Enam Kaedah Pemutus Utama: Perbandingan komprehensif & Wawasan

Pengenalan

Casting, sebagai salah satu proses kerja panas logam yang terawal untuk manusia, mempunyai sejarah kira-kira 6,000 tahun.

China memasuki zaman kegemilangan tuangan gangsa antara 1700 BC dan 1000 BC, dengan ketukangan tuangan mencapai tahap yang agak maju.

Sebagai proses teras dalam pembuatan moden, tuangan membolehkan pembentukan komponen logam berbentuk kompleks yang sukar dihasilkan melalui penempaan atau pemesinan, dan ia digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, Automotif, jentera, dan industri instrumen ketepatan.

Pemilihan kaedah tuangan secara langsung menentukan kualiti tuangan, kecekapan pengeluaran, dan kos pembuatan.

1. Pemutus pasir hijau (Tuangan Pasir Konvensional)

Definisi teras & Prinsip Proses

Hijau Pemutus pasir ialah kaedah tuangan yang paling tradisional dan digunakan secara meluas di seluruh dunia.

Bahan mentah terasnya ialah pasir faundri (kebanyakannya pasir silika; pasir khas seperti pasir zirkon dan pasir korundum diterima pakai apabila pasir silika gagal memenuhi keperluan suhu tinggi) dan pengikat pasir (tanah liat adalah yang paling biasa; minyak kering, silikat larut air, fosfat, dan resin sintetik adalah pilihan alternatif).

Acuan pasir luaran dikelaskan kepada tiga jenis berdasarkan pengikat dan mekanisme pembentukan kekuatan: acuan pasir tanah liat hijau, acuan pasir tanah liat kering, dan acuan pasir terikat secara kimia.

Logam cair dituang ke dalam acuan pasir, yang memejal untuk membentuk tuangan, dan acuan rosak selepas menuang sekali dan tidak boleh digunakan semula.

Kelebihan

• Bahan mentah yang kos efektif: Tanah liat mempunyai sumber yang banyak dan berharga rendah; berakhir 90% pasir tanah liat hijau terpakai boleh dikitar semula dan digunakan semula selepas rawatan pasir, mengurangkan pembaziran bahan.
• Fleksibiliti proses yang tinggi: Kitaran pembuatan acuan pendek dan kecekapan tinggi; pasir acuan bercampur mempunyai hayat perkhidmatan yang panjang; ia boleh disesuaikan dengan kecil, besar, Mudah, dan tuangan yang kompleks, serta sekeping tunggal, batch kecil, dan senario pengeluaran besar-besaran.
• Ambang peralatan rendah: Tidak memerlukan peralatan khusus mewah, sesuai untuk fauri kecil dan sederhana.

Kekurangan & Batasan

• Kecekapan pengeluaran yang rendah: Setiap acuan pasir hanya boleh digunakan sekali dan mesti dibentuk semula untuk tuangan berikutnya, membawa kepada kecekapan pengeluaran berterusan yang rendah.
• Ketepatan dimensi yang lemah: Ketegaran acuan pasir adalah rendah, menghasilkan gred toleransi dimensi tuangan CT10–CT13, yang tidak dapat memenuhi keperluan ketepatan tinggi.
• Risiko kecacatan yang tinggi: Tuangan terdedah kepada kecacatan biasa seperti pencucian pasir, kemasukan pasir, keliangan gas, dan keliangan pengecutan disebabkan oleh struktur acuan pasir yang longgar.
• Kualiti permukaan yang rendah: Permukaan tuangan agak kasar, memerlukan pemesinan tambahan untuk menambah baik kemasan.

2. Pelaburan Pelaburan (Casting-casting)

Definisi teras & Prinsip Proses

Pelaburan Pelaburan, biasanya dikenali sebagai tuangan lilin hilang, mempunyai aliran proses yang canggih:

mereka corak lilin menggunakan bahan boleh melebur, salutkan beberapa lapisan bahan refraktori pada permukaan corak untuk membentuk cangkerang seramik, cair dan keluarkan corak lilin untuk mendapatkan acuan tanpa permukaan pemisah, dan lakukan pemanggangan suhu tinggi sebelum menuang logam cair.

