1. Zavedenie
Meď a jej zliatiny zaujímajú kľúčovú úlohu v modernom priemysle kvôli ich vynikajúca elektrická vodivosť, odpor, a tepelný výkon.
Historicky, civilizácie siahajúce až do r 5000 BC zvládol odlievanie medi do jednoduchých kamenných foriem, položiť základy pre dnešné sofistikované techniky.
V tomto článku, skúmame celé spektrum metód odlievania na báze medi, skúmať ich metalurgické princípy, a viesť inžinierov pri výbere optimálneho procesu pre rôzne aplikácie.
2. Základné princípy odlievania kovov
Každá metóda odlievania má štyri hlavné fázy:
- Tvorba plesní – Technici tvoria dutinu v piesku, kov, keramické, alebo omietka, ktorá odzrkadľuje geometriu dielu.
- Nalievanie – Pece tavia meď (miesto topenia 1 083 ° C) alebo zliatiny až 1 600 ° C, potom nalejte tekutinu do foriem.
- Tuhnutie – Riadené chladenie – riadené tepelnou vodivosťou (~ 400 W/m·K pre meď) a formovací materiál – poháňa vývoj mikroštruktúry.
- Vytriasť sa – Raz pevné, odliatky opúšťajú formu a podrobujú sa čisteniu a následnému spracovaniu.
Vysoké požiadavky na tepelnú vodivosť medi vyšší predhriatie formy (200–400 °C) a presné ovládanie nalievania na udržanie tekutosti (viskozita ~ 6 mPa·s pri 1 200 ° C).
Navyše, medené tepelná expanzia (16.5 um/m-K) vyžaduje presné odsadenie vzoru na dosiahnutie konečných rozmerov.
3. Hlavné metódy odlievania zliatin medi
Meď a jeho zliatiny -mosadze, bronzy, medené nikly, a iné – sú odlievané pomocou rôznych metód, ktoré vyhovujú rôznym objemom výroby, mechanické požiadavky, a rozmerové tolerancie.
Každá technika má odlišné výhody a obmedzenia založené na charakteristikách zliatiny a požadovaných výsledkoch komponentov.
Táto časť skúma najvýznamnejšie metódy odlievania zliatin medi v modernej výrobe, spolu s technickými poznatkami, ktoré vám pomôžu pri výbere procesu.
Odlievanie piesku
Prehľad procesu & Vybavenie
Odlievanie piesku zostáva jednou z najstarších a najpoužívanejších metód odlievania zliatin medi. Zahŕňa balenie piesku okolo opakovane použiteľného vzoru vo vnútri formovacej krabice.
Piesok je spojený s hlinou (zelený piesok) alebo tvrdené chemikáliami (piesky viazané živicou alebo piesky aktivované CO₂). Po odstránení vzoru, roztavený kov sa naleje do dutiny.
Výhody
- Nízke náklady na nástroje, vhodné pre nízke- až po stredne objemné behy
- Flexibilné veľkosti dielov-od niekoľkých uncí po niekoľko ton
- Široká kompatibilita zliatin
Obmedzenia
- Hrubé povrchové úpravy (Ra 6,3-25 um)
- Voľné tolerancie (typicky ±1,5–3 mm)
- Vyžaduje obrábanie po odliatí pre väčšinu presných aplikácií
Investícia (Stratený vosk) Odlievanie
Precízna stavba Shell
Odlievanie investícií používa voskový model potiahnutý keramickou kašou na stavbu tenkého, vysoko presná škrupinová forma. Po vyhorení, roztavený kov sa naleje do predhriatej keramickej formy.
Prínosy
- Vynikajúci rozmerová presnosť (±0,1–0,3 mm)
- Ideálny pre zložitý, tenkostenné geometrie
- Superior povrchová úprava (Ra 1,6-3,2 µm)
Výziev
- Vyššie náklady na nástroje (kvôli potrebe vstrekovacích matríc)
- Dlhšie časy cyklov, najmä pre stavbu plášťa a vyhorenie
- Zvyčajne je ekonomický len pre stredný až vysoký objem výroby
Shell Molded Casting
Podrobnosti o procese
Lisovanie škrupiny používa vyhrievaný kovový vzor potiahnutý pieskom viazaným živicou. Pri vystavení teplu, živica tuhne a vytvára tenkú škrupinu, ktorá funguje ako forma.
