1. การแนะนำ
ทองแดงและโลหะผสมมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมสมัยใหม่เนื่องจากพวกเขา การนำไฟฟ้าที่โดดเด่น, ความต้านทานการกัดกร่อน, และ ประสิทธิภาพความร้อน.
ในอดีต, อารยธรรมย้อนหลังไปถึง 5000 BC เชี่ยวชาญการหล่อทองแดงในแม่พิมพ์หินเรียบง่าย, การวางรากฐานสำหรับเทคนิคที่ซับซ้อนของวันนี้.
ในบทความนี้, เราสำรวจสเปกตรัมเต็มรูปแบบของวิธีการหล่อด้วยทองแดง, ตรวจสอบหลักการโลหะของพวกเขา, และคู่มือวิศวกรในการเลือกกระบวนการที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันที่หลากหลาย.
2. หลักการพื้นฐานของการหล่อโลหะ
ทุกวิธีการหล่อเป็นไปตามขั้นตอนหลักสี่ขั้นตอน:
- การสร้างแม่พิมพ์ - ช่างเทคนิคสร้างโพรงในทราย, โลหะ, เซรามิค, หรือปูนปลาสเตอร์ที่สะท้อนเรขาคณิตของชิ้นส่วน.
- เท - เตาหลอมทองแดงละลาย (จุดหลอมเหลว 1 083 องศาเซลเซียส) หรือโลหะผสมถึง 1 600 องศาเซลเซียส, จากนั้นเทของเหลวลงในแม่พิมพ์.
- การแข็งตัว - การควบคุมการระบายความร้อน - นำโดยการนำความร้อน (- 400 w/m · k สำหรับทองแดง) และวัสดุแม่พิมพ์ - การพัฒนาโครงสร้างจุลภาค.
- เขย่า - เมื่อแข็ง, การหล่อออกจากแม่พิมพ์และผ่านการทำความสะอาดและโพสต์ - การประมวลผล.
ความต้องการการนำความร้อนสูงของ Copper อุ่นแม่พิมพ์ที่สูงขึ้น (200–400 ° C) และการควบคุมเทที่แม่นยำเพื่อรักษาความลื่นไหล (ความหนืด ~ 6 MPA · S ที่ 1 200 องศาเซลเซียส).
นอกจากนี้, ทองแดง การขยายตัวทางความร้อน (16.5 µm/m · k) ต้องใช้รูปแบบที่แน่นอนเพื่อให้ได้มิติสุดท้าย.
3. วิธีการหล่อโลหะผสมทองแดงที่สำคัญ
ทองแดง และโลหะผสม -ทองเหลือง, บรอนซ์, ทองแดงนิกเกิล, และอื่น ๆ - ใช้วิธีการที่เหมาะสมกับปริมาณการผลิตที่แตกต่างกัน, ข้อกำหนดทางกล, และความคลาดเคลื่อนมิติ.
แต่ละเทคนิคมีข้อได้เปรียบและข้อ จำกัด ที่แตกต่างกันตามลักษณะของโลหะผสมและผลลัพธ์ส่วนประกอบที่ต้องการ.
ส่วนนี้สำรวจวิธีการหล่อโลหะผสมทองแดงที่โดดเด่นที่สุดในการผลิตที่ทันสมัย, พร้อมกับข้อมูลเชิงลึกทางเทคนิคเพื่อเป็นแนวทางในการเลือกกระบวนการ.
การหล่อทราย
ภาพรวมกระบวนการ & อุปกรณ์
การหล่อทราย ยังคงเป็นหนึ่งในวิธีการที่เก่าแก่ที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายในการหล่อโลหะผสมทองแดง. มันเกี่ยวข้องกับการบรรจุหาดทรายรอบรูปแบบที่สามารถใช้ซ้ำได้ภายในกล่องแม่พิมพ์.
ทรายถูกผูกมัดด้วยดินเหนียว (หาดทรายสีเขียว) หรือแข็งด้วยสารเคมี (ทรายที่มีการยึดติดกับเรซินหรือCo₂ที่เปิดใช้งาน). หลังจากลบรูปแบบ, โลหะหลอมเหลวถูกเทลงในโพรง.
ข้อดี
- ต้นทุนเครื่องมือต่ำ, เหมาะสำหรับต่ำ- ถึงการวิ่งขนาดกลาง
- ขนาดชิ้นส่วนที่ยืดหยุ่น- จากไม่กี่ออนซ์ถึงหลายตัน
- ความเข้ากันได้ของโลหะผสมกว้าง
ข้อจำกัด
- พื้นผิวหยาบเสร็จสิ้น (RA 6.3-25 µm)
- ความคลาดเคลื่อนหลวม (โดยทั่วไป± 1.5–3 มม.)
