Odlievanie kovov: proces, metódy, metódy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Kov je základom celej modernej civilizácie. Moderné ľudstvo za rok vyťaží a spracuje také množstvo železa, že by ho zbieral celý svet aspoň na niekoľko storočí. A táto potreba je plne opodstatnená, pretože samotná konštrukcia vyžaduje neuveriteľné množstvo ocele. Niet divu, že odlievanie kovov za takýchto podmienok sa neustále zlepšuje.

Trošku histórie

Najdôležitejšou vlastnosťou železa je tuhnutie, forma, ktorá mu bola „navrhnutá“, si všimol človek už v staroveku. Dnes takmer všetci vedci predpokladajú, že prvé zoznámenie človeka s kovom sa uskutočnilo vďaka meteoritom. Meteorické železo bolo taviteľné a ľahko spracovateľné, takže základy odlievania študovali niektoré rodiace sa civilizácie už dávno.

V našej krajine je odlievanie kovov už po stáročia rešpektovanou a čestnou záležitosťou, ľudia sa k tomuto remeslu vždy správali s veľkou úctou. „Car Cannon“a „Car Bell“sú všeobecne známe, čo sú majstrovské diela odlievacej zručnosti ruských majstrov, aj keď jeden z nich nikdy nezazvonil a druhý nevystrelil. Uralské zlievače za vlády Petra Veľkéhosa preslávil najmä ako dodávateľ spoľahlivých zbraní pre armádu. Tento titul však celkom oprávnene nosia aj teraz. Predtým, ako sa pozrieme na hlavné typy odlievania kovov, je potrebné povedať pár slov o požadovaných vlastnostiach surovín.

Aký by mal byť kov na odlievanie

Najdôležitejšou vlastnosťou kovu, ktorý sa má použiť na odlievanie, je jeho tekutosť. Zliatina v roztavenej forme by mala čo najľahšie prúdiť z jedného téglika do druhého, pričom by mala vypĺňať jeho najmenšie vybrania. Čím vyššia je tekutosť, tým tenšie môžu byť steny hotového výrobku. S kovom, ktorý sa zle rozotiera, je to oveľa ťažšie. Za normálnych podmienok sa mu podarí chytiť oveľa skôr, ako zaplní všetky medzery vo forme. Toto je problém, ktorému čelia priemyselníci pri odlievaní kovových zliatin.

Nie je žiadnym prekvapením, že liatina sa stala obľúbeným materiálom zlievarne. Je to preto, že táto zliatina má vynikajúcu tekutosť, vďaka čomu sa s ňou pomerne ľahko pracuje. Oceľ nie je ani zďaleka taká tekutá, a preto na úplné vyplnenie formy (takže v nej nie sú žiadne dutiny a dutiny) je potrebné uchýliť sa k rôznym trikom.

V najjednoduchšom prípade, keď sa vyžaduje domáce odlievanie kovov, sa suroviny roztavia a nalejú do vody v malých porciách: takto sa dajú vyrobiť najmä ponory na rybolov. Ale táto metóda je pomerne široko používaná aj v zbrojárskom priemysle! Z vrcholu špeciálnej veže, ktorá obrysom pripomína chladiacu vežu, roztavenákov. Výška konštrukcie je taká, že dokonale vytvorená kvapka, už vychladnutá, dosiahne zem. Takto sa vyrába strela v priemyselnom meradle.

Metóda odlievania Zeme

Najjednoduchšou a najstaršou metódou je odlievanie kovu do zeme. Jeho „jednoduchosť“je však relatívne podmienený koncept, pretože táto práca si vyžaduje mimoriadne starostlivú prípravu. Čo to znamená?

Najprv sa v modelárni vyrobí plnohodnotný a najdetailnejší model budúceho odliatku. Okrem toho by jeho veľkosť mala byť o niečo väčšia ako produkt, ktorý by sa mal získať, pretože kov sa po ochladení usadí. Model je spravidla odnímateľný, z dvoch polovíc.

