Metalstøping: prosess, metoder, metoder

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Metal er grunnlaget for all moderne sivilisasjon. I løpet av et år trekker og behandler den moderne menneskeheten en slik mengde jern alene at før hele verden ville plukke det i minst et par århundrer. Og dette behovet er fullt berettiget, siden konstruksjonen alene tar utrolig mye stål. Ikke overraskende blir metallstøping under slike forhold stadig forbedret.

Litt av historien

Den viktigste egenskapen til jern å ta, stivnende, formen "foreslått" til det, la en person merke til i antikken. I dag antar nesten alle forskere at menneskets første bekjentskap med metall fant sted takket være meteoritter. Meteoritisk jern var smeltbart og enkelt å behandle, så det grunnleggende om støping ble studert av noen begynnende sivilisasjoner for lenge siden.

I vårt land har metallstøping vært en respektert og hederlig virksomhet i århundrer, folk har alltid behandlet dette håndverket med stor respekt. "Tsar Cannon" og "Tsar Bell" er viden kjent, som er mesterverk av casting-ferdighetene til russiske mestere, selv om en av dem aldri ringte, og den andre ikke skjøt. Uralhjul under Peter den stores regjeringstidfikk særlig berømmelse som leverandør av pålitelige våpen til hæren. Imidlertid bærer de med rette denne tittelen selv nå. Før vi ser på hovedtypene for metallstøping, er det nødvendig å si noen ord om de nødvendige egenskapene til råvarer.

Hva skal være metallet for støping

Den viktigste egenskapen til metallet som skal brukes til støping er dets flytbarhet. Legeringen i smeltet form skal flyte så lett som mulig fra en smeltedigel til en annen, mens den fyller de minste fordypningene. Jo høyere fluiditet, jo tynnere kan veggene gjøres i det ferdige produktet. Med metall som sprer seg dårlig er det mye vanskeligere. Under normale forhold klarer han å ta tak mye tidligere enn han fyller alle hullene i skjemaet. Dette er vanskeligheten industrifolk møter når de støper metalllegeringer.

Det er ingen overraskelse at støpejern har blitt støperiets favorittmateriale. Dette er fordi denne legeringen har utmerket flyt, noe som gjør den relativt enkel å jobbe med. Stål er langt fra så flytende, og derfor, for å fylle formen helt (slik at det ikke blir hulrom og tomrom), må man ty til en rekke triks.

I det enkleste tilfellet, når hjemmemetallstøping er nødvendig, smeltes råvarene og helles i vann i små porsjoner: spesielt slik kan du lage søkke for fiske. Men denne metoden er relativt mye brukt selv i våpenindustrien! Fra toppen av et spesielt tårn, som ligner et kjøletårn i omriss, smeltetmetall. Høyden på strukturen er slik at en perfekt utformet dråpe, allerede avkjølt, når bakken. Slik produseres hagl i industriell skala.

Earth-casting-metode

Den enkleste og eldgamle metoden er å støpe metall i bakken. Men dens "enkelhet" er et relativt betinget konsept, siden dette arbeidet krever ekstremt møysommelig forberedelse. Hva betyr det?

Først lages en full størrelse og mest detaljert modell av fremtidens støping i modellbutikken. Dessuten bør størrelsen være noe større enn produktet som skal oppnås, siden metallet vil sette seg når det avkjøles. Som regel er modellen gjort avtakbar, fra to halvdeler.

Når dette er gjort, klargjøres den spesielle formsanden. Hvis det fremtidige produktet skal ha indre hulrom og tomrom, vil det også være nødvendig å forberede stengene, samt en ekstra støpemasse. De må midlertidig fylle de områdene som er "tomme" i den ferdige delen. Hvis du er interessert i å støpe metaller hjemme, husk å ha dette i bakhodet, for ellers kan en allerede fylt kolbe ganske enkelt bli revet i stykker av press, og konsekvensene av dette kan være de tristeste.

Hva er støpesand laget av?

Grunnlaget er ulike kvaliteter av sand og leire, samt bindemidler. Deres rolle kan spilles av naturlige og syntetiske oljer, tørkeolje, harpiks, kolofonium og til og med tjære.

Deretter kommer molders tid, som har som oppgave å lage former. Hvis du forklarerenklere, det gjøres slik: en treboks tas, halvparten av formen er plassert i den (den er også avtakbar), og hullene mellom veggene til modellen og formen er tilstoppet med en støpesammensetning.

