Lijevanje metala: proces, metode, metode

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Metal je osnova sve moderne civilizacije. U godinu dana moderno čovječanstvo samo izvuče i preradi toliku količinu željeza da bi ga prije cijeli svijet brao barem nekoliko stoljeća. I ta je potreba potpuno opravdana, budući da sama konstrukcija zahtijeva nevjerojatnu količinu čelika. Nije iznenađujuće da se lijevanje metala u takvim uvjetima stalno poboljšava.

Malo povijesti

Najvažnija značajka željeza koju treba uzeti, učvršćivanje, oblik koji mu je "predloženo", osoba je primijetila u davna vremena. Danas gotovo svi znanstvenici pretpostavljaju da se početno upoznavanje čovjeka s metalom dogodilo zahvaljujući meteoritima. Meteoritsko željezo bilo je topivo i lako za obradu, pa su osnove lijevanja proučavale neke civilizacije u nastajanju davno.

Kod nas je lijevanje metala već stoljećima cijenjen i častan posao, ljudi su se prema ovom zanatu uvijek odnosili s velikim poštovanjem. Nadaleko su poznati "Car-top" i "Car-zvono", koji su remek-djela umijeća lijevanja ruskih majstora, čak i ako jedan od njih nikada nije zvonio, a drugi nije pucao. Uralski lijevci u vrijeme vladavine Petra Velikogstekao je osobitu slavu kao dobavljač pouzdanog oružja za vojsku. Međutim, oni i sada s pravom nose ovu titulu. Prije nego što pogledamo glavne vrste metalnog lijevanja, potrebno je reći nekoliko riječi o potrebnim karakteristikama sirovina.

Koji bi trebao biti metal za lijevanje

Najvažnije svojstvo metala koji se koristi za lijevanje je njegova fluidnost. Legura u rastaljenom obliku treba što lakše teći iz jednog lončića u drugi, dok ispunjava svoje najmanje udubine. Što je fluidnost veća, to se u gotovom proizvodu mogu napraviti tanje stijenke. S metalom koji se slabo širi, puno je teže. U normalnim uvjetima uspijeva zgrabiti puno ranije nego što popuni sve praznine u formi. To je poteškoća s kojom se industrijalci susreću kada lijevaju metalne legure.

Ne čudi što je lijevano željezo postalo omiljeni materijal ljevaonice. To je zato što ova legura ima izvrsnu fluidnost, što ju čini relativno lakom za rad. Čelik je daleko od toga da je toliko fluidan, pa se stoga, da bi se u potpunosti ispunio kalup (da nema šupljina i praznina), treba pribjeći raznim trikovima.

U najjednostavnijem slučaju, kada je potrebno lijevanje domaćeg metala, sirovine se otapaju i ulijevaju u vodu u malim obrocima: tako se, posebno, mogu izraditi sudopere za ribolov. Ali ova metoda se relativno široko koristi čak i u industriji oružja! S vrha posebnog tornja, nalik na rashladni toranj, rastaljenometal. Visina konstrukcije je takva da savršeno formirana kapljica, već ohlađena, dopire do tla. Ovako se puca u industrijskoj mjeri.

Metoda zemaljskog bacanja

Najjednostavnija i najstarija metoda je bacanje metala u zemlju. Ali njegova je "jednostavnost" relativno uvjetovan koncept, budući da ovaj rad zahtijeva iznimno mukotrpnu pripremu. Što to znači?

Najprije se u modelarnici izrađuje puna veličina i najdetaljniji model budućeg odljevka. Štoviše, njegova veličina bi trebala biti nešto veća od proizvoda koji bi se trebao dobiti, jer će se metal taložiti kada se ohladi. Model je u pravilu odvojiv, iz dvije polovice.

Kada je to učinjeno, priprema se poseban pijesak za kalupljenje. Ako bi budući proizvod trebao imati unutarnje šupljine i šupljine, tada će također biti potrebno pripremiti šipke, kao i dodatnu smjesu za oblikovanje. Moraju privremeno popuniti ona područja koja su "prazna" u gotovom dijelu. Ako ste zainteresirani za lijevanje metala kod kuće, svakako imajte na umu ovu činjenicu, jer se inače već napunjena tikva može jednostavno rastrgati pritiskom, a posljedice toga mogu biti najtužnije.

Od čega se pravi pijesak za oblikovanje?

Osnova su različite vrste pijeska i gline, kao i veziva. Njihovu ulogu mogu odigrati prirodna i sintetička ulja, sušivo ulje, smola, kolofonija, pa čak i katran.

Slijedi vrijeme kalupera, čiji je zadatak izrada kalupa. Ako objasnitelakše, to se radi ovako: uzima se drvena kutija, u nju se stavlja polovica kalupa (također je odvojiva), a praznine između stijenki modela i kalupa se začepljuju smjesom za oblikovanje.

