1. Уводзіны
Медзь і яе сплавы займаюць ключавое месца ў сучаснай прамысловасці дзякуючы іх выдатная электраправоднасць, Каразія супраціву, і цеплавыя характарыстыкі.
Гістарычна, цывілізацый, пачынаючы з в 5000 да н.э. асвоілі ліццё медзі ў простыя каменныя формы, закладваючы аснову для сучасных складаных метадаў.
У гэтым артыкуле, мы вывучаем увесь спектр метадаў ліцця на аснове медзі, вывучыць іх металургічныя прынцыпы, і накіроўваць інжынераў у выбары аптымальнага працэсу для розных прыкладанняў.
2. Фундаментальныя прынцыпы ліцця металаў
Кожны метад ліцця складаецца з чатырох асноўных этапаў:
- Стварэнне цвілі – Тэхнікі фармуюць паражніну ў пяску, метал, керамічны, або гіпс, які адлюстроўвае геаметрыю дэталі.
- Наліць – Печы плавяць медзь (тэмпература плаўлення 1 083 ° С) або сплаваў да 1 600 ° С, затым разліць вадкасць па формах.
- Замоўка – Кантраляванае астуджэнне — у залежнасці ад цеплаправоднасці (~ 400 Вт/м·K для медзі) і прэс-формы - стымулюе развіццё мікраструктуры.
- Вытрасці – Калісьці цвёрды, адліўкі выходзяць з формы і праходзяць ачыстку і наступную апрацоўку.
Медзь патрабуе высокай цеплаправоднасці больш высокі разагрэў формы (200–400 °C) і дакладны кантроль залівання для падтрымання цякучасці (глейкасць ~ 6 мПа·с ат 1 200 ° С).
Дадаткова, медзь цеплавое пашырэнне (16.5 мкм/м·K) для дасягнення канчатковых памераў патрабуецца дакладнае зрушэнне ўзору.
3. Асноўныя метады ліцця медных сплаваў
Copper і яго сплавы -латуні, бронзы, медна-нікелевыя, і іншыя - адліваюцца з выкарыстаннем розных метадаў, якія падыходзяць для розных аб'ёмаў вытворчасці, Механічныя патрабаванні, і допускі на памеры.
Кожная тэхніка мае пэўныя перавагі і абмежаванні ў залежнасці ад характарыстык сплаву і жаданых вынікаў кампанентаў.
У гэтым раздзеле разглядаюцца найбольш вядомыя метады ліцця медных сплаваў у сучаснай вытворчасці, разам з тэхнічнымі звесткамі для кіраўніцтва выбарам працэсу.
Пясчанае ліццё
Агляд працэсу & Абсталяванне
Пясчанае ліццё застаецца адным з найстарэйшых і найбольш шырока выкарыстоўваных спосабаў ліцця медных сплаваў. Гэта ўключае ў сябе ўпакоўку пяску вакол шматразовага ўзору ўнутры формы.
Пясок звязваюць глінай (Зялёны пясок) або загартаваныя хімікатамі (пяскі, звязаныя са смалой або актываваныя CO₂). Пасля зняцця выкрайкі, у паражніну заліваецца расплаўлены метал.
Перавагі
- Нізкі кошт інструмента, падыходзіць для нізкіх- да сярэдніх накладаў
- Гнуткія памеры дэталяў— ад некалькіх унцый да некалькіх тон
- Шырокая сумяшчальнасць сплаваў
Абмежаванні
- Грубая аздабленне паверхні (Ra 6,3-25 мкм)
- Свабодныя допускі (звычайна ±1,5-3 мм)
- Патрабуецца апрацоўка пасля ліцця для большасці дакладных прыкладанняў
Інвестыцыя (Страчаны WAX) Ліццё
Precision Shell Building
Інвестыцыйнае ліццё выкарыстоўвае васковую мадэль, пакрытую керамічнай суспензіяй, каб стварыць тонкую, высокадакладная форма абалонкі. Пасля выгарання, расплаўлены метал заліваецца ў разагрэтую керамічную форму.
Выгод
- Выдатны дакладнасць памераў (± 0,1–0,3 мм)
- Ідэальна для заблытаны, танкасценных геатр
- Вельмі добры аздабленне паверхні (Ra 1,6–3,2 мкм)
Праблемы
- Больш высокія выдаткі на інструмент (з-за неабходнасці ін'екцый памірае)
- Большы час цыклу, асабліва для будаўніцтва абалонкі і выгарання
- Як правіла, эканамічны толькі для сярэдняя і высокая гучнасць вытворчасці
Ліццё з абалонкі
Дэталі працэсу
Ліццё з ракавін выкарыстоўвае нагрэты металічны ўзор, пакрыты пяском, змацаваным смалой. Пры ўздзеянні цяпла, смала застывае, утвараючы тонкую абалонку, якая дзейнічае як форма.
