Proces odlewania piasku

Wstęp

Odlewanie piaskowe jest jedną z najstarszych i najczęściej stosowanych metod odlewania metali, i pozostaje ważny z komercyjnego punktu widzenia, ponieważ jest elastyczny, opłacalne, i nadaje się zarówno do stopów żelaza, jak i metali nieżelaznych.

W procesie odlewania piasku, piasek służy do formowania wnęki formy, do której wlewa się stopiony metal, dzięki czemu proces można dostosować do wszystkiego, od bloków silników i podstaw maszyn po naczynia kuchenne i pokrywy włazów.

To, co sprawia, że ​​odlewanie z piasku jest stale istotne, to nie nostalgia, ale praktyczność inżynieryjna.

Może obsługiwać duże części, złożone geometrie, oraz niskie i średnie wielkości produkcji bez dużego obciążenia narzędziowego związanego z trwałymi formami lub odlewaniem ciśnieniowym.

Naraz, jest to proces, który należy dokładnie kontrolować ze względu na zachowanie pleśni, Metalowy przepływ, wytwarzanie gazu, zestalenie, i chłodzenie – wszystkie te elementy silnie ze sobą oddziałują i mogą powodować defekty, jeśli są źle zarządzane.

1. Co to jest proces odlewania piasku?

Odlewanie piasku to proces odlewania, w którym forma na bazie piasku i, W razie potrzeby, rdzenie piaskowe są przygotowywane według wzoru, następnie wypełnia się roztopionym metalem, tworząc końcową część po zestaleniu.

Odniesienia do odlewni opisują dwie główne rodziny odlewów piaskowych: Casting z zielonego piasku, w którym jako spoiwo wykorzystuje się glinę i wodę, I odlewy piaskowe wiązane chemicznie, który wykorzystuje spoiwa na bazie żywicy i może twardnieć w wyniku samowiązania, ciepło, lub utwardzanie gazowe.

Proces ten jest często wybierany ze względu na tolerancję rozmiaru i geometrii części, oraz dlatego, że forma jest raczej zbędna niż wielokrotnego użytku.

Ta rozrzutność jest zaletą w produkcji małych i dużych części, ale oznacza to również, że proces jest z natury mniej precyzyjny wymiarowo i ma bardziej chropowatą powierzchnię niż metody o węższych tolerancjach, takie jak odlewanie ciśnieniowe lub odlewanie metodą traconego wosku.

2. Materiały rdzeniowe stosowane w odlewaniu piaskowym

Odlewanie w piasku nie polega po prostu na użyciu „piasku” do wykonania formy.

Jest to starannie zaprojektowany systemie materialnym w którym każdy element pełni określoną rolę: forma musi trzymać kształt, pozwolić na ucieczkę gazów, są odporne na uszkodzenia termiczne spowodowane roztopionym metalem, a następnie rozbić czysto po zestaleniu.

3. Jak działa proces odlewania w piasku

Odlewanie piaskowe to ciąg ściśle ze sobą powiązanych operacji, podczas których powstaje forma, wypełniony, i usunięto wokół odlewu po zestaleniu.

Proces w jednym widoku

Tworzenie wzorów i projektowanie naddatków

Proces rozpoczyna się od wzór, który jest repliką zamierzonego odlewu użytego do wykonania wnęki formy.

Wzory są projektowane z uwzględnieniem skurczu, projekt, i półfabrykat obróbczy, w wielu przypadkach zawierają także odciski rdzeni lub funkcje, które pomagają zlokalizować rdzenie na późniejszym etapie procesu.

Dobry projekt wzoru ma kluczowe znaczenie, ponieważ ustala geometrię, zachowanie wymiarowe, i dalszą obróbkę końcową części.

Przygotowanie formy

Następny, wzór umieszcza się w skrzynce formierskiej i otacza przygotowaną mieszanką piasku.

W systemach z zielonym piaskiem, kruszywo zazwyczaj składa się z piasek, spoiwo, i wilgoć, podczas gdy systemy wiązane chemicznie opierają się na piasku związanym żywicą, który utwardza ​​się, tworząc mocniejszą strukturę formy lub rdzenia.