Po dokončení sa pripraví špeciálny formovací piesok. Ak by budúci výrobok mal mať vnútorné dutiny a dutiny, potom bude potrebné pripraviť aj tyče, ako aj dodatočnú formovaciu hmotu. Musia dočasne vyplniť tie oblasti, ktoré sú v hotovej časti „prázdne“. Ak máte záujem o domáce odlievanie kovov, určite majte na pamäti túto skutočnosť, pretože inak sa už naplnená banka môže tlakom jednoducho roztrhnúť a následky môžu byť tie najsmutnejšie.

Z čoho sa vyrábajú formovacie piesky?

Základom sú rôzne druhy pieskov a ílov, ako aj spojivá. Ich úlohu môžu zohrať prírodné a syntetické oleje, sušiaci olej, živica, kolofónia a dokonca aj decht.

Nasleduje čas formovačov, ktorých úlohou je vyrábať formy. Ak vysvetlíšjednoduchšie sa to robí takto: vezme sa drevená škatuľa, do nej sa vloží polovica formy (je tiež odnímateľná) a medzery medzi stenami modelu a formou sa upchajú formovacou hmotou.

To isté urobíme s druhou polovicou a obe časti pripevníme špendlíkmi. Je dôležité si uvedomiť, že do tej časti formy, ktorá bude pri nalievaní hore, sa vkladajú dva špeciálne šišky. Jeden z nich sa používa na nalievanie roztaveného kovu, druhý - na výstup expandujúcich plynov.

Koniec prípravnej fázy

A teraz je čas na možno najdôležitejšiu časť operácie. Banky sú veľmi starostlivo oddelené, snažiac sa zabrániť narušeniu integrity piesku. Potom ostanú v zemi dva jasné a detailné odtlačky budúcej časti. Potom sú pokryté špeciálnou farbou. Deje sa tak tak, aby roztavený kov neprišiel do priameho kontaktu s pieskom. Technológia odlievania kovov by to nemala umožňovať, inak sa kvalita hotového výrobku môže výrazne zhoršiť.

Ak je to potrebné, súčasne sa vyreže ďalší vtokový kanál, ktorý je potrebný na nalievanie taveniny. Banky sa opäť zložia a spoja čo najpevnejšie. Keď je piesok mierne suchý, môžete začať s odlievaním.

Začať prenášať

Najskôr sa v kupolách, čiže v špeciálnych peciach, tavia liatinové polotovary. Ak je potrebné odlievať oceľ, potom sa suroviny tavia vo vysokých peciach, otvorených peciach, invertorových a iných peciach. Priniesťroztavený stav neželezných kovov, použite špecializované taviace zariadenia.

Všetko, môžete začať prenášať. Ak je len jedna forma, tak tavenina sa do nej nalieva naberačkou, jednotlivo. V iných prípadoch je spravidla organizovaný dopravník: buď pás s prírezmi prechádza pod panvu, alebo sa panva pohybuje nad radmi baniek. Všetko závisí výlučne od organizácie výroby. Keď príde čas a kov vychladne, vyberie sa z formy. V zásade je táto metóda ideálna v prípadoch, keď je potrebné odlievanie kovov doma (napríklad pre kováčsku dielňu). Nič dokonalejšie za takýchto podmienok sa aj tak nedosiahne.

Pieskovanie alebo brúsky odstraňujú vodný kameň a priľnutý formovací piesok z hotového výrobku. Mimochodom, táto metóda sa aktívne používala pri výrobe tankov počas Veľkej vlasteneckej vojny. Takto sa vyrábali liate veže a jednoduchosť a vyrobiteľnosť tohto procesu umožnila vyrobiť obrovské množstvo vojenských vozidiel, ktoré front tak veľmi potreboval. Aké ďalšie typy odlievania kovov existujú?