Ia boleh digunakan untuk pelbagai jenis aloi, termasuk keluli karbon, keluli aloi, aloi tahan panas, Keluli tahan karat, aloi tembaga, aloi aluminium, aloi titanium, dan besi mulur, terutamanya untuk bahan yang sukar diproses dengan menempa atau memotong.

Kelebihan

• Ketepatan dimensi yang sangat baik: Toleransi pemutus gred mencapai CT4–CT6, jauh lebih tinggi daripada tuangan pasir hijau (CT10 - CT13) dan setanding dengan die casting (CT5–CT7), meminimumkan pemesinan pasca tuang.
• Penggunaan bahan yang tinggi: Mengurangkan volum pemesinan permukaan yang terbentuk dan mengawan dengan ketara, menjimatkan masa pemesinan dan penggunaan alat pemotong, dengan kadar penggunaan bahan melebihi 90%.
• Kebolehsuaian bentuk yang kuat: Boleh membuang komponen yang sangat kompleks, bahagian berdinding nipis (ketebalan dinding minimum 0.5mm), dan tuangan bersaiz mikro (berat minimum 1g);
  ia juga menyokong tuangan bersepadu bahagian yang dipasang, memudahkan proses pemasangan seterusnya.
• Keserasian aloi lebar: Sesuai untuk hampir semua bahan logam, termasuk aloi suhu tinggi, aloi magnesium, aloi titanium, dan logam berharga yang sukar diproses dengan kaedah lain.
• Skala pengeluaran yang fleksibel: Menyesuaikan diri dengan pengeluaran besar-besaran, Pengeluaran kecil, dan juga penyesuaian sekeping, dengan skalabiliti yang kuat.

Kekurangan & Batasan

• Aliran proses yang kompleks: Ia mempunyai proses yang paling rumit di antara semua kaedah pemutus, melibatkan pembuatan corak lilin, salutan cangkerang, Dewaxing, memanggang, dan mencurahkan, memerlukan kawalan proses yang ketat.
• Saiz tuangan terhad: Tidak sesuai untuk tuangan besar; berat maksimum tuangan pelaburan konvensional biasanya dalam lingkungan 50kg, kerana cengkerang besar mudah retak semasa memanggang dan menuang.
• Kadar penyejukan perlahan: Cangkang seramik mempunyai kekonduksian terma yang rendah, membawa kepada pemejalan perlahan logam cair, yang boleh menyebabkan struktur butiran kasar dalam beberapa aloi.
• Kos pembuatan yang tinggi: Kos corak lilin, bahan refraktori, dan kawalan proses adalah agak tinggi; ia berdaya maju dari segi ekonomi hanya apabila digabungkan dengan pemesinan yang dikurangkan dan penjimatan bahan.

3. Mati Casting

Definisi teras & Prinsip Proses

Mati Casting ialah kaedah tuangan tekanan tinggi yang melibatkan suntikan logam cair ke dalam rongga acuan logam ketepatan pada kelajuan tinggi (10–50m/s) di bawah tekanan tinggi (20–150MPa), dan memejalkan logam di bawah tekanan untuk membentuk tuangan.

Ia mempunyai dua proses asas: Pemutus Hot-Chamber (logam cair secara automatik mengalir ke dalam ruang tekanan) dan tuangan mati kebuk sejuk (logam cair dituang secara manual atau automatik ke dalam ruang tekanan).

Acuan diperbuat daripada keluli mati berkekuatan tinggi, memastikan penggunaan berulang.

