Fémöntés -Metal casting
A fémmegmunkálásban és az ékszergyártásban az öntés egy olyan folyamat, amelynek során folyékony fémet juttatnak egy öntőformába ( általában egy olvasztótégely segítségével ), amely negatív benyomást (azaz háromdimenziós negatív képet) tartalmaz a kívánt alakról. A fémet egy üreges csatornán keresztül öntik a formába, amelyet csőnek neveznek . A fémet és a formát ezután lehűtik, és a fémrészt (az öntvényt ) kivonják. Az öntést leggyakrabban olyan összetett formák készítésére használják, amelyeket más módszerekkel nehéz vagy gazdaságtalan lenne elkészíteni.
Az öntési eljárások évezredek óta ismertek, és széles körben alkalmazták szobrászatban ( különösen bronzban ), nemesfém ékszerekben , valamint fegyverekben és szerszámokban. Magasan megtervezett öntvények találhatók a tartós cikkek 90 százalékában, beleértve az autókat, teherautókat, repülőgépeket, vonatokat, bányászati és építőipari berendezéseket, olajkutak, készülékek, csövek, tűzcsapok, szélturbinák, atomerőművek, orvosi eszközök, védelmi termékek, játékok és több.
A hagyományos technikák közé tartozik az elveszett viasz öntés (amely tovább osztható centrifugális öntésre és vákuum-asszisztens közvetlen öntésre), gipszformába öntés és homoköntés .
A modern öntési folyamat két fő kategóriába sorolható: elhasználható és nem elhasználható öntvény. Ezt tovább bontja az öntőforma anyaga, például homok vagy fém, és az öntési módszer, például gravitáció, vákuum vagy alacsony nyomás.
Elhasználható öntés
Az öntőforma öntvény egy általános besorolás, amely magában foglalja a homok-, műanyag-, héj-, vakolat- és befektetési (elveszett viasz-technika) díszléceket. Ez a formába öntés módszere ideiglenes, nem újrafelhasználható formák használatát foglalja magában.
Homoköntés
A homoköntés az egyik legnépszerűbb és legegyszerűbb öntésfajta, amelyet évszázadok óta alkalmaznak. A homoköntés kisebb tételeket tesz lehetővé, mint az állandó öntőformás öntés, és nagyon kedvező áron. Ez a módszer nemcsak lehetővé teszi a gyártók számára, hogy alacsony költséggel készítsenek termékeket, hanem a homoköntésnek más előnyei is vannak, például nagyon kis méretű műveletek. Az eljárás lehetővé teszi, hogy elég kicsi öntvények férjenek el a tenyerében, és elég nagyok egy vasúti kocsiágyhoz (egy öntéssel egy vasúti kocsi teljes ágya készíthető). A homoköntés lehetővé teszi a legtöbb fém öntését is, attól függően, hogy milyen homokot használtak a formákhoz.
A homoköntéshez napok, sőt esetenként hetek átfutási időre van szükség a nagy teljesítményű (1–20 darab/óra-forma) gyártáshoz, és felülmúlhatatlan a nagy részek gyártásánál. A fekete színű zöld (nedves) homoknak szinte nincs résztömeg-korlátozása, míg a száraz homok gyakorlati tömeghatára 2300–2700 kg (5100–6000 font). Az alkatrész minimális súlya 0,075–0,1 kg (0,17–0,22 font). A homokot agyaggal, kémiai kötőanyagokkal vagy polimerizált olajokkal (például motorolajjal) kötik össze. A homok a legtöbb művelet során sokszor újrahasznosítható, és kevés karbantartást igényel.
Vályog öntés
Az agyagos öntést nagy szimmetrikus tárgyak, például ágyúk és templomi harangok előállítására használták. A vályog agyag és homok keveréke szalmával vagy trágyával. Az előállított termék modelljét morzsalékos anyagban (a chemise) alakítják ki. A penész e tér körül úgy alakul ki, hogy agyaggal vonják be. Ezt megsütjük (kiégetjük), és eltávolítjuk a kekszet. A formát ezután függőlegesen a kemence előtti gödörbe állítják, hogy az olvadt fémet kiöntsék. Ezt követően a formát letörjük. A formák így csak egyszer használhatók, így a legtöbb célra más módszereket részesítenek előnyben.
Gipszformába öntés
A gipszöntés hasonló a homoköntéshez, azzal a különbséggel, hogy homok helyett parisgipszet használnak formaanyagként. Általában a forma elkészítése kevesebb, mint egy hétig tart, ezután 1–10 egység/óra-forma gyártási sebesség érhető el, a 45 kg-os (99 font) tömegű és a 30 g-os (1 uncia) tételeknél. nagyon jó felületkezeléssel és szoros tűréssel . A gipszöntés olcsó alternatíva az összetett alkatrészek más formázási eljárásaihoz, a vakolat alacsony költsége és a közel háló alakú öntvények előállítására való képessége miatt. A legnagyobb hátránya, hogy csak alacsony olvadáspontú, nem vastartalmú anyagokkal használható, mint például alumínium , réz , magnézium és cink .
Kagylóformázás
A héjformázás hasonló a homoköntéshez, de az öntőüreget a homokkal töltött lombik helyett egy megkeményedett homok "héj" alkotja. A felhasznált homok finomabb, mint a homoköntő homok, és gyantával keverik össze, hogy a minta felhevítse és a minta körül héjává keményedjen. A gyanta és a finomabb homok miatt sokkal finomabb felületet ad. A folyamat könnyen automatizálható és pontosabb, mint a homoköntés. Az öntött közönséges fémek közé tartozik az öntöttvas , az alumínium, a magnézium és a rézötvözetek. Ez az eljárás ideális összetett, kis és közepes méretű tárgyakhoz.