Det samme gjøres med andre halvdel og fest begge delene med pinner. Det er viktig å merke seg at to spesielle kjegler settes inn i den delen av formen som vil være på toppen når den helles. En av dem brukes til å helle smeltet metall, den andre - for å slippe ut ekspanderende gasser.

Slutt på forberedende fase

Og nå er det tid for kanskje den mest avgjørende delen av operasjonen. Kolbene er veldig nøye adskilt, og prøver å forhindre brudd på integriteten til sanden. Etter det gjenstår to klare og detaljerte avtrykk av den fremtidige delen i bakken. Etter det er de dekket med en spesiell maling. Dette gjøres for at det smeltede metallet ikke skal komme i direkte kontakt med sandbakken. Metallstøpeteknologi bør ikke tillate dette, ellers kan kvaliteten på det ferdige produktet forringes betydelig.

Hvis dette er nødvendig, kuttes det samtidig en ekstra portpassasje, som er nødvendig for å helle smelten. Kolbene brettes igjen og kobles så fast som mulig. Når sanden er litt tørr, kan du begynne å støpe.

Start casting

Først, i kupoler, det vil si spesialovner, smeltes støpejernsemner. Hvis det er nødvendig å støpe stål, smeltes råvarene i masovner, åpen ildsted, inverter og andre ovner. Å ta innsmeltetilstand for ikke-jernholdige metaller, bruk spesialiserte smelteutstyr.

Alt, du kan begynne å caste. Hvis det bare er en form, helles smelten i den med en øse, individuelt. I andre tilfeller er som regel en transportør organisert: enten går et belte med emner under øsen, eller øsen beveger seg over rekkene med kolber. Alt avhenger utelukkende av organiseringen av produksjonen. Når tiden kommer og metallet avkjøles, tas det ut av formen. I prinsippet er denne metoden ideell i tilfeller der metallstøping er nødvendig hjemme (for eksempel for en smie). Noe mer perfekt under slike forhold vil uansett ikke bli oppnådd.

Sandblåse- eller slipemaskiner fjerner avleiring og vedheftende støpesand fra det ferdige produktet. Forresten, denne metoden ble aktivt brukt i produksjonen av tanks under den store patriotiske krigen. Slik ble støpte tårn produsert, og denne prosessens enkelhet og produksjonsevne gjorde det mulig å produsere et stort antall militære kjøretøy som fronten trengte så mye. Hvilke andre typer metallstøping finnes?

Die casting

Men nå bruker de mye mer avanserte og teknologisk avanserte metoder for produksjon av støpte produkter. For eksempel metallstøping i en kjøleform. I prinsippet ligner denne metoden i mange henseender den som er beskrevet ovenfor, siden det i dette tilfellet også brukes støpeformer. Bare samtidig er de metall, noe som i stor grad forenkler prosessen med storskala produksjon.

Så kjegler og stenger settes inn i to halvdeler (for å helle metall og danne tomrom), ogfest dem deretter godt til hverandre. Alt, du kan komme på jobb. Det særegne ved denne metoden er at her stivner det smeltede metallet ekstremt raskt, det er mulighet for tvungen avkjøling av formene, og derfor er frigjøringsprosessen mye raskere. Med bare én form kan du få hundrevis, om ikke tusenvis, av støpegods, uten å bruke mye tid på individuell klargjøring av former og sand.

Noen ulemper med metoden

Ulempen med denne støpemetoden er det faktum at bare de typer metaller som er kjennetegnet ved økt fluiditet i smeltet form er egnet for den. For eksempel er bare trykkstøping egnet for stål (omtrent nedenfor), siden dette materialet ikke har god fluiditet i det hele tatt. Under påvirkning av trykkluft tar selv de mest "duktile" stålkvalitetene den nødvendige formen mye bedre. Det dårlige er at en vanlig kjøleform rett og slett ikke tåler slike ekstreme produksjonsforhold og vil falle fra hverandre. Derfor må du bruke en spesiell produksjonsmetode, som vi vil diskutere nedenfor.

Injeksjonsstøping

Hvordan utføres pressstøping - under trykk - av metaller? Vi har allerede vurdert noen aspekter ovenfor, men det er fortsatt nødvendig å avsløre dette problemet mer detaljert. Alt er ganske enkelt. For det første er det nødvendig med en støpeform laget av kvalitetsstålkvaliteter, som kan være en flertrinns, kompleks indre form. For det andre trenger vi pumpeutstyr som kan levere fra syv til syv hundre MP.

