Kas yra smėlio liejimas?

1. Įvadas

Smėlio liejimo stendai yra vienas iš seniausių ir universaliausių metalo formavimo procesų.

Išlydytą metalą verčiant į smėlio pagrindo formą, liejyklos gamina viską nuo paprastų laikiklių iki sudėtingų turbinų korpusų.

Jo nuolatinis aktualumas kyla dėl neprilygstamo prisitaikymo: jis tvarko dalių dydžius nuo gramų iki didesnių 100 tonos, veikia su beveik visais liejimo lydiniais, ir subalansuoja sąnaudų efektyvumą su dizaino laisve.

Šiame straipsnyje nagrinėjama jo mechanika, medžiagų mokslas, paraiškos, ir konkurencinis kraštovaizdis, siūlantis techninį gilų nardymą inžinieriams ir gamintojams.

2. Kas yra smėlio liejimas?

Jo esmė, smėlio liejimas remiasi a modelis- tiksli paskutinės dalies kopija, įdėta į dviejų dalių formą, kurią sudaro susidoroti (viršutinė pusė) ir vilkite (apatinė pusė).

Kai raštas atsidurs kolba, liejyklų smėlis, sumaišytas su rišikliais (molis, derva, arba cheminiai kietikliai) jį supa.

Smėliui sukietėjus, pašalinus raštą lieka metalui paruošta ertmė.

Priklausomai nuo programos, liejyklos naudoja keletą formų tipų:

• Žalias smėlis: Silicio smėlio mišinys, molis (paprastai bentonitas), ir vandens. Žalios smėlio formos sudaro daugiau 70% pasaulinio liejimo apimties dėl mažos kainos ir pakartotinio naudojimo.
• Cheminiu būdu surištas smėlis: Formoms kurti naudojamos dervos arba fenolio rišikliai puikus matmenų tikslumas ir paviršiaus apdaila.
• Ne-kepti (Oro rinkinys) Smėlis: Dviejų komponentų sistema, kietėjanti kambario temperatūroje, idealiai tinka dideliems ar sudėtingiems modeliams.

Pagrindinės medžiagos:

• Silicio smėlis (SiO₂): Sudaro 85–95 % pelėsinio smėlio, vertinamas dėl aukštos lydymosi temperatūros (1,713° C.) ir granuliuota struktūra, kuri sulaiko orą dėl pralaidumo.
• Rišikliai: Ekologiškas (bentonitas žaliam smėliui, fenolis, skirtas nekepti) arba neorganinis (natrio silikatas) smėlio grūdeliams surišti; jų pasirinkimas turi įtakos pelėsių stiprumui, pakartotinio naudojimo, ir poveikį aplinkai.
• Priedai: Anglies (sumažina metalo įsiskverbimą), pjuvenos (pagerina pralaidumą), ir putų šalinimo priemonės (sumažina dujų įstrigimą).

3. Smėlio liejimo rūšys

Smėlio liejimas nėra tik vienas procesas – jis būna kelių „skonių“.,“ kiekviena pritaikyta skirtingoms gamybos apimtims, metalo tipai, Sudėtingumas, ir norimą paviršiaus apdailą.

Pagrindinės kategorijos yra:

Žaliojo smėlio liejimas

• Pelėsio medžiaga: Silicio smėlio mišinys, molis (bentonitas), vanduo, o kartais ir priedų (pvz. jūros anglis).
• Charakteristikos:

• • Pelėsis yra "žalias" (t.y. yra drėgmės) ir daugkartinio naudojimo.
  • Greitas apyvartumas ir labai ekonomiškas mažos ir vidutinės gamybos serijos.
  • Tinkama paviršiaus apdaila (Jie buvo 200–400 µT).

• Tipiški panaudojimo būdai: Automobilių dalys (Variklio blokai, cilindro galvutės), žemės ūkio komponentai, siurblių korpusai.

Sauso smėlio liejimas

• Pelėsio medžiaga: Žalia smėlio forma, kuri vėliau kepama arba džiovinama ore, kad pašalintų drėgmę.
• Charakteristikos:

• • Patobulintas matmenų tikslumas ir žalio smėlio paviršiaus apdaila (Jie buvo ≈ 100–200 µT).
  • Geresnė drėgmės kontrolė sumažina dujų defektus.
  • Ilgesnis formos paruošimo laikas; geriausiai tinka vidutiniam bėgimui.