Kelebihan

• Kualiti produk unggul: Ketepatan dimensi tuangan mencapai gred 6–7 (walaupun gred 4 untuk produk ketepatan) dengan kekasaran permukaan Ra 5–8μm;
  kekuatan dan kekerasan adalah 25–30% lebih tinggi daripada tuangan pasir hijau kerana pemejalan tekanan, walaupun pemanjangan berkurangan kira-kira 70%.
• Kecekapan pengeluaran ultra tinggi: Mesin tuangan kebuk sejuk mendatar boleh melengkapkan 600–700 kitaran setiap 8 jam,
  manakala mesin tuangan die ruang panas kecil boleh mencapai 3,000–7,000 kitaran, jauh melebihi kaedah tuangan lain.
• Jangka hayat acuan yang panjang: Acuan untuk tuangan aloi zink boleh bertahan ratusan ribu atau bahkan berjuta kali, mengurangkan kos pengeluaran jangka panjang.
• Automasi mudah: Proses ini sangat serasi dengan mekanisasi dan automasi, mengurangkan kos buruh dan meningkatkan kestabilan pengeluaran.
• Faedah ekonomi yang sangat baik: Tuangan memerlukan minimum atau tiada pemesinan, menambah baik penggunaan logam dan mengurangkan pelaburan peralatan pemprosesan;
  tuangan die gabungan bahan logam dan bukan logam menjimatkan masa pemasangan dan bahan mentah.

Kekurangan & Batasan

• Risiko kecacatan tinggi keliangan gas: Pengisian berkelajuan tinggi membawa kepada aliran logam cair yang tidak stabil,
  mudah memerangkap gas untuk membentuk keliangan dalaman, yang menjadikan tuangan tidak dapat menjalani rawatan haba (rawatan haba menyebabkan pengembangan dan keretakan gas).
• Kebolehsuaian yang lemah kepada bahagian cekung dalaman yang kompleks: Sukar untuk merobohkan struktur kompleks cekung dalaman, mengehadkan reka bentuk bentuk tuangan.
• Jangka hayat acuan pendek untuk aloi takat lebur tinggi: Untuk aloi takat lebur tinggi seperti aloi kuprum dan logam ferus, acuan terdedah kepada keletihan terma dan haus, mengurangkan hayat perkhidmatan dengan ketara.
• Tidak sesuai untuk pengeluaran kumpulan kecil: Kos pembuatan acuan adalah tinggi, dan kecekapan tinggi mesin tuangan die menjadikan pengeluaran kumpulan kecil tidak berdaya maju secara ekonomi.

4. Pemutus acuan kekal (Tuangan Acuan Keras)

Definisi teras & Prinsip Proses

Pemutus acuan kekal, juga dipanggil pemutus acuan keras, melibatkan menuang logam cair ke dalam acuan logam untuk membentuk tuangan.

Acuan diperbuat daripada besi tuang atau keluli tuang dan boleh digunakan semula ratusan hingga ribuan kali, maka dinamakan "acuan kekal".

Rongga dalaman tuangan boleh menggunakan teras logam atau teras pasir, dan struktur acuan dibahagikan kepada perpisahan mendatar, perpisahan menegak, dan perpisahan komposit untuk menyesuaikan diri dengan bentuk tuangan yang berbeza:

perpisahan menegak memudahkan gating dan demolding, perpisahan mendatar adalah untuk bahagian berbentuk roda berdinding nipis, dan perpisahan komposit adalah untuk komponen yang kompleks.

Kelebihan

• Kebolehgunaan semula acuan yang sangat baik: "Satu acuan untuk pelbagai tuangan" menghilangkan keperluan untuk membuat acuan berulang, menjimatkan bahan acuan dan masa, dan meningkatkan kecekapan pengeluaran.
• Prestasi pemutus yang tinggi: Acuan logam mempunyai kapasiti penyejukan yang kuat, membawa kepada struktur tuangan padat dan sifat mekanikal yang unggul berbanding tuangan pasir.
• Ketepatan dimensi dan kualiti permukaan yang baik: Gred toleransi pemutus mencapai IT12–IT14, kekasaran permukaan Ra ≤6.3μm, mengurangkan beban kerja pasca pemprosesan.
• Keadaan kerja yang bertambah baik: Ia menggunakan sedikit atau tiada pasir, mengelakkan pencemaran habuk dan mengoptimumkan persekitaran operasi untuk pekerja.

