Литье металла, процесс металлообработки с использованием жидкого металла и формы, существует уже тысячи лет.
За свою историю литье металла использовалось для изготовления всего: от мечей до ветряных турбин, и сегодня это один из самых ценных и универсальных методов изготовления высококачественных металлических деталей.
В этом руководстве рассматриваются основы литья металлов, включая его многочисленные варианты — литье под давлением, литье по выплавляемым моделям и т. д. — а также наиболее распространенные виды литья металлов.
Что такое литье металла?
Литье металла это тип процесс литья Это предполагает заливку расплавленного жидкого металла в форму.
Внутренняя часть формы спроектирована с учетом негативного впечатления от изготавливаемой детали, поэтому, когда расплавленный металл охлаждается и затвердевает внутри формы, он принимает форму готовой детали. Готовую деталь затем можно вынимать из формы.
В зависимости от изготавливаемых деталей и используемых металлов существуют различные разновидности металлического литья, каждый из которых имеет свои особые преимущества. Узоры, формы и методы заполнения могут сильно различаться в зависимости от этих разновидностей.
Хотя литье металла является универсальным процессом, отлитые детали имеют определенные конструктивные ограничения, и инженеры должны учитывать усадку металла на этапе охлаждения.
Понимание литья металлов
Центральный Металлический кастинг Процесс включает в себя нагрев металла, заливку его в форму, ожидание его остывания и затвердевания, а затем извлечение готовой детали из формы. На самом деле этапов процесса может быть гораздо больше, и разные процессы литья металла работают по-разному.
Ниже приводится упрощенный обзор процесса литья металла. Обратите внимание, что некоторые шаги различаются для разных вариантов приведения, а некоторые вообще опущены.
1. Изготовление шаблона. Начиная с самого начала, многие процессы литья металла требуют изготовления шаблона, дубликата конечной детали, которая используется для изготовления формы. Узоры могут быть постоянными или одноразовыми и могут быть изготовлены из таких материалов, как воск, дерево и пластик.
2. Изготовление стержня. Для отливки полых деталей может потребоваться спроектировать стержень — твердый кусок материала, помещенный внутрь полости формы, который формирует внутреннюю геометрию отлитой детали. (Например, из цилиндрического стержня в цилиндрической форме большего размера получится отлитая деталь трубчатой формы.)
3. Изготовление формы. Формы изготавливаются по-разному в зависимости от процесса. Например, постоянные металлические формы можно изготовить с помощью станка с ЧПУ, а песчаные формы изготавливаются путем нанесения песчаной смеси на внешнюю поверхность модели. Практика изготовления форм известна как изготовление форм и является специальной дисциплиной.
4. Заполнение формы: металл нагревают до тех пор, пока он не расплавится, затем заливают или заливают в форму. Например, при гравитационном литье расплавленный материал выливается вниз в полость; при литье под высоким давлением он вдавливается в полость под высоким давлением, при этом для обеспечения безопасности штампа требуются высокие усилия зажима.
5. Удаление детали: как только отлитая деталь остынет и затвердеет, ее вынимают из формы. Для таких процессов, как литье в песчаные формы, это означает, что форму необходимо разрушить, чтобы добраться до детали внутри; в случае постоянных форм две половины металлической формы разбираются и снова готовы к использованию.
6. Последующая обработка. Литые металлические детали могут потребовать очистки (например, для удаления остатков формы) или других этапов последующей обработки, прежде чем они будут готовы к использованию.
Преимущества литья металла
Существует множество причин предпочесть литье металла другим вариантам металлообработки, таким как ковка или обработка на станке с ЧПУ. К основным преимуществам литья металлов относятся:
- Подходит для массового производства
- Может производить огромные и тяжелые детали.
- Возможность изготовления очень толстостенных деталей.
- Подходит для крупных цельных деталей (а не для сборных компонентов).
- Отличные несущие качества
- Идеально подходит для некоторых легких сплавов.
