Ljevanje metala: proces, metode, metode

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Metal je osnova sve moderne civilizacije. Za godinu dana moderno čovječanstvo samo izvuče i preradi toliku količinu željeza da bi ga prije čitav svijet brao barem nekoliko stoljeća. I ova potreba je potpuno opravdana, jer sama konstrukcija zahtijeva nevjerovatnu količinu čelika. Nije iznenađujuće da se livenje metala u takvim uslovima stalno poboljšava.

Malo istorije

Najvažnija karakteristika gvožđa da poprimi, učvršćuje, oblik koji mu je "predloženo", osoba je primetila u davna vremena. Danas gotovo svi naučnici pretpostavljaju da se početno upoznavanje čovjeka s metalom dogodilo zahvaljujući meteoritima. Meteoritsko gvožđe bilo je topivo i lako za obradu, tako da su osnove livenja proučavale neke civilizacije u nastajanju davno.

Kod nas je livenje metala vekovima poštovan i častan posao, ljudi su se uvek odnosili prema ovom zanatu sa velikim poštovanjem. Nadaleko su poznati "Car-top" i "Car-zvono", koji su remek-dela veštine lijevanja ruskih majstora, čak i ako jedan od njih nikada nije zvonio, a drugi nije pucao. Uralski lijevci u vrijeme vladavine Petra Velikogstekao je posebnu slavu kao dobavljač pouzdanog oružja za vojsku. Međutim, oni i sada s pravom nose ovu titulu. Prije nego što pogledamo glavne vrste metalnog livenja, potrebno je reći nekoliko riječi o potrebnim karakteristikama sirovina.

Koji bi trebao biti metal za livenje

Najvažnije svojstvo metala koji se koristi za livenje je njegova fluidnost. Legura u rastopljenom obliku treba što je lakše teći iz jednog lončića u drugi, dok ispunjava svoja najmanja udubljenja. Što je tečnost veća, to se u gotovom proizvodu mogu napraviti tanji zidovi. Sa metalom koji se slabo širi, mnogo je teže. U normalnim uslovima uspeva da zgrabi mnogo ranije nego što popuni sve praznine u formi. Ovo je poteškoća s kojom se industrijalci suočavaju kada lijevaju metalne legure.

Nije iznenađenje da je liveno gvožđe postalo omiljeni materijal livnice. To je zato što ova legura ima odličnu fluidnost, što je čini relativno lakom za rad. Čelik je daleko od toga da je toliko fluidan, pa se stoga, da bi se kalup u potpunosti ispunio (da nema šupljina i praznina), treba pribjeći raznim trikovima.

U najjednostavnijem slučaju, kada je potrebno livenje domaćeg metala, sirovine se otapaju i sipaju u vodu u malim porcijama: ovako, posebno, možete napraviti ponve za ribolov. Ali ova metoda se relativno široko koristi čak iu industriji oružja! Sa vrha posebnog tornja, nalik na rashladni toranj, istopljenmetal. Visina konstrukcije je takva da savršeno formirana kapljica, već ohlađena, dopire do tla. Ovako se proizvodi snimak u industrijskim razmjerima.

Metoda zemljanog bacanja

Najjednostavniji i najstariji metod je bacanje metala u zemlju. Ali njegova "jednostavnost" je relativno uslovan koncept, jer ovaj rad zahtijeva izuzetno mukotrpnu pripremu. Šta to znači?

Prvo, u modelarnici se izrađuje puna veličina i najdetaljniji model budućeg odljevka. Štaviše, njegova veličina bi trebala biti nešto veća od proizvoda koji bi se trebao dobiti, jer će se metal taložiti kada se ohladi. Model se po pravilu pravi odvojivi, iz dve polovine.

Kada se ovo uradi, priprema se specijalni pesak za kalupljenje. Ako bi budući proizvod trebao imati unutrašnje šupljine i šupljine, tada će biti potrebno pripremiti i šipke, kao i dodatnu smjesu za oblikovanje. Moraju privremeno popuniti ona područja koja su „prazna“u gotovom dijelu. Ako ste zainteresovani za livenje metala kod kuće, svakako imajte na umu ovu činjenicu, jer se inače već napunjena boca može jednostavno rastrgati pritiskom, a posledice toga mogu biti najtužnije.

Od čega se pravi pijesak za oblikovanje?

Osnova su različite vrste pijeska i gline, kao i veziva. Njihovu ulogu mogu odigrati prirodna i sintetička ulja, ulje za sušenje, smola, smola, pa čak i katran.

Slijedi vrijeme kalupara, čiji je zadatak pravljenje kalupa. Ako objasnitejednostavnije, to se radi ovako: uzima se drvena kutija, u nju se stavlja polovina kalupa (takođe se može odvojiti), a praznine između zidova modela i kalupa se začepljuju kompozicijom za oblikovanje.

