Turnare metal: proces, metode, metode

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Metalul este baza întregii civilizații moderne. Într-un an, umanitatea modernă extrage și prelucrează singură o astfel de cantitate de fier, încât înaintea întregii lumi l-ar culege timp de cel puțin câteva secole. Și această nevoie este pe deplin justificată, deoarece numai construcția necesită o cantitate incredibilă de oțel. Nu este surprinzător că turnarea metalului în astfel de condiții este în mod constant îmbunătățită.

Un pic de istorie

Cea mai importantă trăsătură a fierului de a lua, solidificând, forma „propusă” acestuia, a observat-o o persoană în vremuri străvechi. Astăzi, aproape toți oamenii de știință presupun că cunoașterea inițială a omului cu metalul a avut loc datorită meteoriților. Fierul meteoritic era fuzibil și ușor de prelucrat, așa că elementele de bază ale turnării au fost studiate de unele civilizații în curs de dezvoltare cu mult timp în urmă.

În țara noastră, turnarea metalelor a fost o afacere respectată și onorabilă de secole, oamenii au tratat întotdeauna acest meșteșug cu mare respect. Sunt cunoscute pe scară largă „Tunul țarului” și „Clopotul țarului”, care sunt capodopere ale abilității de turnare a maeștrilor ruși, chiar dacă unul dintre ei nu a sunat niciodată, iar al doilea nu a împușcat. Rolătorii Urali în timpul domniei lui Petru cel Marea câștigat o faimă deosebită ca furnizor de arme de încredere pentru armată. Cu toate acestea, pe bună dreptate poartă acest titlu și acum. Înainte de a ne uita la principalele tipuri de turnare a metalelor, este necesar să spunem câteva cuvinte despre caracteristicile necesare ale materiilor prime.

Care ar trebui să fie metalul pentru turnare

Cea mai importantă proprietate a metalului care trebuie folosit pentru turnare este fluiditatea acestuia. Aliajul în formă topită trebuie să curgă cât mai ușor de la un creuzet la altul, umplându-și cele mai mici adâncituri. Cu cât fluiditatea este mai mare, cu atât pereții pot fi mai subțiri în produsul finit. Cu metalul care se răspândește slab, este mult mai dificil. În condiții normale, reușește să apuce mult mai devreme decât umple toate golurile din formular. Aceasta este dificultatea cu care se confruntă industriașii la turnarea aliajelor metalice.

Nu este de mirare că fonta a devenit materialul preferat al turnătorii. Acest lucru se datorează faptului că acest aliaj are o fluiditate excelentă, făcându-l relativ ușor de lucrat. Oțelul este departe de a fi atât de fluid și, prin urmare, pentru a umple complet matrița (astfel încât să nu existe cavități și goluri), trebuie să recurgeți la o varietate de trucuri.

În cel mai simplu caz, când este necesară turnarea metalului la domiciliu, materiile prime se topesc și se toarnă în apă în porții mici: așa, în special, puteți face plăcuțe pentru pescuit. Dar această metodă este relativ utilizată chiar și în industria armelor! Din vârful unui turn special, asemănător cu un turn de răcire în contur, topitmetal. Înălțimea structurii este astfel încât o picătură perfect formată, deja răcită, ajunge la sol. Așa se produce împușcătura la scară industrială.

Metoda de turnare Earth

Cea mai simplă și veche metodă este turnarea metalului în pământ. Dar „simplitatea” sa este un concept relativ condiționat, deoarece această lucrare necesită o pregătire extrem de minuțioasă. Ce înseamnă?

În primul rând, în magazinul de modele se realizează un model de dimensiune completă și cel mai detaliat al viitoarei turnări. În plus, dimensiunea sa ar trebui să fie ceva mai mare decât produsul care ar trebui să fie obținut, deoarece metalul se va așeza când este răcit. De regulă, modelul este detașabil, din două jumătăți.

Odată ce acest lucru este făcut, se prepară nisipul special de turnare. Dacă viitorul produs ar trebui să aibă cavități interne și goluri, atunci va fi necesară și pregătirea tijelor, precum și a unui compus de turnare suplimentar. Ei trebuie să umple temporar acele zone care sunt „goale” în piesa finită. Dacă sunteți interesat să turnați metale acasă, asigurați-vă că aveți în vedere acest fapt, deoarece altfel un balon deja umplut poate fi pur și simplu rupt de presiune, iar consecințele acestui lucru pot fi cele mai triste.

Din ce sunt făcute nisipurile de turnare?

Baza o constituie diverse grade de nisipuri și argile, precum și lianți. Rolul lor poate fi jucat de uleiuri naturale și sintetice, ulei de uscare, rășină, colofoniu și chiar gudron.