Befektetési öntés
A befektetési öntés (a művészetben viaszos öntésként ismert ) egy évezredek óta alkalmazott eljárás, és a viaszveszteség az egyik legrégebbi ismert fémformázási technika. 5000 évvel ezelőtt, amikor a méhviasz alkotta a mintát, a mai csúcstechnológiás viaszokig, tűzálló anyagokig és speciális ötvözetekig az öntvények biztosítják a kiváló minőségű alkatrészek előállítását a pontosság, ismételhetőség, sokoldalúság és integritás kulcsfontosságú előnyeivel.
A befektetett öntés nevét onnan kapta, hogy a mintát tűzálló anyaggal fektetik be, vagy veszik körül. A viaszminták rendkívüli gondosságot igényelnek, mivel nem elég erősek ahhoz, hogy ellenálljanak a formakészítés során fellépő erőknek. A befektetési öntés egyik előnye, hogy a viasz újra felhasználható.
Az eljárás alkalmas háló alakú alkatrészek megismételhető előállítására különféle fémekből és nagy teljesítményű ötvözetekből. Bár általában kis öntvényekhez használják, ezt az eljárást komplett repülőgép-ajtókeretek előállítására használták, legfeljebb 300 kg-os acélöntvényekkel és 30 kg-ig terjedő alumíniumöntvényekkel . Összehasonlítva más öntési eljárásokkal, mint például a présöntéssel vagy a homoköntéssel , ez költséges eljárás lehet. A befektetett öntéssel előállítható alkatrészek azonban bonyolult kontúrokat tartalmazhatnak, és a legtöbb esetben az alkatrészeket a háló alakjához közel öntötték, így az öntés után alig vagy egyáltalán nem igényel utómunkát.
Hulladék gipsz öntés
A tartós vakolat közbenső anyagot gyakran használják a bronzszobrok készítésének színpadaként vagy a faragott kő készítésének iránymutatójaként. A vakolat elkészültével a munka tartósabb (beltéri tárolás esetén), mint az eredeti agyag, amelyet nedvesen kell tartani a repedés elkerülése érdekében. A rendelkezésre álló olcsó vakolat mellett a bronzöntés vagy kőfaragás költséges munkája elhalasztható a mecénás megtalálásáig, és mivel az ilyen munka nem művészi, hanem technikai jellegű, akár az élettartamon túl is elhalasztható. a művészé.
Hulladék-öntéskor az eredeti agyagkeverékre egy egyszerű és vékony gipszformát öntenek, amelyet szizál vagy zsákvászon erősít meg. Kikeményedés után eltávolítják a nedves agyagból, és véletlenül megsemmisítik az agyagban lévő mélyedésekben lévő finom részleteket, amelyek most a formába kerülnek. A formát ezután bármikor (de csak egyszer) fel lehet használni az eredeti agyaggal azonos gipszpozitív kép öntésére. Ennek a vakolatnak a felülete tovább finomítható, festhető és viaszolható, hogy egy kész bronzöntvényhez hasonlítson.
Párolgásos mintázatú öntés
Ez az öntési eljárások egy olyan osztálya, ahol az öntés során elpárologó mintaanyagokat használnak, ami azt jelenti, hogy nem kell eltávolítani a mintaanyagot a formából az öntés előtt. A két fő eljárás a habszivacsos öntés és a teljes formába öntés.
Elveszett hab öntés
Az elveszett habos öntés a párolgásos mintázatú öntési eljárás egy fajtája, amely hasonló a befektetett öntéshez, kivéve, hogy viasz helyett habot használnak a mintához. Ez az eljárás kihasználja a hab alacsony forráspontját, hogy leegyszerűsítse az öntési folyamatot, mivel nincs szükség a viasz kiolvasztására a formából.
Teljes öntés
A teljes öntés egy párolgásos mintázatú öntési eljárás, amely a homoköntés és a habosított öntés kombinációja . Habosított polisztirolhab mintát használ , amelyet ezután homokkal vesz körül, hasonlóan a homoköntéshez. Ezután a fémet közvetlenül a formába öntik, amely érintkezéskor elpárologtatja a habot.
Nem elhasználható öntés
A nem elhasználható öntőformák öntése abban különbözik az elhasználható eljárásoktól, hogy a formát nem kell minden gyártási ciklus után megreformálni. Ez a technika legalább négy különböző módszert tartalmaz: állandó, fröccsöntés, centrifugális és folyamatos öntés. Ez az öntési forma javítja a megismételhetőséget az előállított alkatrészekben, és közel háló alakú eredményeket biztosít.
Állandó öntés formába
Az állandó öntőformás öntés egy olyan fémöntési eljárás, amely újrafelhasználható formákat ("állandó formákat") alkalmaz , amelyek általában fémből készülnek . A leggyakoribb eljárás a gravitációt használja a forma kitöltésére. Használnak azonban gáznyomást vagy vákuumot is. A tipikus gravitációs öntési eljárás egy változata, az úgynevezett slush casting , üreges öntvényeket eredményez. A leggyakoribb öntési fémek az alumínium , a magnézium és a rézötvözetek . Egyéb anyagok közé tartozik az ón , a cink és az ólomötvözetek , valamint a vasat és az acélt is grafitformákba öntik . A tartós formák, bár egynél több öntvény tartósak, korlátozott élettartamúak, mielőtt elkopnának.
