Ulivanje kovin: postopek, metode, metode

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Kovina je osnova vse sodobne civilizacije. Sodobno človeštvo samo v enem letu pridobi in predela takšno količino železa, da bi ga pred tem ves svet pobiral vsaj nekaj stoletij. In ta potreba je popolnoma upravičena, saj sama konstrukcija zahteva neverjetno količino jekla. Ni presenetljivo, da se litje kovin v takšnih pogojih nenehno izboljšuje.

Malo zgodovine

Najpomembnejšo lastnost železa, da prevzame, utrdi obliko, ki mu je bila "predlagana", je oseba opazila že v starih časih. Danes skoraj vsi znanstveniki domnevajo, da se je prvotno spoznavanje človeka s kovino zgodilo zahvaljujoč meteoritom. Meteoritsko železo je bilo taljivo in ga je bilo enostavno obdelati, zato so osnove ulivanja že davno preučevale nekatere nastajajoče civilizacije.

Pri nas je litje kovin že stoletja spoštovan in časten posel, ljudje so se do te obrti vedno obnašali zelo spoštljivo. Splošno znana sta "Carski top" in "Carski zvon", ki sta mojstrovini litrske veščine ruskih mojstrov, tudi če eden od njiju nikoli ni zvonil, drugi pa ni streljal. Uralski livci v času vladavine Petra Velikegaposebno slavo pridobil kot dobavitelj zanesljivega orožja za vojsko. Vendar ta naziv povsem upravičeno nosijo tudi zdaj. Preden pogledamo glavne vrste kovinskega litja, je treba povedati nekaj besed o zahtevanih lastnostih surovin.

Kakšna naj bo kovina za litje

Najpomembnejša lastnost kovine, ki se uporablja za litje, je njena tekočnost. Zlitina v staljeni obliki naj čim lažje teče iz enega lončka v drugega, hkrati pa zapolni najmanjše vdolbine. Večja kot je fluidnost, tanjše so lahko stene v končnem izdelku. S kovino, ki se slabo širi, je veliko težje. V normalnih razmerah mu uspe zgrabiti veliko prej, kot zapolni vse vrzeli v formi. To je težava, s katero se srečujejo industrijalci pri litju kovinskih zlitin.

Ni presenetljivo, da je lito železo postalo najljubši material livarne. To je zato, ker ima ta zlitina odlično fluidnost, zaradi česar je delo z njo relativno enostavno. Jeklo še zdaleč ni tako tekoče, zato se je treba za popolno zapolnitev kalupa (da ni nobenih votlin in praznin) zateči k različnim trikom.

V najpreprostejšem primeru, ko je potrebno domače kovinsko litje, se surovine stopijo in v majhnih porcijah vlijejo v vodo: tako lahko izdelate zlasti grezila za ribolov. Toda ta metoda se razmeroma pogosto uporablja tudi v orožarski industriji! Z vrha posebnega stolpa, ki je v obrisih podoben hladilnemu stolpu, staljenakovinski. Višina konstrukcije je taka, da popolnoma oblikovana kapljica, že ohlajena, doseže tla. Tako nastane posnetek v industrijskem obsegu.

metoda zemeljskega vlivanja

Najpreprostejša in najstarejša metoda je vlivanje kovine v zemljo. Toda njegova "preprostost" je razmeroma pogojen koncept, saj to delo zahteva izjemno skrbno pripravo. Kaj to pomeni?

Najprej se v modelni trgovini izdela popoln in najbolj podroben model bodočega odlitka. Poleg tega mora biti njegova velikost nekoliko večja od izdelka, ki ga je treba dobiti, saj se bo kovina, ko se ohladi, usedla. Model je praviloma narejen ločljiv, iz dveh polovic.

Ko je to storjeno, se pripravi poseben pesek za oblikovanje. Če bi moral prihodnji izdelek imeti notranje votline in praznine, bo treba pripraviti tudi palice, pa tudi dodatno zmes za oblikovanje. Začasno morajo zapolniti tista področja, ki so v končnem delu "prazna". Če vas zanima litje kovin doma, si to dejstvo ne pozabite, saj se sicer lahko že napolnjeno bučko od pritiska preprosto raztrga, posledice pa so lahko najbolj žalostne.

Iz česa so izdelani peski za oblikovanje?

Osnova so različni razredi peska in gline ter veziva. Njihovo vlogo lahko igrajo naravna in sintetična olja, sušilno olje, smola, kolofonija in celo katran.

Naslednji pride čas oblikovalcev, katerih naloga je izdelava kalupov. Če razložišlažje, naredi se takole: vzamemo leseno škatlo, vanjo postavimo polovico kalupa (tudi je snemljiv), reže med stenami modela in kalupom pa zamašimo s sestavkom za oblikovanje.

