Леене на метал: процес, методи, методи

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Металът е основата на цялата съвременна цивилизация. Само за една година съвременното човечество извлича и обработва такова количество желязо, че преди целият свят да го бере поне няколко века. И тази нужда е напълно оправдана, тъй като самата конструкция отнема невероятно количество стомана. Не е изненадващо, че металното леене при такива условия непрекъснато се подобрява.

Малко история

Най-важната характеристика на желязото, която трябва да приеме, втвърдяване, формата, „предложена“му, човек забелязал в древни времена. Днес почти всички учени предполагат, че първоначалното запознаване на човека с метала е станало благодарение на метеоритите. Метеоритното желязо беше топимо и лесно за обработка, така че основите на леенето бяха изучавани от някои зараждащи се цивилизации преди много време.

У нас леенето на метал е уважаван и почтен бизнес от векове, хората винаги са се отнасяли с голямо уважение към този занаят. Широко известни са "Царското оръдие" и "Цар-камбан", които са шедьоври на леенето на руските майстори, дори ако единият никога не е звънял, а вторият не е стрелял. Уралски катъри по времето на Петър Великипридоби особена слава като доставчик на надеждно оръжие за армията. Въпреки това, те напълно основателно носят тази титла и сега. Преди да разгледаме основните видове метални отливки, е необходимо да кажем няколко думи за необходимите характеристики на суровините.

Какъв трябва да бъде металът за леене

Най-важното свойство на метала, който ще се използва за леене, е неговата течливост. Сплавта в разтопена форма трябва да тече възможно най-лесно от един тигел в друг, като същевременно запълва най-малките вдлъбнатини. Колкото по-висока е течливостта, толкова по-тънки могат да бъдат направени стените в крайния продукт. С метал, който се разпространява лошо, е много по-трудно. При нормални условия той успява да грабне много по-рано, отколкото да запълни всички празнини във формата. Това е трудността, с която се сблъскват индустриалците при леене на метални сплави.

Не е изненада, че чугунът се превърна в любимия материал на леярната. Това е така, защото тази сплав има отлична течливост, което я прави сравнително лесна за работа. Стоманата далеч не е толкова течна и следователно, за да се запълни напълно матрицата (така че да няма кухини и кухини), трябва да се прибягва до различни трикове.

В най-простия случай, когато се изисква леене на домашен метал, суровините се разтопяват и се изсипват във вода на малки порции: по-специално по този начин можете да направите потопени за риболов. Но този метод е сравнително широко използван дори в оръжейната индустрия! От върха на специална кула, наподобяваща по очертания охладителна кула, разтопенаметални. Височината на конструкцията е такава, че идеално оформена капчица, вече охладена, достига до земята. Ето как се произвежда кадър в индустриален мащаб.

Метод на земно леене

Най-простият и древен метод е леенето на метал в земята. Но неговата „простота“е относително условно понятие, тъй като тази работа изисква изключително старателна подготовка. Какво означава това?

Първо се изработва пълноразмерен и най-детайлен модел на бъдещата отливка. Освен това размерът му трябва да бъде малко по-голям от продукта, който трябва да се получи, тъй като металът ще се утаи при охлаждане. По правило моделът се прави разглобяем, от две половини.

След като това стане, се приготвя специалният пясък за формоване. Ако бъдещият продукт трябва да има вътрешни кухини и кухини, тогава също ще е необходимо да се подготвят пръчките, както и допълнителна формовъчна смес. Те трябва временно да запълнят онези области, които са „празни“в завършената част. Ако се интересувате от леене на метали у дома, не забравяйте да имате предвид този факт, защото в противен случай една вече напълнена колба може просто да се разкъса от натиск и последствията от това могат да бъдат най-тъжни.

От какво са направени пясъците за формоване?

В основата са различни степени на пясък и глина, както и свързващи вещества. Тяхната роля може да се играе от естествени и синтетични масла, сушене, смола, колофон и дори катран.

