Վերև 8 Պղնձի և պղնձի համաձուլվածքների ձուլման մեթոդներ

1. Ներածություն

Copper and its alloys occupy a pivotal role in modern industry due to their outstanding electrical conductivity, Կոռոզիոն դիմադրություն, մի քանազոր Mal երմային ներկայացում.

Պատմականորեն, civilizations dating back to 5000 BC mastered copper casting in simple stone molds, laying the groundwork for today’s sophisticated techniques.

Այս հոդվածում, we explore the full spectrum of copper‑based casting methods, examine their metallurgical principles, and guide engineers in selecting the optimal process for diverse applications.

2. Fundamental Principles of Metal Casting

Every casting method follows four core stages:

1. Կաղապարի ստեղծում – Technicians form a cavity in sand, մետաղական, կերամիկական, or plaster that mirrors the part geometry.
2. Հորդառատ – Furnaces melt copper (հալման կետ 1 083 ° C) or alloys up to 1 600 ° C, then pour the liquid into molds.
3. Ամրացում – Controlled cooling—guided by thermal conductivity (~ 400 W/m·K for copper) and mold material—drives microstructure development.
4. Shake‑Out – Once solid, castings exit the mold and undergo cleaning and post‐processing.

Copper’s high thermal conductivity demands higher mold preheat (200-400 °C) and precise pour control to maintain fluidity (viscosity ~ 6 mPa·s at 1 200 ° C).

Լրացուցիչ, copper’s Mal երմային ընդլայնում (16.5 μm/m·K) requires exact pattern offsets to achieve final dimensions.

3. Major Copper Alloy Casting Methods

Պղնձ and its alloys—brasses, բրոնզներ, copper-nickels, and others—are cast using a range of methods that suit different production volumes, մեխանիկական պահանջներ, and dimensional tolerances.

Each technique carries distinct advantages and limitations based on alloy characteristics and desired component outcomes.

This section explores the most prominent copper alloy casting methods in modern manufacturing, along with technical insights to guide process selection.

Ավազի ձուլում

Գործընթացի ակնարկ & Սարքավորումներ
Ավազի ձուլում remains one of the oldest and most widely used methods for casting copper alloys. It involves packing sand around a reusable pattern inside a mold box.

The sand is bonded with clay (կանաչ ավազ) or hardened with chemicals (resin-bonded or CO₂-activated sands). After pattern removal, հալված մետաղը լցվում է խոռոչի մեջ.

 

Առավելություններ

• Գործիքների ցածր արժեքը, հարմար ցածր- մինչև միջին ծավալի վազք
• Flexible part sizes—from a few ounces to several tons
• Broad alloy compatibility

Սահմանափակումներ

• Coarse surface finishes (Ra 6,3-25 մկմ)
• Loose tolerances (typically ±1.5–3 mm)
• Requires post-casting machining for most precision applications

Ներդրում (Lost-Wax) Ձուլում

Precision Shell Building
Ներդրումային ձուլում uses a wax model coated with ceramic slurry to build a thin, high-accuracy shell mold. Այրվելուց հետո, molten metal is poured into the preheated ceramic mold.

Նպաստներ

• Գերազանց չափերի ճշգրտություն (± 0,1-0.3 մմ)
• Իդեալական է խճճված, thin-walled geometries
• Վերադաս Մակերեւույթի ավարտը (Ra 1,6–3,2 մկմ)

Մարտահրավերներ

• Higher tooling costs (due to the need for injection dies)
• Longer cycle times, especially for shell construction and burnout
• Typically economical only for medium-to-high volume արտադրությունը

Shell Molded Casting

Process Details
Shell molding uses a heated metal pattern coated with resin-bonded sand. When exposed to heat, the resin sets to form a thin shell that acts as the mold.

The process produces more accurate and cleaner castings than traditional sand casting.

Առավելություններ

• Improved surface quality and definition
• Tighter tolerances than green sand molds
• Reduced machining allowance due to near-net shape casting

Սահմանափակումներ

• Higher material costs (specialized resins and silica sands)
• Expensive pattern tooling (metal patterns required)

Կենտրոնախույս ձուլում

Horizontal vs. Vertical Setups
Կենտրոնախույս ձուլման մեջ, հալած մետաղը լցվում է պտտվող կաղապարի մեջ, either horizontally or vertically.

The centrifugal force distributes the metal against the mold wall, minimizing porosity and ensuring excellent material integrity.

Հիմնական առավելություններ

• High density and reduced porosity—ideal for pressure-retaining components
• Ուղղորդված ամրացում enhances mechanical properties
• Հարմար է թփեր, մատանիներ, խողովակներ, and hollow parts
• Vertical casting often used for small parts; horizontal for large cylinders

Սահմանափակումներ

• Սահմանափակված է պտտվող սիմետրիկ մասեր
• Tooling setup is more complex and costly than static casting

Chill Casting

Պինդացման հսկողություն
Chill casting uses metal molds (often iron or steel) to rapidly extract heat from the molten metal. This rapid solidification refines the grain structure and enhances mechanical properties.

