Termenul „Turnare de nisip” poate fi folosit pentru a descrie produsul final și procesul de realizare. Este un proces de turnare a metalului realizat într-un loc numit „Tunătorie”. A rămas unul dintre cele mai vechi procese. Nisipul este folosit ca material de matriță în această tehnică de turnare a metalului.
Turnare cu nisip este un proces de turnare a metalelor utilizat pe scară largă care implică crearea unei matrițe dintr-un amestec de nisip și un agent de legare, cum ar fi argila. Această tehnică este folosită pentru a produce piese metalice complexe de diferite dimensiuni și forme.
Procesul de turnare cu nisip este folosit pentru a crea mai mult de 60% din turnările metalice pe care le vedem în viața noastră de zi cu zi. Să învățăm definiția completă și procesul tehnicii din acest articol. De asemenea, vom afla caracteristicile, avantajele și dezavantajele procesului.
Acest blog oferă o prezentare generală a secvenței complete de pași implicați.
Ce este turnarea cu nisip?
Turnare cu nisip este un proces de turnare a metalelor utilizat pe scară largă. O matriță este creată prin compactarea nisipului în jurul unui model al obiectului dorit. Metalul topit este apoi turnat în matriță, permițându-i să se solidifice. După răcire, nisipul este îndepărtat, dezvăluind obiectul de metal turnat. Este versatil, rentabil și potrivit pentru diferite forme.
În turnarea cu nisip, metalul topit este turnat într-o cavitate într-o matriță de nisip de unică folosință care conține o cameră goală de forma dorită, unde se solidifică pentru a crea componenta în formă de cavitate. Argila, epoxidic, ipsos, metalși betonul sunt toate exemple de materiale de turnare.
Piesele turnate produse au geometrii extrem de complicate într-o gamă largă de dimensiuni și greutăți. Procesul este adesea denumit o turnare turnată în nisip. Metalele cu temperaturi ridicate de topire, cum ar fi titanul, oțelul și nichelul, sunt potrivite pentru turnarea în nisip.
Singura metodă de turnare care funcționează cu aceste materiale este aceasta. Ca rezultat, tehnica este cea mai bună opțiune pentru fabricarea de piese mici și accesibile în industria auto și aerospațială. Animația de mai jos arată procesul.
Elemente în turnarea în nisip
Înainte de a învăța pașii implicați în proces, este important să înțelegem piesele sau elementele folosite în procesul de turnare. Consultați diagrama de turnare cu nisip de mai jos pe măsură ce aflați despre elemente.
Fig 1: Diagrama turnării cu nisip
- Cope and Drag: partea de sus și partea de jos a unui aranjament de turnare se numesc cope și, respectiv, drag. Sunt de obicei rame din lemn
- Riser: Un riser este adesea numit alimentator. Este un rezervor și un pasaj incluse într-o matriță de turnare a metalului pentru a evita contracția metalului.
- Runner: Un canal este un canal cu un diametru redus folosit pentru a permite curgerea metalului topit spre cavitate.
- Mucegai: Este o cavitate realizată dintr-un model (copie a turnării finale dorite) care este în mare parte din nisip.
- Miez: Miezul în turnarea cu nisip este un dispozitiv introdus în cavitatea matriței pentru a crea caracteristici interioare în turnare, cum ar fi găurile.
- Poarta: Este punctul în care metalul ajunge în cavitatea matriței și începe să curgă în ea.
- Nisip de bază: Acesta este cunoscut și sub numele de nisip de fundație și este cea mai pură formă de nisip (silice).
- Lianți: Adezivul care ține împreună boabele de nisip este agentul de legare. Cele mai comune tipuri de lianți sunt argila & apă, ulei, rășină și silicat de sodiu.
Pasul 1: Produceți un model
Modelul este folosit pentru a crea o cavitate în nisip de dimensiunea și forma piesei turnate.
Modelele sunt refolosite, spre deosebire de matrița de nisip în sine. Modelele ieftine pot fi realizate din lemn sau plastic sau, pentru o durabilitate mai mare, din aluminiu. Modelele sunt adesea realizate în două bucăți, fiecare puțin mai mare decât piesa turnată pentru a permite contracția pe măsură ce metalul se răcește. Pereții verticali ai modelelor au un unghi ușor sau „curenț”, astfel încât modelul se poate ridica fără a scoate nisipul.