Гэты працэс дае больш дакладныя і чыстыя адліўкі, чым традыцыйнае ліццё ў пясок.
Перавагі
- Палепшаная якасць паверхні і вызначэнне
- Больш жорсткія допускі чым формы з зялёнага пяску
- Паменшаны прыпуск на апрацоўку за кошт ліцця амаль чыстай формы
Абмежаванні
- Больш высокія матэрыяльныя выдаткі (спецыялізаваныя смалы і сілікатныя пяскі)
- Дарагая выкрайка (неабходныя металічныя ўзоры)
Цэнтрабежнае ліццё
Гарызантальны супраць. Вертыкальныя ўстаноўкі
Пры цэнтрабежным ліцці, расплаўлены метал заліваецца ў форму, якая верціцца, альбо па гарызанталі, альбо па вертыкалі.
Цэнтрабежная сіла размяркоўвае метал па сценцы формы, звядзенне да мінімуму сітаватасці і забеспячэнне выдатнай цэласнасці матэрыялу.
Асноўныя перавагі
- Высокая шчыльнасць і паніжаная сітаватасць— ідэальна падыходзіць для кампанентаў, якія ўтрымліваюць ціск
- Накіраванае застыванне паляпшае механічныя ўласцівасці
- Падыходзіць для утулкі, кольцы, трубы, і полыя часткі
- Вертыкальнае ліццё часта выкарыстоўваецца для дробных дэталяў; гарызантальны для вялікіх цыліндраў
Абмежаванні
- Абмежаваны крутальна сіметрычныя часткі
- Наладка інструментаў ёсць больш складаным і дарагім чым статычны кастынг
Расслабляльны кастынг
Кантроль застывання
Для кокільнага ліцця выкарыстоўваюцца металічныя формы (часта жалеза або сталь) для хуткага адбору цяпла з расплаўленага металу. Гэта хуткае зацвярдзенне паляпшае структуру збожжа і паляпшае механічныя ўласцівасці.
Моцныя бакі
- Вырабляе цяжэй, больш шчыльныя адліўкі (да 50% павелічэнне цвёрдасці супраць. пясчанае ліццё)
- Выдатна падыходзіць для фосфористой бронзы і зброі
- Эканамічна выгадна для шматразовая адліўка пруткоў, стрыжні, і дробныя дэталі
Абмежаванні
- Менш падыходзіць для складаныя геаметрыі
- Абмежаваны дыяпазон памераў з-за абмежаванняў формы
Памерці кастынг (Гарачая камера і халодная камера)
Працэс упырску пад ціскам
Ліццё пад ціскам ўключае ўвядзенне расплаўленых медных сплаваў у форму з высокатрывалай сталі пад высокім ціскам.
Машыны з халоднай камерай звычайна выкарыстоўваюцца з-за высокай тэмпературы плаўлення медных сплаваў.
Перавагі
- Хуткія тэмпы вытворчасці— ідэальна падыходзіць для масавай вытворчасці
- Найвышэйшая аздабленне паверхні і дакладнасць (Ra 1-2 мкм, допускі ±0,05 мм)
- Скарачае або выключае механічную апрацоўку
Абмежаванні
- Не ўсе сплавы медзі падыходзяць (e.g., латунь з высокім утрыманнем цынку можа выклікаць карозію плашчакоў)
- Памерці аснасткі ёсць дорага (інвестыцыі $50,000 альбо больш)
- Лепш для ад сярэдніх да вялікіх аб'ёмаў
Бесперапыннае ліццё
Агляд працэсу
Расплаўлены метал заліваюць у форму з вадзяным астуджэннем, якая бесперапынна фармуе і выцягвае застылы метал праз сістэму адводу.
Агульныя выхады ўключаюць стрыжні, палоны, і загатоўкі для наступнай апрацоўкі або пракаткі.