Urmeaza vremea mulatorilor, a caror sarcina este sa faca matrite. Dacă explicațimai usor se procedeaza astfel: se ia o cutie de lemn, se pune in ea jumatate din matrita (este si detasabila), iar golurile dintre peretii modelului si matrita se astupa cu o compozitie de modelare.

La fel se procedează cu a doua jumătate și se fixează ambele părți cu știfturi. Este important de reținut că două conuri speciale sunt introduse în acea parte a formei care va fi în partea de sus când este turnată. Unul dintre ele este folosit pentru turnarea metalului topit, al doilea - pentru a ieși din gazele în expansiune.

Sfârșitul fazei pregătitoare

Și acum este timpul pentru cea mai importantă parte a operațiunii. Baloanele sunt separate cu mare grijă, încercând să prevină încălcarea integrității nisipului. După aceea, două amprente clare și detaliate ale părții viitoare rămân în pământ. După aceea, acestea sunt acoperite cu o vopsea specială. Acest lucru se face astfel încât metalul topit să nu intre în contact direct cu pământul de nisip. Tehnologia de turnare a metalelor nu ar trebui să permită acest lucru, altfel calitatea produsului finit se poate deteriora semnificativ.

Dacă acest lucru este necesar, în același timp este tăiat un pasaj suplimentar de deschidere, care este necesar pentru turnarea topiturii. Baloanele sunt din nou pliate și conectate cât mai ferm posibil. După ce nisipul este ușor uscat, puteți începe turnarea.

Începeți să difuzați

În primul rând, în cupole, adică în cuptoare speciale, se topesc semifabricate din fontă. Dacă este necesară turnarea oțelului, atunci materiile prime sunt topite în furnale, vatră deschisă, invertor și alte cuptoare. Să aducă înăuntrustarea de topire a metalelor neferoase, utilizați dispozitive de topire specializate.

Totul, puteți începe să distribuiți. Dacă există o singură formă, atunci topitura este turnată în ea cu o oală, individual. În alte cazuri, de regulă, un transportor este organizat: fie o bandă cu semifabricate trece sub oală, fie oala se deplasează peste rândurile de baloane. Totul depinde numai de organizarea producției. Când vine momentul și metalul se răcește, se scoate din matriță. În principiu, această metodă este ideală în cazurile în care este necesară turnarea metalului acasă (pentru o forjă, de exemplu). Oricum, nimic mai perfect în astfel de condiții nu se va realiza.

Mașinile de sablare sau de șlefuit îndepărtează depunerile și nisipul de turnare care aderă din produsul finit. Apropo, această metodă a fost folosită în mod activ în producția de tancuri în timpul Marelui Război Patriotic. Așa au fost produse turnurile turnate, iar simplitatea și fabricabilitatea acestui proces au făcut posibilă producerea unui număr imens de vehicule militare de care frontul avea atât de mult nevoie. Ce alte tipuri de turnare de metal există?

Turnare sub presiune

Dar acum folosesc metode mult mai avansate și mai avansate din punct de vedere tehnologic pentru producția de produse turnate. De exemplu, turnarea metalului într-o matriță de răcire. În principiu, această metodă în multe privințe seamănă cu cea descrisă mai sus, deoarece în acest caz se folosesc și matrițe de turnare. Numai că în același timp sunt din metal, ceea ce simplifică foarte mult procesul de producție pe scară largă.

Deci, conurile și tijele sunt introduse în două jumătăți (pentru turnarea metalului și formarea golurilor) șiapoi fixați-le ferm unul de celăl alt. Totul, poți să te apuci de treabă. Particularitatea acestei metode este că aici metalul topit se solidifică extrem de rapid, există posibilitatea răcirii forțate a matrițelor și, prin urmare, procesul de eliberare este mult mai rapid. Cu o singură matriță, puteți obține sute, dacă nu mii, de piese turnate, fără a petrece mult timp pregătirii individuale a matrițelor și a nisipurilor.

Unele dezavantaje ale metodei

Dezavantajul acestei metode de turnare este faptul că numai acele tipuri de metale care se caracterizează printr-o fluiditate crescută în formă topită sunt potrivite pentru aceasta. De exemplu, doar turnarea sub presiune este potrivită pentru oțel (despre aceasta mai jos), deoarece acest material nu are deloc o fluiditate bună. Sub acțiunea aerului comprimat, chiar și cele mai „ductile” clase de oțel iau mult mai bine forma necesară. Lucrul rău este că o matriță de răcire obișnuită pur și simplu nu poate rezista la condiții de producție atât de extreme și se va destrăma. Prin urmare, trebuie să utilizați o metodă de producție specială, despre care vom discuta mai jos.