Isto se radi s drugom polovicom i oba dijela pričvrstite iglama. Važno je napomenuti da se u onaj dio forme koji će biti na vrhu kada se izlije umetnuta dva posebna čunjeva. Jedan od njih se koristi za izlijevanje rastaljenog metala, drugi - za izlazak ekspandirajućih plinova.

Završetak pripremne faze

A sada je vrijeme za možda najvažniji dio operacije. Tikvice su vrlo pažljivo odvojene, pokušavajući spriječiti kršenje integriteta pijeska. Nakon toga u zemlji ostaju dva jasna i detaljna otiska budućeg dijela. Nakon toga su prekriveni posebnom bojom. To je učinjeno tako da rastaljeni metal ne dođe u izravan kontakt s pijeskom. Tehnologija lijevanja metala to ne bi smjela dopustiti, inače se kvaliteta gotovog proizvoda može značajno pogoršati.

Ukoliko je to potrebno, istovremeno se izrezuje dodatni ulazni prolaz koji je neophodan za izlijevanje taline. Tikvice se ponovno presavijaju i povezuju što je moguće čvršće. Nakon što se pijesak malo osuši, možete početi zalijevati.

Počnite bacati

Najprije se u kupolama, odnosno posebnim pećima, tope lijevano željezo. Ako je potrebno lijevati čelik, tada se sirovine tope u visokim pećima, otvorenim, inverterskim i drugim pećima. Uvestitaljenje obojenih metala, koristite specijalizirane uređaje za taljenje.

Sve, možete početi emitirati. Ako postoji samo jedan oblik, tada se talina ulijeva u nju kutlačom, pojedinačno. U drugim slučajevima, u pravilu, organiziran je transporter: ili traka s praznim dijelovima ide ispod kutlače, ili se lonac kreće preko redova tikvica. Sve ovisi isključivo o organizaciji proizvodnje. Kada dođe vrijeme i metal se ohladi, izvadi se iz kalupa. U principu, ova je metoda idealna u slučajevima kada je potrebno lijevanje metala kod kuće (na primjer, za kovačnicu). Ništa savršenije pod takvim uvjetima ionako neće biti postignuto.

Strojevi za pjeskarenje ili brušenje uklanjaju kamenac i prianjajući pijesak za kalupljenje iz gotovog proizvoda. Inače, ova metoda se aktivno koristila u proizvodnji tenkova tijekom Velikog Domovinskog rata. Tako su se proizvodili lijevani tornjevi, a jednostavnost i obradivost ovog procesa omogućila je proizvodnju ogromnog broja vojnih vozila koja su frontu toliko trebala. Koje druge vrste metalnog lijevanja postoje?

Lijevanje pod tlakom

Ali sada koriste mnogo naprednije i tehnološki naprednije metode za proizvodnju lijevanih proizvoda. Na primjer, lijevanje metala u kalupu za hlađenje. U principu, ova metoda u mnogočemu podsjeća na gore opisanu, budući da se u ovom slučaju koriste i kalupi za lijevanje. Samo što su istovremeno metalni, što uvelike pojednostavljuje proces proizvodnje velikih razmjera.

Dakle, čunjevi i šipke se umetnu u dvije polovice (za izlijevanje metala i stvaranje šupljina), izatim ih čvrsto pričvrstite jedno za drugo. Sve, možeš na posao. Posebnost ove metode je da se ovdje rastaljeni metal izuzetno brzo skrutne, postoji mogućnost prisilnog hlađenja kalupa, pa je stoga proces otpuštanja puno brži. Sa samo jednim kalupom možete dobiti stotine, ako ne i tisuće odljevaka, a da pritom ne trošite puno vremena na individualnu pripremu kalupa i pijeska.

Neki nedostaci metode

Nedostatak ove metode lijevanja je činjenica da su za nju prikladne samo one vrste metala koje karakterizira povećana fluidnost u rastaljenom obliku. Na primjer, samo lijevanje pod pritiskom je prikladno za čelik (o tome u nastavku), budući da ovaj materijal uopće nema dobru fluidnost. Pod djelovanjem komprimiranog zraka, čak i naj"duktilnije" vrste čelika puno bolje poprimaju traženi oblik. Loša stvar je što običan kalup za hlađenje jednostavno ne može izdržati takve ekstremne uvjete proizvodnje te će se raspasti. Stoga morate koristiti posebnu metodu proizvodnje, o kojoj ćemo govoriti u nastavku.

brizganje

Kako se vrši tlačno lijevanje - pod pritiskom - metala? Gore smo već razmotrili neke aspekte, ali je još uvijek potrebno detaljnije razotkriti ovo pitanje. Sve je prilično jednostavno. Prije svega, potreban je kalup za lijevanje od kvalitetnog čelika, koji može biti višestupanjski, složenog unutarnjeg oblika. Drugo, potrebna nam je oprema za pumpanje koja može isporučiti od sedam do sedamsto MP.