- ต้องมีการตัดเฉือนหลังการหล่อสำหรับแอปพลิเคชันที่มีความแม่นยำมากที่สุด
การลงทุน (แว็กซ์ที่หายไป) กำลังหล่อ
อาคารเปลือกหอยที่มีความแม่นยำ
การหล่อการลงทุน ใช้โมเดลขี้ผึ้งที่เคลือบด้วยสารละลายเซรามิกเพื่อสร้างบาง ๆ, แม่พิมพ์เชลล์ที่มีความแม่นยำสูง. หลังจากเหนื่อยหน่าย, โลหะหลอมเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์เซรามิกอุ่น.
ประโยชน์
- ยอดเยี่ยม ความแม่นยำมิติ (± 0.1–0.3 มม.)
- เหมาะสำหรับ ซับซ้อน, รูปทรงเรขาคณิตที่มีผนังบาง
- ซูพีเรียร์ การตกแต่งพื้นผิว (RA 1.6-3.2 µm)
ความท้าทาย
- ต้นทุนเครื่องมือที่สูงขึ้น (เนื่องจากความต้องการการฉีดยาเสียชีวิต)
- รอบเวลานานขึ้น, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการก่อสร้างเปลือกและความเหนื่อยหน่าย
- โดยทั่วไปจะประหยัดเท่านั้นสำหรับ ปริมาตรปานกลางถึงสูง การผลิต
เชลล์หล่อหล่อ
รายละเอียดการประมวลผล
การปั้นเปลือกหอย ใช้ลวดลายโลหะอุ่นเคลือบด้วยทรายติดตั้ง. เมื่อสัมผัสกับความร้อน, เรซินตั้งค่าให้สร้างเปลือกบาง ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์.
กระบวนการนี้สร้างการหล่อที่แม่นยำและสะอาดกว่าการหล่อทรายแบบดั้งเดิม.
ข้อดี
- ปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว และคำจำกัดความ
- ความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดมากขึ้น กว่าแม่พิมพ์ทรายสีเขียว
- ค่าเผื่อการตัดเฉือนลดลง เนื่องจากการหล่อรูปร่างใกล้เน็ต
ข้อจำกัด
- ต้นทุนวัสดุที่สูงขึ้น (เรซินพิเศษและทรายซิลิกา)
- เครื่องมือลวดลายราคาแพง (ต้องการรูปแบบโลหะ)
การคัดเลือกนักปั่นป่วน
แนวนอนกับ. การตั้งค่าแนวตั้ง
ในการคัดเลือกนัก, โลหะหลอมเหลวถูกเทลงในแม่พิมพ์หมุน, ทั้งแนวนอนหรือแนวตั้ง.
แรงเหวี่ยงกระจายโลหะไปกับผนังแม่พิมพ์, ลดความพรุนและทำให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของวัสดุที่ยอดเยี่ยม.
ข้อได้เปรียบที่สำคัญ
- ความหนาแน่นสูงและความพรุนลดลง-เหมาะสำหรับส่วนประกอบที่ทำให้แรงดัน
- การแข็งตัวของทิศทาง เพิ่มคุณสมบัติเชิงกล
- เหมาะสำหรับ บูช, แหวน, ท่อ, และชิ้นส่วนกลวง
- การหล่อในแนวดิ่งมักจะใช้เป็นชิ้นส่วนเล็ก ๆ; แนวนอนสำหรับกระบอกสูบขนาดใหญ่
ข้อจำกัด
- จำกัด ชิ้นส่วนสมมาตรแบบหมุน
- การตั้งค่าเครื่องมือคือ ซับซ้อนและมีราคาแพงมากขึ้น กว่าการคัดเลือกนักแสดงแบบคงที่
การหล่อเย็น
การควบคุมการแข็งตัว
การหล่อเย็นใช้แม่พิมพ์โลหะ (มักจะเป็นเหล็กหรือเหล็กกล้า) เพื่อสกัดความร้อนจากโลหะหลอมเหลวอย่างรวดเร็ว. การแข็งตัวอย่างรวดเร็วนี้ปรับแต่งโครงสร้างเมล็ดข้าวและเพิ่มคุณสมบัติเชิงกล.
จุดแข็ง
- การผลิต ยากขึ้น, การหล่อที่หนาแน่นขึ้น (ขึ้นไป 50% เพิ่มความแข็งกับ. การหล่อทราย)
- ยอดเยี่ยมสำหรับ ฟอสเฟอร์บรอนซ์และ gunmetal
- คุ้มค่าสำหรับ การหล่อแท่งซ้ำ, แท่ง, และชิ้นส่วนเล็กๆ
ข้อจำกัด
- ไม่เหมาะสำหรับ รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน
- ช่วงขนาด จำกัด เนื่องจากข้อ จำกัด ของแม่พิมพ์
หล่อตาย (ห้องร้อนและห้องเย็น)
กระบวนการฉีดแรงดัน
การหล่อแบบตายเกี่ยวข้องกับการฉีดโลหะผสมทองแดงหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์เหล็กที่มีความแข็งแรงสูงภายใต้แรงดันสูง.