Odlievanie pod tlakom

Teraz však na výrobu odlievaných výrobkov používajú oveľa vyspelejšie a technologicky vyspelejšie metódy. Napríklad odlievanie kovov v kokile. V zásade sa táto metóda v mnohých ohľadoch podobá vyššie opísanej metóde, pretože v tomto prípade sa používajú aj odlievacie formy. Len sú zároveň kovové, čo značne zjednodušuje proces veľkosériovej výroby.

Kužele a tyče sú teda vložené do dvoch polovíc (na liatie kovu a vytváranie dutín) apotom ich pevne pripevnite k sebe. Všetko, môžete sa pustiť do práce. Zvláštnosťou tejto metódy je, že tu roztavený kov extrémne rýchlo tuhne, existuje možnosť núteného chladenia foriem, a preto je proces uvoľňovania oveľa rýchlejší. Len s jednou formou môžete získať stovky, ak nie tisíce odliatkov, pričom nestrávite veľa času individuálnou prípravou foriem a pieskov.

Niektoré nevýhody metódy

Nevýhodou tohto spôsobu odlievania je fakt, že sú naň vhodné len tie druhy kovov, ktoré sa vyznačujú zvýšenou tekutosťou v roztavenej forme. Napríklad pre oceľ je vhodné iba tlakové liatie (o tom nižšie), pretože tento materiál nemá vôbec dobrú tekutosť. Pôsobením stlačeného vzduchu dokonca aj tie „najťažšie“druhy ocele získajú požadovaný tvar oveľa lepšie. Zlé je, že obyčajná chladiaca forma jednoducho takéto extrémne výrobné podmienky nevydrží a rozpadne sa. Preto musíte použiť špeciálnu metódu výroby, o ktorej budeme diskutovať nižšie.

Vstrekovanie

Ako prebieha tlakové liatie kovov pod tlakom? Niektoré aspekty sme už zvážili vyššie, ale stále je potrebné podrobnejšie zverejniť tento problém. Všetko je celkom jednoduché. Po prvé, je potrebná odlievacia forma vyrobená z kvalitnej ocele, ktorá môže mať viacstupňový zložitý vnútorný tvar. Po druhé, potrebujeme čerpacie zariadenie schopné dodávať sedem až sedemsto MP.

Hlavná výhodatáto metóda tavenia má vysokú produktivitu. Čo ešte poskytuje vstrekovanie? V tomto prípade sa používa oveľa menej kovu a kvalita povrchu hotového výrobku je veľmi dobrá. Posledná okolnosť znamená odmietnutie zložitého a dosť nudného postupu čistenia a brúsenia. Aké materiály sú najlepšie materiály pre túto výrobnú metódu na výrobu hotových výrobkov a dielov?

Najbežnejšie používané zliatiny sú na báze hliníka, zinku, medi a cínu-olova (odlievanie neželezných kovov). Ich teplota tavenia je relatívne nízka, a preto je dosiahnutá veľmi vysoká vyrobiteľnosť celého procesu. Okrem toho má táto surovina po ochladení relatívne malý sediment. To znamená, že je možné vyrábať diely s veľmi malými toleranciami, čo je mimoriadne dôležité pri výrobe moderných technológií.

Zložitosť tejto metódy spočíva v tom, že keď sa hotové výrobky oddelia od foriem, môžu sa poškodiť. Okrem toho je tento spôsob vhodný len na výrobu dielov s relatívne malou hrúbkou steny. Hrubá vrstva kovu totiž tvrdne extrémne nerovnomerne, čo predurčuje tvorbu škrupín a dutín.

Rôzne zariadenia na tlakové liatie

Všetky stroje, ktoré sa používajú pri tomto spôsobe odlievania kovových výrobkov, sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: s horúcou a studenou odlievacou komorou. "Horúca" odroda sa môže najčastejšie použiť iba pre zliatiny na báze zinku. V tomto prípade je samotná odlievacia komora ponorená do horúceho kovu. Pod tlakomvzduch alebo špeciálny piest prúdi do odlievacej dutiny.