Glavna prednostova metoda taljenja je visoka produktivnost. Što još pruža injekcijsko prešanje? U ovom slučaju se koristi mnogo manje metala, a kvaliteta površine gotovog proizvoda je vrlo dobra. Potonja okolnost podrazumijeva odbacivanje složenog i prilično dosadnog postupka čišćenja i mljevenja. Koji su materijali najbolji materijali za ovu metodu proizvodnje za proizvodnju gotovih proizvoda i dijelova?

Najčešće korištene legure temelje se na aluminiju, cinku, bakru i kositrenom olovu (lijevanje obojenih metala). Njihova temperatura taljenja je relativno niska, pa se time postiže vrlo visoka obradivost cijelog procesa. Osim toga, ova sirovina ima relativno mali talog nakon hlađenja. To znači da je moguće proizvoditi dijelove s vrlo malim tolerancijama, što je iznimno važno u proizvodnji moderne tehnologije.

Složenost ove metode je da kada se gotovi proizvodi odvoje od kalupa, mogu se oštetiti. Osim toga, ova metoda je prikladna samo za izradu dijelova s relativno malom debljinom stijenke. Činjenica je da će se debeli sloj metala stvrdnuti krajnje neravnomjerno, što će unaprijed odrediti stvaranje školjki i šupljina.

Različitosti instalacija za tlačno lijevanje

Svi strojevi koji se koriste u ovoj metodi lijevanja metalnih proizvoda podijeljeni su u dvije velike skupine: s toplom i hladnom komorom za lijevanje. "Vruća" sorta najčešće se može koristiti samo za legure na bazi cinka. U ovom slučaju, sama komora za lijevanje je uronjena u vrući metal. Pod pritiskomzrak ili poseban klip, teče u šupljinu za odljevak.

U pravilu nije potrebna jaka sila ubrizgavanja, dovoljan je pritisak do 35-70 MPa. Dakle, u ovom slučaju kalupi za lijevanje metala mogu biti puno jednostavniji i jeftiniji, što ima najpovoljniji učinak na konačnu cijenu proizvoda. U kalupima za hladno lijevanje, rastaljeni metal se mora „ugurati“duboko u komoru za lijevanje pod posebno visokim pritiskom. Istovremeno, može doseći 700 MPa.

Gdje se koriste brizgani dijelovi?

Oni su posvuda. U telefonima, računalima, fotoaparatima i perilicama, posvuda se nalaze detalji dobiveni ovom metodom. Posebno se široko koristi u strojarstvu, uključujući i one izravno povezane sa zrakoplovnom pa čak i svemirskom industrijom. Masa lijevanih dijelova može varirati od nekoliko grama do 50 kilograma (pa i više). Može li se koristiti neka druga "obrada" metala lijevanjem? Da, i postoji mnogo više načina.

Izgubljeni vosak

Kao i u prvom slučaju koji smo razmatrali, čovječanstvo je od davnina znalo za metodu ulijevanja rastaljenog metala u unaprijed pripremljen model od parafina ili voska. Jednostavno se stavlja u tikvicu, a praznine se popunjavaju pijeskom za kalupljenje. Talina otapa vosak i idealno ispunjava cijeli volumen primarnog obratka. Ova metoda je dobra jer model nije potrebno vaditi iz tikvice. Osim toga, ovim postupkom lijevanja moguće je dobiti dijelove jednostavno savršene kvalitetemetale je relativno lako automatizirati.

Lijevanje školjki

Ako je lijevanje relativno jednostavno, a "prostorna" čvrstoća od gotovog proizvoda nije potrebna, može se koristiti metoda lijevanja u kalupe. Izrađuju se od pamtivijeka, a kao osnova se koriste fini kvarcni pijesak i smola. Danas se, naravno, koriste različiti sintetički spojevi kao potonji.

Zatim se uzimaju sklopivi metalni modeli, koji se sastoje od dvije polovice, i postavljaju se na površinu zagrijanu na približno 300 stupnjeva Celzija. Zatim se smjesa za kalupljenje (od pijeska i suhe smole) ulije na isto mjesto tako da potpuno pokrije površinu metalnih modela. Pod utjecajem topline, smola se topi, a u debljini pijeska pojavljuje se prilično jaka "tikvica".

Čim se sve malo ohladi, metalni ingoti se mogu izvaditi, a pijesak poslati u pećnicu na “pečenje”. Nakon toga se dobivaju dovoljno jaki oblici: spajanjem njihove dvije polovice, u njih se može uliti rastopljeni metal. Koje druge metode lijevanja metala postoje?