Enako naredimo z drugo polovico in oba dela pritrdimo z zatiči. Pomembno je omeniti, da sta dva posebna stožca vstavljena v tisti del obrazca, ki bo pri vlivanju na vrhu. Eden od njih se uporablja za vlivanje staljene kovine, drugi - za izstop iz ekspanzijskih plinov.

Konec pripravljalne faze

In zdaj je čas za morda najpomembnejši del operacije. Bučke so zelo previdno ločene in poskušajo preprečiti kršitev celovitosti peska. Po tem ostaneta v tleh dva jasna in podrobna odtisa prihodnjega dela. Po tem so prekrite s posebno barvo. To se naredi tako, da staljena kovina ne pride v neposreden stik s peščeno zemljo. Tehnologija litja kovin tega ne bi smela dopuščati, sicer se lahko kakovost končnega izdelka znatno poslabša.

Če je to potrebno, se hkrati izreže dodatni zaporni prehod, ki je potreben za vlivanje taline. Bučke ponovno zložimo in povežemo čim bolj trdno. Ko se pesek rahlo posuši, lahko začnete z vlivanjem.

Začni oddajati

Najprej se v kupolah, to je posebnih pečeh, talijo litoželezni surovci. Če je potrebno liti jeklo, se surovine talijo v plavžih, ognjiščih, inverterskih in drugih pečeh. Prinestitaljenje barvnih kovin, uporabite specializirane talilne naprave.

Vse, lahko začnete oddajati. Če obstaja samo ena oblika, se talino vlije vanjo z zajemalko, posamezno. V drugih primerih je praviloma organiziran transporter: bodisi trak s praznimi gredi pod zajemalko, bodisi zajemalka se premika po vrstah bučk. Vse je odvisno samo od organizacije proizvodnje. Ko pride čas in se kovina ohladi, jo odstranimo iz kalupa. Načeloma je ta metoda idealna v primerih, ko je doma potrebno litje kovin (na primer za kovačnico). Karkoli bolj popolnega pod takimi pogoji tako ali tako ne bo doseženo.

Stroji za peskanje ali brušenje odstranijo vodni kamen in oprijeli pesek za oblikovanje iz končnega izdelka. Mimogrede, ta metoda se je aktivno uporabljala pri proizvodnji tankov med veliko domovinsko vojno. Tako so bili izdelani liti stolpi, preprostost in proizvodnost tega postopka pa sta omogočili izdelavo ogromnega števila vojaških vozil, ki jih je fronta tako potrebovala. Katere druge vrste kovinskega litja obstajajo?

tlačno litje

A zdaj uporabljajo veliko bolj napredne in tehnološko napredne metode za proizvodnjo litih izdelkov. Na primer, ulivanje kovine v hladilni kalup. Načeloma je ta metoda v mnogih pogledih podobna zgoraj opisani, saj se v tem primeru uporabljajo tudi kalupi za ulivanje. Le hkrati so kovinski, kar močno poenostavi proces obsežne proizvodnje.

Torej so stožci in palice vstavljeni v dve polovici (za vlivanje kovine in oblikovanje praznin) innato jih trdno pritrdite drug na drugega. Vse, lahko se lotite dela. Posebnost te metode je, da se tu staljena kovina izjemno hitro strdi, obstaja možnost prisilnega hlajenja kalupov, zato je proces sproščanja veliko hitrejši. S samo enim kalupom lahko dobite na stotine, če ne na tisoče ulitkov, pri tem pa ne porabite veliko časa za individualno pripravo kalupov in peska.

Nekatere slabosti metode

Pomanjkljivost te metode litja je dejstvo, da so zanjo primerne le tiste vrste kovin, za katere je značilna povečana fluidnost v staljeni obliki. Za jeklo je na primer primerno samo tlačno litje (o tem spodaj), saj ta material sploh nima dobre fluidnosti. Pod delovanjem stisnjenega zraka tudi najbolj "duktilne" vrste jekla veliko bolje prevzamejo zahtevano obliko. Slaba stvar je, da navaden hladilni kalup preprosto ne zdrži tako ekstremnih proizvodnih pogojev in bo razpadel. Zato morate uporabiti posebno metodo proizvodnje, o kateri bomo razpravljali v nadaljevanju.

brizganje

Kako se izvaja tlačno litje - pod pritiskom - kovin? Nekatere vidike smo že obravnavali zgoraj, vendar je treba to vprašanje še podrobneje razkriti. Vse je precej preprosto. Najprej je potreben kalup za ulivanje iz kakovostnih jekel, ki je lahko večstopenjske, kompleksne notranje oblike. Drugič, potrebujemo črpalno opremo, ki lahko prenese od sedem do sedemsto MP.