Spravidla nie je potrebná veľká vstrekovacia sila, stačí tlak do 35-70 MPa. Takže v tomto prípade môžu byť formy na odlievanie kovov oveľa jednoduchšie a lacnejšie, čo má najpriaznivejší vplyv na konečné náklady na výrobok. Vo formách na odlievanie za studena musí byť roztavený kov „zahnaný“hlboko do odlievacej komory pod obzvlášť vysokým tlakom. Zároveň môže dosiahnuť 700 MPa.

Kde sa používajú vstrekované diely?

Sú všade. V telefónoch, počítačoch, fotoaparátoch a práčkach sú detaily získané touto konkrétnou metódou všade. Je obzvlášť široko používaný v strojárstve, vrátane tých, ktoré priamo súvisia s leteckým a dokonca aj vesmírnym priemyslom. Hmotnosť odlievaných dielov sa môže meniť od niekoľkých gramov do 50 kilogramov (a ešte viac). Dá sa použiť nejaké iné „spracovanie“kovov odlievaním? Áno, a existuje mnoho ďalších spôsobov.

Stratený voskový odliatok

Ako v prvom prípade, ktorý sme uvažovali, ľudstvo už od pradávna poznalo metódu nalievania roztaveného kovu do vopred pripraveného modelu vyrobeného z parafínu alebo vosku. Jednoducho sa vloží do banky a medzery sa vyplnia formovacím pieskom. Tavenina rozpúšťa vosk a ideálne vyplní celý objem primárneho obrobku. Táto metóda je dobrá, pretože model nie je potrebné vyberať z banky. Okrem toho je možné týmto procesom odlievania získať diely jednoducho dokonalej kvalitykovy sa dajú relatívne ľahko automatizovať.

Odlievanie škrupiny

Ak je odlievanie relatívne jednoduché a nie je potrebná „priestorová“pevnosť hotového výrobku, možno použiť metódu odlievania do škrupinových foriem. Vyrábajú sa od nepamäti a ako základ sa používa jemný kremenný piesok a živica. Dnes sa, samozrejme, používajú rôzne syntetické zlúčeniny.

Potom sa odoberú skladacie kovové modely pozostávajúce z dvoch polovíc a položia sa na povrch zohriaty na približne 300 stupňov Celzia. Potom sa na to isté miesto naleje formovacia zmes (z piesku a suchej živice) tak, aby úplne pokryla povrch kovových modelov. Vplyvom tepla sa živica topí a v hrúbke piesku sa objaví pomerne silná „banka“.

Akonáhle to všetko trochu vychladne, môžu sa kovové ingoty vybrať a piesok sa môže poslať do pece na „praženie“. Potom sa získajú dostatočne pevné formy: spojením ich dvoch polovíc sa do nich môže naliať roztavený kov. Aké ďalšie metódy odlievania kovov existujú?

Odstredivé liatie

V tomto prípade sa tavenina naleje do špeciálnej formy, ktorá rotuje veľmi vysokou rýchlosťou v horizontálnej alebo vertikálnej projekcii. Pôsobením mohutných rovnomerne pôsobiacich odstredivých síl prúdi kov rovnomerne do všetkých medzier formy, čím sa dosahuje vysoká kvalita hotového výrobku. Tento spôsob odlievania je ideálny na výrobu rôznych typov rúr. Umožňuje vytvorenie oveľa rovnomernejšej hrúbkysteny, čo je mimoriadne ťažké dosiahnuť pomocou „statických“metód.

Odlievanie elektrotrosky

Existujú spôsoby odlievania kovov, ktoré možno právom nazvať modernými? Elektrotroskové odlievanie. V tomto prípade sa tekutý kov najskôr získa pôsobením na predtým pripravenú surovinu silnými elektrickými oblúkovými výbojmi. Dá sa použiť aj bezoblúková metóda, kedy sa železo taví z tepla nahromadeného troskou. Ale posledný je ovplyvnený silnými výbojmi.