Proces vytvára presnejšie a čistejšie odliatky ako tradičné odlievanie do piesku.
Výhody
- Vylepšená kvalita povrchu a definícia
- Prísnejšie tolerancie než zelené pieskové formy
- Znížený prídavok na obrábanie vďaka odlievaniu tvaru takmer čistého
Obmedzenia
- Vyššie náklady na materiál (špecializované živice a kremičité piesky)
- Drahé nástroje na vytváranie vzorov (požadované kovové vzory)
Odstredivé liatie
Horizontálne vs. Vertikálne nastavenia
Pri odstredivom liatí, roztavený kov sa naleje do rotujúcej formy, buď horizontálne alebo vertikálne.
Odstredivá sila rozdeľuje kov proti stene formy, minimalizuje pórovitosť a zabezpečuje vynikajúcu integritu materiálu.
Kľúčové výhody
- Vysoká hustota a znížená pórovitosť– ideálne pre komponenty udržiavajúce tlak
- Smerové tuhnutie zlepšuje mechanické vlastnosti
- Vhodné pre puzdro, krúžky, rúrka, a duté časti
- Vertikálne odlievanie sa často používa na malé diely; horizontálne pre veľké valce
Obmedzenia
- Obmedzené na rotačne symetrické časti
- Nastavenie nástrojov je zložitejšie a nákladnejšie než statické odlievanie
Chill Casting
Kontrola tuhnutia
Chill casting využíva kovové formy (často železo alebo oceľ) na rýchle odoberanie tepla z roztaveného kovu. Toto rýchle tuhnutie zjemňuje štruktúru zŕn a zlepšuje mechanické vlastnosti.
Silné stránky
- Produkuje ťažšie, hustejšie odliatky (až 50% zvýšenie tvrdosti vs. odlievanie piesku)
- Vynikajúce pre fosforový bronz a delový bronz
- Cenovo výhodné pre opakované odlievanie tyčí, prúty, a malé časti
Obmedzenia
- Menej vhodné pre zložité geometrie
- Obmedzený rozsah veľkostí kvôli obmedzeniam formy
Odlievanie (Horúca komora a studená komora)
Proces tlakového vstrekovania
Tlakové liatie zahŕňa vstrekovanie roztavenej zliatiny medi do formy z vysoko pevnej ocele pod vysokým tlakom.
Stroje so studenou komorou sa zvyčajne používajú kvôli vysokým bodom topenia zliatin medi.
Výhody
- Rýchle výrobné rýchlosti- ideálne pre sériovú výrobu
- Špičková povrchová úprava a presnosť (Ra 1-2 um, tolerancie ±0,05 mm)
- Znižuje alebo eliminuje obrábanie
Obmedzenia
- Nie všetky zliatiny medi sú vhodné (Napr., vysoké zinkové mosadze môžu korodovať matrice)
- Die nástroje je drahé (investícia z $50,000 alebo viac)
- Najlepšie pre stredné až vysoké objemy
Nepretržité liatie
Prehľad procesu
Roztavený kov sa naleje do vodou chladenej formy, ktorá nepretržite formuje a ťahá stuhnutý kov cez odberový systém.
Medzi bežné výstupy patria tyče, bary, a predvalky na následné obrábanie alebo valcovanie.
Výhody
- Vysoká produktivita s minimálnym zásahom človeka
- Vynikajúce mechanické vlastnosti v dôsledku riadeného tuhnutia
- Hladké povrchy a rovnosť vhodná pre automatické obrábanie posuvov
- Nízka miera šrotu a lepší výnos (nadol 90% materiálové využitie)
Typické zliatiny
- Cínové bronzy, olovené bronzy, fosforové bronzy, a medené nikly
Odlievanie sadrových foriem
Špecializované použitie
Tento proces využíva sadrové alebo keramické formy vytvorené okolo vzoru na zachytenie jemných detailov a úzkych tolerancií.
