Metalstøbning: proces, metoder, metoder

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Metal er grundlaget for al moderne civilisation. På et år udvinder og behandler den moderne menneskehed en sådan mængde jern alene, at før hele verden ville plukke det i mindst et par århundreder. Og dette behov er fuldt ud berettiget, da konstruktionen alene kræver utrolig meget stål. Ikke overraskende bliver metalstøbning under sådanne forhold konstant forbedret.

Lidt historie

Den vigtigste egenskab ved jern at tage, størknende, formen "foreslået" til det, bemærkede en person i oldtiden. I dag antager næsten alle videnskabsmænd, at menneskets første bekendtskab med metal fandt sted takket være meteoritter. Meteoritisk jern var smelteligt og nemt at behandle, så det grundlæggende i støbning blev studeret af nogle begyndende civilisationer for lang tid siden.

I vores land har metalstøbning været en respekteret og hæderlig forretning i århundreder, folk har altid behandlet dette håndværk med stor respekt. "Tsar Cannon" og "Tsar Bell" er almindeligt kendte, som er mesterværker af russiske mestres støbeevner, selvom en af dem aldrig ringede, og den anden ikke skød. Ural-hjul under Peter den Stores regeringstidopnået særlig berømmelse som leverandør af pålidelige våben til hæren. Men de bærer med rette denne titel allerede nu. Før vi ser på hovedtyperne af metalstøbning, er det nødvendigt at sige et par ord om de påkrævede egenskaber ved råmaterialer.

Hvad skal metallet være til støbning

Den vigtigste egenskab ved det metal, der skal bruges til støbning, er dets flydende. Legeringen i smeltet form skal flyde så let som muligt fra en digel til en anden, mens den fylder dens mindste fordybninger. Jo højere fluiditet, jo tyndere kan væggene laves i det færdige produkt. Med metal, der spreder sig dårligt, er det meget sværere. Under normale forhold lykkes det ham at gribe meget tidligere, end han udfylder alle hullerne i formularen. Dette er den vanskelighed, industrifolk står over for, når de støber metallegeringer.

Det er ingen overraskelse, at støbejern er blevet støberiets yndlingsmateriale. Dette skyldes, at denne legering har fremragende flydeevne, hvilket gør den forholdsvis nem at arbejde med. Stål er langt fra at være så flydende, og derfor er man nødt til at ty til en række forskellige tricks for at fylde formen helt (så der ikke er hulrum og hulrum).

I det enkleste tilfælde, når der kræves hjemmemetalstøbning, smeltes råvarerne og hældes i vandet i små portioner: sådan kan man især lave synker til fiskeri. Men denne metode er relativt meget brugt selv i våbenindustrien! Fra toppen af et specielt tårn, der ligner et køletårn i omrids, smeltetmetal. Højden af strukturen er sådan, at en perfekt dannet dråbe, allerede afkølet, når jorden. Sådan produceres hagl i industriel skala.

Earth-casting-metode

Den mest enkle og ældgamle metode er at støbe metal i jorden. Men dets "enkelhed" er et relativt betinget koncept, da dette arbejde kræver ekstremt omhyggelig forberedelse. Hvad betyder det?

Først laves en fuld størrelse og mest detaljeret model af den fremtidige støbning i modelbutikken. Desuden skal dens størrelse være noget større end det produkt, der skal opnås, da metallet vil sætte sig, når det afkøles. Som regel er modellen lavet aftagelig, fra to halvdele.

Når dette er gjort, forberedes det specielle støbesand. Hvis det fremtidige produkt skal have indre hulrum og hulrum, vil det også være nødvendigt at forberede stængerne samt en ekstra støbemasse. De skal midlertidigt udfylde de områder, der er "tomme" i den færdige del. Hvis du er interesseret i at støbe metaller derhjemme, så husk at huske dette faktum, for ellers kan en allerede fyldt kolbe simpelthen blive revet fra hinanden af tryk, og konsekvenserne af dette kan være de mest triste.

Hvad er formsand lavet af?

Grundlaget er forskellige kvaliteter af sand og ler, samt bindemidler. Deres rolle kan spilles af naturlige og syntetiske olier, tørrende olie, harpiks, kolofonium og endda tjære.

Dernæst kommer støbernes tid, hvis opgave er at lave støbeforme. Hvis du forklarerlettere, det gøres sådan: en trækasse tages, halvdelen af formen placeres i den (den er også aftagelig), og mellemrummene mellem modellens vægge og formen er tilstoppet med en støbesammensætning.