- Универсальность материала
Ограничения литья металлов включают неизбежные дефекты, ограниченную точность размеров (по сравнению, например, с обработкой на станках с ЧПУ), трудоемкость и, как правило, высокие минимальные объемы заказа.
Основные виды литья металлов
Умирать кастинг
Один из важнейших видов литья металлов для сложных и детализированных деталей. литье под давлением в качестве оснастки используются две многоразовые матрицы из инструментальной стали. Процесс похож на литье пластмасс под давлением: расплавленный материал подается в полость под высоким давлением, что позволяет инженерам изготавливать детали с мелкими деталями.
Стоимость создания нестандартных штампов высока, что делает этот процесс более распространенным в массовом производстве. Однако после изготовления эти штампы можно использовать многократно. Отливки, как правило, имеют превосходное качество поверхности.
Литье алюминия под давлением и литье магния широко используются для изготовления высококачественных деталей.
Гравитационное литье
Как и литье под давлением, гравитационное литье — это способ отливки металла с использованием металлической формы многоразового использования. Однако гравитационное литье основано на гравитационных силах для перемещения жидкого металла через форму сверху вниз, а не на давлении. Формы необходимо предварительно нагреть перед первой отливкой, и их часто изготавливают из чугуна из-за его низкой термической усталости.
Гравитационное литье предшествовало всем другим методам литья металлов, а детали, отлитые под действием силы тяжести, существовали на протяжении тысячелетий. Это форма постоянного литья в форму; альтернативы процессу гравитационного литья включают давление газа и вакуум.
Литье по выплавляемым моделям (литье по выплавляемым моделям)
Литье по выплавляемым моделям или литье по выплавляемым моделям - это способ литья металла с использованием расходной модели и формы: оба изделия разрушаются в процессе литья (хотя расплавленный воск часто можно использовать повторно).
Как и гравитационное литье, литье по выплавляемым моделям насчитывает тысячи лет. В процессе литья по выплавляемым моделям модель изготавливается из воска или эквивалентного материала — иногда вручную, иногда с использованием смоляного 3D-принтера — прежде чем вокруг модели заливается огнеупорный материал для изготовления формы.
Паковка представляет собой керамический слой, наносимый вокруг рисунка, который затем служит формой для расплавленного металла. Этот керамический слой удаляется в процессе, называемом удалением.
Кастинг песка
Литье в песчаные формы — это простой, многовековой метод литья металла, более доступный, чем альтернативные методы. В качестве материала для форм используется песок (смешанный со связующим материалом, например глиной), а формы способны выдерживать высокие температуры.
В процессе литья в песок модель погружается в песок, находящийся в специальной коробке, называемой опокой. Уплотняя песок вокруг рисунка, можно сделать форму, в которую можно заливать расплавленный металл.
Песок, используемый в процессе литья металла, может быть либо зеленым песком (влажная глина), либо песком, отвержденным на воздухе (сухой песок с клеем).
Другие процессы литья
В производстве используются еще десятки процессов литья металлов, включая формование суглинка и формование оболочки (оба процесса одноразовых форм) и процессы постоянного литья, такие как центробежное литье и непрерывное литье.
Давление литья: высокое или низкое?
Литье металла под давлением Это ценный процесс металлообработки, и его можно разделить на две дополнительные категории: литье под высоким давлением и литье под низким давлением. Выбор правильного давления зависит от таких факторов, как материал, толщина стенок и размер детали.
Литье под высоким давлением является более распространенным методом, чем литье под низким давлением, и используется более чем в два раза чаще.
Идеально подходит для мягких сплавов, таких как алюминий и цинк. Литье под высоким давлением включает в себя нагнетание жидкого металла в форму под высоким давлением и на высокой скорости, что требует мощного пресса, чтобы удерживать форму закрытой. Поэтому этот процесс дороже, чем литье под низким давлением.
Преимущества литья под высоким давлением:
- Быстрое производство
- Возможны тонкие стены
- Гладкая поверхность
- Минимальная усадка
Литье под низким давлением — это более медленная форма литья под давлением, при которой расплавленный металл поступает в форму более мягко. Подходит для сплавов с низкой температурой плавления. Хотя процесс литья металла под низким давлением медленнее, чем литье под высоким давлением, он подходит для изделий сложной геометрии и может производить очень прочные детали.