Présöntés
A fröccsöntési eljárás a megolvadt fémet nagy nyomás alatt a formaüregekbe kényszeríti (amelyeket szerszámokká alakítanak). A legtöbb présöntvény színesfémekből , különösen cinkből , rézből és alumínium alapú ötvözetekből készül , de vasfém présöntvények is lehetségesek. A présöntési módszer különösen alkalmas olyan alkalmazásokhoz, ahol sok kis és közepes méretű alkatrészre van szükség, jó részletességgel, finom felületi minőséggel és méretállandósággal.
Félszilárd fémöntvény
A félszilárd fémöntés (SSM) egy módosított présöntési eljárás, amely csökkenti vagy megszünteti a legtöbb présöntvényben előforduló maradék porozitást. Ahelyett, hogy folyékony fémet használna betáplálásként, az SSM öntvény nagyobb viszkozitású betáplálást használ, amely részben szilárd és részben folyékony. Módosított fröccsöntőgépet használnak a félszilárd iszap újrafelhasználható, edzett acél szerszámokba való befecskendezésére. A félszilárd fém magas viszkozitása, valamint az ellenőrzött szerszámtöltési feltételek alkalmazása biztosítja, hogy a félszilárd fém nem turbulens módon töltse ki a szerszámot, így a káros porozitás lényegében kiküszöbölhető.
A kereskedelemben elsősorban alumínium- és magnéziumötvözetekhez használt SSM-öntvények hőkezelhetők a T4, T5 vagy T6 hőmérsékletre. A hőkezelés, a gyors hűtési sebesség (a bevonat nélküli acél szerszámok használatából eredően) és a minimális porozitás kombinációja a szilárdság és a hajlékonyság kiváló kombinációit biztosítja. Az SSM-öntvény további előnyei közé tartozik az összetett formájú alkatrészek nettó alakja, a nyomásállóság, a szűk mérettűrések és a vékony falak öntésének képessége.
Centrifugális öntés
Ebben a folyamatban az olvadt fémet a formába öntik, és hagyják megszilárdulni, miközben a forma forog. A fémet a forma közepébe öntik a forgástengelyén. A tehetetlenségi erő hatására a folyékony fém a periféria felé kidobódik.
A centrifugális öntés a gravitációtól és a nyomástól független, mivel egy forgókamrában tartott ideiglenes homokforma segítségével hozza létre a saját erőt. Az átfutási idő az alkalmazástól függően változik. A fél- és valódi centrifugális feldolgozás 30-50 darab/óra öntőforma gyártását teszi lehetővé, a gyakorlati korlát a kötegelt feldolgozásnál kb. 9000 kg össztömeg, a tipikus darabonkénti határ 2,3-4,5 kg.
Iparilag a vasúti kerekek centrifugális öntése a német Krupp iparvállalat által kidolgozott módszer korai alkalmazása volt, és ez a képesség tette lehetővé a vállalkozás gyors növekedését.
A kis műtárgyakat, például ékszereket gyakran öntik ezzel a módszerrel az elveszett viaszos eljárással, mivel az erők lehetővé teszik, hogy a meglehetősen viszkózus folyékony fémek nagyon kis járatokon keresztül folyjanak át finom részletekbe, például levelekbe és szirmokba. Ez a hatás hasonló a vákuumöntés előnyeihez, amelyet az ékszeröntéshez is alkalmaznak.
Folyamatos öntés
A folyamatos öntés az öntési eljárás finomítása állandó keresztmetszetű fémszelvények folyamatos, nagy volumenű előállítására. Elsősorban félkész termékek előállítására használják további feldolgozásra. Az olvadt fémet egy nyitott végű, vízhűtéses formába öntik, amely lehetővé teszi, hogy a még folyékony közepe fölött szilárd fémből álló „bőr” képződjön, ami fokozatosan megszilárdítja a fémet kívülről befelé. Megszilárdulás után a szál, ahogy néha hívják, folyamatosan kivonják a formából. A szál előre meghatározott hosszúsága mechanikus ollóval vagy mozgó oxi-acetilén égőkkel levágható, és átvihető további formázási folyamatokba vagy raktárba. Az öntött méretek a szalagtól (néhány milliméter vastag és körülbelül öt méter széles) a tuskókon át (90-160 mm négyzet) a födémekig (1,25 m széles és 230 mm vastag) változhatnak. Előfordulhat, hogy a szál egy kezdeti meleghengerlési folyamaton megy keresztül a vágás előtt.
A folyamatos öntést a szabványos termék folyamatos gyártásával járó alacsonyabb költségek, valamint a végtermék jobb minősége miatt alkalmazzák. Az olyan fémeket, mint az acél, a réz, az alumínium és az ólom folyamatosan öntik, és az acél a legnagyobb mennyiségben öntött fém ezzel a módszerrel.
Upcasting
A felöntés (felöntés, felfelé vagy felfelé öntés) 8-30 mm átmérőjű különféle profilú (hengeres, négyzetes, hatszögletű, födém stb.) rudak és csövek függőleges vagy vízszintes folyamatos öntésének módszere. A réz (Cu·Sn ötvözet), bronz (Cu· Sn ötvözet), nikkelötvözeteket általában a nagyobb öntési sebesség (függőleges felöntés esetén) és a jobb fizikai tulajdonságok miatt alkalmazzák. Ennek a módszernek az az előnye, hogy a fémek szinte oxigénmentesek, és a termék kristályosodásának (megszilárdulásának) sebessége szabályozható egy kristályosítóban - egy magas hőmérsékletnek ellenálló eszközzel, amely vízzel hűti a növekvő fémrudat vagy csövet.