Formę zagęszcza się lub ubija w taki sposób, aby zachowała swój kształt, ale musi także zachować wystarczającą przepuszczalność, aby umożliwić ulatnianie się gazów podczas zalewania.

Wykonywanie rdzenia i ustawianie rdzenia

Jeśli odlew wymaga wewnętrznych wnęk, puste sekcje, lub przejścia wewnętrzne, rdzenie piaskowe są produkowane oddzielnie i umieszczane we wnęce formy przed zamknięciem.

Rdzenie są zwykle wykonane z piasku i spoiwa, i często muszą być mocniejsze niż zwykły piasek pleśniowy, ponieważ muszą wytrzymać obsługę, zsyp, i ciśnienie metalostatyczne, a jednocześnie można je usunąć po zestaleniu.

W bardziej wymagających przypadkach, Powłoki rdzeniowe nakłada się w celu ograniczenia penetracji metalu i przypalenia.

Montaż formy i bramkowanie

Po przygotowaniu połówek formy i umieszczeniu rdzeni, forma jest zamknięta i System bramkowania jest ukończony.

System wlewowy zazwyczaj zawiera miskę do nalewania, wlew, biegacze, i bramy, a czasami dodaje się podwyżki i dreszcze, aby zarządzać karmieniem i zestalaniem.

Jego celem nie jest tylko przemieszczanie metalu do wnęki, ale robić to w sposób kontrolowany, ograniczający turbulencje, minimalizuje erozję, i wspiera kierunkowe krzepnięcie.

Topienie i zalewanie

Metal topi się oddzielnie, a następnie wlewa do gniazda formy w odpowiedniej temperaturze i z odpowiednią szybkością.

Wylewanie jest krytycznym krokiem, ponieważ nadmierne turbulencje mogą uwięzić gaz lub spowodować erozję formy, podczas gdy niewystarczająca temperatura lub powolne napełnianie mogą powodować nieprawidłowe działanie i zimne zamknięcia.

Celem jest utrzymanie płynności wystarczająco długo, aby wnęka mogła zostać całkowicie wypełniona, przy jednoczesnym zachowaniu jakości metalurgicznej.

Zestalanie i karmienie

Po wypełnieniu ubytku, metal zaczyna twardnieć.

Na tym etapie, skurcz staje się poważnym problemem, ponieważ metal kurczy się podczas ochładzania, oraz jeśli ciekły metal nie może zasilić ostatnich stref zamarzania, mogą tworzyć się wgłębienia skurczowe lub porowatość.

Dlatego tak ważny jest projekt pionu: piony działają jak zbiorniki stopionego metalu, które zasilają odlew podczas jego kurczenia się podczas krzepnięcia.

Chłodzenie, Shakeout, i rekultywacja

Gdy odlew wystarczająco stwardnieje, forma rozpada się w Shakeout scena.

Terminologia odlewnicza definiuje wytrząsanie jako proces oddzielania zestalonego odlewu od materiału formy, a w systemach z zielonym piaskiem piasek często kruszy się łatwiej, ponieważ utrata ciepła i wilgoci osłabia wiązanie.

Odzyskany odlew następnie przechodzi do czyszczenia, podczas gdy piasek można odzyskać i ponownie wykorzystać, w zależności od systemu zakładu.

Czyszczenie, wykończeniowy, i inspekcja

Po wstrząsie, odlew jest czyszczony w celu usunięcia piasku, bramy, pióra, i inne załączniki.

Kontrola końcowa sprawdza wymiary, Stan powierzchni, i wewnętrzną solidność.

Na wielu rzeczywistych szlakach produkcyjnych, jest to również punkt, w którym rozpoczyna się obróbka, szczególnie na powierzchniach, które muszą spełniać wąską tolerancję, płaskość, koncentryczność, lub wymagania dotyczące uszczelnienia.

4. Główne warianty odlewania piaskowego

Odlewanie piaskowe to raczej rodzina procesów niż pojedyncza metoda.