Det samme gøres med anden halvdel og fastgør begge dele med stifter. Det er vigtigt at bemærke, at der indsættes to specielle kegler i den del af formen, der vil være øverst, når den hældes. En af dem bruges til at hælde smeltet metal, den anden - til at forlade ekspanderende gasser.

Afslutning på den forberedende fase

Og nu er det tid til den måske mest afgørende del af operationen. Kolberne er meget omhyggeligt adskilt og forsøger at forhindre krænkelse af sandets integritet. Derefter forbliver to klare og detaljerede aftryk af den fremtidige del i jorden. Derefter er de dækket med en speciel maling. Dette gøres for at det smeltede metal ikke kommer i direkte kontakt med sandjorden. Metalstøbeteknologi bør ikke tillade dette, ellers kan kvaliteten af det færdige produkt forringes betydeligt.

Hvis dette er nødvendigt, skæres der samtidig en ekstra portpassage over, som er nødvendig for at hælde smelten. Kolberne foldes igen og forbindes så fast som muligt. Når sandet er let tørt, kan du begynde at støbe.

Begynd at caste

Først, i kupler, det vil sige specielle ovne, smeltes støbejernsemner. Hvis det er nødvendigt at støbe stål, så smeltes råvarerne i højovne, åben ild, inverter og andre ovne. At bringe indsmeltetilstand for ikke-jernholdige metaller, brug specialiserede smelteanordninger.

Alt, du kan begynde at caste. Hvis der kun er en form, hældes smelten i den med en slev individuelt. I andre tilfælde er der som regel organiseret en transportør: enten går et bånd med emner under øsen, eller øsen bevæger sig over rækkerne af kolber. Det hele afhænger udelukkende af tilrettelæggelsen af produktionen. Når tiden er inde, og metallet afkøles, tages det ud af formen. I princippet er denne metode ideel i tilfælde, hvor metalstøbning er påkrævet derhjemme (for eksempel til en smedje). Noget mere perfekt under sådanne forhold vil alligevel ikke blive opnået.

Sandblæsnings- eller slibemaskiner fjerner kalk og vedhæftende støbesand fra det færdige produkt. Forresten blev denne metode aktivt brugt i produktionen af tanks under den store patriotiske krig. Sådan blev støbte tårne fremstillet, og denne process enkelhed og fremstillingsevne gjorde det muligt at producere et stort antal militærkøretøjer, som fronten havde så meget brug for. Hvilke andre typer metalstøbning findes der?

Støbning

Men nu bruger de meget mere avancerede og teknologisk avancerede metoder til fremstilling af støbte produkter. For eksempel metalstøbning i en køleform. I princippet ligner denne metode i mange henseender den ovenfor beskrevne, da der i dette tilfælde også anvendes støbeforme. Kun på samme tid er de metal, hvilket i høj grad forenkler processen med storskalaproduktion.

Så kegler og stænger indsættes i to halvdele (til at hælde metal og danne hulrum), også fastgør dem godt til hinanden. Alt, du kan komme på arbejde. Det særlige ved denne metode er, at her størkner det smeltede metal ekstremt hurtigt, der er mulighed for tvungen afkøling af formene, og derfor er frigivelsesprocessen meget hurtigere. Med kun én form kan du få hundredvis, hvis ikke tusindvis, af støbegods, mens du ikke bruger meget tid på individuel klargøring af forme og sand.

Nogle ulemper ved metoden

Ulempen ved denne støbemetode er, at kun de typer metaller, der er kendetegnet ved øget fluiditet i smeltet form, er egnede til den. For eksempel er kun trykstøbning egnet til stål (om det nedenfor), da dette materiale slet ikke har god fluiditet. Under påvirkning af trykluft tager selv de mest "duktile" stålkvaliteter den nødvendige form meget bedre. Det dårlige er, at en almindelig køleform simpelthen ikke kan modstå så ekstreme produktionsforhold og vil falde fra hinanden. Derfor skal du bruge en speciel produktionsmetode, som vi vil diskutere nedenfor.

Sprøjtestøbning

Hvordan udføres trykstøbning - under tryk - af metaller? Vi har allerede overvejet nogle aspekter ovenfor, men det er stadig nødvendigt at afsløre dette spørgsmål mere detaljeret. Alt er ret simpelt. For det første er der brug for en støbeform lavet af kvalitetsstålkvaliteter, som kan være en kompleks indvendig form i flere trin. For det andet har vi brug for pumpeudstyr, der er i stand til at levere fra syv til syv hundrede MP.