Isto se radi sa drugom polovinom i oba dijela pričvrstite iglama. Važno je napomenuti da se u onaj dio forme koji će prilikom sipanja biti na vrhu umetnuta dva specijalna čunjeva. Jedan od njih se koristi za izlivanje rastopljenog metala, drugi - za izlazak ekspandirajućih gasova.

Kraj pripremne faze

A sada je vrijeme za možda najbitniji dio operacije. Tikvice se vrlo pažljivo odvajaju, pokušavajući spriječiti narušavanje integriteta pijeska. Nakon toga u zemlji ostaju dva jasna i detaljna otiska budućeg dijela. Nakon toga se prekrivaju posebnom bojom. To se radi tako da rastopljeni metal ne dođe u direktan kontakt sa pijeskom. Tehnologija livenja metala to ne bi smjela dozvoliti, inače se kvalitet gotovog proizvoda može značajno pogoršati.

Ukoliko je to potrebno, istovremeno se prosiječe i dodatni otvorni prolaz koji je neophodan za izlivanje taline. Boce se ponovo presavijaju i povezuju što je moguće čvršće. Nakon što se pijesak malo osuši, možete početi zalijevati.

Počnite bacati

Prvo, u kupolama, odnosno specijalnim pećima, tope se gotovi liveni gvožđe. Ako je potrebno livenje čelika, tada se sirovine tope u visokim pećima, ložištima, inverterima i drugim pećima. Uvestitopi stanje obojenih metala, koristite specijalizovane uređaje za topljenje.

Sve, možete početi bacati. Ako postoji samo jedan oblik, onda se talina ulijeva u njega kutlačom, pojedinačno. U drugim slučajevima, u pravilu, organiziran je transporter: ili traka sa praznima ide ispod kutlače, ili se kutlača kreće preko redova tikvica. Sve ovisi isključivo o organizaciji proizvodnje. Kada dođe vrijeme i metal se ohladi, izvlači se iz kalupa. U principu, ova metoda je idealna u slučajevima kada je potrebno livenje metala kod kuće (na primjer, za kovačnicu). Ništa savršenije pod takvim uslovima ionako neće biti postignuto.

Mašine za pjeskarenje ili brušenje uklanjaju kamenac i prianjajući pijesak za kalupljenje iz gotovog proizvoda. Inače, ova metoda se aktivno koristila u proizvodnji tenkova tokom Velikog domovinskog rata. Tako su se proizvodili liveni tornjevi, a jednostavnost i proizvodnost ovog procesa omogućila je proizvodnju ogromnog broja vojnih vozila koja su frontu bila toliko potrebna. Koje druge vrste metalnog livenja postoje?

Lijevanje pod kalupom

Ali sada koriste mnogo naprednije i tehnološki naprednije metode za proizvodnju livenih proizvoda. Na primjer, livenje metala u kalupu za hlađenje. U principu, ova metoda u mnogo čemu podsjeća na gore opisanu, jer se u ovom slučaju koriste i kalupi za livenje. Samo su u isto vrijeme metalni, što uvelike pojednostavljuje proces proizvodnje velikih razmjera.

Dakle, čunjevi i šipke se ubacuju u dve polovine (za izlivanje metala i formiranje šupljina), izatim ih čvrsto pričvrstite jedno za drugo. Sve, možeš na posao. Posebnost ove metode je da se ovdje rastopljeni metal izuzetno brzo stvrdnjava, postoji mogućnost prisilnog hlađenja kalupa, te je samim tim proces otpuštanja mnogo brži. Sa samo jednim kalupom, možete dobiti stotine, ako ne i hiljade, odljevaka, a da pritom ne trošite puno vremena na individualnu pripremu kalupa i pijeska.

Neki nedostaci metode

Nedostatak ove metode livenja je činjenica da su za nju pogodne samo one vrste metala koje karakteriše povećana fluidnost u rastopljenom obliku. Na primjer, samo livenje pod pritiskom je pogodno za čelik (o tome u nastavku), jer ovaj materijal uopće nema dobru fluidnost. Pod djelovanjem komprimiranog zraka, čak i naj"duktilnije" vrste čelika puno bolje poprimaju traženi oblik. Loša stvar je što običan kalup za hlađenje jednostavno ne može izdržati takve ekstremne uvjete proizvodnje i raspasti će se. Stoga morate koristiti posebnu metodu proizvodnje, o kojoj ćemo govoriti u nastavku.

Injektiranje

Kako se vrši tlačno livenje - pod pritiskom - metala? Gore smo već razmotrili neke aspekte, ali je još uvijek potrebno detaljnije razotkriti ovo pitanje. Sve je prilično jednostavno. Prvo, potreban je kalup za livenje od kvalitetnog čelika, koji može biti višestepenog, složenog unutrašnjeg oblika. Drugo, potrebna nam je oprema za pumpanje koja može da isporuči od sedam do sedam stotina MP.