Kekurangan & Batasan

• Kos acuan yang tinggi dan kitaran pembuatan yang panjang: Acuan logam memerlukan bahan berkekuatan tinggi dan pemprosesan ketepatan,
  dengan pelaburan pendahuluan yang tinggi dan masa pendahuluan yang panjang, tidak sesuai untuk pengeluaran sekeping dan kumpulan kecil.
• Had aloi yang berkenaan dan saiz tuangan: Terutamanya sesuai untuk pengeluaran besar-besaran tuangan aloi bukan ferus (omboh aluminium, blok silinder, kepala silinder, sesendal aloi tembaga, dll.) untuk kereta, pesawat, dan enjin pembakaran dalaman;
  untuk tuangan aloi ferus, ia hanya terpakai kepada bahagian bersaiz kecil dan sederhana dengan bentuk mudah.
• Keperluan proses yang ketat: Acuan memerlukan pemanasan awal dan kawalan suhu untuk mengelakkan penutupan sejuk dan retak acuan; ia terdedah kepada keletihan haba selepas penggunaan jangka panjang, menjejaskan kualiti tuangan.

5. Tuangan Tekanan Rendah

Definisi teras & Prinsip Proses

Tuangan tekanan rendah ialah kaedah tuangan yang mengisi acuan dan memejalkan logam cair di bawah tekanan rendah (0.02-0.06 MPa).

Proses teras termasuk: menuang logam cair ke dalam mangkuk bertebat, menyegel pijar, menyambungkan tiub riser ke acuan, memasukkan udara termampat kering ke dalam mangkuk pijar untuk memacu logam cair ke atas melalui tiub riser untuk mengisi rongga acuan,
memejal logam di bawah tekanan malar, melepaskan tekanan untuk membiarkan sisa logam cair mengalir kembali ke mangkuk pijar, dan akhirnya membuka acuan untuk mengeluarkan tuangan.

Kelebihan

• Kawalan proses yang fleksibel: Kelajuan kenaikan logam cair dan tekanan pemejalan boleh laras, sesuai untuk pelbagai acuan (acuan logam, acuan pasir) dan aloi, serta tuangan yang berlainan saiz.
• Isi yang stabil dan kadar kecacatan yang rendah: Pengisian bawah ke atas memastikan aliran lancar logam cair tanpa percikan, mengelakkan terperangkap gas dan hakisan dinding acuan dan teras;
  kecacatan tuangan seperti keliangan gas dan kemasukan sanga berkurangan dengan ketara, dengan kadar kelayakan tamat 95%.
• Tuangan berkualiti tinggi: Pemejalan tekanan merealisasikan pemejalan arah dari luar ke dalam, menghasilkan struktur tuangan yang padat,
  kontur yang jelas, permukaan licin, dan sifat mekanikal yang sangat baik, terutamanya sesuai untuk bahagian berdinding nipis yang besar.
• Penggunaan bahan yang tinggi: Tiada riser penyusuan diperlukan, dengan kadar penggunaan bahan mencapai 90–98%, mengurangkan sisa logam.
• Persekitaran kerja yang mesra: Keamatan buruh yang rendah, peralatan mudah, dan mudah merealisasikan mekanisasi dan automasi, mematuhi keperluan pengeluaran moden.

Kekurangan & Batasan

• Hayat perkhidmatan tiub riser pendek: Tiub riser bersentuhan langsung dengan logam cair suhu tinggi untuk masa yang lama, terdedah kepada pengoksidaan dan haus, memerlukan penggantian tetap.
• Risiko pencemaran logam cair: Semasa pemeliharaan haba, logam cair mudah teroksida dan bercampur dengan sanga, memerlukan kawalan ketat terhadap persekitaran pemeliharaan haba dan penulenan logam cair.
• Skop permohonan terhad: Terutamanya digunakan untuk tuangan aloi aluminium berkualiti tinggi dan tuangan aloi magnesium, seperti blok silinder, kepala silinder, kotak engkol, dan omboh aluminium enjin pembakaran dalaman berkelajuan tinggi; ia jarang digunakan untuk aloi ferus kerana keperluan suhu tinggi.

6. Pemutus Centrifugal

Definisi teras & Prinsip Proses

Tuangan emparan melibatkan penuangan logam cair ke dalam acuan berputar, di mana logam mengisi acuan dan memejal di bawah daya emparan.