Перавагі
- Высокая прадуктыўнасць з мінімальным умяшаннем чалавека
- Выдатныя механічныя ўласцівасці за кошт кантраляванага застывання
- Гладкія паверхні і прамалінейнасць падыходзяць для апрацоўкі з аўтаматычнай падачай
- Нізкі ўзровень лому і лепшы ўраджай (над 90% Выкарыстанне матэрыялаў)
Тыповыя сплавы
- Алавяныя бронзы, этыляваныя бронзы, фосфористые бронзы, і медна-нікелевых
Ліццё ў гіпсавыя формы
Спецыялізаванае выкарыстанне
У гэтым працэсе выкарыстоўваюцца гіпсавыя або керамічныя формы, сфармаваныя вакол узору, каб зафіксаваць дробныя дэталі і жорсткія допускі.
Форма выдаляецца пасля адліўкі шляхам разбівання або растварэння гіпсу.
Перавагі
- Выдатна падыходзіць для мудрагелістыя формы і Гладкая аздабленне паверхні
- Добра для прататыпы і нізкі аб'ём вытворчасці
Недахопы
- Нізкая праходнасць— абмежаванне памеру адліўкі
- Больш працяглы час падрыхтоўкі і абмежаваны тэрмін службы цвілі
Зводная параўнальная табліца
| Метад ліцця | Аздабленне паверхні (Ра) | Памерная талерантнасць | Тыповыя тамы | Ключавыя моцныя бакі |
|---|---|---|---|---|
| Пясчанае ліццё | 6.3–25 мкм | ±1,5–3 мм | Ад нізкага да высокага | Нізкі кошт, гнуткасць сплаву |
| Інвестыцыйнае ліццё | 1.6–3,2 мкм | ± 0,1–0,3 мм | Сярэдняя да высокай | Высокая дакладнасць, складаныя дэталі |
| Ліццё з абалонкі | 1.6–3,2 мкм | ±0,25–0,5 мм | Сярэдні | Шчыльныя допускі, гатовы да аўтаматызацыі |
| Цэнтрабежнае ліццё | 3.2–6,3 мкм | ±0,25–1,0 мм | Сярэдні | Высокая шчыльнасць, Мінімальныя дэфекты |
| Расслабляльны кастынг | 3.2–6,3 мкм | ±0,5–1,0 мм | Сярэдні | Палепшаныя механічныя ўласцівасці |
| Памерці кастынг | 1–2 мкм | ± 0,05–0,2 мм | Высокі | Хуткія цыклы, мінімальная механічная апрацоўка |
| Бесперапыннае ліццё | 3.2–6,3 мкм | ±0,2–0,5 мм/м | Вельмі высокі | Эканамічная вытворчасць нарыхтовак |
| Ліццё ў гіпсавыя формы | 1.6–3,2 мкм | ± 0,1–0,3 мм | Нізкі да сярэдняга | Падрабязны, мудрагелістыя формы |
4. Распаўсюджаныя сплавы медзі, якія выкарыстоўваюцца ў ліцці
Ліцейныя вытворчасці адліваюць шырокі спектр сплаваў на аснове медзі, кожны распрацаваны, каб збалансаваць механічную трываласць, Каразія супраціву, цеплавыя і электрычныя характарыстыкі, і кастальнасць.
| Сплаў | Абазначэнне | Склад (вага%) | Ключавыя ўласцівасці | Пераважныя метады ліцця | Тыповыя прыкладанні |
|---|---|---|---|---|---|
| Латунь свабоднай апрацоўкі | C36000 / CZ121 | 61 Cu–35Zn–3Pb | На расцяжэнне: 345 МПа Падаўжэнне: 20 % Праводнасць: 29 %IACS |
Пясок, Інвестыцыя, Памерці, Снарад ліцця | Фітынгі з ЧПУ, перадачы, электрычныя клемы |
| Латунь з нізкім утрыманнем свінцу | C46400 / CZ122 | 60 Cu–39Zn–1Pb | На расцяжэнне: 330 МПа Падаўжэнне: 15 % Сумяшчальны з NSF‑61 |
Пясок, Інвестыцыя, Памерці | Клапаны пітной вады, сантэхніка |
| Падшыпнік Бронза | C93200 | 90 З–10Сн | На расцяжэнне: 310 МПа Цяжкасць: HB90 Выдатная зносаўстойлівасць |
Пясок, Астудзіць, Цэнтрабежны | Ўтулкі, упорныя шайбы, падшыпнікі для вялікіх нагрузак |
| Алюмініевая бронза | C95400 | 88 Cu-9al-2O-1ст | На расцяжэнне: 450 МПа Цяжкасць: HB120 Моцная ўстойлівасць да карозіі марской вады |
Памерці, Цэнтрабежны, Снарад ліцця | Марская тэхніка, крыльчаткі помпы, кампаненты клапана |