Следва времето на формовниците, чиято задача е да правят калъпи. Ако обяснишпо-лесно се прави така: взема се дървена кутия, в нея се поставя половината от матрицата (също е разглобяема), а пролуките между стените на модела и матрицата се запушват с формовъчен състав.

Същото се прави с втората половина и закрепете двете части с щифтове. Важно е да се отбележи, че два специални конуса се вмъкват в тази част на формата, която ще бъде отгоре при изливане. Единият от тях се използва за изливане на разтопен метал, вторият - за излизане от разширяващи се газове.

Край на подготвителната фаза

И сега е време за може би най-важната част от операцията. Колбите се отделят много внимателно, като се опитват да предотвратят нарушаване на целостта на пясъка. След това в земята остават два ясни и подробни отпечатъка на бъдещата част. След това те са покрити със специална боя. Това се прави така, че разтопеният метал да не влиза в пряк контакт с пясъчната земя. Технологията за леене на метали не трябва да позволява това, в противен случай качеството на крайния продукт може да се влоши значително.

Ако е необходимо, в същото време се изрязва допълнителен затворен проход, който е необходим за изливане на стопилката. Колбите отново се сгъват и свързват възможно най-здраво. След като пясъкът е леко изсъхнал, можете да започнете да леете.

Започнете кастинг

Първо, в куполи, тоест специални пещи, се топят чугунени заготовки. Ако е необходимо да се лее стомана, тогава суровините се топят в доменни пещи, мартенови, инверторни и други пещи. За внасянестопено състояние на цветни метали, използвайте специализирани топилни устройства.

Всичко, можете да започнете кастинг. Ако има само една форма, стопилката се излива в нея с черпак, поотделно. В други случаи, като правило, се организира конвейер: или лента с заготовки отива под черпака, или черпакът се движи над редовете колби. Всичко зависи единствено от организацията на производството. Когато дойде времето и металът изстине, той се изважда от формата. По принцип този метод е идеален в случаите, когато се изисква леене на метал у дома (например за ковачница). Нищо по-съвършено при такива условия така или иначе няма да бъде постигнато.

Машините за пясъкоструене или шлайфане премахват котлен камък и полепналия формовъчен пясък от крайния продукт. Между другото, този метод се използва активно в производството на танкове по време на Великата отечествена война. Така се произвеждат отляти кули, а простотата и технологичността на този процес направи възможно производството на огромен брой военни превозни средства, от които фронтът се нуждаеше толкова много. Какви други видове метални отливки съществуват?

Леене под налягане

Но сега те използват много по-модерни и технологично усъвършенствани методи за производство на отлети продукти. Например метално отливане в охладителна форма. По принцип този метод в много отношения наподобява описания по-горе, тъй като в този случай се използват и форми за леене. Само че в същото време те са метални, което значително опростява процеса на мащабно производство.

И така, конусите и пръчките се вмъкват на две половини (за изливане на метал и образуване на кухини) ислед това ги закрепете здраво един към друг. Всичко, можете да се захванете за работа. Особеността на този метод е, че тук разтопеният метал се втвърдява изключително бързо, има възможност за принудително охлаждане на формите и следователно процесът на освобождаване е много по-бърз. Само с една матрица можете да получите стотици, ако не и хиляди отливки, без да отделяте много време за индивидуална подготовка на форми и пясъци.

Някои недостатъци на метода

Недостатъкът на този метод на леене е фактът, че за него са подходящи само онези видове метали, които се характеризират с повишена течливост в разтопена форма. Например, за стомана е подходящо само леене под налягане (за него по-долу), тъй като този материал изобщо няма добра течливост. Под действието на сгъстен въздух дори най-"пластичните" марки стомана приемат необходимата форма много по-добре. Лошото е, че една обикновена студена форма просто не може да издържи на такива екстремни условия на производство и ще се разпадне. Следователно, трябва да използвате специален производствен метод, който ще обсъдим по-долу.