Forma sa po odliatí odstráni rozbitím alebo rozpustením sadry.
Výhody
- Vynikajúce pre zložité tvary a hladké povrchové úpravy
- Dobré pre prototypy a s nízkym objemom výroby
Nevýhody
- Nízka priepustnosť—obmedzenia veľkosti odliatku
- Dlhší čas prípravy a obmedzená životnosť formy
Súhrnná porovnávacia tabuľka
| Metóda odlievania | Povrchová úprava (Rana) | Rozmerová tolerancia | Typické objemy | Kľúčové silné stránky |
|---|---|---|---|---|
| Odlievanie piesku | 6.3-25 µm | ±1,5–3 mm | Nízka až vysoká | Nízke náklady, pružnosť zliatiny |
| Odlievanie investícií | 1.6-3,2 µm | ±0,1–0,3 mm | Stredná až vysoká | Vysoká presnosť, zložité časti |
| Shell Molded Casting | 1.6-3,2 µm | ±0,25–0,5 mm | Médium | Tesné tolerancie, pripravený na automatizáciu |
| Odstredivé liatie | 3.2-6,3 µm | ±0,25–1,0 mm | Médium | Vysoká hustota, minimálne defekty |
| Chill Casting | 3.2-6,3 µm | ±0,5–1,0 mm | Médium | Vylepšené mechanické vlastnosti |
| Odlievanie | 1-2 µm | ± 0,05–0,2 mm | Vysoký | Rýchle cykly, minimálne obrábanie |
| Nepretržité liatie | 3.2-6,3 µm | ±0,2–0,5 mm/m | Veľmi vysoká | Nákladovo efektívna výroba predvalkov |
| Odlievanie sadrových foriem | 1.6-3,2 µm | ±0,1–0,3 mm | Nízka až stredná | Podrobné, zložité tvary |
4. Bežné zliatiny medi používané pri odlievaní
Zlievárne odlievajú širokú škálu zliatin na báze medi, každý skonštruovaný tak, aby vyvážil mechanickú pevnosť, odpor, tepelný a elektrický výkon, a zlievateľnosť.
| Zliať | Označenie | Zloženie (% hm.) | Kľúčové vlastnosti | Výhodné spôsoby odlievania | Typické aplikácie |
|---|---|---|---|---|---|
| Voľne obrábaná mosadz | C36000 / CZ121 | 61 Cu–35Zn–3Pb | Ťah: 345 MPa Predĺženie: 20 % Vodivosť: 29 %IACS |
Pieskovať, Investícia, Odumrieť, Formovanie škrupiny | CNC obrábané armatúry, ozubené kolesá, elektrické svorky |
| Mosadz s nízkym obsahom olova | C46400 / CZ122 | 60 Cu–39Zn–1Pb | Ťah: 330 MPa Predĺženie: 15 % Vyhovuje NSF-61 |
Pieskovať, Investícia, Odumrieť | Ventily na pitnú vodu, vodovodné armatúry |
| Ložiskový bronz | C93200 | 90 S –10Sn | Ťah: 310 MPa Tvrdosť: HB90 Vynikajúca odolnosť proti opotrebovaniu |
Pieskovať, Kľud, Odstredivka | Puzdro, prítlačné podložky, ložiská pre veľké zaťaženie |
| Hliníkový bronz | C95400 | 88 Cu-9al-2O-1st | Ťah: 450 MPa Tvrdosť: HB120 Silná odolnosť proti korózii morskou vodou |
Odumrieť, Odstredivka, Formovanie škrupiny | Námorný hardvér, obežné kolesá čerpadiel, komponenty ventilov |
| Fosforový bronz | C51000 | 94.8 Cu–5Sn–0,2P | Ťah: 270 MPa Predĺženie: 10 % Dobrá únava & pružinové vlastnosti |
Investícia, Pieskovať, Odumrieť | Prameň, elektrické kontakty, bránice |
Meď-nikel (90–10) |
C70600 | 90 Cu-10Ni | Ťah: 250 MPa Predĺženie: 40 % Výnimočná odolnosť voči biologickému znečisteniu |
Pieskovať, Odstredivka, Nepretržitý | Výmenníky morskej vody, námorné potrubie |