Glavna prednostta metoda taljenja je visoka produktivnost. Kaj še zagotavlja brizganje? V tem primeru se uporablja veliko manj kovine, kakovost površine končnega izdelka pa je zelo dobra. Slednja okoliščina pomeni zavrnitev zapletenega in precej dolgočasnega postopka čiščenja in mletja. Kateri materiali so najboljši materiali za to proizvodno metodo za proizvodnjo končnih izdelkov in delov?

Najpogosteje uporabljene zlitine temeljijo na aluminiju, cinku, bakru in kositrnem svincu (litje neželeznih kovin). Njihova talilna temperatura je relativno nizka, zato je dosežena zelo visoka obdelovalnost celotnega postopka. Poleg tega ima ta surovina ob hlajenju razmeroma majhno usedlino. To pomeni, da je možno izdelati dele z zelo majhnimi tolerancami, kar je v proizvodnji sodobne tehnologije izjemno pomembno.

Zapletenost te metode je v tem, da se lahko, ko se končni izdelki ločijo od kalupov, poškodujejo. Poleg tega je ta metoda primerna samo za izdelavo delov z relativno majhno debelino stene. Dejstvo je, da se bo debela plast kovine strdila izjemno neenakomerno, kar bo vnaprej določilo nastanek lupin in votlin.

Različice instalacij za tlačno litje

Vsi stroji, ki se uporabljajo pri tej metodi ulivanja kovinskih izdelkov, so razdeljeni v dve veliki skupini: s komoro za vročo in hladno litje. "Vroča" sorta se najpogosteje uporablja samo za zlitine na osnovi cinka. V tem primeru je komora za ulivanje potopljena v vročo kovino. Pod pritiskomzrak ali poseben bat, teče v votlino.

Praviloma ni potrebna močna sila vbrizgavanja, dovolj je tlak do 35-70 MPa. Torej so v tem primeru lahko kalupi za litje kovin veliko enostavnejši in cenejši, kar najbolj ugodno vpliva na končno ceno izdelka. V kalupih za hladno litje je treba staljeno kovino pod posebno visokim pritiskom "zabiti" globoko v livno komoro. Hkrati lahko doseže 700 MPa.

Kje se uporabljajo brizgani deli?

Povsod so. V telefonih, računalnikih, fotoaparatih in pralnih strojih so povsod podrobnosti, pridobljene s to metodo. Še posebej ga pogosto uporablja strojništvo, vključno s tistimi, ki so neposredno povezane z letalsko in celo vesoljsko industrijo. Masa litih delov se lahko giblje od nekaj gramov do 50 kilogramov (in celo več). Ali je mogoče uporabiti še kakšno drugo "obdelavo" kovin z litjem? Da, in obstaja veliko več načinov.

Izgubljeni vosek

Kot v prvem primeru, ki smo ga obravnavali, je človeštvo že od antičnih časov poznalo način vlivanja staljene kovine v vnaprej pripravljen model iz parafina ali voska. Preprosto se postavi v bučko in vrzeli se napolnijo s peskom za oblikovanje. Talina raztopi vosek in idealno zapolni celoten volumen primarnega obdelovanca. Ta metoda je dobra, ker modela ni treba vzeti iz bučke. Poleg tega je s tem postopkom litja mogoče pridobiti dele preprosto popolne kakovostikovine je relativno enostavno avtomatizirati.

Ulivanje školjk

Če je ulivanje razmeroma preprosto in ni potrebna »prostorna« trdnost končnega izdelka, se lahko uporabi način vlivanja v školjke. Izdelujejo jih že od nekdaj, za osnovo pa se uporablja fin kremenov pesek in smola. Danes se seveda kot slednje uporabljajo različne sintetične spojine.

Nato se vzamejo zložljivi kovinski modeli, sestavljeni iz dveh polovic, in jih položijo na površino, segreto na približno 300 stopinj Celzija. Nato zmes za oblikovanje (iz peska in suhe smole) vlijemo na isto mesto, tako da popolnoma pokrije površino kovinskih modelov. Pod vplivom toplote se smola stopi in v debelini peska se pojavi precej močna "bučka".