Pasul 2: Formați două jumătăți ale cavității
O jumătate de model este plasat într-o cutie în care este împachetat nisip în jurul său. Modelul este poziționat astfel încât să poată fi ridicat ulterior, ceea ce înseamnă că cavitatea reproduce doar jumătate din model și nu pot exista caracteristici de reintrare.
Acest proces se repetă pentru cealaltă jumătate de model. Sunt adăugate inserții suplimentare care vor oferi canale pentru ca metalul să curgă în cavitate. Dimensiunile acestui „sistem de deschidere” determină cât de repede se umple cavitatea. Debitul mai mare reduce riscul de neumpluturi, dar cu prețul unei turbulențe crescute, care poate provoca defecte de turnare.
Procesul tradițional de turnare cu nisip a folosit nisip „verde”. Aceasta se referă la faptul că este umed, mai degrabă decât culoarea. Nisipul verde conține argilă bentonită, care leagă boabele împreună. Astăzi, cea mai mare parte a turnării cu nisip se face cu nisip de rășină. Acesta este nisip care a fost acoperit cu un liant de rășină. Formează matrițe mai dense, mai puternice și piese turnate mai precise.
Pasul 3: Introduceți miezurile
Miezurile ocupă spațiu în cavitatea matriței, care altfel ar fi umplut cu metal. Ele sunt de obicei făcute din nisip și sunt plasate în cavitate înainte ca jumătățile superioare și inferioare să fie unite.
Pasul 4: Asamblați Cope și Trageți
Dragul este cavitatea inferioară de nisip, copa este piesa superioară care conține canalele de alimentare cu metal. Împreună, ansamblul se numește balon. Știfturile asigură o aliniere bună între cele două jumătăți. Regiunea din cavitatea unde cele două suprafețe de nisip se întâlnesc va forma o linie de despărțire pe piesa turnată.
Pasul 5: Turnați metalul topit
Metalul curge în cavitate dintr-un bazin de turnare pe suprafața superioară a matriței. Pe măsură ce cavitatea se umple, metalul se ridică într-un canal numit vertical. Aceasta formează un rezervor care este atras înapoi în cavitate pentru a compensa contracția.
Cuprul, bronzul, alama și fierul tind să se toarne și să curgă ușor, dar unele alte aliaje sunt mai puțin fluide și unele, cum ar fi aluminiul, pot reacționa cu nisipul. Acest lucru este minimizat prin reducerea expunerii la aer și prin adăugarea de fluxuri la metalul topit.
Pasul 6: Demolare și demontare
După turnare, metalul este lăsat să se răcească și să se solidifice. La finalizare, formele de nisip sunt îndepărtate din balon și piesele turnate sunt eliminate. Acest lucru sparge, de asemenea, orice miez încorporat în matriță.
Sistemul de închidere și montantul sunt apoi tăiate, lăsând piese turnate metalice care sunt gata pentru prelucrare.
Aplicații de turnare cu nisip
După cum știm că 70% din turnările metalice sunt din procesul de turnare cu nisip, unele dintre produsele sau piesele de turnare în nisip cunoscute în mod obișnuit care sunt fabricate prin acest proces sunt corpurile pompei, bucșele, pistoanele de compresoare de aer, Rotoare, carter motor & baci de ulei, angrenaje, volante și gaz & rezervoare de ulei.
- Exploatare și construcții: turnarea cu nisip este utilizată în industria minieră și a construcțiilor pentru a produce componente de echipamente, cum ar fi piese de concasor, dinți de dragline, găleți pentru excavator și plăci rezistente la uzură.
- Industria navală: turnarea cu nisip este utilizată în sectorul marin pentru a fabrica piese de motoare marine, elice, accesorii pentru ambarcațiuni și alte componente necesare pentru navele marine.
- Căi ferate: turnarea cu nisip este folosită în industria feroviară pentru a produce componente precum roți de cale ferată, piese ale sistemului de frânare și cuplaje.
- Agricultura și echipamentele agricole: turnarea cu nisip este utilizată pentru fabricarea de piese pentru mașini agricole, inclusiv componente de tractor, pluguri și piese pentru sisteme de irigare.
