Termin „Casting piasku" można opisać produkt końcowy i proces jego wytwarzania. Jest to proces odlewania metalu wykonywany w miejscu zwanym "Odlewnią". Jest to jeden z najstarszych procesów. W tej technice odlewania metali materiałem formierskim jest piasek.
Odlewanie piasku to szeroko stosowany proces odlewania metali, polegający na tworzeniu formy z mieszaniny piasku i środka wiążącego, takiego jak glina. Technikę tę stosuje się do wytwarzania skomplikowanych części metalowych o różnych rozmiarach i kształtach.
W procesie odlewania piaskowego powstaje ponad 60% odlewów metalowych, które widzimy na co dzień. W tym artykule poznamy pełną definicję i przebieg tej techniki. Poznamy także cechy charakterystyczne, zalety i wady tego procesu.
Na tym blogu znajduje się przegląd pełnej sekwencji wymaganych kroków.
Co to jest odlewanie piaskowe?
Odlewanie piasku jest szeroko stosowanym procesem odlewania metali. Formę tworzy się poprzez zagęszczenie piasku wokół wzoru pożądanego obiektu. Następnie do formy wlewa się roztopiony metal, co pozwala na jego zestalenie. Po ochłodzeniu piasek jest usuwany, odsłaniając odlany metalowy przedmiot. Jest wszechstronny, ekonomiczny i nadaje się do różnych kształtów.
Podczas odlewania w piasku roztopiony metal wlewa się do wnęki jednorazowej formy piaskowej zawierającej pustą komorę o pożądanym kształcie, gdzie zestala się, tworząc element w kształcie wnęki. Glina, żywica epoksydowa, tynk, metali beton są przykładami materiałów odlewniczych.
Produkowane odlewy charakteryzują się niezwykle skomplikowaną geometrią w szerokim zakresie rozmiarów i mas. Proces ten jest często określany jako odlewanie metodą piaskową. Do odlewania w formach piaskowych nadają się metale o wysokich temperaturach topnienia, takie jak tytan, stal i nikiel.
Jedyną metodą odlewania, która działa z tymi materiałami, jest ta. W rezultacie technika ta jest najlepszą opcją do wytwarzania niedrogich i małych części w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Poniższa animacja przedstawia ten proces.
Elementy w odlewie piaskowym
Zanim poznamy etapy procesu, ważne jest zrozumienie części lub elementów używanych w procesie odlewania. Zapoznaj się z poniższym schematem odlewania piasku, aby poznać elementy.
Ryc. 1: Schemat odlewania piasku
- Cope i drag: Górna i dolna część układu rzutowego nazywane są odpowiednio chwytaniem i przeciąganiem. Są to przeważnie ramy drewniane
- Podstawka: Podstawka jest często nazywana podajnikiem. Jest to zbiornik i kanał zawarty w metalowej formie odlewniczej, aby zapobiec skurczowi metalu.
- Rynna: Rynna to kanał o zmniejszonej średnicy, używany w celu umożliwienia przepływu stopionego metalu w kierunku wnęki.
- Pleśń: Jest to wnęka wykonana z wzoru (kopia ostatecznego pożądanego odlewu), który jest w większości wykonany z piasku.
- Rdzeń: Rdzeń w odlewie piaskowym to urządzenie wkładane do wnęki formy w celu utworzenia elementów wewnętrznych odlewu, takich jak otwory.
- Brama: Jest to punkt, w którym metal dociera do wnęki formy i zaczyna do niej wpływać.
- Piasek bazowy: Znany jest również jako piasek podkładowy i jest najczystszą formą piasku (krzemionki).
- Spoiwa: spoiwem jest klej, który spaja ziarna piasku. Najpopularniejszym rodzajem spoiw jest glina & woda, olej, żywica i krzemian sodu.
Krok 1: Utwórz wzór
Wzór służy do tworzenia w piasku wgłębienia wielkości i kształtu odlewanej części.
Wzory są wykorzystywane ponownie, w przeciwieństwie do samej formy piaskowej. Niedrogie wzory mogą być wykonane z drewna lub tworzywa sztucznego lub dla większej trwałości z aluminium. Wzory są często wykonane z dwóch części, z których każda jest nieco większa niż część odlewana, aby umożliwić skurcz podczas stygnięcia metalu. Pionowe ściany wzorów mają niewielki kąt lub „przeciąg”, dzięki czemu wzór może się unieść bez wyciągania piasku.
Krok 2: Uformuj dwie połówki wnęki
Połówkę wzoru umieszcza się w pudełku, które otacza piasek. Wzór jest umieszczony w taki sposób, aby można go było później wyjąć, co oznacza, że wnęka odtwarza tylko połowę wzoru i nie mogą w nim występować żadne elementy ponownie wnikające.