A módszer a szilícium (Si) kristályok termesztésére szolgáló Czochralski módszerhez hasonlítható , amely egy metalloid .
Terminológia
A fémöntési folyamatok a következő terminológiát használják:
- Minta : A formaüreg kialakításához használt végső öntvény hozzávetőleges másolata.
- Öntőanyag: A minta köré csomagolt anyagot, majd a mintát eltávolítják, hogy elhagyják az üreget, ahová az öntőanyagot kiöntik.
- Lombik : A formázóanyagot tartó merev fa vagy fém keret.
-
Mag : Az öntőformában lévő betét, amely belső elemeket, például lyukakat hoz létre az öntvényben.
- Magnyomat: A mintához, maghoz vagy formához hozzáadott terület, amelyet a mag megtalálásához és alátámasztásához használnak.
- Formaüreg: Az öntőanyag és a mag együttes nyitott területe, ahová a fémet öntik az öntvény előállításához.
- Felszálló : Egy extra üreg a formában, amely megtelik olvadt anyaggal, hogy kompenzálja a zsugorodást a megszilárdulás során.
- Kapurendszer: Összekapcsolt csatornák hálózata, amelyek az olvadt anyagot a formaüregekbe juttatják.
- Kiöntő csésze vagy kiöntő medence: A kapurendszer azon része, amely az olvadt anyagot fogadja a kiöntőedényből.
- Csavarcső : A kiöntő csésze a csaphoz kapcsolódik, amely a kapurendszer függőleges része. A fúvóka másik vége a futókhoz csatlakozik.
- Futók: A kapurendszer vízszintes része, amely összeköti a csapokat a kapukkal.
- Kapuk: Szabályozott bejáratok a futókról a formaüregekbe.
- Szellőzőnyílások: További csatornák, amelyek a kiöntés során keletkező gázok kiáramlását biztosítják.
- Elválasztó vonal vagy elválasztó felület: Az öntőforma, a lombik vagy a minta tapadó- és húzófelei közötti interfész.
- Huzat : Az öntvényen vagy mintán lévő kúpos rész, amely lehetővé teszi a formából való kiemelését
- Magdoboz: A magok előállításához használt forma vagy szerszám.
- Chaplet: Hosszú függőleges tartórúd a maghoz, amely az öntés után az öntés szerves részévé válik, támasztja a magot.
Egyes speciális eljárások, mint például a présöntés, további terminológiát használnak.
Elmélet
Az öntés egy megszilárdulási folyamat, ami azt jelenti, hogy a megszilárdulási jelenség szabályozza az öntvény legtöbb tulajdonságát. Ezenkívül a legtöbb öntési hiba a megszilárdulás során jelentkezik, mint például a gáz porozitása és a megszilárdulási zsugorodás .
A megszilárdulás két lépésben történik: gócképződés és kristálynövekedés . A gócképződés szakaszában a folyadékban szilárd részecskék képződnek. Amikor ezek a részecskék kialakulnak, belső energiájuk alacsonyabb, mint a körülvett folyadéké, ami energia határfelületet hoz létre a kettő között. A felület kialakítása ezen a határfelületen energiát igényel, így a gócképződés során az anyag ténylegesen alulhűl (azaz a megszilárdulási hőmérséklete alá hűl), mivel a határfelületek kialakításához többletenergia szükséges. Ezt követően a kristálynövekedési szakaszban újra felmelegszik, vagy felmelegszik a megszilárdulási hőmérsékletére. A gócképződés egy már létező szilárd felületen történik, mivel nem kell annyi energia egy részleges határfelülethez, mint egy teljes gömbfelülethez. Ez azért előnyös lehet, mert a finomszemcsés öntvények jobb tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a durva szemcsés öntvények. Finom szemcsés szerkezetet lehet előidézni szemcsefinomítással vagy inokulációval , amely szennyeződések hozzáadásának folyamata a gócképződés indukálására.
Az összes magképződés egy kristályt képvisel, amely nő, ahogy a fúziós hőt kivonják a folyadékból, amíg már nem marad folyadék. A növekedés iránya, sebessége és típusa szabályozható az öntvény tulajdonságainak maximalizálása érdekében. Az irányított megszilárdulás az, amikor az anyag az egyik végén megszilárdul, majd a másik végén megszilárdul; ez a szemcsenövekedés legideálisabb típusa, mert lehetővé teszi, hogy a folyékony anyag kompenzálja a zsugorodást.
Hűtési görbék
A hűtési görbék fontosak az öntvény minőségének szabályozásában. A hűtési görbe legfontosabb része a hűtési sebesség , amely befolyásolja a mikroszerkezetet és a tulajdonságokat. Általánosságban elmondható, hogy az öntvénynek egy gyorsan lehűtött területe finom szemcsés szerkezetű, míg a lassan hűlő terület durva szemcseszerkezetű lesz. Az alábbiakban egy tiszta fém vagy eutektikus ötvözet hűtési görbéje látható, meghatározó terminológiával.
Figyeljük meg, hogy a hőlezárás előtt az anyag folyékony, utána pedig szilárd; A hőlezárás során az anyag folyékonyból szilárd halmazállapotúvá alakul. Azt is vegye figyelembe, hogy minél nagyobb a túlhevítés, annál több ideje van a folyékony anyagnak bonyolult részletekbe folyni.
