Как работает литье металлов?

В долгой истории человеческой цивилизации технология литья металлов, несомненно, играет ключевую роль. От простых бронзовых сосудов в древности до сложных и изощренных механических компонентов в современной промышленности, литье металлов, как древний и динамичный производственный процесс, стало свидетелем славной истории технологического прогресса человечества. Эта технология не только глубоко влияет на наши методы производства, но и значительно обогащает материальную культуру человеческого общества. Итак, как же работает литье металлов? Сегодня команда Longsheng приглашает всех погрузиться в океан знаний о литье металлов, чтобы узнать это.

Что такое литье металлов?

Литье металла — это производственный процесс , в котором расплавленный металл заливается в формы для создания трехмерных металлических деталей. Форма содержит полости желаемой геометрии, а расплавленный металл охлаждается, образуя затвердевшую деталь.
Слово «литье» также относится к деталям, изготовленным методом литья, история которого насчитывает 6000 лет. Исторически литье использовалось для создания сложных и крупных деталей, которые было бы трудно или дорого изготовить с помощью других производственных процессов.

Литье является предпочтительным методом для сложных геометрических форм, поскольку оно более экономично и проще по сравнению, например, с обработкой на станках с ЧПУ. Но литье также широко используется для самых простых форм благодаря быстрому выполнению заказов и большим производственным мощностям. Сегодня использование литых изделий настолько распространено, что в любой среде невозможно обойтись без них. Примерами литых металлических изделий являются блоки цилиндров двигателей, пожарные гидранты, электродвигатели, инструменты, светофоры, люки, трубы, клапаны и различные фитинги.

Каковы преимущества и недостатки литья металлов?

Литье металлов, как процесс обработки металла с долгой историей, играет жизненно важную роль в современном производстве . Оно не только позволяет производить металлические детали сложной формы и точных размеров, но и отличается высокой эффективностью использования материала и экономичностью. Однако литье металлов также имеет ряд присущих ему проблем и ограничений .

Преимущества литья металлов

1. В процессе литья металлов можно изготавливать заготовки сложной формы, особенно с замысловатыми внутренними полостями, такие как коробки, блоки цилиндров и т. д.
2. Широкий спектр адаптаций;
3. В процессе литья металлов можно использовать недорогой железный и стальной лом, отходы обработки и т. д., а также сравнительно недорогое литейное оборудование.
4. Размеры и вес металлических отливок практически не ограничены;
5. Форма и размеры отливок очень близки к размерам заготовки. Поэтому процесс литья металла сокращает объем дальнейшей механической обработки и экономит металлический материал.

Недостатки литья металлов

1. Более сложные производственные процессы делают литье более трудоемким для полного контроля;
2. Литые заготовки более склонны к образованию литейных дефектов;
3. Относительно низкая точность и соответствие размеров;
4. По сравнению с поковками того же размера и формы, качество отливок у них ниже, а несущая способность меньше, чем у поковок;
5. Неблагоприятные условия труда: высокая температура, пыль и высокая трудоемкость.

Как работает литье металлов?

Процесс литья металла — это процесс, при котором металл плавится до жидкого состояния, отвечающего определенным требованиям, и заливается в форму. После охлаждения, затвердевания и очистки получается отливка с заданной формой, размером и характеристиками. Ниже приведено подробное описание процесса литья металла :

1. Подготовка модели: Начальные этапы процесса литья металла часто включают создание модели , которая является точной копией готовой детали и используется при последующем изготовлении формы. Модели доступны из различных материалов, включая прочные виды, такие как дерево и пластик, а также из одноразовых восковых материалов, в зависимости от ваших потребностей в литье.
2. Конструкция стержня: Для деталей, которые необходимо отливать с полыми структурами, конструкция стержня имеет решающее значение. Это цельный кусок материала, помещенный в полость формы для определения внутренней геометрии отливки. Например, при отливке трубчатых изделий цилиндрический стержень помещается внутрь более крупной цилиндрической формы, чтобы обеспечить формирование соответствующей полой структуры внутри отливки.
3. Изготовление форм: Метод изготовления форм варьируется в зависимости от процесса литья. Постоянные металлические формы изготавливаются с высокой точностью на станках с ЧПУ , тогда как песчаные формы создаются путем послойного нанесения песчаной смеси на поверхность модели. Изготовление форм — это профессиональное умение, охватывающее весь процесс от проектирования до формования.
4. Заполнение формы: Металл нагревается до расплавленного состояния и впрыскивается в полость формы под действием силы тяжести или давления. При литье под действием силы тяжести расплавленный металл естественным образом затекает в форму; при литье под высоким давлением металл вдавливается в форму под высоким давлением, что требует большой силы зажима для обеспечения целостности и безопасности формы.
5. Извлечение детали: После того как отливка остынет и затвердеет, ее можно извлечь из формы. При литье в песчаные формы это обычно означает разрушение формы для извлечения отливки; тогда как при литье в постоянные формы две половины формы можно разделить для повторного использования формы.
6. Последующая обработка: Перед использованием литых металлических деталей может потребоваться их очистка (например, удаление остатков литья) и другие необходимые этапы последующей обработки для обеспечения качества и эксплуатационных характеристик деталей.