| Meď-nikel (70–30) | C71500 | 70 Cu-30Ni | Ťah: 300 MPa Vynikajúca odolnosť voči chloridom a erózii |
Pieskovať, Nepretržitý, Odstredivka | Kondenzátorové rúrky, offshore hardvér |
| Berýliová meď | C17200 | 98 Cu–2Be | Ťah: až 1400 MPa (vo veku) Vodivosť: 22 %IACS |
Investícia, Kľud, Odumrieť | Vysoko spoľahlivé pružiny, neiskriace nástroje, konektory |
| Silikónový bronz | C65500 | 95 Cu-5Si | Ťah: 310 MPa Odolné voči korózii v námornej/chemickej oblasti |
Pieskovať, Investícia, Formovanie škrupiny | Dekoratívne kovanie, vybavenie lodí |
5. Záver
Zlievárne medi a zliatin medi ponúkajú bohatú sadu nástrojov metód odlievania – každé vyváženie náklady, presnosť, mechanický výkon, a objem výroby.
Pochopením procesných nuancií – od materiálov foriem a tepelného manažmentu až po správanie zliatin – môžu inžinieri optimalizovať dizajn dielov, minimalizovať šrot, a zabezpečiť spoľahlivý výkon.
Ako majú technológie aditívna výroba foriem a simulácia v reálnom čase zrelý, odlievanie medi sa bude naďalej vyvíjať, udržanie svojej kritickej úlohy vo vysokovýkonnej výrobe.
Na Tak, sme radi, že prediskutujeme váš projekt na začiatku procesu návrhu, aby sme zabezpečili, že sa vyberie akákoľvek zliatina alebo sa použije úprava po odliatí, výsledok bude spĺňať vaše mechanické a výkonové špecifikácie.
Na prediskutovanie vašich požiadaviek, email [email protected].
Časté otázky
Môžu byť všetky zliatiny medi odlievané pod tlakom?
Nie. Len špecifické zliatiny ako hliníkové bronzy, vysokopevnostné mosadze, a kremíkové mosadze sú vhodné pre odlievanie kvôli vysokému tlaku a rýchlemu ochladzovaniu.
Zliatiny ako fosforový bronz alebo delový kov sú vhodnejšie na liatie do piesku alebo chladenia.
Aký je rozdiel medzi odstredivým a chladiacim liatím?
- Odstredivé liatie využíva rotačnú silu na zatlačenie roztaveného kovu do formy, produkujúce husté, bezchybné komponenty (ideálne pre potrubia, puzdro, a rukávy).
- Chill casting používa statické kovové formy na rýchle tuhnutie povrchu, zlepšenie mechanických vlastností a zmenšenie veľkosti zrna – obzvlášť účinné pre cínové bronzy.
Prečo je kontinuálne liatie uprednostňované pre veľkoobjemové tyče zo zliatiny medi?
Kontinuálne odlievanie ponúka stálu kvalitu, vynikajúce mechanické vlastnosti, a nízka miera šrotu.
Je to optimálne pre fosforový bronz, delový kov, a olovnatý bronz predvalky, najmä ak sú integrované do procesov valcovania alebo vytláčania.
Aké následné spracovanie je potrebné po odlievaní zliatin medi?
V závislosti od spôsobu odlievania a zliatiny, následné spracovanie môže zahŕňať:
- Tepelné ošetrenie na zmiernenie stresu alebo starnutie (najmä pre berýliovú meď)
- Obrábanie pre kritické povrchy alebo úzke tolerancie
- Povrchová úprava, ako je leštenie alebo náter na ochranu proti korózii alebo estetiku
