Процесс литья металлов: полное руководство

Процесс литья металлов является одной из важнейших технологий в мире производства. С помощью литья металла создается большинство металлических конструкций машин и оборудования. Таким образом, мы подготовили для вас это руководство по процессу литья металлов. Мы расскажем о каждом из процессов литья металлов.

Что такое литье металлов

Литье металла - это современная технология с многовековой историей. В процессе литья металлические детали изготавливаются путем заливки расплавленного металла в полость формы, где он остывает перед извлечением из формы. Литье металла - один из старейших и наиболее значимых промышленных процессов в истории.

Многие металлические вещи в нашей повседневной жизни являются идеальным примером литья металлов, включая детали автомобилей, железнодорожные колеса, фонарные столбы, педали школьных автобусов и многое другое. Кроме того, литейные заводы используют вторичную переработку металла в качестве экономически эффективного источника сырья, что позволяет сократить количество металлолома, оказывающегося на свалках.

Терминология литья металлов

Термин "литье металла" часто используется в металлургических мастерских и на производстве. Вы сможете лучше понять процесс литья металла, если осознаете общий язык, используемый в этом методе. Чтобы лучше понять, что такое литье металла, вам стоит сначала освоить всю эту терминологию.

Литье Формовка

Пресс-форма - это полость в материале, которая принимает жидкий металл и формирует охлажденное изделие в структуре этой полости. Формы не обязательно должны быть сложными. Металлические слитки изготавливаются подобно сковородам для буханки: металл помещают внутрь и дают ему остыть.

Справиться и перетащить

При горизонтальном формовании коуп - это верхняя половина формы, а драг - нижняя.

Рама для качелей

Качели - это верхняя половина формы при вертикальном формовании, а плунжер - задняя половина.

Формовочные стержни

Типичная конструкция сердечника необходима, когда требуется, чтобы пресс-форма имела внутренние пустоты или отверстия. Формирование внутреннего пространства происходит с помощью таких стержней. Стержни можно поддерживать, когда они выходят за пределы отливки, и вы удерживаете их на месте с помощью отпечатков стержней, подвешивая стержень между двумя банками, как мост.

Допуск на размеры

Допуск на размеры - ключевой момент при выборе процедуры литья. Он означает допустимое отклонение в размерах готового изделия.

Отделка поверхности

Отделка поверхности - еще один фактор, который необходимо учитывать. Насколько зернистой, бугристой или шероховатой может быть поверхность отливки?

Будет лучше, если вы не станете делать обручальное кольцо из того же материала, что и чугунную сковороду. В этом случае вы используете машину для получения очень гладких металлических поверхностей, а это дополнительные расходы. Если же необходимо получить блестящую и гладкую поверхность, выбор процесса литья с более тонкой отделкой может свести к минимуму расходы на обработку.

Виды метода литья металлов

В мире существуют тысячи формовщиков металла. В зависимости от сложности металлических конструкций и дизайна, в технологию производства входит метод литья металла. Далее мы рассмотрим различные типы методов литья металла.

Многоразовые формы

Использование многоразовой металлической формы - наиболее типичный метод заполнения формы под действием силы тяжести; однако можно также использовать давление газа или вакуум. Для полых отливок применяется разновидность гравитационного метода литья, известная как литье в слякоть.

Алюминиевые, магниевые и медные сплавы - распространенные металлы для литья. Оловянные, свинцовые и цинковые сплавы, а также сплавы железа и стали также подходят для графитовых форм.

Когда металл впрыскивается в полость формы, процесс гравитации начинается с предварительного нагрева формы до 150-200 °C (300-400 °F), чтобы выровнять поток металла и предотвратить термическое повреждение отливки.

Метод многоразовых форм практикует следующие шесть методов в зависимости от различных типов форм и способов литья.  

Постоянные формы

Постоянный состав формы имеет различные температуры плавления, отличные от температуры плавления металла, используемого для ее заполнения. Заливка металла в жидком состоянии без внешнего давления является основным этапом этого процесса литья. Постоянные стержни должны быть достаточно простыми, чтобы их можно было извлечь из готовой отливки и использовать повторно.

В процессе формовки такие формы иногда используются при литье чугуна и низкотемпературных сплавов. Чаще всего в промышленном производстве используются не сборочные линии, а поворотные столы. По мере прохождения каждой формы через следующую станцию выполняются отдельные процедуры, такие как нанесение покрытия на форму, установка стержней, закрытие формы, заливка, открытие формы и извлечение отливки.