• Tipiški panaudojimo būdai: Plienai, nerūdijantis plienas, didesni liejiniai, kuriems reikia griežtesnių leistinų nuokrypių.

Chemiškai surištas (Ne-kepti & Šaldymo dėžė) Smėlio liejimas

• Ne-kepti (Oro rinkinys):

• • Segiklis (fenolio, furanas arba natrio silikatas + katalizatorius) sumaišyti kambario temperatūroje.
  • Pelėsiai kietėja per kelias minutes ar valandas – nereikia šildyti.

• Šaldymo dėžė (Kietintas dujomis):

• • Derva padengtas smėlis, supakuotas į metalinę kolbą ir „sukietintas“ praleidžiant aminų dujas.
  • Greitas gydymas (sekundės), puikus formavimo stiprumas ir smulkios detalės.

• Charakteristikos:

• • Labai gera paviršiaus apdaila (Jie buvo ≈ 50–100 µdes).
  • Didelio matmens tikslumas.
  • Segtuvai kainuoja brangiau; formos nėra daugkartinio naudojimo.

• Tipiški panaudojimo būdai: Aviacijos ir kosmoso komponentai, hidraulinės dalys, instrumentų korpusai.

Dengto smėlio liejimas

• Procesas: Smėlio grūdeliai padengiami plonu dervos sluoksniu, formuojantis stiprus, karščiui atsparus pelėsis.
• Savybės: Puiki paviršiaus kokybė, Didelė jėga, minimalus iškraipymas.
• Paraiškos: Vožtuvai, siurblio korpusai, ir mažų ir vidutinių dalių, kurioms reikia griežtų leistinų nuokrypių.

Korpuso formavimas

• Pelėsio medžiaga: Smulkus silicio dioksido smėlis, padengtas termoreaktyvia derva, kad susidarytų plonas „apvalkalas“.
• Procesas: Šildomas raštas sukuria 3–10 mm storio apvalkalą; tada sujungiamos dvi pusės.
• Charakteristikos:

• • Aukščiausias paviršiaus apdaila (Jie yra ≈ 25–75 µw.).
  • Puikus matmenų tikslumas.
  • Didesnės įrankių ir dervos sąnaudos – geriausiai tinka didelės apimties paleidimams.

• Tipiški panaudojimo būdai: Didelio tikslumo automobilių pavaros, Variklio blokai, siurblio sparnuotės.

Vakuuminis (V-Procesas) Smėlio liejimas

• Pelėsio medžiaga: Nesurištas sausas silicio dioksido smėlis, esantis hermetiškoje kolboje; vakuumas stipriai pritraukia smėlį prie rašto.
• Charakteristikos:

• • Nėra cheminio rišiklio → praktiškai nėra dujų defektų.
  • Gera paviršiaus apdaila (Jie buvo 75–150 µT).
  • Lengvas pelėsių suskaidymas (tiesiog atleiskite vakuumą).
  • Investicijos į įrangą yra didesnės; tinka vidutiniam ir dideliam garsui.

• Tipiški panaudojimo būdai: Aliuminio ir vario lydinių liejiniai, skirti aviacijai, gynyba, aukštos kokybės pramoninės dalys.

4. Žingsnis po žingsnio smėlio liejimo procesas

Modelio dizainas & Medžiagos pasirinkimas:

Inžinieriai pasirenka modelius pagal dalių sudėtingumą ir gamybos apimtį: mediniai prototipų raštai, metaliniai raštai didelės apimties bėgimui.

Skaitmeniniai įrankiai, tokie kaip 3D nuskaitymas, užtikrina tikslumą, o CAD programinė įranga lemia susitraukimą (Pvz., 1.5% aliuminiui, 2% plienui).

Pelėsių ir pagrindinių gamybos būdai

Po modelio nustatymo, Technikai supakuoja aplink jį smėlį į kopą ir tempia.

Dėl vidinių savybių, jie kuria šerdys- smėlio formos, sujungtos atskirai ir įdėtos į formą. Pagrindinis spausdinimo dizainas užtikrina teisingą padėtį ir palaikymą.

Susirinkimas: Vartai, Rizikai, & Orlaidės:

Formos pusės sujungiamos, su a vartų sistema (sprue, bėgikas, vartai) skirtas metalo srautui valdyti ir a stovas (išlydyto metalo rezervuaras) susitraukimui kompensuoti.

