после затвердевания форма открывается и отливка удаляется, чтобы уменьшить вероятность горячих разрывов.. Затем процесс начинается снова, но предварительный нагрев не требуется, поскольку тепла от предыдущей разливки достаточно, а огнеупорное покрытие должно выдержать несколько разливок. Поскольку этот процесс обычно выполняется на крупногабаритных заготовках, используется автоматическое оборудование для нанесения покрытия на форму, заливки металла и удаления отливки. [3] [4] [5]

Металл заливается при минимальной практической температуре, чтобы минимизировать трещины и пористость. [4] Температура заливки может сильно варьироваться в зависимости от материала отливки; например, цинковые сплавы разливают при температуре около 370 ° C (698 ° F), а серое чугунное покрытие - при температуре около 1370 ° C (2500 ° F). [1]

Плесень [ править ]

Формы для литья состоят из двух половин. Литейные формы обычно изготавливают из серого чугуна, поскольку он имеет наилучшую стойкость к термической усталости , но другие материалы включают сталь, бронзу и графит. Эти металлы выбраны из-за их устойчивости к эрозии и термической усталости. Обычно они не очень сложные, потому что форма не имеет возможности складывания для компенсации усадки. Вместо этого форма открывается, как только отливка затвердевает, что предотвращает горячие разрывы. Могут использоваться сердечники, которые обычно изготавливаются из песка или металла. [4] [5]

Как указано выше, форма нагревается перед первым циклом литья, а затем используется непрерывно, чтобы поддерживать как можно более равномерную температуру во время циклов. Это снижает термическую усталость, облегчает течение металла и помогает контролировать скорость охлаждения литого металла. [5]

Удаление воздуха обычно происходит через небольшую трещину между двумя половинами формы, но если этого недостаточно, используются очень маленькие вентиляционные отверстия. Они достаточно малы, чтобы выходить воздух, но не расплавленный металл. Также необходимо включить стояк, чтобы компенсировать усадку. Обычно это ограничивает доходность менее 60%. [5]

Механические выталкиватели в виде штифтов используются, когда покрытия недостаточно для удаления отливок из форм. Эти штифты размещаются по всей форме и обычно оставляют небольшие круглые отпечатки на отливке. [ необходима цитата ]

Slush [ править ]

Литье в шлам - это вариант непрерывного литья под давлением для создания полой отливки или полой отливки . В процессе материал выливается в форму и охлаждается до тех пор, пока в форме не сформируется оболочка из материала. Затем выливают оставшуюся жидкость, чтобы получилась полая оболочка. Полученная отливка имеет хорошую детализацию поверхности, но толщина стенок может варьироваться. Этот процесс обычно используется для отливки декоративных изделий, таких как подсвечники , основания для ламп и скульптуры , из материалов с низкой температурой плавления. [2] Похожая техника используется для изготовления полых шоколадных фигурок на Пасху и Рождество .[6]

Этот метод был разработан Уильямом Британией в 1893 году для производства свинцовых игрушечных солдатиков . Он использует меньше материала, чем цельное литье, и в результате получается более легкий и менее дорогой продукт. Полые литые фигуры обычно имеют небольшое отверстие, через которое сливалась лишняя жидкость. [ необходима цитата ]

Точно так же процесс, называемый формованием слякоти, используется в производстве автомобильных приборных панелей, для внутренних отделок мягких панелей с искусственной кожей, где сыпучий (который ведет себя как жидкость) порошковый пластиковый компаунд, будь то ПВХ или ТПУ, заливается в горячую, образуется пустотелая плесень и вязкая корка. Затем излишки слякоти сливаются, форма охлаждается, а формованное изделие извлекается. [7]

Низкое давление [ править ]

Схема процесса разливки постоянной формы под низким давлением

Для отливки постоянной формы под низким давлением ( LPPM ) используется газ под низким давлением, обычно от 3 до 15 фунтов на квадратный дюйм (от 20 до 100 кПа), для проталкивания расплавленного металла в полость формы. Давление прилагается к верхней части ванны с жидкостью, что заставляет расплавленный металл подниматься по огнеупорной разливочной трубе и, наконец, в нижнюю часть кристаллизатора. Разливочная труба доходит до дна ковша, поэтому материал, загружаемый в изложницу, является исключительно чистым. Подъемники не требуются, потому что приложенное давление заставляет расплавленный металл компенсировать усадку. Выход обычно превышает 85%, потому что нет стояка, а любой металл из разливочной трубы просто падает обратно в ковш для повторного использования. [2] [8]