A fenti hűtési görbe egy tiszta fém alaphelyzetét ábrázolja, azonban a legtöbb öntvény ötvözetből készül, amelyek hűtési görbéje az alábbiak szerint van kialakítva.
Ne feledje, hogy már nincs hőleállás, helyette fagyási tartomány van. A fagyási tartomány közvetlenül megfelel az adott ötvözet fázisdiagramján található likvidusznak és szilárdságnak .
Chvorinov uralma
A helyi megszilárdulási idő Chvorinov-szabály segítségével számítható ki, amely a következő:
Ahol t a megszilárdulási idő, V az öntvény térfogata, A az öntvény felülete, amely érintkezik a formával , n egy állandó, B pedig a formaállandó. Ez a leghasznosabb annak meghatározásában, hogy egy felszállócső megszilárdul-e az öntés előtt, mert ha a felszálló először megszilárdul, akkor értéktelen.
A kapurendszer
A kapurendszer számos célt szolgál, a legfontosabb a folyékony anyag továbbítása a formába, de szabályozza a zsugorodást, a folyadék sebességét, a turbulenciát és a salak befogását is . A kapukat általában az öntvény legvastagabb részéhez rögzítik, hogy segítsék a zsugorodás szabályozását. Különösen nagy öntvényeknél több kapura vagy sínekre lehet szükség ahhoz, hogy fémet a formaüreg egynél több pontjába juttatjanak be. Az anyag sebessége azért fontos, mert ha az anyag túl lassan halad, lehűlhet, mielőtt teljesen megtelne, ami félrefutáshoz és hidegzáráshoz vezethet. Ha az anyag túl gyorsan mozog, akkor a folyékony anyag erodálhatja a formát és szennyezheti a végső öntvényt. A kapurendszer alakja és hossza azt is szabályozhatja, hogy az anyag milyen gyorsan hűl le; a rövid kerek vagy négyzet alakú csatornák minimalizálják a hőveszteséget.
Az öntött anyagtól függően a kapurendszert úgy lehet megtervezni, hogy a turbulencia minimális legyen. Például az acél, az öntöttvas és a legtöbb rézötvözet nem érzékeny a turbulensre, de az alumínium- és magnéziumötvözetek turbulens érzékenyek. A turbulens, érzéketlen anyagok általában rövid és nyitott kapurendszerrel rendelkeznek, hogy a formát a lehető leggyorsabban kitöltsék. A turbulens érzékeny anyagoknál azonban rövid csonkokat használnak, hogy minimalizálják azt a távolságot, amelyet az anyagnak le kell esnie, amikor belép a formába. A téglalap alakú kiöntőcsészéket és a kúpos idomokat használják az örvényképződés megakadályozására, amikor az anyag a formába áramlik; ezek az örvények hajlamosak gázt és oxidokat szívni a formába. A folyékony anyag kinetikus energiájának eloszlatására egy nagy kifolyó kút szolgál, amikor az leesik a csonkon, csökkentve a turbulenciát. A fojtó , amely a legkisebb keresztmetszeti terület az áramlás szabályozására szolgáló kapurendszerben, a kifolyó kút közelében helyezhető el az áramlás lassítása és simítása érdekében. Vegye figyelembe, hogy egyes formáknál a fojtó továbbra is a kapukon van elhelyezve, hogy megkönnyítse az alkatrész szétválasztását, de extrém turbulenciát okoz. A kapuk általában az öntvény aljához vannak rögzítve, hogy minimalizálják a turbulenciát és a fröccsenést.
A kapurendszer úgy is kialakítható, hogy felfogja a salakot. Az egyik módszer az, hogy kihasználják azt a tényt, hogy egyes salak sűrűsége kisebb, mint az alapanyagé, így az a kapurendszer tetejére úszik. Ezért a hosszú lapos futók a futók aljáról kilépő kapukkal felfoghatják a salakot a futókban; vegye figyelembe, hogy a hosszú lapos sínek gyorsabban hűtik le az anyagot, mint a kerek vagy négyzet alakú sínek. Azoknál az anyagoknál, ahol a salak sűrűsége hasonló az alapanyaghoz, mint például az alumínium, előnyös lehet a csúszónyúlványok és a csúszókutak . Ezek kihasználják azt a tényt, hogy a salak általában a kiöntés kezdetén helyezkedik el, ezért a csonk túlnyúlik az utolsó kapu(k)on, és a szennyeződések a kutakba kerülnek. A szennyeződések felfogására szita vagy szűrő is használható.
Fontos, hogy a kapurendszer mérete kicsi legyen, mert mindent ki kell vágni az öntvényből és újraolvasztani, hogy újra felhasználható legyen. A hatékonyság, ill Egy öntvényrendszer hozama kiszámolható úgy, hogy az öntvény tömegét elosztjuk az öntött fém tömegével. Ezért minél nagyobb ez a szám, annál hatékonyabb a kapurendszer/emelők.
Zsugorodás
Háromféle zsugorodás létezik: a folyadék zsugorodása , a megszilárdulási zsugorodás és a mintakészítő zsugorodása . A folyadék zsugorodása ritkán okoz problémát, mert több anyag áramlik a mögötte lévő formába. A megszilárdulási zsugorodás azért következik be, mert a fémek folyadékként kevésbé sűrűek, mint szilárd anyagok, így a megszilárdulás során a fémsűrűség drámaian megnő. A mintázatkészítő zsugorodás arra a zsugorodásra utal, amely akkor következik be, amikor az anyagot a megszilárdulási hőmérsékletről szobahőmérsékletre hűtik, és ez a hőösszehúzódás miatt következik be .
