1. Įvadas
Varis ir jo lydiniai užima pagrindinį vaidmenį šiuolaikinėje pramonėje dėl jų išskirtinis elektros laidumas, atsparumas korozijai, ir Šiluminis našumas.
Istoriškai, civilizacijos datuojamos 5000 BC įvaldė vario liejimą paprastose akmens formose, padėti pagrindus šiuolaikinėms sudėtingoms technikoms.
Šiame straipsnyje, išnagrinėjame visą vario liejimo metodų spektrą, išnagrinėti jų metalurgijos principus, ir padeda inžinieriams pasirinkti optimalų procesą įvairioms programoms.
2. Pagrindiniai metalo liejimo principai
Kiekvienas liejimo metodas susideda iš keturių pagrindinių etapų:
- Pelėsių kūrimas – Technikai suformuoja ertmę smėlyje, metalas, keramika, arba tinkas, atspindintis detalės geometriją.
- Pilti – Krosnyse lydomas varis (lydymosi temperatūra 1 083 ° C.) arba lydiniai iki 1 600 ° C., tada supilkite skystį į formeles.
- Kietėjimas – Kontroliuojamas aušinimas – pagal šilumos laidumą (~ 400 W/m·K variui) ir pelėsių medžiaga – skatina mikrostruktūros vystymąsi.
- Sukratykite – Kažkada kietas, liejiniai išeina iš formos ir yra valomi bei apdorojami.
Variui keliami dideli šilumos laidumo reikalavimai didesnis pelėsių pašildymas (200–400 °C) ir tikslus išpylimo valdymas, kad būtų išlaikytas sklandumas (klampumas ~ 6 mPa·s at 1 200 ° C.).
Be to, variniai Šiluminis išplėtimas (16.5 µm/m·K) norint pasiekti galutinius matmenis, reikalingi tikslūs modelio poslinkiai.
3. Pagrindiniai vario lydinio liejimo metodai
Vario ir jo lydiniai -žalvario, bronzos, vario-nikelio, ir kiti – liejami naudojant įvairius metodus, kurie tinka skirtingoms gamybos apimtims, mechaniniai reikalavimai, ir matmenų tolerancijos.
Kiekviena technika turi skirtingus privalumus ir apribojimus, pagrįstus lydinio charakteristikomis ir norimais komponentų rezultatais.
Šiame skyriuje nagrinėjami ryškiausi vario lydinio liejimo metodai šiuolaikinėje gamyboje, kartu su techninėmis įžvalgomis, padedančiomis pasirinkti procesą.
Smėlio liejimas
Proceso apžvalga & Įranga
Smėlio liejimas išlieka vienu iš seniausių ir plačiausiai naudojamų vario lydinių liejimo būdų. Tai apima smėlio pakavimą aplink daugkartinio naudojimo raštą pelėsių dėžutėje.
Smėlis yra sujungtas su moliu (Žalias smėlis) arba sukietinti chemikalais (derva surištas arba CO₂ aktyvuotas smėlis). Po modelio pašalinimo, į ertmę pilamas išlydytas metalas.
Privalumai
- Maža įrankių kaina, tinka žemai- iki vidutinės apimties laidų
- Lankstūs dalių dydžiai- nuo kelių uncijų iki kelių tonų
- Platus lydinio suderinamumas
Apribojimai
- Grubus paviršiaus apdaila (Ra 6.3–25 µm)
- Laisvos tolerancijos (paprastai ±1,5–3 mm)
- Daugeliui tikslumo programų reikalingas apdirbimas po liejimo
Investicija (Prarastas vaškas) Liejimas
Tikslus apvalkalo pastatymas
Investicijų liejimas naudoja vaško modelį, padengtą keraminėmis srutomis, kad sukurtų ploną, didelio tikslumo apvalkalo forma. Po perdegimo, išlydytas metalas pilamas į įkaitintą keraminę formą.