Glavna prednostova metoda topljenja je visoke produktivnosti. Šta još pruža brizganje? U ovom slučaju se koristi mnogo manje metala, a kvalitet površine gotovog proizvoda je vrlo dobar. Posljednja okolnost podrazumijeva odbacivanje složenog i prilično dosadnog postupka čišćenja i brušenja. Koji materijali su najbolji materijali za ovu metodu proizvodnje za proizvodnju gotovih proizvoda i dijelova?

Najčešće korišćene legure su na bazi aluminijuma, cinka, bakra i kositra-olova (livanje obojenih metala). Njihova temperatura topljenja je relativno niska, pa se time postiže vrlo visoka obradivost cijelog procesa. Osim toga, ova sirovina ima relativno mali talog nakon hlađenja. To znači da je moguće proizvoditi dijelove sa vrlo malim tolerancijama, što je izuzetno važno u proizvodnji moderne tehnologije.

Složenost ove metode je da kada se gotovi proizvodi odvoje od kalupa, oni mogu biti oštećeni. Osim toga, ova metoda je prikladna samo za proizvodnju dijelova s relativno malom debljinom stijenke. Činjenica je da će se debeli sloj metala stvrdnuti izuzetno neravnomjerno, što će predodrediti formiranje školjki i šupljina.

Različitosti instalacija za livenje pod pritiskom

Sve mašine koje se koriste u ovoj metodi livenja metalnih proizvoda dele se u dve velike grupe: sa toplom i hladnom komorom za livenje. "Vruća" sorta se najčešće može koristiti samo za legure na bazi cinka. U ovom slučaju, sama komora za livenje je uronjena u vrući metal. Pod pritiskomvazduh ili specijalni klip, teče u šupljinu za livenje.

Po pravilu nije potrebna jaka sila ubrizgavanja, dovoljan je pritisak do 35-70 MPa. Dakle, u ovom slučaju kalupi za livenje metala mogu biti mnogo jednostavniji i jeftiniji, što najpovoljnije utiče na konačnu cenu proizvoda. U kalupima za hladno livenje, rastopljeni metal se mora „ugurati“duboko u komoru za livenje pod posebno visokim pritiskom. Istovremeno, može doseći 700 MPa.

Gdje se koriste brizgani dijelovi?

Oni su posvuda. U telefonima, kompjuterima, kamerama i mašinama za pranje veša svuda postoje detalji dobijeni ovom metodom. Posebno se široko koristi u mašinstvu, uključujući i one koji su direktno povezani sa avijacijom, pa čak i svemirskom industrijom. Masa livenih dijelova može varirati od nekoliko grama do 50 kilograma (pa i više). Može li se koristiti neka druga "obrada" metala livenjem? Da, i postoji mnogo više načina.

Izgubljeni vosak

Kao i u prvom slučaju koji smo razmatrali, čovječanstvo je od davnina znalo za metodu ulivanja rastopljenog metala u unaprijed pripremljen model od parafina ili voska. Jednostavno se stavlja u tikvicu i praznine se popunjavaju peskom za kalupljenje. Talina otapa vosak i idealno ispunjava cijeli volumen primarnog obratka. Ova metoda je dobra jer model ne treba vaditi iz tikvice. Osim toga, ovim procesom livenja moguće je dobiti dijelove jednostavno savršenog kvalitetametale je relativno lako automatizirati.

Ljevanje školjki

Ako je livenje relativno jednostavno, a "prostorna" čvrstoća od gotovog proizvoda nije potrebna, može se koristiti metoda livenja u kalupe. Izrađuju se od pamtivijeka, a kao osnova se koriste fini kvarcni pijesak i smola. Danas se, naravno, koriste različiti sintetički spojevi kao potonji.

Zatim se uzimaju sklopivi metalni modeli, koji se sastoje od dvije polovine, i postavljaju se na površinu zagrijanu na približno 300 stepeni Celzijusa. Zatim se smjesa za kalupljenje (od pijeska i suhe smole) izlije na isto mjesto tako da potpuno pokrije površinu metalnih modela. Pod uticajem toplote, smola se topi, a u debljini peska se pojavljuje prilično jaka „boca“.

Čim se sve malo ohladi, metalni ingoti se mogu izvaditi, a pijesak poslati u rernu na “pečenje”. Nakon toga dobijaju se dovoljno jaki oblici: spajanjem njihove dvije polovice u njih se može uliti rastopljeni metal. Koje druge metode livenja metala postoje?