Takoj, ko se vse skupaj malo ohladi, lahko odstranimo kovinske ingote in pesek pošljemo v pečico za “pečenje”. Po tem dobimo dovolj močne oblike: s povezovanjem njunih dveh polovic lahko vanje vlijemo staljeno kovino. Katere druge metode vlivanja kovin obstajajo?

centrifugalno litje

V tem primeru se talina vlije v posebno obliko, ki se vrti z zelo visoko hitrostjo v vodoravni ali navpični projekciji. Zaradi delovanja močnih enakomerno uporabljenih centrifugalnih sil se kovina enakomerno pretaka v vse reže kalupa, s čimer se doseže visoka kakovost končnega izdelka. Ta metoda litja je idealna za izdelavo različnih vrst cevi. Omogoča oblikovanje veliko bolj enakomerne debelinestene, kar je izjemno težko doseči z uporabo "statičnih" metod.

elektro-livanje žlindre

Ali obstajajo načini ulivanja kovin, ki jih lahko upravičeno imenujemo moderni? Elektro žlindro litje. V tem primeru se tekoča kovina najprej pridobi z delovanjem na predhodno pripravljeno surovino z močnimi električnimi obločnimi razelektritvami. Uporabimo lahko tudi metodo brez obloka, ko se železo tali iz toplote, ki jo akumulira žlindra. Toda na zadnjega vplivajo močni razelektritve.

Zatem tekoča kovina, ki v celotnem procesu nikoli ni prišla v stik z zrakom, vstopi v kristalizacijsko komoro, ki je »v kombinaciji« tudi kalup za ulivanje. Ta metoda se uporablja za razmeroma preproste in masivne ulitke, za izdelavo katerih ni treba upoštevati številnih pogojev.

Vakumsko polnjenje

Velja samo za "high-end" materiale, kot so zlato, titan, nerjaveče jeklo. V tem primeru se kovina stopi v vakuumskih pogojih, nato pa se hitro (pod enakimi pogoji) razporedi v kalupe. Metoda je dobra v tem, da je pri uporabi praktično izključena tvorba zračnih votlin in votlin v izdelku, saj je tam prisotnih plinov minimalna. Pomembno si je zapomniti, da teža ulitkov v tem primeru ne sme presegati sto ali dveh kilogramov.

Ali je mogoče dobiti večje dele?

Da, taka tehnologija obstaja. Vendar se lahko uporablja le v primerih, ko se hkrati predela sto ton jekla.in več. Najprej se kovina stopi v vakuumskih pogojih, nato pa se ne vlije v kalupe, ampak v posebne zajemalke za oblikovanje, ki so tudi zaščitene pred vdorom zraka v njihovo votlino.

Nato lahko končno talino razporedimo v kalupe, iz katerih smo predhodno s črpalko izčrpali zrak. Jeklo, pridobljeno kot rezultat takšnega tehnološkega postopka, je precej drago. Uporablja se za kovanje, pa tudi nekatere vrste istega ulivanja, ko je potrebno pridobiti surovce in dele najvišje kakovosti.

Vlivanje na uplinjenih (izgorelih) vzorcih

Z vidika kakovosti in enostavnosti ulivanja je ta metoda ena najbolj donosnih, zato se v sodobni industriji vedno bolj uporablja. Takšno ulivanje kovin, katerega proizvodnja iz leta v leto narašča, je še posebej priljubljeno v LRK in ZDA, saj industrijske baze teh dveh držav odlikujejo največje potrebe po visokokakovostnem jeklu. Prednost te metode je, da omogoča izdelavo ulitkov brez kakršnih koli omejitev glede teže in velikosti.

Ta metoda je v mnogih pogledih podobna zgoraj opisanim: na primer, v tem primeru se primarni model ne uporablja iz voska ali plastelina, temveč iz zdaj razširjene pene. Ker ima ta material svoje posebnosti, se mešanica vezivnega peska pakira v bučko pod tlakom okoli 50 kPa. Najpogosteje se ta metoda izvaja v primerih, ko je treba izdelati dele, težke od 100 gramov do dveh ton.

Vendar smo že povedali, da so nekatere stroge omejitve napodrobnosti o velikosti št. Tako je s to metodo litja mogoče izdelati celo komponente za ladijske motorje, ki nikoli niso bile »skromne« velikosti. Za vsako tono kovinskih surovin se porabi naslednja količina dodatnih materialov:

• Drobni peščeni kremen - 50 kg.
• Posebna prevleka proti sprijemanju - 25 kg.
• Granulirana polistirenska pena - 6 kg.
• Gosta polietilenska folija - 10 kvadratnih metrov. m.

Vsi pesek za oblikovanje je čisti kremenov pesek brez dodatnih dodatkov in dodatkov. Lahko je približno 95-97 % ponovno uporabljiv, kar močno izboljša ekonomičnost in zmanjša stroške postopka.

Tako je litje kovin (fiziko procesa smo delno upoštevali) »večplasten« pojav, saj je danes veliko novih metod. Hkrati sodobna industrija uporablja metode, ki so bile v uporabi že pred nekaj tisoč leti, in jih nekoliko prilagaja trenutni realnosti.