1. Введение
Медь и его сплавы занимают ключевую роль в современной промышленности из -за их Выдающаяся электрическая проводимость, коррозионная стойкость, и тепловые характеристики.
Исторически, цивилизации, начиная с 5000 BC освоил медную литью в простых каменных формах, Закладывая основу для современных сложных техник.
В этой статье, Мы исследуем полный спектр методов литья на основе меди, Изучите их металлургические принципы, и руководство инженерами по выбору оптимального процесса для различных приложений.
2. Фундаментальные принципы металлического литья
Каждый метод кастинга следует за четырьмя основными этапами:
- Создание формы - Техники образуют полость в песке, металл, керамический, или штукатурку, которая отражает геометрию части.
- Заливка - Печи растопит медь (точка плавления 1 083 °С) или сплавы до 1 600 °С, Затем вылейте жидкость в формы.
- затвердевание - Контролируемое охлаждение - управляемое теплопроводностью (~ 400 W/m · k для меди) и материал плесени - развивает микроструктуру.
- Shake -out - Однажды твердый, отливки выходят из плесени и проходят чистку и постобработку.
Высокая теплопроводность медных более высокий предварительный нагрев плесени (200–400 ° C.) и точный контроль заливания, чтобы поддерживать текучесть (Вязкость ~ 6 MPA · S в 1 200 °С).
Кроме того, медь тепловое расширение (16.5 мкм/м · к) Требуется точное смещения шаблонов для достижения окончательных измерений.
3. Основные методы кастинга медных сплавов
Медь И его сплавы -латуни, бронзы, Медные никели, и другие - бросаются в различные методы, которые соответствуют различным объемам производства, механические требования, и измерения допусков.
Каждый метод несет различные преимущества и ограничения, основанные на характеристиках сплава и желаемых результатах компонентов.
В этом разделе рассматриваются самые выдающиеся методы литья медных сплавов в современном производстве, наряду с техническими пониманиями для руководства выбором процесса.
Литье в песок
Обзор процесса & Оборудование
Литье в песок остается одним из старейших и наиболее широко используемых методов для литья медных сплавов. Он включает в себя упаковку песка вокруг многоразового рисунка внутри коробки для формы.
Песок связан глиной (зеленый песок) или затвердевает химическими веществами (Смоловые или активированные песками). После удаления рисунка, расплавленный металл заливают в полость.
Преимущества
- Низкая стоимость инструмента, подходит для минимума- для среднего объема пробега
- Гибкие размеры деталей- от нескольких унций до нескольких тонн
- Широкая совместимость сплава
Ограничения
- Грубая поверхностная отделка (RA 6,3-25 мкм)
- Свободные допуски (обычно ± 1,5–3 мм)
- Требуется пост-кассовая обработка для большинства точных применений
Инвестиции (Потерянный восков) Кастинг
Точное здание оболочки
Литье по выплавляемым моделям использует восковую модель, покрытую керамической суспензией, чтобы построить тонкую, Высокодоходная оболочка. После выгорания, расплавленный металл заливают в предварительно разогретую керамическую форму.
Преимущества
- Отличный размерная точность (± 0,1–0,3 мм)
- Идеально подходит для сложный, Тонкостенная геометрия
- Начальство обработка поверхности (RA 1,6-3,2 мкм)
Проблемы
- Более высокие затраты на инструмент (Из -за необходимости умирает инъекции)
- Более длительное время цикла, Особенно для строительства и выгорания раковины
- Обычно экономичный только для средний до высокого объема производство
Литье из оболочки
Детали процесса
Оболочка Использует нагретый металлический рисунок, покрытый песком с смолой. При воздействии тепла, смола устанавливается, образуя тонкую оболочку, которая действует как форма.
Процесс производит более точные и более чистые отливки, чем традиционный песчаный лист.
Преимущества
- Улучшение качества поверхности и определение
- Более плотные допуски чем зеленые песчаные формы
- Снижение разрешения на обработку Из-за литья в ближней сети
Ограничения
- Более высокие материальные затраты (Специализированные смолы и кремнеземные пески)
- Дорогой шаблон инструментов (Металлические узоры требуются)
Центробежный кастинг
Горизонтальный против. Вертикальные установки
В центробежном кастинге, расплавленный металл заливают в вращающуюся форму, либо горизонтально, либо по вертикали.
Центробежная сила распределяет металл от стены плесени, минимизация пористости и обеспечение превосходной целостности материала.