Proces ten powtarza się dla drugiej połowy wzoru. Dodawane są dodatkowe wkładki, które zapewnią kanały umożliwiające przepływ metalu do wnęki. Wymiary tego „systemu wlewowego” określają szybkość wypełniania się wnęki. Wyższy przepływ zmniejsza ryzyko niewypełnienia, ale kosztem zwiększonych turbulencji, które mogą powodować wady odlewu.
Tradycyjny proces odlewania w piasku wykorzystuje „zielony” piasek. Odnosi się to raczej do wilgoci, a nie do koloru. Zielony piasek zawiera glinkę bentonitową, która spaja ziarna. Obecnie większość odlewów piaskowych odbywa się przy użyciu piasku żywicznego. Jest to piasek pokryty spoiwem żywicznym. Tworzy gęstsze, mocniejsze formy i dokładniejsze odlewy.
Krok 3: Włóż rdzenie
Rdzenie zajmują przestrzeń we wnęce formy, która w przeciwnym razie byłaby wypełniona metalem. Zwykle są wykonane z piasku i umieszczane w zagłębieniu przed połączeniem górnej i dolnej połowy.
Krok 4: Złóż osłonę i przeciągnij
Opór to dolna wnęka na piasek, kopuła to górna część zawierająca kanały doprowadzające metal. Razem zespół nazywa się kolbą. Kołki zapewniają dobre wyrównanie obu połówek. Obszar wnęki, w którym spotykają się dwie powierzchnie piasku, utworzy linię podziału na części odlewanej.
Krok 5: Wlać roztopiony metal
Metal wpływa do wnęki z wanny znajdującej się na górnej powierzchni formy. Gdy wnęka się wypełnia, metal unosi się w kanale zwanym pionem. Tworzy to zbiornik, który jest wciągany z powrotem do jamy, aby skompensować skurcz.
Miedź, brąz, mosiądz i żelazo mają tendencję do łatwego wylewania i płynięcia, ale niektóre inne stopy są mniej płynne, a niektóre, np. aluminium, mogą reagować z piaskiem. Można to zminimalizować poprzez zmniejszenie ekspozycji na powietrze i dodanie topników do roztopionego metalu.
Krok 6: Rozformowanie i wybicie
Po odlaniu metal pozostawia się do ostygnięcia i zestalenia. Po zakończeniu formy piaskowe są usuwane z kolby i wybijane części odlewane. Rozbija to również wszelkie rdzenie wbudowane w formę.
Następnie wycina się system wlewowy i pion, pozostawiając odlewy metalowe gotowe do obróbki.
Zastosowania do odlewania piasku
Jak wiemy, 70% odlewów metalowych pochodzi z proces odlewania piaskuniektóre z powszechnie znanych produktów lub części odlewów piaskowych wytwarzanych w tym procesie to korpusy pomp, tuleje, tłoki sprężarki powietrza, Wirniki, skrzynie korbowe silników & miski olejowe, przekładnie, koła zamachowe i gaz & zbiorniki na olej.
- Górnictwo i budownictwo: Odlewy piaskowe są wykorzystywane w górnictwie i budownictwie do produkcji elementów wyposażenia, takich jak części kruszarek, zęby koparki, łyżki koparek i płyty odporne na zużycie.
- Przemysł morski: Odlewy piaskowe są wykorzystywane w sektorze morskim do produkcji części silników okrętowych, śmigieł, osprzętu łodzi i innych elementów wymaganych do statków morskich.
- Koleje: W przemyśle kolejowym wykorzystuje się odlewy piaskowe do produkcji takich elementów, jak koła kolejowe, części układów hamulcowych i sprzęgła.
- Rolnictwo i sprzęt rolniczy: Odlewy piaskowe służą do produkcji części do maszyn rolniczych, w tym elementów ciągników, lemieszy i części systemów nawadniających.
Różnica między odlewaniem ciśnieniowym a odlewaniem piaskowym
Odlewanie ciśnieniowe polega na wtłaczaniu stopionego metalu do formy pod wysokim ciśnieniem, w wyniku czego powstają skomplikowane i precyzyjne kształty o gładkich powierzchniach. Natomiast w odlewaniu piaskowym wykorzystuje się formę wykonaną z zagęszczonego piasku, aby utworzyć bardziej złożone kształty, ale z nieco bardziej szorstkim wykończeniem.