5. Podstawowe wyzwania techniczne i kontrola jakości

Odlewanie piasku to proces przywracania równowagi, nie tylko odlewanie metalu

Głównym wyzwaniem technicznym przy odlewaniu w formach piaskowych jest to, że forma musi jednocześnie spełniać kilka sprzecznych wymagań:

musi być wystarczająco mocny, aby utrzymać kształt, wystarczająco przepuszczalny, aby odprowadzać gazy, wystarczająco ogniotrwały, aby wytrzymać stopiony metal, i wystarczająco składany, aby uwolnić odlew po zestaleniu.

Praktyka odlewnicza pokazuje, że jakość zależy od kontroli surowców, sprzęt do przygotowania, oraz interakcje pomiędzy piaskiem, spoiwo, wilgoć, i stop.

Wilgoć, zagęszczalność, i konsystencję piasku

W systemach z zielonym piaskiem, wilgotność jest jedną z najważniejszych zmiennych kontrolnych.

W literaturze dotyczącej przygotowania piasku zauważono, że wilgoć silnie wpływa na jakość odlewu, i to badanie zagęszczalności to praktyczny sposób regulacji dodatku wody i utrzymania stabilnych właściwości formowania.

Jeśli wilgoć odpłynie za daleko, system może stać się albo zbyt słaby, albo zbyt podatny na gazy, oba warunki zwiększają ryzyko odrzucenia.

Przepuszczalność, Wentylacja, i ulatnianie się gazu

Przepuszczalność jest tak samo ważna jak wytrzymałość. Zielony piasek musi przepuszczać gazy wytwarzane przez wilgoć, spoiwa, oraz materiały organiczne wydzielające się podczas zalewania i krzepnięcia.

W materiałach dydaktycznych dotyczących odlewnictwa wyraźnie wskazano, że otwory wentylacyjne służą do ułatwienia ucieczki powietrza i gazów, oraz że słaba przepuszczalność lub słaba wentylacja mogą bezpośrednio prowadzić do defektów spowodowanych rozdmuchem i porów.

Ogniotrwałość i stabilność termiczna

Układ piaskowy musi również wytrzymać ciepło stopionego stopu.

Literatura dotycząca kontroli piasku zielonego podkreśla, że ​​piaski na bazie krzemionki stanowią ogniotrwały fundament formy, oraz że utrata jakości materiału ogniotrwałego może pogorszyć wykończenie powierzchni w przypadku wyższych temperatur zalewania.

To sprawia, że ​​wybór piasku, uzupełnienie piasku, i czystość systemu są ważnymi elementami codziennej kontroli jakości.

Jakość ubijania i integralność formy

Pakowanie w formy to kolejna zmienna o dużym wpływie.

Ubijanie nie może być ani zbyt miękkie, ani zbyt twarde: miękkie ubijanie osłabia formę, podczas gdy nadmierna twardość zmniejsza ucieczkę gazu i sprzyja defektom spowodowanym rozdmuchem.

W rzeczywistości, wytrzymałość formy, Wentylacja, a jakość powierzchni należy raczej wyważyć, a nie optymalizować osobno.

Bramkowanie, karmienie, i kontrola krzepnięcia

Oddawanie dźwięku zależy nie tylko od formy, ale także od tego, jak metal wchodzi do środka i zamarza.

Wlewy muszą minimalizować turbulencje i erozję, podczas gdy piony i podajniki muszą kompensować skurcz podczas krzepnięcia.

Skurczowi najlepiej zapobiegać poprzez prawidłowe karmienie, a podajniki powinny pozostać płynne wystarczająco długo, aby dostarczyć metal do ostatnich obszarów zamarzania.

6. Typowe wady i ich przyczyny

7. Dlaczego niektóre odlewy wymagają obróbki?

Obróbka skrawaniem jest częścią strategii odlewania, a nie korekta po porażce

W odlewie piasku, kształt odlewu jest celowo wytwarzany z niewielkim nadwymiarem na wybranych powierzchniach, tak aby krytyczne wymiary można było później dokończyć poprzez obróbkę skrawaniem.