Hovedfordeldenne smeltemetode er en høj produktivitet. Hvad giver sprøjtestøbning ellers? I dette tilfælde bruges meget mindre metal, og overfladekvaliteten af det færdige produkt er meget god. Sidstnævnte omstændighed indebærer afvisning af en kompleks og ret trist rengørings- og slibeprocedure. Hvilke materialer er de bedste materialer til denne produktionsmetode til fremstilling af færdige produkter og dele?

De mest almindeligt anvendte legeringer er baseret på aluminium, zink, kobber og tin-bly (støbning af ikke-jernholdige metaller). Deres smeltetemperatur er relativt lav, og derfor opnås en meget høj fremstillingsevne af hele processen. Derudover har dette råmateriale et relativt lille bundfald ved afkøling. Det betyder, at det er muligt at producere dele med meget små tolerancer, hvilket er ekstremt vigtigt i produktionen af moderne teknologi.

Kompleksiteten af denne metode er, at når de færdige produkter adskilles fra formene, kan de blive beskadiget. Derudover er denne metode kun egnet til fremstilling af dele med en relativt lille vægtykkelse. Faktum er, at et tykt lag metal vil hærde ekstremt ujævnt, hvilket vil forudbestemme dannelsen af skaller og hulrum.

Sorts af installationer til trykstøbning

Alle maskiner, der bruges i denne metode til støbning af metalprodukter, er opdelt i to store grupper: med et varmt og koldt støbekammer. Den "varme" variant kan oftest kun bruges til zinkbaserede legeringer. I dette tilfælde er selve støbekammeret nedsænket i varmt metal. Under presluft eller et specielt stempel, strømmer det ind i støbehulrummet.

Som regel er en stærk indsprøjtningskraft ikke påkrævet, tryk op til 35-70 MPa er nok. Så i dette tilfælde kan forme til metalstøbning være meget enklere og billigere, hvilket har den mest gunstige effekt på produktets endelige pris. I koldstøbeforme skal det smeltede metal "drives" dybt ind i støbekammeret under særligt højt tryk. Samtidig kan den nå 700 MPa.

Hvor bruges sprøjtestøbte dele?

De er over alt. I telefoner, computere, kameraer og vaskemaskiner er der over alt detaljer opnået ved hjælp af denne særlige metode. Det er især meget udbredt af maskinteknik, herunder dem, der er direkte relateret til luftfarten og endda rumfartsindustrien. Massen af støbte dele kan variere fra nogle få gram til 50 kg (og endnu højere). Kan en anden "bearbejdning" af metaller ved støbning bruges? Ja, og der er mange flere måder.

Mistet voksstøbning

Som i det allerførste tilfælde, vi overvejede, har menneskeheden siden oldtiden kendt til metoden til at hælde smeltet metal i en præ-forberedt model lavet af paraffin eller voks. Den placeres ganske enkelt i kolben, og hullerne fyldes med støbesand. Smelten opløser voksen og fylder ideelt set hele det primære emnes volumen. Denne metode er god, fordi modellen ikke skal tages ud af kolben. Derudover er det muligt at få dele af simpelthen perfekt kvalitet, denne støbeprocesmetaller er relativt nemme at automatisere.

Shell-casting

Hvis støbningen er forholdsvis enkel, og der ikke kræves "rumstyrke" fra det færdige produkt, kan metoden til støbning i skalforme anvendes. De har været lavet i umindelige tider, og der er brugt fint kvartssand og harpiks som grundlag. I dag bruges selvfølgelig forskellige syntetiske forbindelser som sidstnævnte.

Derefter tages sammenfoldelige metalmodeller, bestående af to halvdele, og placeres på en overflade, der er opvarmet til cirka 300 grader Celsius. Derefter hældes støbeblandingen (fra sand og tør harpiks) på samme sted, så den helt dækker overfladen af metalmodellerne. Under påvirkning af varme smelter harpiksen, og en ret stærk "kolbe" opstår i sandets tykkelse.

Så snart det hele er afkølet lidt, kan metalbarrer fjernes, og sandet kan sendes til ovnen til "stegning". Derefter opnås tilstrækkeligt stærke former: ved at forbinde deres to halvdele kan smeltet metal hældes i dem. Hvilke andre metalstøbemetoder findes der?