Полупостоянные формы

Основное отличие литья в полупостоянную форму от литья в постоянную форму заключается в том, что стержни, используемые в процессе литья, могут быть сменными песчаными стержнями. Песчаные стержни позволяют создавать более сложные формы стержней, поскольку их не нужно извлекать целыми из готовой отливки.

Если в отливке оставлено отверстие для извлечения стержней, их можно "вытряхнуть" на вибрирующий стол и высыпать, как песок в песочные часы. Только деталь, отлитая в металлической форме, имеет допуски, плотность и эстетические преимущества литья в постоянную форму.

Слякотное литье

Просто покрывая внутреннюю поверхность формы небольшим количеством металла и формируя металлическую "кожу", этот красочно названный процесс литья позволяет получать полые отливки без необходимости использования стержней. В зависимости от того, как быстро застывает металл или другой материал, существует несколько подходов к литью в слякоть.

Один из подходов предполагает заливку крошечных объемов жидкости в форму и ее вращение, чтобы покрыть внутреннюю поверхность металлом. В другом случае создатель может заполнить форму, а затем вылить излишки материала по истечении определенного времени. Такие металлы, как цинк, алюминий и олово, обычно подвергаются литью под давлением.

Центробежное литье

При этом процессе литья в неточную центробежную форму, которая вращается с высокой скоростью вокруг своей центральной оси, подается жидкий металл. Под действием центробежной силы жидкий металл равномерным слоем распределяется по поверхности формы. Для работы этого метода конечная отливка должна иметь ровную геометрию вокруг оси вращения. В результате этот метод литья подходит для форм, которые обычно имеют цилиндрическую или круглую форму, например, труб или колец.

Литье под давлением

Кроме гравитации, технологии литья под давлением регулируют подачу металла в постоянную форму. При литье под давлением используются воздух или газ, вакуум, механические или центробежные силы. Эти технологии позволяют литейщикам точно регулировать скорость заполнения формы: сила тяжести всегда одинакова, а вот производимые силы могут меняться.

Литье под давлением

Машины для литья под давлением состоят из резервуара с расплавленным металлом, двухплитной металлической формы или штампа и системы впрыска, которая вытягивает материал и под давлением подает его в форму.

Для начала процесса литья под давлением используется открытая форма. Форсунки распыляют в форму смазку, чтобы изделие не прилипало. После этого две стороны формы герметично соединяются, а в закрытую форму впрыскивается жидкость с помощью форсунки под давлением. Прежде чем форма откроется, она дает свежей отливке возможность остыть. Новая отливка выталкивается из формы выталкивающими штифтами, и процесс начинается заново.

Расходуемые пресс-формы

Когда речь идет о литье черных металлов, очевидными победителями становятся технологии одноразовых форм. Они дешевле, поскольку не требуют выдерживать высокие температуры.

Литье в песок

Наиболее распространенным способом литья металлов является литье в песок. Это трехтысячелетний промышленный процесс: первые свидетельства о литье из глины относятся к Китаю времен династии Шан (ок. 1600-1046 гг. до н. э.).

Неудивительно, что этот метод до сих пор широко применяется: песок недорог, распространен, податлив и жаропрочен.

В процессе вытряхивания песчаные стержни легко удаляются, для чего используется вибростол. Прогоны и затворы, направляющие металл в полость формы, либо вырезаются вручную специалистом-формовщиком, либо включаются в конструкцию.

Формование оболочки

Литье в оболочку - это технология литья в песок, которая позволяет добиться более жестких допусков на размеры. Она сравнима с литьем из песка, за исключением того, что песок смешивается со смолой.

На каждую сторону раскаленного металлического формовочного шаблона наливается смесь песка и смолы. Эта смесь расплавляется в оболочке и остывает. Она соединяет "оболочки" формы вместе и часто удерживается колбой с песком.

Эти оболочки позволяют получить высокоточную форму, поскольку смола обеспечивает дополнительную поддержку внутренних поверхностей.

Литье по выплавляемым моделям (потерянный воск)

Литье в песчаные формы - самый популярный метод литья металлов, но у него есть один недостаток, который делает его непригодным для некоторых применений.

В этом процессе необходимо извлечь детали песчаного литья из форм, которые они создают, что может занять много времени.

Изготовители лекал должны тщательно оценить требования к детали на каждом этапе процесса литья, включая требования к осадке, расположение линий разъема, литников, стояков и стержней.