Megszilárdulási zsugorodás
| Fém | Százalék |
|---|---|
| Alumínium | 6.6 |
| Réz | 4.9 |
| Magnézium | 4.0 vagy 4.2 |
| Cink | 3.7 vagy 6.5 |
| Alacsony széntartalmú acél | 2,5–3,0 |
| Magas széntartalmú acél | 4.0 |
| Fehér öntöttvas | 4,0–5,5 |
| Szürke öntöttvas | −2,5–1,6 |
| Képlékeny öntöttvas | −4,5–2,7 |
A legtöbb anyag zsugorodik, amikor megszilárdul, de ahogy a szomszédos táblázat mutatja, néhány anyag nem, például a szürkeöntvény . A megszilárduláskor zsugorodó anyagoknál a zsugorodás típusa attól függ, hogy milyen széles az anyag fagyástartománya. A szűk, 50 °C-nál (122 °F) alacsonyabb fagyási tartományú anyagoknál az öntvény közepén egy csőként ismert üreg képződik, mivel a külső héj először fagy meg, és fokozatosan a középpontig megszilárdul. A tiszta és eutektikus fémek általában szűk megszilárdulási tartományokkal rendelkeznek. Ezek az anyagok hajlamosak héjat képezni a szabad levegőn lévő formákban, ezért bőrképző ötvözetekként ismertek . Széles, 110 °C-nál (230 °F) nagyobb fagyási tartományú anyagoknál az öntvény sokkal nagyobb része foglalja el a kásás vagy latyakos zónát (a szolidusz és a liquidus közötti hőmérséklet-tartomány), ami kis folyadékzsebekhez vezet. az egész és végül a porozitás. Ezeknek az öntvényeknek általában gyenge a hajlékonysága , szívóssága és fáradtságállósága . Ezenkívül ahhoz, hogy az ilyen típusú anyagok folyadékzáróak legyenek, másodlagos műveletre van szükség az öntvény impregnálására alacsonyabb olvadáspontú fémmel vagy gyantával.
Azoknál az anyagoknál, amelyeknek szűk szilárdulási tartománya van, a csöveket úgy lehet leküzdeni, hogy az öntvényt úgy alakítják ki, hogy elősegítse az irányított megszilárdulást, ami azt jelenti, hogy az öntvény először a kaputól legtávolabbi ponton fagy meg, majd fokozatosan megszilárdul a kapu felé. Ez lehetővé teszi a folyékony anyag folyamatos betáplálását a megszilárdulás helyén a zsugorodás kompenzálására. Vegye figyelembe, hogy még mindig van egy zsugorodási üreg, ahol a végső anyag megszilárdul, de ha megfelelően van megtervezve, ez a kapurendszerben vagy a felszállóban lesz.
Felemelők és emelőkosárok
A felszállók, más néven adagolók , az irányított szilárdítás legelterjedtebb módja. Folyékony fémet juttat a megszilárduló öntvénybe, hogy kompenzálja a megszilárdulási zsugorodást. Ahhoz, hogy a felszállócső megfelelően működjön, a felszállócsőnek meg kell szilárdulnia az öntés után, különben nem tud folyékony fémet szállítani az öntvényen belüli zsugorodáshoz. Az emelők megnövelik az öntvény költségeit, mivel csökkentik az egyes öntvények hozamát ; azaz minden öntvénynél több fém vész el hulladékként. Egy másik módja az irányított megszilárdulás elősegítésének, ha hidegrázást adunk a formához. A hűtés minden olyan anyag, amely gyorsabban vezeti el a hőt az öntvénytől, mint az öntéshez használt anyag.
A felszállókat három kritérium szerint osztályozzák. Az első, ha a felszállócső nyitott a légkör felé, ha nyitott, akkor nyitott felszállónak hívják , egyébként vak típusnak nevezik . A második kritérium az, hogy hol található a felszállócső; ha az öntvényen van, akkor felső emelőnek , ha pedig az öntvény mellett van, akkor oldalsó emelőnek nevezik . Végül, ha a felszállócső a kapurendszeren van elhelyezve úgy, hogy a formázóüreg után megtelik, akkor feszültség alatti vagy meleg felszállónak nevezzük , de ha a felszállócső megtelik olyan anyagokkal, amelyek már átfolytak a formázóüregen, akkor az úgynevezett halott kelő vagy hideg kelő .
Az emelkedő segédeszközök olyan elemek, amelyek segítik a felszállókat az irányított megszilárdulás létrehozásában vagy a szükséges felszállók számának csökkentésében. Az egyik ilyen elem a hidegrázás , amely felgyorsítja a lehűlést a forma bizonyos részében. Két típusa van: külső és belső hidegrázás. A külső hidegrázás nagy hőkapacitású és nagy hővezető képességű anyagok tömegei, amelyeket az öntőüreg szélére helyeznek. A belső hidegrázás ugyanabból a fémből készült darabok, amelyeket kiöntenek, amelyek a formaüregbe kerülnek, és az öntvény részévé válnak. A felszálló ürege köré szigetelő hüvelyek és burkolatok is felszerelhetők, hogy lassítsák a felszállócső megszilárdulását. A fűtőtekercsek a felszálló ürege köré vagy fölé is felszerelhetők a megszilárdulás lassítása érdekében.