Nauda
- Puiku matmenų tikslumas (±0,1–0,3 mm)
- Idealiai tinka sudėtingas, plonasienės geometrijos
- Viršininkas paviršiaus apdaila (Ra 1.6–3.2 µm)
Iššūkiai
- Didesnės įrankių sąnaudos (dėl injekcijos poreikio miršta)
- Ilgesnis ciklo laikas, ypač korpuso konstrukcijai ir perdegimui
- Paprastai ekonomiškas tik nuo vidutinio iki didelio tūrio gamyba
Liejimas iš apvalkalo
Išsami proceso informacija
Korpuso formavimas naudojamas šildomas metalinis raštas, padengtas derva surištu smėliu. Veikiant karščiui, derva sustingsta ir sudaro ploną apvalkalą, kuris veikia kaip pelėsis.
Proceso metu gaunami tikslesni ir švaresni liejiniai nei tradicinis smėlio liejimas.
Privalumai
- Pagerinta paviršiaus kokybė ir apibrėžimas
- Griežtesnės tolerancijos nei žalios smėlio formos
- Sumažintas apdirbimo pašalpas dėl beveik tinklinės formos liejimo
Apribojimai
- Didesnės medžiagų sąnaudos (specializuotos dervos ir kvarcinis smėlis)
- Brangūs modelio įrankiai (reikalingi metaliniai raštai)
Išcentrinis liejimas
Horizontalus vs. Vertikalios sąrankos
Išcentrinio liejimo metu, išlydytas metalas pilamas į besisukančią formą, arba horizontaliai, arba vertikaliai.
Išcentrinė jėga paskirsto metalą prie formos sienelės, sumažina poringumą ir užtikrina puikų medžiagos vientisumą.
Pagrindiniai pranašumai
- Didelis tankis ir sumažintas poringumas– idealiai tinka slėgį išlaikantiems komponentams
- Kryptinis kietėjimas pagerina mechanines savybes
- Tinka įvorės, Žiedai, vamzdžiai, ir tuščiavidurės dalys
- Vertikalus liejimas dažnai naudojamas mažoms dalims; horizontalus dideliems cilindrams
Apribojimai
- Apribota rotacijos simetrinės dalys
- Įrankių sąranka yra sudėtingesnis ir brangesnis nei statinis liejimas
Chill Casting
Kietėjimo kontrolė
Chill liejimo metu naudojamos metalinės formos (dažnai geležies arba plieno) greitai išgauti šilumą iš išlydyto metalo. Šis greitas kietėjimas pagerina grūdelių struktūrą ir pagerina mechanines savybes.
Stiprybės
- Gamina sunkiau, tankesni liejiniai (iki 50% kietumo padidėjimas vs. Smėlio liejimas)
- Puikiai tinka fosforinė bronza ir ginklinis metalas
- Ekonomiškai efektyvus pasikartojantis strypų liejimas, strypai, ir smulkios dalys
Apribojimai
- Mažiau tinka Sudėtingos geometrijos
- Ribotas dydžių diapazonas dėl pelėsių apribojimų
Mirti liejimas (Karšta kamera ir šalta kamera)
Slėgio įpurškimo procesas
Liejimas slėgiu apima išlydyto vario lydinių įpurškimą į didelio stiprumo plieno formą esant aukštam slėgiui.
Šaltos kameros mašinos paprastai naudojamos dėl aukštų vario lydinių lydymosi taškų.
Privalumai
- Greiti gamybos tempai- idealiai tinka masinei gamybai
- Aukščiausia paviršiaus apdaila ir tikslumas (Ra 1–2 µm, leistinos nuokrypos ±0,05 mm)
- Sumažina arba pašalina apdirbimą
Apribojimai
- Ne visi vario lydiniai tinka (Pvz., daug cinko turintis žalvaris gali korozuoti štampus)
- Įrankiai yra brangus (investicija $50,000 ar daugiau)
- Geriausia vidutinio ir didelio kiekio
Nuolatinis liejimas
Proceso apžvalga
Išlydytas metalas pilamas į vandeniu aušinamą formą, kuri nuolat formuoja ir traukia sukietėjusį metalą per išėmimo sistemą.
Įprasti išėjimai apima strypus, barai, ir ruošiniai, skirti apdirbimui arba valcavimui pasroviui.