Orlaidės užtikrina dujų nutekėjimą, užkertant kelią poringumui. Šiuolaikinės liejyklos naudoja skaičiavimo skysčių dinamiką (CFD) optimizuoti šias sistemas, sumažinti atliekų kiekį 15–20 proc..

Tirpimas & Pilti:

Metalams patinka pilkoji geležis (lydymosi temperatūra 1150°C), aliuminis (660° C.), arba nerūdijančio plieno (1,400° C.) kaitinami 50–100°C virš lydymosi temperatūros krosnyse (kupolai geležies, indukcinės krosnys spalvotiesiems metalams).

Liejimo greitis ir turbulencija yra labai svarbūs: per greitai gali susidaryti oksidų intarpai; per lėtas sukelia nepilną užpildymą.

Aušinimas, Shakeout, & Smėlio melioracija:

Po sukietėjimo (minučių mažoms dalims, valandos dideliems liejiniams), pelėsis sulaužytas (supurtymas), ir dalis atskirta.

Smėlis perdirbamas: Šiuolaikiniai įrenginiai atkuria 90–95 % smėlio per siejimą ir magnetinį atskyrimą, sumažinti išlaidas medžiagoms 30%.

5. Įprasti metalai ir lydiniai, skirti lieti smėliu

Smėlio liejimas apima nepaprastai platų inžinerinių lydinių spektrą.

Liejyklos parenka metalus pagal stiprumą, atsparumas korozijai, Šiluminis stabilumas, ir kaina.

Lentelė: Paprastieji metalai ir lydiniai, naudojami liejant smėlį

6. Smėlio liejimo privalumai

Mažos įrankių ir sąrankos sąnaudos

• Smėlio formų gamyba yra nebrangi (paprastai gaminamas iš silicio smėlio, surišto moliu arba cheminiais rišikliais),
  todėl pradinės įrankių sąnaudos yra minimalios, palyginti su nuolatinio formavimo ar liejimo slėgiu procesais.
• Dėl to smėlio liejimas yra ypač ekonomiškas mažiems gamybos etapams, prototipų dalys, arba vienkartiniai komponentai.

Dalies dydžio ir geometrijos universalumas

• Smėlio liejimas gali talpinti labai dideles arba labai mažas dalis – blokus, sveriančius nuo kelių tonų iki kelių uncijų.
• Sudėtingos vidinės geometrijos (poilsio, šerdys, tuščiaviduriai) galima formuoti prieš pilant įterpiant smėlio šerdis, be brangių šerdies gamybos štampų.

Platus medžiagų asortimentas

• Beveik bet koks liejamas lydinys - geležies (Pvz., pilka geležis, Kariuomenė geležis, plienas) arba spalvotųjų metalų (Pvz., aliuminis, bronza, Vario, magnis)-gali būti naudojamas smėlio formoms.
• Šis lankstumas leidžia pasirinkti optimalią tvirtumo medžiagą, atsparumas korozijai, arba šiluminės savybės.

Pelėsių medžiagų pakartotinis naudojimas

• Po kiekvieno liejimo ciklo, smėlio mišinį galima regeneruoti ir pakartotinai naudoti kelis kartus (dažnai atsigauna 95–98%.), sumažinti atliekų ir medžiagų sąnaudas.
• Šiuolaikinės melioracijos sistemos (mechaninis, šiluminis, arba cheminiai regeneratoriai) toliau didinti tvarumą.

Greitas prototipų pakeitimas

• Kadangi įrankiai yra tiesiog padalintas modelis (dažnai mediniai arba spausdinami 3D formatu) o ne grūdintas plienas, pelėsių paruošimas yra greitas – idealiai tinka projektavimo kartojimams.
• Inžinieriai gali pereiti nuo CAD modelio prie fizinės dalies per kelias dienas, o ne savaites, spartinant produktų kūrimo ciklus.

7. Apribojimai & Techniniai smėlio liejimo iššūkiai

Santykinai prasta paviršiaus apdaila ir matmenų tikslumas

• Smėlio grūdeliai sukuria grubią liejimo paviršiaus tekstūrą, dažnai reikia papildomo apdirbimo arba apdailos, kad atitiktų griežtus leistinus nuokrypius.
• Įprasti leistini nuokrypiai yra ±0,5–1,5 mm mažoms dalims ir ±1,5–3,0 mm didesnėms sekcijoms, kuris yra mažiau tikslus nei liejimas slėginiu būdu arba investicinis liejimas.