Mintakészítő zsugor
| Fém | Százalék | in/ft |
|---|---|---|
| Alumínium | 1,0–1,3 | 1⁄8 – 5⁄32 _ _ _ _ |
| Sárgaréz | 1.5 | 3⁄16 _ _ |
| Magnézium | 1,0–1,3 | 1⁄8 – 5⁄32 _ _ _ _ |
| Öntöttvas | 0,8–1,0 | 1⁄10 – 1⁄8 _ _ _ _ |
| Acél | 1,5–2,0 | 3 ⁄ 16 – 1 ⁄ 4 |
A megszilárdulás utáni zsugorodás egy kifejezetten az alkalmazott ötvözethez tervezett túlméretezett mintával kezelhető.Összehúzódási szabály s, illzsugorítási szabály s, a minták túlméretezetté tételére szolgál, hogy kompenzálja az ilyen típusú zsugorodást. Ezek a vonalzók akár 2,5%-kal is túlméretesek, az öntött anyagtól függően. Ezekre a vonalzókra elsősorban százalékos változásuk utal. A meglévő alkatrészhez illeszkedő mintát a következőképpen készítenének: Először a meglévő alkatrészt mérik meg egy szabványos vonalzóval, majd a minta készítésekor a minta készítője egy összehúzási szabályt használ, biztosítva, hogy az öntvény összehúzódjon a helyes méret.
Vegye figyelembe, hogy a mintakészítő zsugorodása nem veszi figyelembe a fázisváltozás transzformációit. Például az eutektikus reakciók, a martenzites reakciók és a grafitizálódás tágulást vagy összehúzódást okozhat.
Penész üreg
Az öntvény formaürege több okból nem tükrözi a kész alkatrész pontos méreteit. A formaüreg ezen módosításait ráhagyásnak nevezik , és figyelembe veszik a mintakészítő zsugorodását, huzatát, megmunkálását és torzulását. A nem elhasználható eljárásokban ezek a ráhagyások közvetlenül az állandó formába kerülnek, de az elhasználható öntőforma eljárásokban a mintákba kerülnek, amelyek később a formaüreget alkotják. Vegye figyelembe, hogy a nem elhasználható formáknál egy ráhagyás szükséges az öntőforma méretváltozásához az üzemi hőmérsékletre való felmelegedés miatt.
Az öntvény azon felületeinél, amelyek merőlegesek a forma elválasztó vonalára, huzatot kell feltüntetni. Ez azért van így, hogy az öntvény fel nem fogyó folyamatok során felszabadulhasson, vagy a minta a formából kikerüljön anélkül, hogy az öntőforma tönkretenné az elhasználható folyamatokban. A szükséges behúzási szög a jellemző méretétől és alakjától, a formaüreg mélységétől, az alkatrész vagy minta formából való eltávolításának módjától, a mintától vagy alkatrész anyagától, a forma anyagától és a folyamat típusától függ. Általában a huzat nem kevesebb, mint 1%.
A megmunkálási ráhagyás folyamatonként drasztikusan változik. A homoköntvények általában érdes felületűek, ezért nagyobb megmunkálási ráhagyást igényelnek, míg a fröccsöntvények nagyon finom felülettel rendelkeznek, amihez esetleg nincs szükség megmunkálási tűrésre. Ezenkívül a huzat elegendő megmunkálási ráhagyást biztosíthat kezdetnek.
A torzítási ráhagyás csak bizonyos geometriák esetén szükséges. Például az U-alakú öntvények hajlamosak eltorzulni, amikor a lábak kifelé nyúlnak, mivel az alakzat alapja összehúzódhat, miközben a lábakat korlátozza a forma. Ezt úgy lehet leküzdeni, ha a formaüreget úgy alakítjuk ki, hogy a lábszár kezdetben befelé dőljön. Ezenkívül a hosszú vízszintes részek középen megereszkednek, ha nincsenek beépített bordák, így szükség lehet egy torzítási ráhagyásra.
A magok felhasználhatók elhasználható formázási eljárásokban belső jellemzők előállítására. A mag lehet fém, de általában homokban készül.
Töltő
Néhány általános módszer létezik a formaüreg kitöltésére: gravitáció , alacsony nyomás , nagy nyomás és vákuum .
A vákuumtöltés, más néven ellengravitációs töltés, fémhatékonyabb, mint a gravitációs öntés, mivel kevesebb anyag szilárdul meg a kapurendszerben. A gravitációs öntés csak 15-50%-os fémhozammal rendelkezik, szemben a vákuumöntés 60-95%-ával. Kevesebb turbulencia is van, így a kapurendszer egyszerűsíthető, mivel nem kell a turbulenciát szabályoznia. Ráadásul, mivel a fémet a medence teteje alól szívják, a fém salaktól és salaktól mentes , mivel ezek kisebb sűrűségűek (könnyebbek), és a medence tetejére úsznak. A nyomáskülönbség segíti a fémet a forma minden bonyolultságában. Végül alacsonyabb hőmérséklet is használható, ami javítja a szemcseszerkezetet. Az első szabadalmaztatott vákuumöntő gép és eljárás 1879-ből származik.
Az alacsony nyomású töltés 5-15 psig (35-100 kPag) légnyomást használ, hogy a folyékony fémet a betápláló csövön a formaüregbe kényszerítse. Ez kiküszöböli a gravitációs öntés során előforduló turbulenciát, és növeli a sűrűséget, az ismételhetőséget, a tűréseket és a szemcse egyenletességét. Miután az öntvény megszilárdult, a nyomás megszűnik, és a maradék folyadék visszatér a tégelybe, ami növeli a hozamot.