Potom tekutý kov, ktorý počas celého procesu nikdy neprišiel do kontaktu so vzduchom, vstupuje do kryštalizačnej komory, ktorá je „v kombinácii“aj odlievacou formou. Táto metóda sa používa pre relatívne jednoduché a masívne odliatky, na výrobu ktorých nie je potrebné dodržať veľa podmienok.

Vákuové plnenie

Vzťahuje sa len na „špičkové“materiály, ako je zlato, titán, nehrdzavejúca oceľ. V tomto prípade sa kov roztaví vo vákuu a potom sa rýchlo (za rovnakých podmienok) rozdelí do foriem. Metóda je dobrá v tom, že pri jej použití je prakticky vylúčená tvorba vzduchových dutín a dutín v produkte, pretože množstvo prítomných plynov je minimálne. Je dôležité si uvedomiť, že hmotnosť odliatkov v tomto prípade nemôže presiahnuť sto alebo dva kilogramy.

Je možné získať väčšie diely?

Áno, takáto technológia existuje. Môže sa však použiť iba v prípadoch, keď sa súčasne spracováva sto ton ocele.a viac. Najprv sa kov roztaví vo vákuu a potom sa naleje nie do foriem, ale do špeciálnych formovacích naberačiek, ktoré sú tiež chránené pred vstupom vzduchu do ich dutiny.

Potom je možné hotovú taveninu distribuovať do foriem, z ktorých sa predtým odčerpával aj vzduch čerpadlom. Oceľ získaná v dôsledku takéhoto technologického procesu je pomerne drahá. Používa sa na kovanie, ako aj niektoré typy rovnakého odliatku, keď je potrebné získať polotovary a diely najvyššej kvality.

Odlievanie na splynované (vyhorené) vzory

Z hľadiska kvality a jednoduchosti odlievania je táto metóda jednou z najziskovejších, a preto sa v modernom priemysle používa čoraz viac. Takéto odlievanie kovov, ktorých výroba sa z roka na rok zvyšuje, je obzvlášť populárne v ČĽR a USA, pretože priemyselné základne týchto dvoch krajín sa vyznačujú najväčšou potrebou vysokokvalitnej ocele. Výhodou tejto metódy je, že umožňuje výrobu odliatkov bez obmedzenia hmotnosti a veľkosti.

V mnohých ohľadoch je táto metóda podobná tým, ktoré sú opísané vyššie: napríklad v tomto prípade nie je primárny model použitý z vosku alebo plastelíny, ale z dnes rozšírenej peny. Keďže tento materiál má svoje špecifiká, zmes spojiva a piesku sa plní do banky pod tlakom asi 50 kPa. Najčastejšie sa tento spôsob praktizuje v prípadoch, keď je potrebné vyrobiť diely s hmotnosťou od 100 gramov do dvoch ton.

Už sme si však povedali, že niektoré prísne obmedzeniapodrobnosti o veľkosti č. Takže pomocou tohto spôsobu odlievania možno vyrobiť aj komponenty pre lodné motory, ktoré nikdy neboli „skromné“čo do veľkosti. Na každú tonu kovových surovín sa spotrebuje nasledovné množstvo ďalších materiálov:

• Jemný kremeň – 50 kg.
• Špeciálna nepriľnavá vrstva – 25 kg.
• Granulovaný polystyrén - 6 kg.
• Hustý polyetylénový film – 10 m2. m.

Všetok formovací piesok je čistý kremenný piesok bez akýchkoľvek ďalších prísad a prísad. Môže byť z 95 – 97 % opätovne použiteľný, čo výrazne zlepšuje ekonomiku a znižuje náklady procesu.

Odlievanie kovov (fyziku procesu sme čiastočne zvažovali) je teda „mnohostranný“fenomén, keďže dnes existuje množstvo nových metód. Moderný priemysel zároveň uplatňuje metódy, ktoré sa používali pred niekoľkými tisíckami rokov, a do určitej miery ich prispôsobuje súčasnej realite.