Kas yra metalo liejimas?

Metalo liejimas, metalo apdirbimo procesas, apimantis skystą metalą ir formą, gyvuoja tūkstančius metų.

Per savo istoriją metalo liejimas buvo naudojamas gaminant viską nuo kardų iki vėjo turbinų, o šiandien tai yra vienas vertingiausių ir universaliausių būdų gaminti aukštos kokybės metalines dalis.

Šiame vadove apžvelgiami metalo liejimo pagrindai, įskaitant daugybę jo variantų – liejimą slegiamuoju liejimu, liejimą investiciniu būdu ir kt. – ir dažniausiai liejamus metalus.

Kas yra metalo liejimas?

Metalo liejimas yra tipas liejimo procesas Tai apima išlydyto skysto metalo supylimą į formą.

Formos vidus sukurtas taip, kad sukuriamas neigiamas detalės įspūdis, todėl kai išlydytas metalas atvėsta ir formoje sukietėja, jis įgauna paskutinės dalies formą. Tada gatavą dalį galima išimti iš formos.

Priklausomai nuo gaminamų dalių ir naudojamų metalų, yra įvairių metalo liejimo atmainų, kurių kiekviena turi savo privalumų. Šių veislių raštai, formos ir užpildymo būdai gali labai skirtis.

Nors metalo liejimas yra universalus procesas, liejamoms dalims taikomi tam tikri konstrukcijos apribojimai, todėl inžinieriai turi atsižvelgti į metalo susitraukimą aušinimo etape.

Metalo liejimo supratimas

Centrinė metalo liejimas Šis procesas apima metalo kaitinimą, supilimą į formą, laukiant, kol jis atvės ir sukietės, tada išimama gatava dalis iš formos. Realiai proceso etapų gali būti daug daugiau, o skirtingi metalo liejimo procesai veikia skirtingai.

Toliau pateikiama supaprastinta metalo liejimo proceso apžvalga. Atminkite, kad kai kurie etapai skirtingiems liejimo variantams skiriasi, o kai kurie iš viso praleisti.

1. Rašto kūrimas: pradedant nuo pradžių, daugeliui metalo liejimo procesų reikia sukurti raštą – galutinės dalies, kuri naudojama formoms gaminti, dublikatą. Raštai gali būti nuolatiniai arba išnaudojami ir gali būti pagaminti iš tokių medžiagų kaip vaškas, mediena ir plastikas.

2. Šerdies gamyba: tuščiavidurių dalių liejimui gali prireikti suprojektuoti šerdį – vientisą medžiagos gabalą, įdėtą į formos ertmę, kuri formuoja liejamos dalies vidinę geometriją. (Pavyzdžiui, didesnėje cilindrinėje formoje esanti cilindrinė šerdis pagamins vamzdžio formos liejamą dalį.)

3. Formos gamyba: Formos gaminamos įvairiais būdais, priklausomai nuo proceso. Pavyzdžiui, nuolatinės metalinės formos gali būti pagamintos naudojant CNC stakles, o smėlio formos – tepant smėlio mišinį ant rašto išorės. Liejimo formų gamybos praktika yra žinoma kaip liejimo formų gamyba ir yra specializuota disciplina.

4. Formos užpildymas: metalas kaitinamas, kol išsilydo, tada pilamas arba supilamas į formą. Pavyzdžiui, liejant gravitacijos būdu, išlydyta medžiaga pilama žemyn į ertmę; liejant aukštu slėgiu, jis yra įstumiamas į ertmę esant aukštam slėgiui, naudojant dideles suspaudimo jėgas, kurių reikia, kad štampas būtų saugus.

5. Detalės nuėmimas: Kai liejama dalis atvėsinama ir sukietėja, ji išimama iš formos. Atliekant tokius procesus kaip liejimas smėliu, tai reiškia, kad forma turi būti sunaikinta, kad patektų į viduje esančią dalį; nuolatinėms formoms dvi metalinės formos pusės ištraukiamos ir vėl paruoštos naudoti.

6. Tolesnis apdorojimas. Prieš paruošiant naudoti metalines dalis, gali reikėti išvalyti – pavyzdžiui, pašalinti formos likučius – arba atlikti kitus tolesnio apdorojimo veiksmus.

Metalo liejimo privalumai

Yra daugybė priežasčių, kodėl verta rinktis metalo liejimą, o ne kitus metalo apdirbimo būdus, tokius kaip kalimas ar CNC apdirbimas. Kai kurie pagrindiniai metalo liejimo pranašumai yra šie:

• Tinka masinei gamybai
• Gali gaminti dideles ir sunkias dalis
• Gali gaminti labai storasienes dalis
• Tinka didelėms vientisoms dalims (o ne surinktiems komponentams)
• Puikios laikančiosios savybės
• Idealiai tinka kai kuriems lengviems lydiniams
• Medžiagos universalumas

Metalo liejimo apribojimai apima neišvengiamus defektus, ribotą matmenų tikslumą (palyginti su, pvz., CNC apdirbimu), darbo intensyvumą ir paprastai didelius minimalius užsakymo kiekius.