Hovedfordeldenne smeltemetoden har høy produktivitet. Hva annet gir sprøytestøping? I dette tilfellet brukes mye mindre metall, og overflatekvaliteten på det ferdige produktet er veldig bra. Sistnevnte omstendighet innebærer avvisning av en kompleks og ganske trist rengjørings- og slipeprosedyre. Hvilke materialer er de beste materialene for denne produksjonsmetoden for å produsere ferdige produkter og deler?

De mest brukte legeringene er basert på aluminium, sink, kobber og tinn-bly (støping av ikke-jernholdige metaller). Deres smeltetemperatur er relativt lav, og derfor oppnås en meget høy produksjonsevne av hele prosessen. I tillegg har dette råmaterialet et relativt lite sediment ved avkjøling. Dette betyr at det er mulig å produsere deler med svært små toleranser, noe som er ekstremt viktig ved produksjon av moderne teknologi.

Kompleksiteten til denne metoden er at når de ferdige produktene skilles fra formene, kan de bli skadet. I tillegg er denne metoden kun egnet for fremstilling av deler med relativt liten veggtykkelse. Faktum er at et tykt lag av metall vil herde ekstremt ujevnt, noe som vil forhåndsbestemme dannelsen av skjell og hulrom.

Utvalg av installasjoner for trykkstøping

Alle maskiner som brukes i denne metoden for støping av metallprodukter er delt inn i to store grupper: med et varmt og kaldt støpekammer. Den "varme" varianten kan oftest kun brukes til sinkbaserte legeringer. I dette tilfellet er selve støpekammeret nedsenket i varmt metall. Under pressluft eller et spesielt stempel, strømmer den inn i støpehulen.

Som regel er det ikke nødvendig med sterk injeksjonskraft, trykk opp til 35-70 MPa er nok. Så i dette tilfellet kan former for metallstøping være mye enklere og billigere, noe som har den gunstigste effekten på den endelige kostnaden for produktet. I kaldstøpeformer må det smeltede metallet "drives" dypt inn i støpekammeret under spesielt høyt trykk. Samtidig kan den nå 700 MPa.

Hvor brukes sprøytestøpte deler?

De er over alt. I telefoner, datamaskiner, kameraer og vaskemaskiner, over alt er det detaljer innhentet ved hjelp av denne spesielle metoden. Det er spesielt mye brukt av maskinteknikk, inkludert de som er direkte relatert til luftfarten og til og med romfartsindustrien. Massen av støpte deler kan variere fra noen få gram til 50 kilo (og enda høyere). Kan annen "bearbeiding" av metaller ved støping brukes? Ja, og det er mange flere måter.

Mist voksavstøpning

Som i det aller første tilfellet vi vurderte, siden antikken har menneskeheten visst om metoden for å helle smeltet metall inn i en forhåndsforberedt modell laget av parafin eller voks. Den legges ganske enkelt i kolben og hullene fylles med støpesand. Smelten løser opp voksen og fyller ideelt sett hele volumet til det primære arbeidsstykket. Denne metoden er god fordi modellen ikke trenger å tas ut av kolben. I tillegg er det mulig å skaffe deler av rett og slett perfekt kvalitet, denne støpeprosessenmetaller er relativt enkle å automatisere.

Shell-casting

Hvis støpingen er relativt enkel, og det ikke kreves "rom"-styrke fra det ferdige produktet, kan metoden for støping i skallformer brukes. De har blitt laget i uminnelige tider, og fin kvartssand og harpiks er brukt som grunnlag. I dag brukes selvfølgelig ulike syntetiske forbindelser som sistnevnte.

Deretter tas sammenleggbare metallmodeller, bestående av to halvdeler, og plasseres på en overflate som er oppvarmet til omtrent 300 grader Celsius. Deretter helles støpeblandingen (fra sand og tørr harpiks) på samme sted slik at den dekker overflaten til metallmodellene helt. Under påvirkning av varme smelter harpiksen, og en ganske sterk "kolbe" vises i tykkelsen på sanden.