Didesnė defektų rizika

• Poringumas: Dujos, įstrigusios formoje arba susidarančios kietėjimo metu, gali sudaryti metalo poras, susilpninant dalį.
• Smėlio inkliuzai: Atsipalaidavę smėlio grūdeliai iš pelėsių sienelių gali išdygti į išlydytą metalą, sukelia kietas dėmes ar paviršiaus dėmes.
• Misruns & Šaltas uždaromas: Nepakankamas metalo tekėjimas arba priešlaikinis kietėjimas gali lemti nepilną užpildymą arba metalo sujungimus.

Ilgesnis gamybos ciklo laikas

• Kiekvienam liejimui reikia paruošti formą (pakavimas, šerdies nustatymas, formų surinkimas) ir purtymas po išpylimo, o tai užima daugiau laiko nei automatizuoti aukšto slėgio procesai.
• Storoms arba masyvioms sekcijoms aušinimo laikas gali būti ilgas, lėtėja bendras pralaidumas.

Darbo imlus procesas

• Daug operacijų – formų gamyba, šerdies nustatymas, apdirbimas – pasikliaukite kvalifikuotu rankų darbu, didėjančios darbo sąnaudos ir kintamumas tarp partijų.
• Smėlio sistemų automatizavimas yra įmanomas, bet dažnai brangus.

Aplinkos ir sveikatos problemos

• Silicio dioksido dulkių poveikis dirbant su pelėsiu kelia pavojų kvėpavimo takams, nebent būtų taikomos griežtos dulkių kontrolės priemonės.
• Panaudotas liejimo smėlis ir panaudoti cheminiai rišikliai sukuria atliekų srautus, kuriuos reikia regeneruoti arba apdoroti, kad būtų išvengta dirvožemio ir vandens užteršimo.

Labai plonų sekcijų apribojimai

• Plonos sienos (<3–4 mm) yra sudėtinga, nes smėlis gali neatlaikyti smulkių detalių, o metalas gali atvėsti ir sukietėti prieš visiškai užpildydamas formą.
• Norint pasiekti plonų pjūvių ir gerą paviršiaus apibrėžimą, dažnai reikia alternatyvių procesų, pvz., liejimo slėginiu būdu arba investicinio liejimo.

8. Pagrindiniai smėlio liejimo pritaikymai

Automobilių pramonė

• Variklio blokai, cilindro galvutės, perdavimo atvejai, Stabdžių komponentai, pakabos dalys.

Aviacijos ir kosmoso & Gynyba

• Turbinų korpusai, variklio atramos, konstrukciniai laikikliai, raketų komponentai, orlaivių važiuoklės dalys.

Energija & Energijos generavimas

• Turbinų korpusai, generatorių rėmai, siurblių korpusai, alyvos ir dujų įrangos vožtuvų korpusai, hidroelektrinių komponentai.

Statyba & Sunkiosios mašinos

• Vamzdžių jungiamosios detalės, vožtuvo komponentai, konstrukcinės plieno dalys, statybos įrangos variklių komponentai, žemės ūkio technikos dalys (Pvz., traktoriaus korpusai).

Pramoninė įranga

• Siurblio ir kompresoriaus korpusai, Pavarų dėžės, staklių bazės, sunkiasvoriai laikikliai, pramoninių vožtuvų korpusai.

Jūrų & Laivų statyba

• Propelerio stebulės, Variklio komponentai, laivo mašinų dalys, ir jūrinių siurblių korpusai.

Bendroji gamyba

• Meniniai liejiniai, individualizuotos mechaninės dalys, didelio masto konstrukciniai komponentai, ir gaminių kūrimo prototipus.

Individualūs prototipai ir nedidelės apimties gamyba

Pagaliau, smėlio liejimas pasižymi greitu prototipų kūrimu ir mažų partijų darbu.

Kai projektavimo komandoms reikia funkcinių metalinių prototipų, nesvarbu, ar tai būtų ergonomikos patvirtinimas, ar lauko bandymai esant realioms apkrovoms, liejant smėlį, detalės pristatomos 3– 5 dienos, palyginti su 2– 4 savaites nuolatinėms formoms.