Mengikut orientasi paksi berputar acuan, ia terbahagi kepada tiga jenis: tuangan emparan mendatar (paksi mendatar atau <4° kepada mendatar, sesuai untuk bahagian silinder panjang),

tuangan emparan menegak (paksi menegak, sesuai untuk bahagian silinder atau anulus pendek), dan tuangan emparan paksi condong (jarang digunakan kerana operasi yang kompleks).

Daya emparan memacu pergerakan arah logam cair, mengoptimumkan struktur tuangan.

Kelebihan

• Struktur acuan yang dipermudahkan: Untuk bahagian berputar berongga, tiada inti, sistem gating, atau riser diperlukan, memudahkan reka bentuk acuan dan mengurangkan kos pembuatan.
• Tuangan berkualiti tinggi: Daya sentrifugal memisahkan gas berketumpatan rendah dan sanga ke permukaan dalam,
  dan menggalakkan pemejalan arah dari luar ke dalam, menghasilkan struktur tuangan yang padat, sedikit kecacatan, dan sifat mekanikal yang sangat baik.
• Penjimatan kos untuk bahagian dwilogam: Komponen dwilogam yang mudah dituang seperti sesendal dan galas (Mis., lengan keluli dengan lapisan tembaga nipis), menjimatkan logam bukan ferus yang mahal sambil memastikan prestasi.
• Kapasiti pengisian yang kuat: Daya sentrifugal meningkatkan kecairan logam cair, sesuai untuk menuang bahagian berdinding nipis dan aloi dengan kecairan yang lemah.
• Pengurangan bahan buangan: Menghapuskan sistem gating dan riser, meningkatkan lagi penggunaan bahan.

Kekurangan & Batasan

• Kualiti permukaan dalaman yang buruk: Permukaan bebas dalam tuangan adalah kasar, dengan ralat dimensi yang besar dan keseragaman yang lemah, memerlukan pemesinan seterusnya untuk memenuhi keperluan dimensi.
• Tidak sesuai untuk aloi tertentu: Tidak berkenaan dengan aloi dengan pengasingan ketumpatan teruk (Mis., gangsa plumbum), kerana daya emparan akan memburukkan lagi pengasingan;
  juga tidak sesuai untuk aloi aluminium dan magnesium kerana ketumpatannya yang rendah dan kesan pemisahan emparan yang lemah.
• Bentuk tuangan terhad: Hanya sesuai untuk bahagian simetri berputar (silinder, cincin, lengan baju); tidak boleh menuang bahagian berbentuk kompleks dengan kontur yang tidak sekata.
• Keperluan peralatan yang tinggi: Memerlukan mesin tuang emparan khusus dengan kawalan kelajuan putaran yang stabil, meningkatkan pelaburan peralatan.

7. Jadual perbandingan kaedah tuangan yang biasa digunakan

8. Kesimpulan

Setiap kaedah pemutus menawarkan kelebihan dan batasan unik yang menjadikannya sesuai untuk aplikasi tertentu.

Tuangan pasir kekal sebagai kaedah yang paling serba boleh dan menjimatkan untuk besar, CORTINGS COMPLEX, manakala pemutus pelaburan memberikan ketepatan yang luar biasa untuk komponen bernilai tinggi.

Tuangan die cemerlang dalam pengeluaran bahagian berdinding nipis volum tinggi, dan tuangan acuan kekal memberikan kualiti yang konsisten untuk pengeluaran bukan ferus volum sederhana.

Tuangan tekanan rendah sesuai untuk komponen aluminium dan magnesium berintegriti tinggi, dan tuangan emparan tidak dapat ditandingi untuk bahagian simetri berongga.

Pemilihan kaedah tuangan yang sesuai bergantung kepada faktor termasuk geometri bahagian, ketepatan dimensi yang diperlukan, kemasan permukaan, Jenis Bahan, Jumlah pengeluaran, dan pertimbangan kos.

Pembuatan moden semakin menggabungkan teknik ini untuk memanfaatkan kelebihan pelengkap mereka, memacu inovasi dalam pengeluaran komponen kompleks merentasi aeroangkasa, Automotif, dan sektor perindustrian.