Så snart det hele avkjøles litt, kan metallblokker fjernes, og sanden kan sendes til ovnen for "steking". Etter det oppnås tilstrekkelig sterke former: ved å koble sammen deres to halvdeler, kan smeltet metall helles inn i dem. Hvilke andre metallstøpemetoder finnes?

sentrifugalstøping

I dette tilfellet helles smelten i en spesiell form, som roterer med svært høy hastighet i horisontal eller vertikal projeksjon. Som et resultat av virkningen av kraftige like påførte sentrifugalkrefter, flyter metallet jevnt inn i alle hull i formen, og oppnår dermed en høy kvalitet på det ferdige produktet. Denne støpemetoden er ideell for produksjon av ulike typer rør. Det gjør det mulig å danne en mye mer jevn tykkelsevegger, noe som er ekstremt vanskelig å oppnå ved bruk av "statiske" metoder.

Elektroslaggstøping

Finnes det noen måter å støpe metaller på som med rette kan kalles moderne? Elektroslagstøping. I dette tilfellet oppnås det flytende metallet først ved å virke på det tidligere tilberedte råmaterialet med kraftige elektriske lysbueutladninger. Den lysbuefrie metoden kan også brukes når jern smeltes fra varmen akkumulert av slagget. Men den siste er påvirket av kraftige utslipp.

Deretter kommer det flytende metallet, som aldri har kommet i kontakt med luft gjennom hele prosessen, inn i krystalliseringskammeret, som "i kombinasjon" også er en støpeform. Denne metoden brukes til relativt enkle og massive støpegods, for fremstilling som mange forhold ikke trenger å overholdes.

Vakuumfylling

Gjelder kun "high-end" materialer som gull, titan, rustfritt stål. I dette tilfellet blir metallet smeltet under vakuumforhold, og deretter raskt (under samme forhold) fordelt i former. Metoden er god ved at når den brukes, er dannelsen av lufthulrom og hulrom i produktet praktisk t alt utelukket, siden mengden av gasser som er tilstede der er minimal. Det er viktig å huske at vekten av støpegods i dette tilfellet ikke kan overstige hundre eller to kilo.

Er det mulig å få større deler?

Ja, slik teknologi finnes. Men det kan bare brukes i tilfeller hvor hundre tonn stål behandles samtidig.og mer. Først smeltes metallet under vakuum, og deretter helles det ikke i former, men i spesielle støpeøser, som også er beskyttet mot luft som trenger inn i hulrommet.

Deretter kan den ferdige smelten fordeles i former, hvorfra også luften tidligere ble pumpet ut med pumpe. Stålet oppnådd som et resultat av en slik teknologisk prosess er ganske dyrt. Den brukes til smiing, samt noen typer av samme støping, når det kreves for å få emner og deler av høyeste kvalitet.

Casting på gassifiserte (utbrente) mønstre

Når det gjelder støpekvalitet og enkelhet, er denne metoden en av de mest lønnsomme, og derfor brukes den mer og mer i moderne industri. Slik metallstøping, hvis produksjon øker år for år, er spesielt populær i Kina og USA, siden industribasene til disse to landene utmerker seg med det største behovet for stål av høy kvalitet. Fordelen med denne metoden er at den tillater produksjon av støpegods uten restriksjoner på vekt og størrelse.

På mange måter er denne metoden lik de som er beskrevet ovenfor: for eksempel, i dette tilfellet brukes primærmodellen ikke fra voks eller plastelina, men fra det nå utbredte skummet. Siden dette materialet har sine egne spesifikasjoner, pakkes bindemiddelsandblandingen inn i kolben under et trykk på ca. 50 kPa. Oftest praktiseres denne metoden i tilfeller der det er nødvendig å lage deler som veier fra 100 gram til to tonn.

Vi har imidlertid allerede sagt at noen strenge restriksjoner påstørrelsesdetaljer nr. Så ved å bruke denne støpemetoden kan til og med komponenter for skipsmotorer produseres, som aldri har vært "beskjeden" i størrelse. For hvert tonn metallråvarer forbrukes følgende mengde tilleggsmaterialer:

• Sand kvarts fin - 50 kg.
• Spesial non-stick belegg - 25 kg.
• Granulert polystyrenskum - 6 kg.
• Tett polyetylenfilm - 10 kvm. m.

All formsand er ren kvartssand uten ekstra tilsetningsstoffer og tilsetningsstoffer. Det kan være omtrent 95–97 % gjenbrukbart, noe som forbedrer økonomien betraktelig og reduserer kostnadene ved prosessen.

Derfor er metallstøping (fysikken i prosessen ble delvis vurdert av oss) et "mangfoldig" fenomen, siden det i dag er mange nye metoder. Samtidig bruker moderne industri metoder som har vært i bruk for flere tusen år siden, noe som tilpasser dem til dagens realiteter.