Преимущества литья под низким давлением:
- Прочные детали
- Сложная геометрия
Литейные металлы
Для процесса литья подходят различные металлы. Однако три наиболее распространенных литейных материала, принимаемых Kbear Metal, — это алюминий, цинк и магний.
Алюминиевый кастинг
Литье алюминия является наиболее распространенным способом формования алюминия. Он используется для производства таких изделий, как промышленные и автомобильные детали, такие как трансмиссии и двигатели, из таких сплавов, как A380 и A383.
Существует несколько способов литья алюминия. Литье алюминия под давлением отлично подходит для крупносерийного производства благодаря своей скорости и превосходному качеству поверхности; литье в постоянную форму подходит для особо прочных алюминиевых деталей; а литье в песчаные формы подходит для литья алюминия в небольших количествах и сложной геометрии.
Независимо от процесса литья, из литого алюминия получаются прочные и легкие детали, поэтому он очень универсален.
Цинковое литье
Сплавы цинка — популярные, доступные и широко доступные металлы, пригодные для литья. Литье цинка обычно включает литье под высоким давлением, что обеспечивает высокую производительность и минимальные требования к последующей обработке.
Из-за высокой текучести цинка при литье из цинка могут получаться детали с очень тонкими стенками и мелкими деталями. Цинк также можно подвергать холодной штамповке для лучшего соединения.
Производители могут выбирать между цинковыми сплавами ZAMAK или цинково-алюминиевыми сплавами (ZA). К деталям из литого цинка относятся автомобильные компоненты, детали кондиционеров и электронные компоненты.
Магниевое литье
Литье, в частности литье под высоким давлением, на сегодняшний день является наиболее распространенным процессом металлообработки для изготовления деталей из магния, на него приходится около 98% производства деталей из магния.
Поскольку магний является самым легким из всех конструкционных металлов, он идеально подходит для облегчения конструкций. Другие преимущества магниевого литья включают очень тонкие стенки, отличную детализацию и хорошее соотношение жесткости и веса.
В небольших количествах детали из магния также можно изготавливать с помощью гипсового литья, хотя литье под давлением из магния лучше всего подходит для профессионального применения.
Заключение
В заключение, Металлический кастинг — это проверенный временем производственный процесс, который значительно изменился на протяжении веков и позволяет производить широкий спектр продукции, от сложных компонентов машин до крупномасштабных промышленных конструкций. Его универсальность и эффективность делают его предпочтительным выбором во многих отраслях, включая автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность и производство потребительских товаров.
Различные методы литья — от литья под давлением до литья в песчаные формы — предлагают явные преимущества, адаптированные к различным применениям, позволяя инженерам достигать конкретных конструкций, допусков и свойств материала. Несмотря на некоторые присущие ограничения, такие как потенциальные дефекты и высокие требования к рабочей силе, преимущества металлического литья, включая экономическую эффективность массового производства и универсальность материалов, продолжают укреплять его важную роль в современном производстве.
Поскольку производители сталкиваются с растущим спросом на сложные геометрические конструкции и легкие компоненты, инновации в процессах литья металлов, вероятно, откроют путь к дальнейшему повышению точности и эффективности. Понимая основы и тонкости литья металлов, профессионалы отрасли могут лучше использовать эту ценную технологию производства для создания высококачественных металлических деталей, отвечающих современным строгим стандартам производительности.
Ссылки
- Британская энциклопедия. “Металлическое литье.” Британника
- АСМ Интернешнл. “Литейные процессы.” АСМ.орг
- Шмид, Х. (2019). Процессы производства инженерных материалов. Пирсон Образование.
- Д. Ф. Притчетт. (2012). Литейная технология. Издательство Вудхед.
- Каллистер, В.Д., & Ретвиш, Д.Г. (2018). Материаловедение и инженерия: Введение. Уайли.