Privalumai
- Didelis produktyvumas su minimaliu žmogaus įsikišimu
- Puikios mechaninės savybės dėl kontroliuojamo kietėjimo
- Lygūs paviršiai ir tiesumas tinka automatiniam padavimo apdirbimui
- Maža laužo norma ir geresnis derlius (virš 90% medžiagų panaudojimas)
Tipiniai lydiniai
- Skardos bronzos, švinuotos bronzos, phosphor bronzes, ir vario-nikelio
Gipso formų liejimas
Specializuotas naudojimas
Šiame procese naudojamos gipso arba keraminės formos, suformuotos aplink raštą, kad būtų užfiksuotos smulkios detalės ir griežti leistini nuokrypiai.
Forma pašalinama po išliejimo sulaužant arba ištirpinant tinką.
Privalumai
- Puikiai tinka įmantrios formos ir Lygus paviršiaus apdaila
- Tinka prototipai ir Mažos tūrio gamyba
Trūkumai
- Low permeability– liejimo dydžio apribojimai
- Ilgesnis paruošimo laikas ir ribotas pelėsių tarnavimo laikas
Suvestinė palyginimo lentelė
| Liejimo metodas | Paviršiaus apdaila (Ra) | Matmenų tolerancija | Tipiški tomai | Pagrindinės stiprybės |
|---|---|---|---|---|
| Smėlio liejimas | 6.3-25 µm | ±1,5–3 mm | Nuo žemo iki aukšto | Mažos išlaidos, lydinio lankstumas |
| Investicijų liejimas | 1.6–3,2 µm | ±0,1–0,3 mm | Nuo vidutinio iki aukšto | Aukštas tikslumas, Sudėtingos dalys |
| Liejimas iš apvalkalo | 1.6–3,2 µm | ±0,25–0,5 mm | Vidutinis | Griežtos nuokrypiai, automatizuoti |
| Išcentrinis liejimas | 3.2–6,3 µm | ±0,25–1,0 mm | Vidutinis | Didelis tankis, minimalūs defektai |
| Chill Casting | 3.2–6,3 µm | ±0,5–1,0 mm | Vidutinis | Patobulintos mechaninės savybės |
| Mirti liejimas | 1-2 µm | ± 0,05–0,2 mm | Aukštas | Greiti ciklai, minimalus apdirbimas |
| Nuolatinis liejimas | 3.2–6,3 µm | ±0,2–0,5 mm/m | Labai aukštas | Ekonomiška ruošinių gamyba |
| Gipso formų liejimas | 1.6–3,2 µm | ±0,1–0,3 mm | Žemas ar vidutinis | Išsamus, įmantrios formos |
4. Įprasti vario lydiniai, naudojami liejimui
Liejyklos lieja daugybę vario lydinių, kiekvienas sukurtas taip, kad subalansuotų mechaninį stiprumą, atsparumas korozijai, šiluminės ir elektrinės charakteristikos, ir liejamumas.
| Lydinys | Paskyrimas | Kompozicija (masės %) | Pagrindinės savybės | Pageidautini liejimo metodai | Tipiškos programos |
|---|---|---|---|---|---|
| Laisvai apdirbamas žalvaris | C36000 / CZ121 | 61 Cu–35Zn–3Pb | Tempimas: 345 MPa Pailgėjimas: 20 % Laidumas: 29 %IACS |
Smėlis, Investicija, Mirti, Korpuso formavimas | CNC apdirbtos jungiamosios detalės, pavaros, elektros gnybtai |
| Mažo švino žalvaris | C46400 / CZ122 | 60 Cu–39Zn–1Pb | Tempimas: 330 MPa Pailgėjimas: 15 % Suderinamas su NSF-61 |
Smėlis, Investicija, Mirti | Geriamojo vandens vožtuvai, santechnikos įranga |
| Guolių bronza | C93200 | 90 Su –10Sn | Tempimas: 310 MPa Kietumas: HB90 Puikus atsparumas dilimui |
Smėlis, Atvėsinkite, Išcentrinis | Įvorės, atraminės poveržlės, didelės apkrovos guoliai |
| Aliuminio bronza | C95400 | 88 Cu–9Al–2Fe–1Ni | Tempimas: 450 MPa Kietumas: HB120 Stiprus jūros vandens atsparumas korozijai |
Mirti, Išcentrinis, Korpuso formavimas | Jūrų techninė įranga, siurblio sparnuotės, vožtuvo komponentai |