Centrifugalno livenje

U ovom slučaju, talina se sipa u poseban oblik, koji se vrti vrlo velikom brzinom u horizontalnoj ili vertikalnoj projekciji. Kao rezultat djelovanja snažnih podjednako primijenjenih centrifugalnih sila, metal se ravnomjerno slijeva u sve otvore kalupa, čime se postiže visok kvalitet gotovog proizvoda. Ova metoda lijevanja je idealna za proizvodnju raznih vrsta cijevi. Omogućava formiranje mnogo ujednačenije debljinezidova, što je izuzetno teško postići "statičkim" metodama.

Elektro-lijevanje zgure

Postoje li neki načini livenja metala koji se s pravom mogu nazvati modernim? Electroslag livenje. U ovom slučaju tečni metal se prvo dobiva djelovanjem na prethodno pripremljenu sirovinu snažnim električnim lučnim pražnjenjima. Može se koristiti i metoda bez luka, kada se željezo topi od topline akumulirane šljakom. Ali na posljednje utječu snažna pražnjenja.

Nakon toga, tečni metal, koji tokom čitavog procesa nikada nije došao u kontakt sa vazduhom, ulazi u kristalizacionu komoru, koja je "u kombinaciji" i kalup za livenje. Ova metoda se koristi za relativno jednostavne i masivne odljevke, za čiju izradu nije potrebno poštovati mnoge uslove.

Vakumsko punjenje

Odnosi se samo na "high-end" materijale kao što su zlato, titanijum, nerđajući čelik. U ovom slučaju, metal se topi u vakuumskim uslovima, a zatim se brzo (pod istim uslovima) raspoređuje u kalupe. Metoda je dobra po tome što je pri njenoj upotrebi praktično isključeno stvaranje zračnih šupljina i šupljina u proizvodu, jer je količina prisutnih plinova minimalna. Važno je zapamtiti da težina odljevaka u ovom slučaju ne može biti veća od sto ili dva kilograma.

Da li je moguće nabaviti veće dijelove?

Da, takva tehnologija postoji. Ali može se koristiti samo u slučajevima kada se u isto vrijeme obrađuje sto tona čelika.i više. Prvo se metal topi u vakuumskim uslovima, a zatim se sipa ne u kalupe, već u posebne kalupe za kalupovanje, koje su takođe zaštićene od ulaska vazduha u njihovu šupljinu.

Nakon toga, gotova talina se može rasporediti u kalupe, iz kojih je takođe prethodno pumpom ispumpan vazduh. Čelik koji se dobije kao rezultat takvog tehnološkog procesa je prilično skup. Koristi se za kovanje, kao i neke vrste istih odlivaka, kada je potrebno dobiti zareze i delove najvišeg kvaliteta.

Livenje na gasifikovane (izgorele) šare

Po kvalitetu i jednostavnosti livenja, ova metoda je jedna od najisplativijih, te se stoga sve više koristi u modernoj industriji. Ovakvo livenje metala, čija se proizvodnja iz godine u godinu povećava, posebno je popularno u NR Kini i SAD, budući da industrijske baze ove dvije zemlje odlikuju najveća potreba za visokokvalitetnim čelikom. Prednost ove metode je što omogućava proizvodnju odljevaka bez ikakvih ograničenja u težini i veličini.

Na mnogo načina, ova metoda je slična onima opisanim gore: na primjer, u ovom slučaju, primarni model se ne koristi od voska ili plastelina, već od sada široko rasprostranjene pjene. Pošto ovaj materijal ima svoje specifičnosti, mešavina vezivnog peska se pakuje u tikvicu pod pritiskom od oko 50 kPa. Najčešće se ova metoda praktikuje u slučajevima kada je potrebno napraviti dijelove težine od 100 grama do dvije tone.

Međutim, već smo rekli da su neka stroga ograničenja nadetalji o veličini br. Dakle, ovom metodom livenja mogu se proizvoditi čak i komponente za brodske motore, koje nikada nisu bile „skromne“veličine. Za svaku tonu metalnih sirovina troši se sljedeća količina dodatnih materijala:

• Kvarc fini pijesak - 50 kg.
• Specijalni neljepljivi premaz - 25 kg.
• Granulirana polistirenska pjena - 6 kg.
• Gusta polietilenska folija - 10 sq. m.

Sav pijesak za oblikovanje je čisti kvarcni pijesak bez ikakvih dodatnih aditiva i aditiva. Može biti oko 95-97% za višekratnu upotrebu, što uvelike poboljšava ekonomičnost i smanjuje troškove procesa.

Dakle, livenje metala (fiziku procesa smo djelimično razmatrali) je “višestruki” fenomen, budući da danas postoji mnogo novih metoda. U isto vrijeme, moderna industrija primjenjuje metode koje su bile u upotrebi prije nekoliko hiljada godina, donekle ih prilagođavajući sadašnjoj stvarnosti.