Шприцоване

Как се извършва леенето под налягане на метали? Вече разгледахме някои аспекти по-горе, но все пак е необходимо да разкрием този въпрос по-подробно. Всичко е доста просто. На първо място е необходима леярска форма от качествена стомана, която може да бъде многоетапна, сложна вътрешна форма. Второ, имаме нужда от помпено оборудване, способно да доставя от седем до седемстотин MP.

Основно предимствотози метод на топене е с висока производителност. Какво друго осигурява леене под налягане? В този случай се използва много по-малко метал, а качеството на повърхността на крайния продукт е много добро. Последното обстоятелство предполага отхвърляне на сложна и доста скучна процедура за почистване и смилане. Какви материали са най-добрите материали за този производствен метод за производство на готови продукти и части?

Най-често използваните сплави са на базата на алуминий, цинк, мед и калай-олово (леене на цветни метали). Температурата им на топене е относително ниска, поради което се постига много висока технологичност на целия процес. В допълнение, тази суровина има относително малка утайка при охлаждане. Това означава, че е възможно да се произвеждат части с много малки допуски, което е изключително важно при производството на съвременни технологии.

Сложността на този метод е, че когато готовите продукти се отделят от формите, те могат да бъдат повредени. Освен това този метод е подходящ само за производство на части с относително малка дебелина на стената. Факт е, че дебел слой метал ще се втвърди изключително неравномерно, което ще предопредели образуването на черупки и кухини.

Разновидности на инсталации за леене под налягане

Всички машини, които се използват при този метод на леене на метални изделия, са разделени на две големи групи: с камера за горещо и студено леене. "Горещият" сорт най-често може да се използва само за сплави на основата на цинк. В този случай самата леярска камера е потопена в горещ метал. Под напрежениевъздух или специално бутало, той се влива в кухината на леене.

По правило не се изисква силна инжекционна сила, достатъчно е налягане до 35-70 MPa. Така че в този случай формите за леене на метал могат да бъдат много по-прости и по-евтини, което има най-благоприятен ефект върху крайната цена на продукта. При леярските форми за студено леене стопеният метал трябва да бъде „задвижен“дълбоко в леярската камера при особено високо налягане. В същото време може да достигне 700 MPa.

Къде се използват шприцовани части?

Те са навсякъде. В телефоните, компютрите, камерите и пералните машини навсякъде има детайли, получени чрез този конкретен метод. Особено широко се използва от машиностроенето, включително тези, пряко свързани с авиацията и дори космическата индустрия. Масата на отлятите части може да варира от няколко грама до 50 килограма (и дори повече). Може ли да се използва някаква друга "обработка" на метали чрез леене? Да, и има много повече начини.

Изгубена восъчна отливка

Както в първия случай, който разгледахме, човечеството от древни времена е знаело за метода на изливане на разтопен метал в предварително подготвен модел, изработен от парафин или восък. Просто се поставя в колбата и празнините се запълват с пясък за формоване. Стопилката разтваря восъка и идеално запълва целия обем на основния детайл. Този метод е добър, защото моделът не трябва да се изважда от колбата. Освен това е възможно да се получат части с просто перфектно качество, този процес на леенеметалите са сравнително лесни за автоматизиране.

Леене на черупки

Ако леенето е сравнително просто и не се изисква "пространствена" здравина от крайния продукт, може да се използва методът на леене в черупкови форми. Правят се от незапомнени времена, като за основа се използват фин кварцов пясък и смола. Днес, разбира се, различни синтетични съединения се използват като последните.

След това се вземат сгъваеми метални модели, състоящи се от две половини, и се поставят върху повърхност, загрята до приблизително 300 градуса по Целзий. След това формовъчната смес (от пясък и суха смола) се излива на същото място, така че да покрие напълно повърхността на металните модели. Под въздействието на топлина смолата се топи и в дебелината на пясъка се появява доста силна „колба“.

Веднага след като всичко изстине малко, металните блокове могат да бъдат отстранени и пясъкът може да се изпрати във фурната за „изпичане“. След това се получават достатъчно здрави форми: чрез свързване на двете им половини може да се излее разтопен метал в тях. Какви други методи за леене на метал има?