Ключевые преимущества
- Высокая плотность и снижение пористости-Идеально для компонентов с повышением давления
- Направленное затвердевание Улучшает механические свойства
- Подходит для втулки, кольца, трубки, и пустые детали
- Вертикальное литье часто используется для небольших деталей; горизонтальный для больших цилиндров
Ограничения
- Ограничен Ротационно симметричные детали
- Установка инструментов более сложный и дорогой чем статический кастинг
Холодный кастинг
Контроль затвердевания
Чил -литье использует металлические формы (часто железо или сталь) быстро извлекать тепло из расплавленного металла. Это быстрое затвердевание уточняет структуру зерна и повышает механические свойства.
Сильные стороны
- Производит Сильнее, более плотные отливки (до 50% увеличение твердости против. литье в песок)
- Отлично для фосфор бронза и оружие
- Рентабельный для повторяющийся кастинг баров, стержни, и мелкие детали
Ограничения
- Менее подходит для сложная геометрия
- Диапазон ограниченного размера из -за ограничений плесени
Литье под давлением (Горячая камера и холодная камера)
Процесс впрыска давления
Литье матрицы включает в себя впрыскивание расплавленных медных сплавов в высокопрочную стальную форму под высоким давлением.
Машины холодной камеры обычно используются из-за высоких точек плавления медных сплавов.
Преимущества
- Быстрые ставки производства-Дал
- Превосходная поверхность и точность (RA 1-2 мкм, Допуски ± 0,05 мм)
- Уменьшает или устраняет обработку
Ограничения
- Не все медные сплавы подходят (например, Высокие цинковые латуни могут корродировать умирают)
- Die Tooling есть дорогой (инвестиции $50,000 или больше)
- Лучшее для средние и высокие объемы
Непрерывное литье
Обзор процесса
Расплавленный металл заливают в форму для водяного охлаждения, которая непрерывно образуется и тянет затвердевший металл через систему снятия средств.
Общие выходы включают стержни, бары, и заготовки для обработки или прокатки вниз по течению.
Преимущества
- Высокая производительность с минимальным вмешательством человека
- Отличные механические свойства Из -за контролируемого затвердевания
- Плавные поверхности и прямая, подходящая для автоматической обработки подачи
- Низкая скорость лома и лучшая доходность (над 90% Использование материалов)
Типичные сплавы
- Жестяные бронзы, Ведущие бронзы, фосфор бронзы, и медные никели
Гипсовая формная литья
Специализированное использование
В этом процессе используются гипсовые или керамические формы, образованные вокруг рисунка, чтобы захватить мелкие детали и плотные допуски.
Плесень удаляется после литья путем разрыва или растворения штукатурки.
Преимущества
- Отлично для сложные формы и гладкая поверхность
- Хорошо для прототипы и малообъемный производство
Недостатки
- Низкая проницаемость—Римиты по размеру кастинга
- Более длительное время подготовки и Ограниченная жизнь плесени
Сводная таблица сравнения
| Метод литья | Поверхностная обработка (Ра) | Размерная толерантность | Типичные объемы | Ключевые сильные стороны |
|---|---|---|---|---|
| Литье в песок | 6.3–25 мкм | ± 1,5–3 мм | Низко до высокого | Бюджетный, гибкость сплава |
| Инвестиционное литье | 1.6–3,2 мкм | ± 0,1–0,3 мм | Средний до высокого | Высокая точность, сложные детали |
| Литье из оболочки | 1.6–3,2 мкм | ± 0,25–0,5 мм | Середина | Жесткие допуски, готовый к автоматизации |
| Центробежный кастинг | 3.2–6,3 мкм | ± 0,25–1,0 мм | Середина | Высокая плотность, Минимальные дефекты |
| Холодный кастинг | 3.2–6,3 мкм | ± 0,5–1,0 мм | Середина | Улучшенные механические свойства |
| Литье под давлением | 1–2 мкм | ± 0,05–0,2 мм | Высокий | Быстрые циклы, Минимальная обработка |
| Непрерывное литье | 3.2–6,3 мкм | ± 0,2–0,5 мм/м | Очень высоко | Экономическое производство заготовки |
| Гипсовая формная литья | 1.6–3,2 мкм | ± 0,1–0,3 мм | От низкого до среднего | Подробный, сложные формы |
4. Общие медные сплавы, используемые в кастинге
Литейные заводы бросают широкий спектр сплавов на основе меди, Каждый спроектирован, чтобы сбалансировать механическую прочность, коррозионная стойкость, тепловые и электрические характеристики, и литейность.