Nie jest to oznaką złej praktyki odlewania; jest to standardowa strategia produkcyjna stosowana w celu zrekompensowania naturalnych ograniczeń form piaskowych w wykończeniu powierzchni, dokładność wymiarowa, i powtarzalność.

Dlaczego powierzchnia odlana zwykle nie wystarcza

Odlewanie piaskowe pozostawia stosunkowo szorstką powierzchnię, ponieważ forma jest wykonana z granulowanego piasku, a struktura ziaren zostaje przeniesiona na powierzchnię odlewu.

Zróżnicowanie wymiarowe jest również bardziej wyraźne niż w przypadku tras odlewania precyzyjnego, więc cechy, które muszą uszczelnić, lokalizować, obracać, kumpel, lub odniesienie do innego komponentu, zwykle nie można pozostawić w stanie surowym po odlaniu.

Co właściwie daje obróbka

Obróbka służy do doprowadzenia kluczowych powierzchni do ich ostatecznego stanu: węższe tolerancje, lepsza płaskość, lepsza koncentryczność, ulepszone wykończenie powierzchni, i bardziej niezawodne dopasowanie montażowe.

Jest to szczególnie ważne w przypadku gniazd łożyskowych, Kołnierz twarzy, uszczelnianie ziem, gwintowane otwory, oraz inne obszary funkcjonalne, w których odlew musi dokładnie łączyć się z inną częścią.

Dlaczego odlewu nie można po prostu „odlać na wymiar”

Nawet jeśli projekt formy jest solidny, część nadal ulega skurczowi podczas chłodzenia i może być dotknięta erozją pleśniową, lokalne zniekształcenia, i zmienność grubości przekroju.

Z tego powodu, W praktyce odlewniczej stosuje się naddatek obróbkowy na powierzchniach, które będą później wycinane, tak aby końcowy komponent mógł zostać doprowadzony do specyfikacji po zestaleniu i oczyszczeniu.

Obróbka skrawaniem kompensuje również ryzyko funkcjonalne

Niektóre powierzchnie nie są poddawane obróbce mechanicznej, ponieważ proces odlewania nie jest w stanie ich uformować, ale dlatego, że część musi działać niezawodnie w eksploatacji.

Szorstka lub niestabilna wymiarowo powierzchnia uszczelniająca może przeciekać; Otwór nieco niecentryczny może zwiększyć zużycie lub hałas; wypaczona podkładka montażowa może powodować naprężenia montażowe.

Obróbka mechaniczna eliminuje to ryzyko poprzez ustalenie ostatecznej geometrii na powierzchniach, gdzie funkcjonalność ma największe znaczenie.

8. Typowe zastosowania odlewów piaskowych

Odlewanie piaskowe jest szczególnie przydatne, gdy część jest zbyt duża, zbyt skomplikowane, lub zbyt dostosowane do odlewania pod wysokim ciśnieniem lub rozległej obróbki z pełnego półfabrykatu.

• Bloki silnika i obudowy
• Podstawy i ramy maszyn
• Pompa korpusy i korpusy zaworów
• Obudowy przekładni i wsporniki
• Złączki rurowe i kołnierze
• Części do sprzętu rolniczego
• Sprzęt morski
• Niestandardowe odlewy przemysłowe
• Duże elementy konstrukcyjne

9. Jaka jest przyszłość odlewania piaskowego?

Przyszłość odlewów piaskowych kształtują trzy główne siły: cyfryzacja, Produkcja addytywna, i zrównoważony rozwój.

Ostatnie przeglądy wskazują na rosnące wykorzystanie symulacji, cyfrowe przepływy pracy, oraz formy i rdzenie piaskowe drukowane w 3D, co może wyeliminować wzory i rdzennice, jednocześnie ułatwiając produkcję skomplikowanych geometrii.

Naraz, zrównoważony rozwój staje się raczej ograniczeniem projektowym niż hasłem marketingowym.

Badania odlewnicze i źródła branżowe odnotowują przejście w kierunku systemów spoiw o niższej emisji, zmniejszone użycie niebezpiecznych środków chemicznych, oraz ulepszone praktyki odzyskiwania piasku.