Diferența dintre turnarea sub presiune și turnarea în nisip
Turnare sub presiune implică forțarea metalului topit într-o matriță sub presiune ridicată, producând forme complicate și precise cu suprafețe netede. În schimb, turnarea cu nisip folosește o matriță din nisip compactat pentru a crea forme mai complexe, dar cu un finisaj puțin mai dur.
| Aspecte | Drădarea castingului | Turnare de nisip |
| Proces | Metal topit forțat într-o matriță de metal | Metal topit turnat într-o matriță de nisip |
| Mucegai | Matriță permanentă din oțel sau altele | Matriță temporară din nisip verde sau altele |
| Complexitate | Potrivit pentru forme complexe și complicate | Se potrivește mai bine pentru forme mai simple și obiecte mai mari |
| Finisaj de suprafață | Finisaj excelent al suprafeței și precizie dimensională | Finisaj mai dur al suprafeței și precizie dimensională mai puțin precisă |
| Viteză | Rată de producție ridicată | Rata de producție mai mică |
| Cost | Costuri mai mari de scule și echipamente | Costuri mai mici de scule și echipamente |
| Material | Gamă largă de metale, inclusiv aliaje de aluminiu, zinc și cupru | Diverse metale, inclusiv fier, oțel și aliaje neferoase |
| Dimensiune | Potrivit pentru obiecte de dimensiuni mici sau medii | Potrivit pentru obiecte de dimensiuni mici până la mari |
| Toleranţă | Toleranțe dimensionale mai strânse | Toleranțe dimensionale mai flexibile |
| Automatizare | Proces extrem de automatizat | Proces mai puțin automatizat |
| Aplicație | Folosit în mod obișnuit în industrii precum industria auto, aerospațială și electronică | Folosit pe scară largă în industrii precum turnătorii, artă și sculptură |
Avantajele turnării cu nisip
Datorită diversității sale în comparație cu celelalte metode de producție, turnare cu nisip permite inginerilor posibilitatea de a construi piese complicate dintr-o varietate nelimitată de metale și aliaje. Iată câteva dintre beneficiile turnării cu nisip.
- Piesele turnate pot fi la fel de mici ca câțiva mililitri și grame sau la fel de mari ca metri și multe tone.
- Nicio altă metodă nu oferă aceleași opțiuni pentru a realiza forme complicate ca turnarea cu nisip
- Costul echipamentelor și sculelor este scăzut în comparație cu alte procese de fabricație.
- Deșeurile produse pot fi reciclate înapoi pentru a face o altă turnare.
- Este adaptabil și utilizabil pentru o gamă largă de materiale, de la metale cu punct de topire scăzut până la înalt.
Robustă și Economică
Procesul de turnare cu nisip este adaptabil la o gamă largă de aliaje, dimensiuni ale pieselor și cantități de producție. Finisajul suprafeței este dictat de dimensiunea particulelor de nisip, iar acuratețea este determinată de precizia modelului și de alinierea dintre suport și rezistență.
Limitările procesului sunt necesitatea unghiurilor de tragere pe suprafețele verticale și linia de despărțire la punctul de întâlnire dintre cele două jumătăți ale matriței. Cu toate acestea, pentru multe piese metalice, avantajele de cost depășesc costurile prelucrării acestor caracteristici.
Concluzie
În concluzie, turnare cu nisip se remarcă drept unul dintre cele mai versatile și utilizate procese de turnare a metalelor datorită simplității, rentabilității și adaptării la diverse forme și dimensiuni. Procesul în șase etape - de la realizarea modelelor și pregătirea matriței până la turnare, răcire și finisare - asigură că chiar și proiectele complexe pot fi realizate cu precizie și eficiență. Pe măsură ce industriile continuă să îmbrățișeze progrese în materie de materiale și tehnologie, turnarea cu nisip va rămâne o tehnică fundamentală, oferind oportunități de inovare și îmbunătățire. Înțelegând și stăpânind acest proces, producătorii pot îmbunătăți capacitățile de producție și pot livra piese turnate de înaltă calitate, care răspund cererii.
Referințe
- H. P. D. Kumar, “Fundamentele proceselor de fabricație de turnare,” Jurnalul Proceselor de Fabricare, vol. 19, nr. 3, p. 205-213, 2017.
- R. H. Perry, “Turnare modernă: ingineria tehnologiilor de turnare a metalelor,” Jurnalul Internațional de Tehnologie Avansată de Fabricare, vol. 94, nr. 1-4, p. 123-136, 2018.
- A. G. T. Rahman, “Materiale și procese în producție,” Materiale și procese de inginerie, Springer Nature, 2020.
- A. B. D. R. Smith, “O privire de ansamblu asupra turnării cu nisip,” Revizuirea tehnologiei de turnare, vol. 32, nr. 2, pp. 45-56, 2021.
- M. J. W. Hensley, “Optimizarea procesului de turnare cu nisip pentru eficiență și calitate,” Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 235, nr. 5, p. 1107-1116, 2022.