Pagrindiniai metalo liejimo tipai

Liejimas ant spaudimo

Vienas iš svarbiausių metalo liejimo būdų sudėtingoms ir detalioms detalėms, štampavimo liejimas kaip įrankį naudoja du daugkartinio naudojimo įrankių plieno štampus. Procesas panašus į plastikinį liejimą įpurškiant: išlydyta medžiaga aukštu slėgiu įstumiama į ertmę, todėl inžinieriai gali pagaminti detales su smulkiomis detalėmis.

Nestandartinių štampų kūrimo kaina yra didelė, todėl šis procesas labiau paplitęs masinėje gamyboje. Tačiau pagamintus šiuos štampus galima naudoti daug kartų. Liejiniai paprastai turi puikią paviršiaus apdailą.

Aliuminio liejimas ir magnio liejimas yra plačiai naudojami aukštos kokybės detalėms gaminti.

Gravitacinis liejimas

Kaip ir liejimas slėginiu būdu, gravitacijos liejimas yra metalo liejimo būdas naudojant daugkartinę metalinę formą. Tačiau gravitacijos liejimas priklauso nuo gravitacinių jėgų, kad skystas metalas judėtų per formą iš viršaus į apačią, o ne nuo slėgio. Formos turi būti pašildytos prieš pirmą liejimą ir dažnai gaminamos iš ketaus dėl mažo terminio nuovargio.

Gravitacinis liejimas buvo senesnis nei visi kiti metalo liejimo būdai, o gravitacijos liejimo dalys egzistuoja tūkstantmečius. Tai nuolatinio liejimo forma; gravitacijos liejimo proceso alternatyvos yra dujų slėgis ir vakuumas.

Investicinis liejimas (prarastas vaško liejimas)

Investicinis liejimas arba prarasto vaško liejimas – tai metalo liejimo būdas naudojant besinaudojantį raštą ir formą: liejimo metu abu daiktai sunaikinami (nors išlydytas vaškas dažnai gali būti panaudotas pakartotinai).

Kaip ir gravitacijos liejimui, investiciniam liejimui yra tūkstančiai metų. Praradus vaško liejimo procesą iš vaško arba lygiavertės medžiagos – kartais rankomis, kartais naudojant dervos 3D spausdintuvą – daromas raštas, prieš tai aplink raštą pilant ugniai atsparią medžiagą, kad būtų suformuota forma.

Investicija yra keraminis sluoksnis, padengtas aplink raštą, kuris vėliau veikia kaip išlydyto metalo forma. Šis keraminis sluoksnis pašalinamas per procesą, vadinamą pardavimu.

Smėlio liejimas

Smėlio liejimas yra paprastas šimtmečių senumo metalo liejimo būdas ir yra pigesnis nei alternatyvūs metodai. Jame naudojamas smėlis (sumaišytas su rišamąja medžiaga, tokia kaip molis), kaip pelėsių medžiaga, o formos gali atlaikyti didelę šilumą.

Smėlio liejimo procese raštas panardinamas į smėlį, esantį specialioje dėžutėje, vadinamoje kolba. Sutankinus smėlį aplink raštą, galima pagaminti formą, į kurią galima supilti išlydytą metalą.

Metalo liejimo procese naudojamas smėlis gali būti žalias smėlis (šlapias molis) arba ore kietas smėlis (sausas smėlis su klijais).

Kiti liejimo procesai

Gamyboje naudojama dar dešimtys metalo liejimo procesų, įskaitant liejimą iš priemolio ir apvalkalo – tiek naudojamų formų procesus, tiek nuolatinius liejimo procesus, tokius kaip išcentrinis liejimas ir nuolatinis liejimas.

Liejimo slėgis: didelis ar mažas?

Metalo liejimas yra vertingas metalo apdirbimo procesas, kurį galima suskirstyti į dvi papildomas kategorijas: aukšto slėgio liejimą ir žemo slėgio liejimą. Tinkamo slėgio pasirinkimas priklauso nuo tokių veiksnių kaip medžiaga, sienelės storis ir dalies dydis.

Aukšto slėgio liejimas yra labiau paplitęs būdas nei žemo slėgio liejimas ir naudojamas daugiau nei du kartus dažniau.

Idealiai tinka minkštiems lydiniams, tokiems kaip aliuminis ir cinkas, liejimas aukštu slėgiu apima skysto metalo spaudimą į formą aukštu slėgiu ir dideliu greičiu, todėl reikia galingo preso, kad forma būtų uždaryta. Todėl procesas yra brangesnis nei žemo slėgio liejimas.