Centrifugalno lijevanje

U ovom slučaju, talina se izlijeva u poseban oblik, koji se vrti vrlo velikom brzinom u horizontalnoj ili okomitoj projekciji. Kao rezultat djelovanja snažnih jednako primijenjenih centrifugalnih sila, metal se ravnomjerno slijeva u sve otvore kalupa, čime se postiže visoka kvaliteta gotovog proizvoda. Ova metoda lijevanja idealna je za proizvodnju raznih vrsta cijevi. Omogućuje stvaranje mnogo ujednačenije debljinezidova, što je izuzetno teško postići korištenjem "statičkih" metoda.

Elektrolijevanje troske

Postoje li neki načini lijevanja metala koji se s pravom mogu nazvati modernim? Lijevanje elektrotroskom. U tom se slučaju tekući metal najprije dobiva djelovanjem na prethodno pripremljenu sirovinu snažnim električnim lučnim pražnjenjima. Može se koristiti i metoda bez luka, kada se željezo topi od topline akumulirane troskom. Ali na posljednje utječu snažna pražnjenja.

Nakon toga, tekući metal, koji tijekom cijelog procesa nikada nije došao u dodir sa zrakom, ulazi u komoru za kristalizaciju koja je "u kombinaciji" ujedno i kalup za lijevanje. Ova metoda se koristi za relativno jednostavne i masivne odljevke, za čiju izradu nije potrebno poštivati mnoge uvjete.

Vakumsko punjenje

Primjenjuje se samo na "high-end" materijale kao što su zlato, titan, nehrđajući čelik. U tom slučaju metal se topi u vakuumskim uvjetima, a zatim se brzo (pod istim uvjetima) raspoređuje u kalupe. Metoda je dobra po tome što se pri njezinoj uporabi praktički isključuje stvaranje zračnih šupljina i šupljina u proizvodu, budući da je količina prisutnih plinova minimalna. Važno je zapamtiti da težina odljevaka u ovom slučaju ne može biti veća od sto ili dva kilograma.

Je li moguće nabaviti veće dijelove?

Da, takva tehnologija postoji. Ali može se koristiti samo u slučajevima kada se istodobno obrađuje sto tona čelika.i više. Najprije se metal topi u vakuumskim uvjetima, a zatim se izlijeva ne u kalupe, već u posebne kalupe za kalupljenje, koje su također zaštićene od ulaska zraka u njihovu šupljinu.

Nakon toga se gotova talina može rasporediti u kalupe iz kojih se također prethodno pumpom ispumpao zrak. Čelik dobiven kao rezultat takvog tehnološkog procesa prilično je skup. Koristi se za kovanje, kao i neke vrste istih odljevaka, kada je potrebno dobiti zareze i dijelove najviše kvalitete.

Lijevanje na rasplinjenim (izgorjelim) uzorcima

S obzirom na kvalitetu i jednostavnost lijevanja, ova metoda je jedna od najisplativijih, te se stoga sve više koristi u modernoj industriji. Takvo lijevanje metala, čija se proizvodnja iz godine u godinu povećava, posebno je popularno u NRK-u i SAD-u, budući da industrijske baze ovih dviju zemalja odlikuju najveća potreba za visokokvalitetnim čelikom. Prednost ove metode je što omogućuje proizvodnju odljevaka bez ograničenja težine i veličine.

Na mnogo načina, ova metoda je slična gore opisanim: na primjer, u ovom slučaju, primarni model se ne koristi od voska ili plastelina, već od sada raširene pjene. Budući da ovaj materijal ima svoje specifičnosti, mješavina vezivnog pijeska se pakira u tikvicu pod tlakom od oko 50 kPa. Najčešće se ova metoda prakticira u slučajevima kada je potrebno izraditi dijelove težine od 100 grama do dvije tone.

Međutim, već smo rekli da su neka stroga ograničenja napodaci o veličini br. Dakle, ovom metodom lijevanja mogu se proizvoditi čak i komponente za brodske motore, koje nikada nisu bile “skromne” veličine. Za svaku tonu metalnih sirovina troši se sljedeća količina dodatnih materijala:

• Kvarc fini pijesak - 50 kg.
• Poseban neljepljivi premaz - 25 kg.
• Granulirana polistirenska pjena - 6 kg.
• Gusta polietilenska folija - 10 sq. m.

Sav kalupni pijesak je čisti kvarcni pijesak bez ikakvih dodatnih aditiva i aditiva. Može se 95-97% višekratno koristiti, što uvelike poboljšava ekonomičnost i smanjuje troškove procesa.

Dakle, lijevanje metala (fiziku procesa smo djelomično razmatrali) je “višestruki” fenomen, budući da danas postoji mnogo novih metoda. U isto vrijeme, moderna industrija primjenjuje metode koje su bile u upotrebi prije nekoliko tisuća godina, donekle ih prilagođavajući sadašnjoj stvarnosti.