Centrifugalstøbning

I dette tilfælde hældes smelten i en speciel form, som roterer med meget høj hastighed i vandret eller lodret projektion. Som et resultat af virkningen af kraftige ligeligt påførte centrifugalkræfter flyder metallet jævnt ind i alle huller i formen, hvorved der opnås en høj kvalitet af det færdige produkt. Denne støbemetode er ideel til fremstilling af forskellige typer rør. Det gør det muligt at danne en meget mere ensartet tykkelsevægge, hvilket er ekstremt svært at opnå ved hjælp af "statiske" metoder.

Elektroslaggestøbning

Er der nogen måder at støbe metaller på, som med rette kan kaldes moderne? Elektroslagstøbning. I dette tilfælde opnås det flydende metal først ved at virke på det tidligere forberedte råmateriale med kraftige elektriske lysbueudladninger. Den lysbuefri metode kan også bruges, når jern smeltes fra den varme, der er ophobet af slaggen. Men den sidste er påvirket af kraftige udledninger.

Derefter kommer det flydende metal, som aldrig er kommet i kontakt med luft gennem hele processen, ind i krystallisationskammeret, som "i kombination" også er en støbeform. Denne metode bruges til relativt simple og massive støbegods, til hvis fremstilling mange forhold ikke skal overholdes.

Vakuumpåfyldning

Gælder kun for "avancerede" materialer såsom guld, titanium, rustfrit stål. I dette tilfælde smeltes metallet under vakuumforhold og fordeles derefter hurtigt (under samme forhold) i forme. Metoden er god ved, at når den bruges, er dannelsen af lufthulrum og hulrum i produktet praktisk t alt udelukket, da mængden af gasser til stede der er minimal. Det er vigtigt at huske, at vægten af støbegodset i dette tilfælde ikke må overstige et hundrede eller to kilogram.

Er det muligt at få større dele?

Ja, sådan en teknologi findes. Men det kan kun bruges i tilfælde, hvor hundrede tons stål behandles på samme tid.og mere. Først smeltes metallet under vakuumforhold, og derefter hældes det ikke i forme, men i specielle støbeskeer, som også er beskyttet mod luft, der trænger ind i deres hulrum.

Derefter kan den færdige smelte fordeles i forme, hvorfra luften også tidligere blev pumpet ud med en pumpe. Stålet opnået som et resultat af en sådan teknologisk proces er ret dyrt. Det bruges til smedning, samt nogle typer af samme støbning, når det er nødvendigt for at opnå emner og dele af højeste kvalitet.

Casting på forgassede (udbrændte) mønstre

Med hensyn til støbekvalitet og enkelthed er denne metode en af de mest rentable, og derfor bruges den mere og mere udbredt i moderne industri. Sådan metalstøbning, hvis produktion stiger år for år, er især populær i Kina og USA, da de industrielle baser i disse to lande er kendetegnet ved det største behov for stål af høj kvalitet. Fordelen ved denne metode er, at den tillader produktion af støbegods uden nogen begrænsninger med hensyn til vægt og størrelse.

På mange måder ligner denne metode dem, der er beskrevet ovenfor: for eksempel, i dette tilfælde bruges den primære model ikke fra voks eller plasticine, men fra det nu udbredte skum. Da dette materiale har sine egne specifikationer, pakkes bindesandblandingen i kolben under et tryk på ca. 50 kPa. Oftest praktiseres denne metode i tilfælde, hvor det er nødvendigt at lave dele, der vejer fra 100 gram til to tons.

Vi har dog allerede sagt, at nogle strenge restriktioner vedrstørrelsesdetaljer nr. Så ved hjælp af denne støbemetode kan selv komponenter til skibsmotorer fremstilles, som aldrig har været "beskeden" i størrelse. For hvert ton metalråmaterialer forbruges følgende mængde yderligere materialer:

• Sand kvarts fint - 50 kg.
• Special non-stick belægning - 25 kg.
• Granuleret polystyrenskum - 6 kg.
• Tæt polyethylenfilm - 10 kvm. m.

Alt formsand er rent kvartssand uden yderligere tilsætningsstoffer og tilsætningsstoffer. Det kan være omkring 95-97 % genanvendeligt, hvilket i høj grad forbedrer økonomien og reducerer omkostningerne ved processen.

Således er metalstøbning (fysikken i processen blev delvist overvejet af os) et "mangefacetteret" fænomen, da der i dag er en masse nye metoder. Samtidig anvender den moderne industri metoder, der har været i brug for flere tusinde år siden, og tilpasser dem lidt til den nuværende realitet.