| Сплав | Обозначение | Состав (wt%) | Ключевые свойства | Предпочтительные методы листа | Типичные применения |
|---|---|---|---|---|---|
| Свободная махинация латуни | C36000 / CZ121 | 61 С -35ZN - 3PB | Растяжение: 345 МПА Удлинение: 20 % Проводимость: 29 %IACS |
Песок, Инвестиции, Умирать, Формование ракушек | Установка с ЧПУ, шестерни, электрические терминалы |
| Низкая латунь | C46400 / CZ122 | 60 С -39ZN -1pb | Растяжение: 330 МПА Удлинение: 15 % NSF -61 Compliant |
Песок, Инвестиции, Умирать | Питьевые клапаны, сантехника |
| Подшипниковая бронза | C93200 | 90 С -10sn | Растяжение: 310 МПА Твердость: HB90 Отличная износостойкость |
Песок, Холод, Центробежный | Втулки, упорные шайбы, тяжелые подшипники |
| Алюминиевая бронза | C95400 | 88 CU-9AL-2O-1-й | Растяжение: 450 МПА Твердость: HB120 Сильная коррозионная стойкость морской воды |
Умирать, Центробежный, Формование ракушек | Морское оборудование, насосные буйства, Компоненты клапана |
| Фосфорная бронза | C51000 | 94.8 Cu - 5SN - 0,2p | Растяжение: 270 МПА Удлинение: 10 % Хорошая усталость & весенние свойства |
Инвестиции, Песок, Умирать | Пружины, электрические контакты, диафрагмы |
Медный - Никель (90–10) |
C70600 | 90 С - 10ni | Растяжение: 250 МПА Удлинение: 40 % Исключительное сопротивление о биопроте |
Песок, Центробежный, Непрерывный | Морская вода теплоэлектростанции, Морские трубопроводы |
| Медный - Никель (70–30) | C71500 | 70 С - 30ni | Растяжение: 300 МПА Превосходный хлорид и эрозионная сопротивление |
Песок, Непрерывный, Центробежный | Трубки конденсатора, Оффшорное оборудование |
| Бериллий Медь | C17200 | 98 С - 2be | Растяжение: до 1400 МПа (пожилой) Проводимость: 22 %IACS |
Инвестиции, Холод, Умирать | Спрингс высокой религиозности, Неправочные инструменты, разъемы |
| Кремниевая бронза | C65500 | 95 С - 5si | Растяжение: 310 МПА Коррозионный устойчивый к морским/химическим |
Песок, Инвестиции, Формование ракушек | Декоративное оборудование, судовое оборудование |
5. Заключение
Медные и медные наставки предлагают богатый набор инструментов из методов литья - все расходы, точность, механические характеристики, и объем производства.
Понимая нюансы процесса - от материалов для пресс -форм и теплового управления до поведения сплава - инженеры могут оптимизировать дизайн части, минимизировать лом, и обеспечить надежную производительность.
Как такие технологии, как Аддитивное изготовление плесени и в реальном времени симуляция зрелый, медный кастинг будет продолжать развиваться, поддержание своей критической роли в производстве высокой производительности.
В ЭТОТ, Мы рады обсудить ваш проект в начале процесса проектирования, чтобы гарантировать, что любой сплав выбран или применяется после кастинга лечения, Результат будет соответствовать вашим механическим и производительным характеристикам.
Чтобы обсудить ваши требования, электронная почта [email protected].
Часто задаваемые вопросы
Могут ли все медные сплавы быть лишенными?
Нет. Только конкретные сплавы, такие как алюминиевые бронзы, Высокопротивные латуни, и кремниевые латуни подходят для литье под давлением Из -за высокого давления и быстрого охлаждения вовлечено.
Сплавы типа фосфорная бронза или Gunmetal лучше подходят для песка или охлаждения.
В чем разница между центробежным и холодным литьем?
- Центробежный кастинг использует вращательную силу, чтобы протолкнуть расплавленный металл в форму, производящая плотная, Компоненты без дефектов (Идеально подходит для труб, втулки, и рукава).
- Холодный кастинг использует статические металлические формы для быстрого затвердевания поверхности, улучшение механических свойств и уменьшение размера зерна, особенно эффективно для жестяные бронзы.
Почему непрерывное кастинг предпочитает для больших объемов медных сплавных батончиков?
Непрерывное кастинг предлагает постоянное качество, Отличные механические свойства, и низкая скорость отклада.
Это оптимально для фосфорная бронза, Gunmetal, и свинцовая бронза заготовки, Особенно при интеграции с процессами прокатки или экструзии.
Что требуется после обработки после кастинга медных сплавов?
В зависимости от метода кастинга и сплава, Пост-обработка может включать:
- Термическая обработка для снятия стресса или старения (Специально для бериллийского меди)
- Обработка для критических поверхностей или жестких допусков
- Поверхностная отделка, такая как полировка или покрытие для защиты от коррозии или эстетики