Подавляющее большинство отливок LPPM изготавливается из алюминия и магния, но некоторые из них представляют собой медные сплавы. Преимущества заключаются в очень низкой турбулентности при заполнении формы из-за постоянного давления, что сводит к минимуму газовую пористость и образование окалины . Механические свойства примерно на 5% лучше, чем у отливок в постоянные формы под действием силы тяжести. Недостатком является то, что время цикла больше, чем у отливок в постоянную форму под действием силы тяжести. [8]

Вакуум [ править ]

Литье в постоянную вакуумную форму сохраняет все преимущества литья LPPM, кроме того, количество растворенных газов в расплавленном металле сводится к минимуму, а чистота расплавленного металла еще выше. Этот процесс позволяет обрабатывать тонкостенные профили и обеспечивает отличную отделку поверхности . Механические свойства обычно на 10-15% лучше, чем у отливок в постоянные формы под действием силы тяжести. Вес процесса ограничен от 0,2 до 5 кг (от 0,44 до 11,02 фунта). [8]

Преимущества и недостатки [ править ]

Основными преимуществами являются многоразовая форма, хорошее качество поверхности, хорошая точность размеров и высокая производительность. Типичные допуски составляют 0,4 мм для первых 25 мм (0,015 дюйма для первого дюйма) и 0,02 мм для каждого дополнительного сантиметра (0,002 дюйма на дюйм); если размер пересекает линию разъема, добавьте дополнительные 0,25 мм (0,0098 дюйма). Типичная шероховатость поверхности составляет 2,5–7,5 мкм (100–250 мкдюймов) RMS . Требуется уклон от 2 до 3 °. Толщина стенок ограничена от 3 до 50 мм (от 0,12 до 1,97 дюйма). Типичные размеры деталей составляют от 100 г до 75 кг (от нескольких унций до 150 фунтов). К другим преимуществам относится легкость индуцирования направленного затвердевания.путем изменения толщины стенок формы или путем нагрева или охлаждения частей формы. Высокая скорость охлаждения, создаваемая использованием металлической формы, приводит к более мелкозернистой структуре, чем при литье в песчаные формы. Выдвижные металлические стержни можно использовать для создания поднутрений , сохраняя при этом форму быстрого действия. [2] [3]

Есть три основных недостатка: высокая стоимость инструмента, ограниченная металлами с низкой температурой плавления, и короткий срок службы пресс-формы. Высокая стоимость инструментов делает этот процесс неэкономичным для небольших производственных партий. Когда этот процесс используется для литья стали или чугуна, срок службы формы чрезвычайно короткий. Для металлов с более низкой температурой плавления срок службы пресс-формы больше, но термическая усталость и эрозия обычно ограничивают срок службы до 10 000 - 120 000 циклов. Срок службы пресс-формы зависит от четырех факторов: материала пресс-формы, температуры заливки, температуры пресс-формы и конфигурации пресс-формы. Формы из серого чугуна могут быть более экономичными в производстве, но имеют короткий срок службы. С другой стороны, формы из инструментальной стали H13 могут иметь срок службы в несколько раз больше. Температура разливки зависит от металла отливки,но чем выше температура разливки, тем короче срок службы формы. Высокая температура разливки также может вызвать проблемы с усадкой и увеличить время цикла. Если температура формы слишком низкаявозникают неправильные прогоны , но если температура пресс-формы слишком высока, время цикла увеличивается, а эрозия пресс-формы увеличивается. Большие различия в толщине сечения в форме или отливке также могут снизить срок службы формы. [5]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Тодд, Allen & Alting 1994 , стр. 258–262.
  2. ^ a b c d Degarmo, Black & Kohser 2003 , стр. 327.
  3. ^ a b Degarmo, Black & Kohser 2003 , стр. 325.
  4. ^ a b c Kalpakjian & Schmid 2006 , стр. 303–304.
  5. ^ a b c d e Degarmo, Black & Kohser 2003 , стр. 326.
  6. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2010-01-15 . Проверено 4 ноября 2009 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  7. ^ "Формование слякоти" . Словарь научно-технических терминов . Макгроу-Хилл. 2003 г.
  8. ^ a b c Degarmo, Black & Kohser 2003 , стр. 328.

Библиография [ править ]

  • Дегармо, Э. Пол; Черный, JT; 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.
  • Тодд, Роберт Х .; Аллен, Делл К .; Алтинг, Лео (1994), Справочное руководство по производственным процессам , Industrial Press Inc., ISBN 0-8311-3049-0.

Внешние ссылки [ править ]

  • Efunda: основы инженерии
  • Статья о процессе перманентной плесени