| Aspekty | Odlewanie ciśnieniowe | Casting piasku |
| Proces | Roztopiony metal wtłaczany do metalowej formy | Roztopiony metal wlewa się do formy piaskowej |
| Pleśń | Forma trwała wykonana ze stali lub innej | Tymczasowa pleśń wykonana z zielonego piasku lub innego |
| Złożoność | Nadaje się do skomplikowanych i skomplikowanych kształtów | Lepiej nadaje się do prostszych kształtów i większych obiektów |
| Wykończenie powierzchni | Doskonałe wykończenie powierzchni i dokładność wymiarowa | Bardziej szorstkie wykończenie powierzchni i mniej precyzyjna dokładność wymiarowa |
| Prędkość | Wysoka wydajność produkcji | Niższy wskaźnik produkcji |
| Koszt | Wyższe koszty narzędzi i sprzętu | Niższe koszty narzędzi i sprzętu |
| Tworzywo | Szeroka gama metali, w tym stopy aluminium, cynku i miedzi | Różne metale, w tym żelazo, stal i stopy nieżelazne |
| Rozmiar | Nadaje się do małych i średnich obiektów | Nadaje się do małych i dużych obiektów |
| Tolerancja | Węższe tolerancje wymiarowe | Bardziej elastyczne tolerancje wymiarowe |
| Automatyzacja | Wysoce zautomatyzowany proces | Mniej zautomatyzowany proces |
| Aplikacja | Powszechnie stosowane w branżach takich jak motoryzacja, lotnictwo i elektronika | Szeroko stosowane w branżach takich jak odlewnictwo, sztuka i rzeźba |
Zalety odlewania piaskowego
Ze względu na swoją różnorodność w porównaniu do innych metod wytwarzania, odlewanie piasku umożliwia inżynierom budowanie skomplikowanych części z nieograniczonej różnorodności metali i stopów. Oto niektóre zalety odlewania w piasku.
- Części odlewane mogą mieć wielkość zaledwie kilku mililitrów i gramów lub metry i wiele ton.
- Żadna inna metoda nie zapewnia takich samych możliwości tworzenia skomplikowanych kształtów jak odlewanie w piasku
- Koszt sprzętu i oprzyrządowania jest niski w porównaniu z innymi procesami produkcyjnymi.
- Powstały złom można ponownie wykorzystać do wykonania kolejnego odlewu.
- Można go dostosować i stosować do szerokiej gamy materiałów, od metali o niskiej do wysokiej temperaturze topnienia.
Solidny i ekonomiczny
Proces odlewania piaskowego można dostosować do szerokiego zakresu stopów, wymiarów części i wielkości produkcji. Wykończenie powierzchni zależy od wielkości cząstek piasku, a dokładność zależy od precyzji wzoru i wyrównania pomiędzy podbiciem a oporem.
Ograniczeniami procesu jest konieczność stosowania kątów pochylenia na powierzchniach pionowych oraz linii podziału w miejscu styku obu połówek formy. Jednak w przypadku wielu części metalowych korzyści kosztowe przewyższają koszt obróbki mechanicznej tych elementów.
Wniosek
Podsumowując, odlewanie piasku wyróżnia się jako jeden z najbardziej wszechstronnych i powszechnie stosowanych procesów odlewania metali ze względu na prostotę, opłacalność i możliwość dostosowania do różnych kształtów i rozmiarów. Sześcioetapowy proces — począwszy od wykonania wzoru i przygotowania formy po wylewanie, chłodzenie i wykańczanie — gwarantuje, że nawet złożone projekty można realizować z precyzją i wydajnością. Ponieważ przemysł w dalszym ciągu wykorzystuje postęp w zakresie materiałów i technologii, odlewanie w piasku pozostanie podstawową techniką oferującą możliwości innowacji i ulepszeń. Rozumiejąc i opanowując ten proces, producenci mogą zwiększyć możliwości produkcyjne i dostarczać wysokiej jakości odlewy, które spełniają zapotrzebowanie.
Referencje
- H. P. D. Kumar, “Podstawy procesów wytwarzania odlewów,” Dziennik procesów produkcyjnych, tom. 19, nie. 3, s. 205-213, 2017.
- R. H. Perry, “Nowoczesne odlewnictwo: inżynieria technologii odlewania metali,” International Journal of zaawansowanej technologii produkcyjnej, tom. 94, nie. 1-4, s. 123-136, 2018.
- A. G. T. Rahman, “Materiały i Proces w Produkcji,” Materiały i procesy inżynieryjne, Springer Natura, 2020.
- A. B. D. R. Smith, “Przegląd odlewania piaskiem,” Przegląd technologii odlewania, tom. 32, nie. 2, s. 45-56, 2021.
- M. J. W. Hensley, “Optymalizacja procesu odlewania piaskowego pod kątem wydajności i jakości,” Journal of Mechanical Science, tom. 235, nie. 5, s. 1107-1116, 2022.