Техника литья по выплавляемым моделям, по выплавляемым моделям или точного литья - это альтернатива песчаному литью, которая позволяет работать с широким спектром металлов, включая черные сплавы с высокой температурой плавления, избегая при этом некоторых проблем с изготовлением узоров, возникающих при литье по выплавляемым моделям.

Полная форма или пена

Этот процесс литья использует смесь методов литья в песок и литья по выплавляемым моделям в цельную форму или процесс литья пенопласта. Тем не менее, он делает конструкцию из вспененного полистирола.

Этот процесс позволяет сделать вспененную деталь в комплекте с воротами и бегунками, а также устранить припуски на осадку.

И иногда удаляет рисунок перед заливкой; однако с некоторыми видами пены можно опустить часть рисунка в форму, чтобы он испарился, когда в нее быстро помещают горячий металл.

Процесс литья металлов

Изготовление лекал - лекало - это масштабная модель внешнего вида отливки. Распространенными материалами для изготовления лекал являются дерево, металл, пластик и гипс. Изготовление лекал имеет решающее значение для производства промышленных деталей, где точные расчеты обязательны для обеспечения правильной посадки и функционирования деталей.

Изготовление сердечника

Если отливка полая, то для создания внутренней формы используется дополнительный кусок песка или металла (так называемый сердечник). Стержни обычно прочные, но разборные, что позволяет легко извлекать их из готовой отливки.

Формовка

Представьте, что вы идете по пляжу к воде, чтобы представить себе процесс литья металла. Рассмотрите след, который вы оставили на влажном песке.

Стержнем будет ваша нога, а оттиск на песке - слепок с вашей ноги. Формовка - это многоступенчатая процедура, в которой используется формовочный песок для создания слепка вокруг дизайна.

Колба - это рамка, на которой держится форма во время литья. Зеленый песок, также популярный как формовочный песок, не обводится вокруг конструкции в колбе. Этот процесс называется литьем в металлическую смесь. После плотного уплотнения песка рисунок может стереться, но слепок останется.

В качестве альтернативы он изготавливает неразрушаемую металлическую форму из двух частей, в которую можно многократно отливать идентичные компоненты для промышленного применения.

Плавление и заливка расплавленного металла

После нагрева металла его заливают в отверстие формы и дают затвердеть. После того как отливка сформировалась, происходит процесс вытряхивания. В этот момент происходит вибрация формы, чтобы удалить песок из отливки.

Благодаря эффективному и бесперебойному функционированию такое оборудование, как наши двухмассовые встряхиватели, поддерживает высокую производительность в промышленности.

Как правило, он собирает удаленный песок, охлаждает его и перерабатывает для использования в последующих отливках. Кондиционер для литья песка VIBRA-DRUM® помогает улучшить процесс отделения песка от отливок, устраняя и охлаждая песок и отливки, а также отводя влагу, предотвращая при этом повреждение отливок. В результате вы получаете чистую металлическую отливку и песок, готовый к восстановлению.

Очистка

На этом этапе отлитая металлическая деталь извлекается из формы и подвергается окончательной обработке. После этого предмет очищается от материала, использованного при литье, и устраняются неровности, образовавшиеся в процессе обработки.

Сравнение процессов литья

Чтобы определить наиболее экономичный способ литья, полезно проконсультироваться с производителями. Как правило, для литья черных металлов используются одноразовые формы, в то время как цветные металлы имеют больший выбор вариантов, хотя даже в этом простом правиле есть исключения.

Полное понимание требований проекта поможет выбрать оптимальную технику литья. Необходимо ли, чтобы конструкция была точной по размеру? Насколько тонкими должны быть стенки? Какого размера и веса будет готовая отливка? Что нужно для отделки поверхности?

Заранее зная ответы на все эти вопросы, мудрый дизайнер сможет лучше понять и направить свой продукт в процессе литья, что позволит ему выбрать наилучший и наименее затратный метод для решения поставленной задачи.

Летний

Практически все механические устройства, которыми мы пользуемся сегодня, от автомобилей до стиральных машин, используют процесс литья металлических деталей.

Технология литья металла позволяет достичь точности и допусков благодаря компьютеризированному автоматизированному процессу проектирования и современным средствам изготовления сложных стержней и форм, что отличает современные литые металлические изделия от тех, что были созданы даже 100 лет назад. Литье металла в современную эпоху - это пример инноваций в работе.

Поэтому мы считаем, что эта статья станет для вас наиболее полным справочником по методам литья металлов.