Центробежно леене

В този случай стопилката се излива в специална форма, която се върти с много висока скорост в хоризонтална или вертикална проекция. В резултат на действието на мощни еднакво приложени центробежни сили, металът се влива равномерно във всички празнини на формата, като по този начин се постига високо качество на готовия продукт. Този метод на леене е идеален за производство на различни видове тръби. Позволява образуването на много по-равномерна дебелинастени, което е изключително трудно постижимо с помощта на "статични" методи.

Леене с електро-шлака

Има ли начини за леене на метали, които с право могат да се нарекат модерни? Електрошлаково леене. В този случай течният метал първо се получава чрез въздействие върху предварително приготвената суровина с мощни електродъгови разряди. Може да се използва и бездъговият метод, когато желязото се топи от топлината, натрупана от шлаката. Но последният е засегнат от мощни разряди.

След това течният метал, който никога не е влизал в контакт с въздуха по време на целия процес, влиза в кристализационната камера, която "в комбинация" също е леярска форма. Този метод се използва за относително прости и масивни отливки, за чието производство не е необходимо да се спазват много условия.

Вакуумно пълнене

Важи само за материали от "висок клас" като злато, титан, неръждаема стомана. В този случай металът се разтопява при условия на вакуум и след това бързо (при същите условия) се разпределя във форми. Методът е добър с това, че когато се използва, практически се изключва образуването на въздушни кухини и кухини в продукта, тъй като количеството газове, присъстващи там, е минимално. Важно е да запомните, че теглото на отливките в този случай не може да надвишава сто или два килограма.

Възможно ли е да се получат по-големи части?

Да, такава технология съществува. Но може да се използва само в случаите, когато се обработват сто тона стомана едновременно.и още. Първо, металът се стопява във вакуумни условия, след което се излива не във форми, а в специални формовъчни черпаци, които също са защитени от навлизане на въздух в кухината им.

След това готовата стопилка може да се разпредели във форми, от които въздухът също е предварително изпомпван с помпа. Стоманата, получена в резултат на такъв технологичен процес, е доста скъпа. Използва се за коване, както и някои видове от същото отливане, когато е необходимо да се получат заготовки и части с най-високо качество.

Леене върху газифицирани (изгорели) модели

По отношение на качеството и простотата на леене този метод е един от най-печелившите и затова се използва все по-широко в съвременната индустрия. Такова метално леене, чието производство се увеличава от година на година, е особено популярно в КНР и САЩ, тъй като индустриалните бази на тези две страни се отличават с най-голяма нужда от висококачествена стомана. Предимството на този метод е, че позволява производството на отливки без никакви ограничения за тегло и размер.

В много отношения този метод е подобен на описаните по-горе: например в този случай основният модел се използва не от восък или пластилин, а от широко разпространената пяна. Тъй като този материал има свои собствени специфики, сместа от свързващ пясък се опакова в колбата под налягане от около 50 kPa. Най-често този метод се практикува в случаите, когато е необходимо да се направят части с тегло от 100 грама до два тона.

Въпреки това, вече казахме, че някои строги ограничения заданни за размери бр. Така че, използвайки този метод на леене, могат да се произвеждат дори компоненти за корабни двигатели, които никога не са били „скромни“по размер. За всеки тон метални суровини се изразходва следното количество допълнителни материали:

• Пясъчен кварц фин - 50 кг.
• Специално незалепващо покритие - 25 кг.
• Гранилиран пенополистирол - 6 кг.
• Плътно полиетиленово фолио - 10 кв. м.

Целият пясък за формоване е чист кварцов пясък без никакви допълнителни добавки и добавки. Може да бъде около 95-97% за многократна употреба, което значително подобрява икономиката и намалява цената на процеса.

По този начин леенето на метал (физиката на процеса беше частично разгледана от нас) е „многостранно“явление, тъй като днес има много нови методи. В същото време съвременната индустрия прилага методи, които са били използвани преди няколко хиляди години, като ги адаптира донякъде към настоящите реалности.