| Fosforo bronza | C51000 | 94.8 Cu–5Sn–0,2P | Tempimas: 270 MPa Pailgėjimas: 10 % Geras nuovargis & spyruoklinės savybės |
Investicija, Smėlis, Mirti | Spyruoklės, elektros kontaktai, diafragmos |
Varis-nikelis (90–10) |
C70600 | 90 Cu-10Ni | Tempimas: 250 MPa Pailgėjimas: 40 % Išskirtinis atsparumas biologiniam užteršimui |
Smėlis, Išcentrinis, Ištisinis | Jūros vandens šilumokaičiai, jūriniai vamzdynai |
| Varis-nikelis (70–30) | C71500 | 70 Cu-30Ni | Tempimas: 300 MPa Puikus atsparumas chloridui ir erozijai |
Smėlis, Ištisinis, Išcentrinis | Kondensatoriaus vamzdeliai, ofšorinė aparatūra |
| Berilis varis | C17200 | 98 Cu-2Be | Tempimas: iki 1400 MPa (amžiaus) Laidumas: 22 %IACS |
Investicija, Atvėsinkite, Mirti | Didelio patikimumo spyruoklės, kibirkščiuojantys įrankiai, jungtys |
| Silicio bronza | C65500 | 95 Cu-5Si | Tempimas: 310 MPa Atsparus korozijai jūrų/chemijos srityse |
Smėlis, Investicija, Korpuso formavimas | Dekoratyvinė įranga, laivo armatūra |
5. Išvada
Vario ir vario lydinio liejyklos siūlo gausų liejimo metodų rinkinį – kiekvienas balansuoja Kaina, Tikslumas, Mechaninis atlikimas, ir gamybos apimtis.
Suprasdami proceso niuansus – nuo liejimo medžiagų ir terminio valdymo iki lydinio elgesio – inžinieriai gali optimizuoti dalių dizainą., sumažinti laužą, ir užtikrinti patikimą veikimą.
Kaip technologijos priedų formų gamyba ir realaus laiko modeliavimas subrendęs, vario liejimas toliau vystysis, išlaikyti savo svarbų vaidmenį aukštos kokybės gamyboje.
At Tai, Džiaugiamės galėdami aptarti jūsų projektą projektavimo proceso pradžioje, kad užtikrintume, jog pasirinktas visas lydinys ar taikomas gydymas po kaupimo, Rezultatas atitiks jūsų mechanines ir našumo specifikacijas.
Aptarti jūsų reikalavimus, el. Paštas [email protected].
DUK
Ar visi vario lydiniai gali būti liejami?
Ne. Tik konkretūs lydiniai kaip aliuminio bronzos, didelio tempimo žalvario, ir silicio žalvario yra tinkami mirti liejimas dėl didelio slėgio ir greito aušinimo.
Lydiniai kaip fosforinė bronza arba ginklinis metalas geriau tinka lieti smėliu arba šaltuoju būdu.
Kuo skiriasi išcentrinis liejimas nuo šalčio?
- Išcentrinis liejimas naudoja sukimosi jėgą, kad įstumtų išlydytą metalą į formą, gaminantis tankus, be defektų komponentai (idealiai tinka vamzdžiams, įvorės, ir rankoves).
- Chill liejimas naudoja statines metalines formas, kad greitai sukietėtų paviršius, pagerinti mechanines savybes ir sumažinti grūdelių dydį – ypač efektyvus tin bronzes.
Kodėl didelio tūrio vario lydinio strypams pirmenybė teikiama nuolatiniam liejimui?
Nepertraukiamas liejimas siūlo pastovią kokybę, puikios mechaninės savybės, ir mažos laužo normos.
Jis yra optimalus fosforinė bronza, ginklinis metalas, ir švinuota bronza ruošiniai, ypač integruojant su valcavimo ar ekstruzijos procesais.
Koks tolesnis apdorojimas reikalingas išliejus vario lydinius?
Priklausomai nuo liejimo būdo ir lydinio, tolesnis apdorojimas gali apimti:
- Terminis apdorojimas streso mažinimui ar senėjimui (ypač berilio variui)
- Kritinių paviršių apdirbimas arba griežti leistini nuokrypiai
- Paviršiaus apdaila, pvz., poliravimas arba dengimas apsaugai nuo korozijos arba estetikai