Jest to ważne, ponieważ skład chemiczny spoiw wpływa zarówno na emisję, jak i na postępowanie z odpadami, oraz ponieważ bardziej ekologiczne spoiwa mogą zmniejszyć obciążenia związane z dalszym oczyszczaniem.

Najbardziej prawdopodobną przyszłością nie jest zanik tradycyjnego odlewania w piasku, ale jego przekształcenie w proces bardziej hybrydowy i oparty na danych.

W tym modelu, konwencjonalne formowanie nadal ma znaczenie, ale jest coraz częściej wspierany przez narzędzia addytywne, ulepszona chemia spoiwa, inspekcja cyfrowa, oraz sterowanie procesem oparte na symulacji.

10. Najwyższej jakości usługi odlewania piasku w Chinach: Odlewnia DeZe

TEN Odlewnia oferuje niestandardowe usługi odlewania piaskowego zaprojektowane dla szerokiej gamy zastosowań przemysłowych, strukturalny, i precyzyjnych zastosowań produkcyjnych.

Wspierane przez duże możliwości w projektowaniu form, rozwój wzorców, przygotowanie formy piaskowej, wylewanie metalu, czyszczenie po odlewie, obróbka, i wykończenie powierzchni,

TEN dostarcza elementy odlewane o złożonej geometrii, niezawodna wydajność wymiarowa, stabilna jakość, i czysty, profesjonalny wygląd.

Od walidacji prototypu po zamówienia w małych partiach i produkcję na dużą skalę, TEN wspiera opłacalny rozwój części, wydajna integracja komponentów, Szybki zwrot, i stałą powtarzalność w przypadku wymagających wymagań projektowych.

Poproś o wycenę teraz>>

11. Wniosek

Odlewanie piaskowe pozostaje jednym z najważniejszych procesów odlewania metali, ponieważ można je dostosować, atrakcyjne ekonomicznie, i technicznie szerokie.

Jego siła polega na zdolności do wytwarzania dużych i skomplikowanych części bez konieczności stosowania dużego obciążenia narzędziowego w przypadku metod wysokociśnieniowych lub form trwałych.

Jego słabością jest stosunkowo szorstka powierzchnia, luźniejsze okno tolerancji, i wrażliwość na dyscyplinę procesową.

Patrząc z perspektywy współczesnej inżynierii, odlewanie piaskowe nie jest przestarzałym rozwiązaniem.

To jest dojrzałe, wysoce elastyczna platforma produkcyjna, której przyszłość poszerza się o lepsze spoiwa, symulacja, rdzenie i formy dodatkowe, i silniejsze praktyki w zakresie zrównoważonego rozwoju.

Proces ten przetrwa, ponieważ nadal rozwiązuje prawdziwy problem przemysłowy: jak ekonomicznie wytwarzać użyteczne części metalowe, gdy geometria jest złożona, a objętość nie uzasadnia kosztownych twardych narzędzi.

 

Często zadawane pytania

Jaka jest główna zaleta odlewania piaskowego?

Jego główną zaletą jest elastyczność. Może wytwarzać duże lub złożone części przy stosunkowo niskich kosztach oprzyrządowania i z wielu stopów metali.

Dlaczego odlewy piaskowe są bardziej szorstkie niż inne odlewy??

Ponieważ forma jest wykonana z granulowanego piasku, a nie z twardej stalowej wnęki lub drobnej ceramicznej skorupy, replikacja powierzchni jest mniej precyzyjna i później często konieczna jest obróbka.

Jaka jest różnica między piaskiem zielonym a piaskiem związanym chemicznie??

Zielony piasek wykorzystuje glinę i wodę jako układ wiążący, podczas gdy piasek związany chemicznie wykorzystuje spoiwa żywiczne i często jest lepszy w przypadku rdzeni i skomplikowanych kształtów.

Czy odlewanie piaskowe jest nadal istotne w nowoczesnej produkcji??

Tak. Jest nadal szeroko stosowany i jest unowocześniany poprzez symulację cyfrową, wytwarzanie przyrostowe form i rdzeni, i bardziej zrównoważone systemy spoiw.