Ուժեղ կողմեր

• Produces ավելի դժվար, denser castings (մինչեւ 50% increase in hardness vs. Ավազի ձուլում)
• Excellent for phosphor bronze and gunmetal
• Cost-effective for repetitive casting of bars, ձողեր, and small parts

Սահմանափակումներ

• Less suited for Համալիր երկրաչափություններ
• Limited size range due to mold constraints

Die Casting (Hot-Chamber and Cold-Chamber)

Pressure Injection Process
Die casting involves injecting molten copper alloys into a high-strength steel mold under high pressure.

Cold-chamber machines are typically used due to the high melting points of copper alloys.

Առավելություններ

• Fast production rates—ideal for mass production
• Superior surface finish and precision (Ra 1–2 µm, tolerances ±0.05 mm)
• Reduces or eliminates machining

Constraints

• Not all copper alloys are suitable (Է.Գ., high zinc brasses can corrode dies)
• Die tooling is թանկ (investment of $50,000 կամ ավելին)
• Լավագույնը համար medium to high volumes

Շարունակական ձուլում

Գործընթացի ակնարկ
Molten metal is poured into a water-cooled mold that continuously forms and pulls solidified metal through a withdrawal system.

Common outputs include rods, բարեր, and billets for downstream machining or rolling.

Առավելություններ

• Բարձր արտադրողականություն with minimal human intervention
• Excellent mechanical properties due to controlled solidification
• Smooth surfaces and straightness suitable for automatic feed machining
• Low scrap rate and better yield (վերեւ 90% նյութի օգտագործումը)

Բնորոշ համաձուլվածքներ

• Tin bronzes, leaded bronzes, phosphor bronzes, and copper-nickels

Plaster Mould Casting

Մասնագիտացված օգտագործում
This process employs plaster or ceramic molds formed around a pattern to capture fine detail and tight tolerances.

The mold is removed after casting by breaking or dissolving the plaster.

Առավելություններ

• Excellent for բարդ ձևեր մի քանազոր հարթ մակերեսների ավարտվածքներ
• Good for նախատիպերը մի քանազոր ցածր ծավալով արտադրությունը

Թերություններ

• Ցածր թափանցելիություն—limits to casting size
• Longer preparation time մի քանազոր limited mold life

Համառոտ համեմատական ​​աղյուսակ

4. Common Copper Alloys Used in Casting

Foundries cast a wide array of copper‑based alloys, each engineered to balance mechanical strength, Կոռոզիոն դիմադրություն, thermal and electrical performance, և ձուլման հնարավորություն.

5. Եզրափակում

Copper and copper‑alloy foundries offer a rich toolbox of casting methods—each balancing ծախս, ճշգրտություն, մեխանիկական կատարում, մի քանազոր արտադրության ծավալը.

By understanding process nuances—from mold materials and thermal management to alloy behavior—engineers can optimize part design, minimize scrap, and ensure reliable performance.

As technologies like additive mold fabrication մի քանազոր real‑time simulation հասունացած, copper casting will continue to evolve, sustaining its critical role in high‑performance manufacturing.

ժամը Սա, մենք ուրախ ենք քննարկել ձեր նախագիծը նախագծման գործընթացի սկզբում, որպեսզի համոզվենք, որ ցանկացած խառնուրդ ընտրվի կամ կիրառվի ձուլումից հետո բուժում, արդյունքը կհամապատասխանի ձեր մեխանիկական և կատարողական բնութագրերին.

Ձեր պահանջները քննարկելու համար, էլ [email protected].

ՀՏՀ

Can all copper alloys be die-cast?

Ոչ. Only specific alloys like aluminum bronzes, high-tensile brasses, մի քանազոր silicon brasses are suitable for Die Casting due to the high pressures and rapid cooling involved.

համաձուլվածքներ, ինչպիսիք են Ֆոսֆորի բրոնզ կամ gunmetal are better suited to sand or chill casting.

What’s the difference between centrifugal and chill casting?

• Կենտրոնախույս ձուլում uses rotational force to push molten metal into the mold, producing dense, defect-free components (ideal for pipes, թփեր, և թեւքեր).
• Chill casting uses static metal molds to rapidly solidify the surface, improving mechanical properties and reducing grain size—especially effective for tin bronzes.

Why is continuous casting preferred for high-volume copper alloy bars?

Շարունակական ձուլում offers consistent quality, գերազանց մեխանիկական հատկություններ, and low scrap rates.

It’s optimal for Ֆոսֆորի բրոնզ, gunmetal, մի քանազոր Առաջատար բրոնզ բիլետներ, especially when integrated with rolling or extrusion processes.

What post-processing is required after casting copper alloys?

Depending on the casting method and alloy, post-processing may include:

• Heat treatment for stress relief or aging (especially for beryllium copper)
• Machining for critical surfaces or tight tolerances
• Surface finishing such as polishing or coating for corrosion protection or aesthetics