| Фосфарная бронза | C51000 | 94.8 Cu–5Sn–0,2P | На расцяжэнне: 270 МПа Падаўжэнне: 10 % Добрая стамляльнасць & вясновыя ўласцівасці |
Інвестыцыя, Пясок, Памерці | Крыніцы, электрычныя кантакты, дыяфрагмы |
Медна-нікелевая (90–10) |
C70600 | 90 Cu–10Ni | На расцяжэнне: 250 МПа Падаўжэнне: 40 % Выключная ўстойлівасць да біяабрастанне |
Пясок, Цэнтрабежны, Няспынны | Цеплаабменнікі марской вады, марскія трубаправоды |
| Медна-нікелевая (70–30) | C71500 | 70 Cu–30Ni | На расцяжэнне: 300 МПа Найвышэйшая ўстойлівасць да хларыду і эрозіі |
Пясок, Няспынны, Цэнтрабежны | Кандэнсатарныя трубкі, афшорнае абсталяванне |
| Берыліевая медзь | C17200 | 98 Cu–2Be | На расцяжэнне: да 1400 МПа (старэчы) Праводнасць: 22 %IACS |
Інвестыцыя, Астудзіць, Памерці | Спружыны высокай надзейнасці, неискрящие інструменты, раздымы |
| Крамянёвая бронза | C65500 | 95 Cu–5Si | На расцяжэнне: 310 МПа Устойлівы да карозіі ў марскіх/хімічных умовах |
Пясок, Інвестыцыя, Снарад ліцця | Дэкаратыўная фурнітура, карабельная арматура |
5. Conclusion
Ліцейныя заводы па вытворчасці медзі і медных сплаваў прапануюць шырокі набор метадаў ліцця - кожны з іх балансуе каштаваць, дакладнасць, Механічныя характарыстыкі, і аб'ём вытворчасці.
Разумеючы нюансы працэсу - ад матэрыялаў прэс-формаў і тэрмічнага кіравання да паводзін сплаву - інжынеры могуць аптымізаваць канструкцыю дэталяў, мінімізаваць лом, і забяспечыць надзейную працу.
Як тэхналогіі, як выраб адытыўнай формы і мадэляванне ў рэальным часе сталыя, меднае ліццё будзе працягваць развівацца, захаванне сваёй вырашальнай ролі ў высокапрадукцыйнай вытворчасці.
Каля Гэтае, Мы рады абмеркаваць ваш праект у пачатку працэсу распрацоўкі, каб пераканацца, the result will meet your mechanical and performance specifications.
To discuss your requirements, email [email protected].
FAQ
Ці можна адліць пад ціскам усе сплавы медзі?
Ніякі. Толькі спецыфічныя сплавы, як алюмініевыя бронзы, высокатрывалыя латуні, і крамянёвыя латуні падыходзяць для памерці кастынг з-за высокага ціску і хуткага астуджэння.
Сплавы як фосфористая бронза або гарматны метал лепш падыходзяць для ліцця ў пясок або кокіль.
У чым розніца паміж цэнтрабежным і кокільным ліццём?
- Цэнтрабежнае ліццё выкарыстоўвае сілу кручэння, каб штурхаць расплаўлены метал у форму, вырабляючы шчыльны, бездефектные кампаненты (ідэальна падыходзіць для труб, утулкі, і рукавы).
- Халодны кастынг выкарыстоўвае статычныя металічныя формы для хуткага зацвярдзення паверхні, паляпшэнне механічных уласцівасцяў і памяншэнне памеру збожжа — асабліва эфектыўна для алавяныя бронзы.
Чаму бесперапыннае ліццё з'яўляецца пераважным для буйных медных сплаваў?
Бесперапыннае ліццё забяспечвае стабільную якасць, Выдатныя механічныя ўласцівасці, і нізкія стаўкі лому.
Гэта аптымальна для фосфористая бронза, гарматны метал, і свінцовая бронза нарыхтоўкі, асабліва пры інтэграцыі з працэсамі пракаткі або экструзіі.
Якая дадатковая апрацоўка патрабуецца пасля адліўкі медных сплаваў?
У залежнасці ад спосабу ліцця і сплаву, пост-апрацоўка можа ўключаць у сябе:
- Цеплавая апрацоўка для зняцця стрэсу або старэння (асабліва для берыліевай медзі)
- Апрацоўка крытычных паверхняў або жорсткіх допускаў
- Аздабленне паверхні, напрыклад паліроўка або пакрыццё для абароны ад карозіі або эстэтыкі