Dönthető töltelék
A dönthető töltés , más néven dönthető öntés , egy nem gyakori töltési technika, ahol a tégely a kapurendszerhez van rögzítve, és mindkettőt lassan forgatják, így a fém kis turbulenciával kerül be a formaüregbe. A cél a porozitás és a zárványok csökkentése a turbulencia korlátozásával. A legtöbb esetben a ferde töltés nem kivitelezhető, mert a következő probléma: ha a rendszert elég lassan forgatják, hogy ne okozzon turbulenciát, a fémáram eleje elkezd megszilárdulni, ami hibás futást eredményez. Ha a rendszert gyorsabban forgatják, az turbulenciát vált ki, ami meghiúsítja a célt. A francia Durville volt az első, aki az 1800-as években próbálta ki a dönthető öntést. Megpróbálta felhasználni a felületi hibák csökkentésére, amikor alumíniumbronzból öntött érméket .
Makrostruktúra
A bugákban és a legtöbb öntvényben lévő szemcsés makrostruktúra három különálló régióval vagy zónával rendelkezik: a hidegzóna, az oszlopos zóna és az egyenirányú zóna. Az alábbi kép ezeket a zónákat ábrázolja.
A hidegzóna elnevezése azért van így, mert a forma falainál található, ahol a fal lehűti az anyagot. Itt megy végbe a megszilárdulási folyamat gócképződési fázisa. Ahogy több hő távozik, a szemcsék az öntvény közepe felé nőnek. Ezek vékony, hosszú, az öntvényfelületre merőleges oszlopok , amelyek nemkívánatosak, mert anizotróp tulajdonságokkal rendelkeznek. Végül, a középen az egyenlőtengelyű zóna gömb alakú, véletlenszerűen orientált kristályokat tartalmaz. Ezek azért kívánatosak, mert izotróp tulajdonságokkal rendelkeznek . Ennek a zónának a kialakítása elősegíthető alacsony öntési hőmérséklet, ötvözet zárványok vagy oltószerek használatával .
Ellenőrzés
Az acélöntvények általános vizsgálati módszerei a mágneses részecskék vizsgálata és a folyadékáthatolási vizsgálat . Az alumíniumöntvények általános vizsgálati módszerei a radiográfia , az ultrahangos vizsgálat és a folyadékáthatolási vizsgálat .
Hibák
Az öntési folyamat során számos probléma adódhat. A fő típusok a következők: gázporozitás , zsugorodási hibák , formaanyag-hibák , öntési fémhibák és kohászati hibák .
Öntési folyamat szimuláció
Az öntési folyamat szimulációja numerikus módszereket használ az öntött alkatrészek minőségének kiszámítására, figyelembe véve a formák kitöltését, megszilárdulását és hűtését, és kvantitatív előrejelzést ad az öntvény mechanikai tulajdonságairól, termikus feszültségeiről és torzulásáról. A szimuláció pontosan leírja az öntött alkatrész minőségét a gyártás megkezdése előtt. Az öntvénykötélzet a megkívánt alkatrésztulajdonságok figyelembevételével tervezhető. Ez a gyártás előtti mintavétel csökkentésén túlmenően is előnyös, mivel a teljes öntőrendszer pontos elrendezése energia-, anyag- és szerszámmegtakarítást is eredményez.
A szoftver támogatja a felhasználót az alkatrésztervezésben, az olvasztási gyakorlat meghatározásában és az öntési mód meghatározásában, egészen a minta- és formakészítésig, a hőkezelésig és a kikészítésig. Ez költséget takarít meg a teljes öntvénygyártási útvonalon.
Az öntési folyamat szimulációját kezdetben a '70-es évek elejétől kezdődően egyetemeken fejlesztették ki, főleg Európában és az Egyesült Államokban, és az elmúlt 50 év legfontosabb öntési technológiai innovációjának tartják. A '80-as évek vége óta elérhetőek olyan kereskedelmi programok, amelyek lehetővé teszik az öntödék számára, hogy új betekintést nyerjenek abba, hogy mi történik a formában vagy az öntési folyamat során.
Lásd még
- Bronz és sárgaréz díszítő alkotások
- Bronz szobor
- Kovácsolás
- Öntöde
- Porozitásos tömítés
- Spin öntés
- Permetezés kialakítása
- Kő penész
Hivatkozások
Megjegyzések
Bibliográfia
- Blair, Malcolm; Stevens, Thomas L. (1995), Acélöntvények kézikönyve (6. kiadás), ASM International, ISBN 978-0-87170-556-3.
- Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9. kiadás), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.
- Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven (2006), Manufacturing Engineering and Technology (5. kiadás), Pearson, ISBN 0-13-148965-8.
- Kissell, J. Randolph; Ferry, Robert L. (2002), Alumínium szerkezetek: útmutató a specifikációkhoz és a tervezéshez (2. kiadás), John Wiley and Sons, ISBN 978-0-471-01965-7.
- Schleg, Frigyes P.; Kohloff, Frederick H.; Sylvia, J. Gerin; American Foundry Society (2003), Technology of Metalcasting , American Foundry Society, ISBN 978-0-87433-257-5.
- Stefanescu, Doru Michael (2008), Science and Engineering of Casting Solidification (2. kiadás), Springer, ISBN 978-0-387-74609-8.
- Ravi, B (2010), Metal Casting: Computer-aided Design and Analysis (1. kiadás), PHI, ISBN 978-81-203-2726-9.