Turnare prin injecție

Cum se face turnarea sub presiune a metalelor? Am luat în considerare deja câteva aspecte de mai sus, dar este totuși necesar să dezvăluim această problemă mai detaliat. Totul este destul de simplu. În primul rând, este necesară o matriță de turnare din oțel de calitate, care poate fi o formă internă complexă, în mai multe etape. În al doilea rând, avem nevoie de echipamente de pompare capabile să livreze între șapte și șapte sute de MP.

Avantaj principalaceastă metodă de topire are o productivitate ridicată. Ce mai oferă turnarea prin injecție? În acest caz, se folosește mult mai puțin metal, iar calitatea suprafeței produsului finit este foarte bună. Această ultimă împrejurare implică respingerea unei proceduri de curățare și șlefuire complexe și destul de triste. Care sunt cele mai bune materiale pentru această metodă de producție pentru a produce produse finite și piese?

Cele mai frecvent utilizate aliaje sunt pe bază de aluminiu, zinc, cupru și staniu-plumb (turnarea metalelor neferoase). Temperatura lor de topire este relativ scăzută și, prin urmare, se obține o fabricabilitate foarte mare a întregului proces. În plus, această materie primă are un sediment relativ mic la răcire. Aceasta înseamnă că este posibil să se producă piese cu toleranțe foarte mici, ceea ce este extrem de important în producerea tehnologiei moderne.

Complexitatea acestei metode este că atunci când produsele finite sunt separate de matrițe, acestea pot fi deteriorate. În plus, această metodă este potrivită numai pentru fabricarea pieselor cu o grosime relativ mică a peretelui. Cert este că un strat gros de metal se va întări extrem de neuniform, ceea ce va predetermina formarea de cochilii și cavități.

Soiuri de instalații pentru turnarea sub presiune

Toate mașinile care sunt utilizate în această metodă de turnare a produselor metalice sunt împărțite în două grupe mari: cu o cameră de turnare la cald și la rece. Varietatea „fierbinte” poate fi folosită cel mai adesea doar pentru aliajele pe bază de zinc. În acest caz, camera de turnare în sine este scufundată în metal fierbinte. Sub presiuneaer sau un piston special, acesta curge în cavitatea de turnare.

De regulă, nu este necesară o forță de injecție puternică, presiunea de până la 35-70 MPa este suficientă. Deci, în acest caz, matrițele pentru turnarea metalelor pot fi mult mai simple și mai ieftine, ceea ce are cel mai favorabil efect asupra costului final al produsului. În matrițele de turnare la rece, metalul topit trebuie să fie „condus” adânc în camera de turnare sub presiune deosebit de ridicată. În același timp, poate ajunge la 700 MPa.

Unde se folosesc piesele turnate prin injecție?

Sunt peste tot. În telefoane, computere, camere și mașini de spălat, peste tot există detalii obținute folosind această metodă specială. Este utilizat pe scară largă în special de inginerie mecanică, inclusiv de cele legate direct de industria aviației și chiar de industria spațială. Masa pieselor turnate poate varia de la câteva grame la 50 de kilograme (și chiar mai mare). Poate fi folosită o altă „prelucrare” a metalelor prin turnare? Da, și există multe alte moduri.

Turnare cu ceară pierdută

Ca și în primul caz pe care l-am luat în considerare, din cele mai vechi timpuri omenirea știa despre metoda de turnare a metalului topit într-un model pre-preparat din parafină sau ceară. Se pune pur și simplu în balon, iar golurile sunt umplute cu nisip de turnare. Topitura dizolvă ceara și în mod ideal umple întregul volum al piesei primare de prelucrat. Această metodă este bună deoarece modelul nu trebuie scos din balon. În plus, este posibil să se obțină piese de calitate pur și simplu perfectă, acest proces de turnaremetalele sunt relativ ușor de automatizat.

Casting shell

Dacă turnarea este relativ simplă, iar rezistența „spațială” a produsului finit nu este necesară, poate fi utilizată metoda de turnare în forme de coajă. Au fost realizate din timpuri imemoriale, iar ca bază sunt folosite nisip fin de cuarț și rășină. Astăzi, desigur, diverși compuși sintetici sunt utilizați ca cei din urmă.

Apoi, sunt luate modele metalice pliabile, formate din două jumătăți, și așezate pe o suprafață încălzită la aproximativ 300 de grade Celsius. Apoi amestecul de turnare (din nisip și rășină uscată) este turnat în același loc, astfel încât să acopere complet suprafața modelelor metalice. Sub influența căldurii, rășina se topește, iar în grosimea nisipului apare un „balon” destul de puternic.

De îndată ce totul se răcește puțin, lingourile de metal pot fi îndepărtate, iar nisipul poate fi trimis la cuptor pentru „prăjire”. După aceea, se obțin forme suficient de puternice: prin conectarea celor două jumătăți ale acestora, metalul topit poate fi turnat în ele. Ce alte metode de turnare a metalelor există?