Какие существуют методы литья металлов?

1. Литье в песчаные формы

Литье в песчаные формы — это универсальный процесс литья, который может использоваться для отливки любых металлических сплавов , как черных, так и цветных металлов. Он широко применяется в массовом производстве на промышленных предприятиях, например, для изготовления деталей автомобильных двигателей, таких как блоки цилиндров, головки цилиндров, коленчатые валы и т. д.

В процессе используются формы, изготовленные из материалов на основе кремния, таких как природный или синтетический песок, для создания гладкой поверхности формы. Поверхность формы состоит из двух частей: верхней части и нижней части. С помощью заливочного стакана расплавленный металл заливается в форму, где он затвердевает, принимая окончательную форму. Наконец, излишки металла обрезаются для завершения изготовления готового металлического отливки.

2. Кастинг

В то время как литье в песчаные формы позволяет плавить сплавы с более высокими температурами плавления, литье под давлением позволяет придавать форму металлам с более низкими температурами плавления. После превращения материала из твердого состояния в горячую расплавленную жидкость, его можно впрыскивать в долговечную литую форму, изготовленную из закаленной стали. Эти формы состоят из полости, стержня и иногда вставки. В отличие от литья пластмасс под давлением, механическая обработка боковых элементов после литья иногда более целесообразна, чем использование боковых воздействий. Литье под давлением зародилось в XIX веке.

С момента своего появления в производственной сфере были разработаны два типа программ литья под давлением. Первый — это литье в горячей камере, в котором внутри машины встроена печь для плавления материала. При использовании процесса литья в холодной камере материал плавится в отдельной печи, а затем расплавленный материал перемещается в камеру впрыска. Это позволяет использовать литье под давлением для крупносерийного производства деталей для аэрокосмической и автомобильной промышленности, а также игрушек, мебели и электроники. Услуги по литью под давлением предоставляются в рамках основных сервисов Longsheng, а расценки можно получить с помощью системы мгновенного расчета стоимости.

3. Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям, также известное как литье по восковым моделям , использует одноразовую восковую модель, покрытую керамическим материалом, который затвердевает, принимая форму отливки. Первым этапом этого процесса литья является создание восковой модели, обычно из воска или пластика. Поскольку процесс требует точных измерений, многочисленные пробные попытки и ошибки делают литье по выплавляемым моделям дорогостоящим производственным процессом. Воск заливается в форму, аккуратно извлекается, а затем покрывается клеем или огнеупорным материалом для образования толстой оболочки. Кроме того, несколько моделей собираются на главном литниковом канале. После затвердевания оболочки модель переворачивается и нагревается в печи для удаления воска. Расплавленный металл заливается в оставшуюся оболочку и затвердевает, принимая форму восковой формы. Кроме того, огнеупорная оболочка отламывается, чтобы обнажить готовую отливку. Этот процесс литья широко используется для изготовления компонентов для энергетики, автомобильной и аэрокосмической промышленности.

4. Центробежное литье

Центробежное литье, также известное как литье с вращением, — это процесс промышленного производства цилиндрических деталей с использованием центробежной силы. В этом типе литья металла используется предварительно нагретая вращающаяся форма, в которую заливается расплавленный металл. Центробежная сила способствует диспергированию расплавленного металла внутри формы под высоким давлением.
Существует три типа центробежного литья: истинное центробежное литье, полуцентробежное литье и вертикальное центробежное литье. Полуцентробежное литье отличается от истинного центробежного литья тем, что в нем используется литниковый канал для полного заполнения формы. Однако при истинном центробежном литье расплавленный металл прилипает к стенкам из-за непрерывного вращения. В отличие от этого, вертикальное центробежное литье, как следует из названия, использует направленное формование, следуя тому же процессу, что и истинное центробежное литье.
Как правило, центробежное литье позволяет получить вращающуюся форму, напоминающую цилиндр. Это особенно актуально для таких деталей, как подшипники, фрикционные диски сцепления, поршневые кольца и гильзы цилиндров. Кроме того, заливка металла в центр формы помогает уменьшить такие дефекты, как пористость, усадка и воздушные полости. Однако этот метод подходит не для всех типов металлических сплавов.

5. Непрерывное литье

Непрерывное литье — это передовой метод литья. Его принцип заключается в непрерывной подаче расплавленного металла в специальную металлическую форму, называемую кристаллизатором. Затвердевшие (застывшие) отливки непрерывно выливаются с другого конца кристаллизатора, а затем извлекаются с одного конца, чтобы получить отливку любой длины или заданной длины.

6. Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям похоже на литье по выплавляемым моделям, за исключением того, что в качестве модели используется пенопласт вместо воска. После того, как модель сформирована, она покрывается огнеупорной керамикой путем погружения, нанесения покрытия, распыления или нанесения кистью. Затем расплавленный металл заливается в формы для получения желаемого изделия.