Jo minimalios įrankių sąnaudos (dažnai po $200 pagal modelį) todėl idealiai tinka bandomiesiems paleidimams ir specializuotoms robotikos programoms, Medicinos prietaisai, ir pagal užsakymą pagaminta technika.

9. Palyginimas su alternatyviais liejimo procesais

Kai inžinieriai įvertina liejimo būdus, jie sveria tokius veiksnius kaip dalies sudėtingumas, paviršiaus apdaila, matmenų tolerancija, įrankių kaina, ir gamybos apimtis.

Žemiau, mes lyginame smėlio liejimą su dviem plačiai naudojamomis alternatyvomis -Investicijų liejimas ir mirti liejimas.

Kada pasirinkti smėlio liejimą?

• Žemas- iki vidutinės apimties gamybos: Žemiau 10,000 dalys, mažos smėlio sąnaudos sumažina vienos dalies kainą.
• Didelės arba sunkios dalys: Komponentai baigti 50 kg arba iki 50 tonos tinka tik smėlio formoms.
• Specialūs lydiniai & Aukštos temperatūros medžiagos: Smėlio formos rankena iš nerūdijančio plieno, superlydiniai, ir ketaus, nesirūpinant dėl ​​nusidėvėjimo.
• Greitas prototipų kūrimas arba dizaino iteracija: 3D spausdinti raštai ir greitas formavimas sumažina pristatymo laiką iki kelių dienų.
• Sudėtinga vidinė geometrija: Smėlio šerdys sukuria gilias ertmes ir įpjovas be brangių įrankių modifikacijų.

10. Išvada

Smėlio liejimas ištveria kaip a pamatinis gamybos būdas, balansavimas ekonomika, universalumas, ir mastelio keitimas.

Integruojant skaitmeninį dizainą, pažangiosios rišamųjų medžiagų chemijos, ir kokybės kontrolę realiuoju laiku, šiandieninės liejyklos įveikia tradicinius apribojimus – gamina patikimus, sudėtingi liejiniai įvairiose pramonės šakose.

Augant tvarumui ir greitam prototipų kūrimui, unikalus smėlio liejimo derinys maža įėjimo kaina, medžiagos lankstumas, ir dydžio galimybė užtikrina nuolatinį jos aktualumą ir ateityje.

At Tai, Mes esame pasirengę bendradarbiauti su jumis, naudodamiesi šiais pažangiais metodais, kad optimizuotume jūsų komponentų dizainą, Medžiagos pasirinkimai, ir gamybos darbo eigos.

užtikrinant, kad kitas jūsų projektas viršija kiekvieną našumą ir tvarumo etaloną.

Susisiekite su mumis šiandien!

 

DUK

Koks yra tipiškas smėlio liejimo dalių dydžių diapazonas?

Dalys gali būti nuo mažų komponentų (Pvz., skliaustai) prie labai didelių konstrukcijų (Pvz., laivų sraigtai), su kai kuriomis liejyklomis, galinčiomis išlieti kelias tonas sveriančias dalis.

Kokios dažnos paviršiaus apdailos problemos liejant smėlį??

Dalių paviršiaus tekstūra gali būti šiurkšti dėl smėlio formos. Procesai po liejimo, pavyzdžiui, apdirbimas, šlifavimas, arba pūtimas dažnai naudojamas apdailai pagerinti.

Ar smėlio liejimas gali būti naudojamas didelės apimties gamybai?

Nors liejimas smėliu yra įmanomas mažiems ir vidutiniams kiekiams, didelės apimties gamyba gali būti ekonomiškesnė naudojant tokius metodus kaip liejimas slėginiu būdu dėl greitesnio ciklo laiko ir didesnio formos patvarumo.

Ar smėlio liejimas tinka prototipams kurti?

Taip, Smėlio liejimas dažnai naudojamas prototipams dėl mažų įrankių sąnaudų ir galimybės greitai pagaminti funkcines dalis, net sudėtingiems dizainams.

Kaip šerdys naudojamos liejant smėlį?

Šerdys (pagamintas iš smėlio arba dervos) suformuoti vidines ertmes ar ypatybes liejinyje.

Prieš pilant jie dedami į formą, o sustingus išimami, dažnai dėl vibracijos ar tirpimo.