Turnare centrifugă

În acest caz, topitura este turnată într-o formă specială, care se rotește cu o viteză foarte mare într-o proiecție orizontală sau verticală. Ca rezultat al acțiunii forțelor centrifuge puternice aplicate în mod egal, metalul curge uniform în toate golurile matriței, obținând astfel o calitate în altă a produsului finit. Această metodă de turnare este ideală pentru producerea diferitelor tipuri de țevi. Permite formarea unei grosimi mult mai uniformepereți, care este extrem de dificil de realizat folosind metode „statice”.

Turnare cu zgură electro

Există modalități de turnare a metalelor care pot fi numite pe bună dreptate moderne? Turnare cu zgură electrică. În acest caz, metalul lichid este obținut mai întâi acționând asupra materiei prime pregătite anterior cu descărcări puternice de arc electric. Se poate folosi și metoda fără arc, atunci când fierul este topit din căldura acumulată de zgură. Dar ultima este afectată de descărcări puternice.

După aceea, metalul lichid, care nu a intrat niciodată în contact cu aerul pe parcursul întregului proces, intră în camera de cristalizare, care „în combinație” este și o matriță de turnare. Această metodă este utilizată pentru turnări relativ simple și masive, pentru fabricarea cărora nu trebuie respectate multe condiții.

Umplere cu vid

Se aplică numai materialelor „de gamă superioară” precum aurul, titanul, oțelul inoxidabil. În acest caz, metalul este topit în condiții de vid, iar apoi rapid (în aceleași condiții) este distribuit în matrițe. Metoda este bună prin faptul că, atunci când este utilizată, formarea de cavități de aer și cavități în produs este practic exclusă, deoarece cantitatea de gaze prezentă acolo este minimă. Este important de reținut că greutatea pieselor turnate în acest caz nu poate depăși o sută sau două kilograme.

Este posibil să obțineți piese mai mari?

Da, o astfel de tehnologie există. Dar poate fi folosit doar în cazurile în care o sută de tone de oțel sunt prelucrate în același timp.și altele. Mai întâi, metalul este topit în condiții de vid, iar apoi este turnat nu în matrițe, ci în oaluri speciale de turnare, care sunt, de asemenea, protejate de aerul care pătrunde în cavitatea lor.

După aceea, topitura finită poate fi distribuită în forme, din care aerul a fost de asemenea pompat în prealabil cu o pompă. Oțelul obținut în urma unui astfel de proces tehnologic este destul de scump. Este folosit pentru forjare, precum și pentru unele tipuri din aceeași turnare, atunci când este necesar să se obțină semifabricate și piese de cea mai bună calitate.

Distribuire pe modele gazificate (arse)

În ceea ce privește calitatea turnării și simplitatea, această metodă este una dintre cele mai profitabile și, prin urmare, este folosită din ce în ce mai mult în industria modernă. O astfel de turnare a metalelor, a cărei producție crește de la an la an, este deosebit de populară în RPC și SUA, deoarece bazele industriale ale acestor două țări se disting prin cea mai mare nevoie de oțel de în altă calitate. Avantajul acestei metode este că permite producerea de piese turnate fără nicio restricție de greutate și dimensiune.

În multe feluri, această metodă este similară cu cele descrise mai sus: de exemplu, în acest caz, modelul primar nu este folosit din ceară sau plastilină, ci din spuma acum răspândită. Deoarece acest material are propriile sale caracteristici, amestecul de nisip liant este ambalat în balon la o presiune de aproximativ 50 kPa. Cel mai adesea, această metodă se practică în cazurile în care este necesară realizarea unor piese cu o greutate de la 100 de grame la două tone.

Cu toate acestea, am spus deja că unele restricții stricte asupradetalii marimi nr. Deci, folosind această metodă de turnare, pot fi produse chiar și componente pentru motoarele de nave, care nu au fost niciodată „modeste” ca dimensiune. Pentru fiecare tonă de materii prime metalice se consumă următoarea cantitate de materiale suplimentare:

• Nisip de cuarț fin - 50 kg.
• Acoperire specială antiaderentă - 25 kg.
• Spumă de polistiren granulat - 6 kg.
• Folie densă din polietilenă - 10 mp. m.

Tot nisipul de turnare este nisip de cuarț pur, fără aditivi și aditivi suplimentari. Poate fi reutilizabil în proporție de 95-97%, ceea ce îmbunătățește considerabil economia și reduce costul procesului.

Astfel, turnarea metalelor (fizica procesului a fost parțial luată în considerare de noi) este un fenomen „multifațetat”, deoarece astăzi există o mulțime de metode noi. În același timp, industria modernă aplică metode care au fost folosite de câteva mii de ani în urmă, adaptându-le oarecum la realitățile actuale.