Aukšto slėgio liejimo pranašumai:

• Greita gamyba
• Galimos plonos sienos
• Lygus paviršiaus apdaila
• Minimalus susitraukimas

Žemo slėgio liejimas yra lėtesnė liejimo forma, kuri švelniau priverčia išlydytą metalą į formą. Jis tinka lydiniams, kurių lydymosi temperatūra yra žema. Nors lėtesnis nei liejimas aukštu slėgiu, metalo liejimo žemu slėgiu procesas tinka sudėtingoms geometrijoms ir gali pagaminti labai stiprias dalis.

Žemo slėgio liejimo pranašumai:

• Stiprios dalys
• Sudėtingos geometrijos

Liejami metalai

Liejimo procesui tinka įvairūs metalai. Tačiau trys dažniausiai „Kbear Metal“ priimtinos liejimo medžiagos yra aliuminis, cinkas ir magnis.

Aliuminio liejimas

Aliuminio liejimas yra labiausiai paplitusi aliuminio formavimo priemonė. Jis naudojamas gaminant pramonines ir automobilių dalis, pvz., transmisijas ir variklius iš lydinių, tokių kaip A380 ir A383.

Yra keletas aliuminio liejimo būdų. Aliuminio liejimas puikiai tinka didelės apimties gamybai dėl savo greičio ir puikios paviršiaus apdailos; nuolatinis liejimas į formą tinka ypač tvirtoms aliuminio dalims; o smėlio liejimas tinka mažų kiekių ir sudėtingos geometrijos aliuminio liejimui.

Nepriklausomai nuo liejimo proceso, iš aliuminio liejimo gaunamos tvirtos ir lengvos dalys, todėl jos yra labai universalios.

Cinko liejimas

Cinko lydiniai yra populiarūs, prieinami ir plačiai prieinami metalai, tinkami liejimui. Cinko liejimas paprastai apima liejimą aukštu slėgiu, todėl užtikrinamas didelis gamybos greitis ir minimalūs tolesnio apdorojimo reikalavimai.

Dėl didelio cinko liejimo sklandumo, liejant cinką gali susidaryti dalys su labai plonomis sienelėmis ir smulkiomis detalėmis. Cinkas taip pat gali būti formuojamas šaltuoju būdu, kad būtų geresnis sujungimas.

Gamintojai gali rinktis ZAMAK cinko lydinius arba cinko ir aliuminio (ZA) lydinius. Lietojo cinko dalys apima automobilių komponentus, oro kondicionavimo dalis ir elektroninius komponentus.

Magnio liejimas

Liejimas, ypač liejimas aukštu slėgiu, yra labiausiai paplitęs metalo apdirbimo procesas gaminant magnio dalis, sudarantis apie 98 % magnio dalių gamybos.

Kadangi magnis yra lengviausias iš visų konstrukcinių metalų, jis idealiai tinka lengviems darbams. Kiti magnio liejimo pranašumai yra labai plonos sienos, puikios detalės ir geras standumo ir svorio santykis.

Mažais kiekiais magnio dalys taip pat gali būti pagamintos naudojant gipso liejimą, tačiau profesionaliam naudojimui geriausiai tinka magnio liejimas.

Išvada

Apibendrinant, metalo liejimas Tai senas gamybos procesas, kuris per šimtmečius labai išsivystė, leidžiantis gaminti daugybę gaminių – nuo ​​sudėtingų mašinų komponentų iki didelio masto pramoninių struktūrų. Dėl universalumo ir efektyvumo jis yra tinkamiausias pasirinkimas įvairiose pramonės šakose, įskaitant automobilių, aviacijos ir plataus vartojimo prekes.

Įvairūs liejimo būdai – nuo ​​liejimo slėginiu būdu iki liejimo smėliu – suteikia aiškių pranašumų, pritaikytų įvairioms reikmėms, todėl inžinieriai gali pasiekti konkrečius dizainus, leistinus nuokrypius ir medžiagų savybes. Nepaisant kai kurių būdingų apribojimų, pvz., galimų defektų ir didelių darbo poreikių, metalo liejimo pranašumai, įskaitant masinės gamybos ekonomiškumą ir medžiagų universalumą, ir toliau stiprina pagrindinį vaidmenį šiuolaikinėje gamyboje.

Kadangi gamintojai susiduria su didėjančia sudėtingų geometrijų ir lengvų komponentų paklausa, metalo liejimo procesų naujovės greičiausiai atvers kelią tolesniam tikslumo ir efektyvumo gerinimui. Suprasdami metalo liejimo pagrindus ir sudėtingumą, pramonės specialistai gali geriau panaudoti šią vertingą gamybos techniką, kad sukurtų aukštos kokybės metalines dalis, atitinkančias griežtus šiandienos veikimo standartus.

Nuorodos

• Enciklopedija Britannica. “Metalo liejimas.” Britannica
• ASM International. “Liejimo procesai.” ASM.org
• Schmid, H. (2019). Inžinerinių medžiagų gamybos procesai. Pearsono išsilavinimas.
• D. F. Pritchettas. (2012). Liejimo technologija. Woodhead Publishing.
• Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2018). Medžiagų mokslas ir inžinerija: įvadas. Wiley.