โดยทั่วไปแล้วเครื่องตัดเย็นจะถูกใช้เนื่องจากจุดหลอมเหลวสูงของโลหะผสมทองแดง.
ข้อดี
- อัตราการผลิตที่รวดเร็ว- เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก
- พื้นผิวที่เหนือกว่าและความแม่นยำ (RA 1-2 µm, ความคลาดเคลื่อน± 0.05 มม.)
- ลดหรือกำจัดการตัดเฉือน
ข้อ จำกัด
- โลหะผสมทองแดงทั้งหมดไม่เหมาะสม (เช่น, ทองเหลืองสังกะสีสูงสามารถกัดกร่อนตายได้)
- เครื่องมือตายคือ แพง (การลงทุน $50,000 หรือมากกว่านั้น)
- ดีที่สุดสำหรับ ปริมาณปานกลางถึงสูง
การหล่ออย่างต่อเนื่อง
ภาพรวมกระบวนการ
โลหะหลอมเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์ที่ระบายความร้อนด้วยน้ำซึ่งก่อตัวขึ้นอย่างต่อเนื่องและดึงโลหะแข็งตัวผ่านระบบถอน.
เอาต์พุตทั่วไปรวมถึงแท่ง, บาร์, และบิลเล็ตสำหรับการตัดเฉือนหรือกลิ้งปลายน้ำ.
ข้อดี
- ผลผลิตสูง ด้วยการแทรกแซงของมนุษย์น้อยที่สุด
- คุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากการควบคุมการแข็งตัว
- พื้นผิวเรียบและความตรงที่เหมาะสำหรับการตัดเฉือนแบบอัตโนมัติ
- อัตราที่สนใจต่ำ และให้ผลผลิตที่ดีขึ้น (เกิน 90% การใช้ประโยชน์จากวัสดุ)
โลหะผสมทั่วไป
- ทองคำดีบุก, ทองแดง, ฟอสเฟอร์, และทองแดงนิกเกิล
การหล่อแม่พิมพ์ปูนปลาสเตอร์
การใช้งานเฉพาะทาง
กระบวนการนี้ใช้ปูนหรือแม่พิมพ์เซรามิกที่เกิดขึ้นรอบ ๆ ลวดลายเพื่อจับรายละเอียดที่ละเอียดและความอดทนแน่น.
แม่พิมพ์จะถูกลบออกหลังจากการหล่อโดยการทำลายหรือละลายพลาสเตอร์.
ข้อดี
- ยอดเยี่ยมสำหรับ รูปร่างที่ซับซ้อน และ พื้นผิวเรียบ
- ดีสำหรับ ต้นแบบ และ ปริมาณต่ำ การผลิต
ข้อเสีย
- การซึมผ่านต่ำ- จำกัด ขนาดการหล่อ
- เวลาเตรียมการนานขึ้น และ ชีวิตแม่พิมพ์ที่ จำกัด
ตารางการเปรียบเทียบสรุป
| วิธีการหล่อ | พื้นผิวเสร็จสิ้น (รา) | ความทนทานต่อมิติ | ปริมาณทั่วไป | จุดแข็งที่สำคัญ |
|---|---|---|---|---|
| การหล่อทราย | 6.3–25 µm | ± 1.5–3 มม. | ต่ำถึงสูง | ต้นทุนต่ำ, ความยืดหยุ่นของโลหะผสม |
| การหล่อการลงทุน | 1.6–3.2 µm | ± 0.1–0.3 มม. | ปานกลางถึงสูง | มีความแม่นยำสูง, ชิ้นส่วนที่ซับซ้อน |
| เชลล์หล่อหล่อ | 1.6–3.2 µm | ± 0.25–0.5 มม. | ปานกลาง | ความอดทนที่เข้มงวด, พร้อมอัตโนมัติ |
| การคัดเลือกนักปั่นป่วน | 3.2–6.3 µm | ± 0.25–1.0 มม. | ปานกลาง | ความหนาแน่นสูง, ข้อบกพร่องน้อยที่สุด |
| การหล่อเย็น | 3.2–6.3 µm | ± 0.5–1.0 มม. | ปานกลาง | เพิ่มคุณสมบัติเชิงกล |
| หล่อตาย | 1–2 µm | ± 0.05–0.2 มม. | สูง | วัฏจักรที่รวดเร็ว, การตัดเฉือนน้อยที่สุด |
| การหล่ออย่างต่อเนื่อง | 3.2–6.3 µm | ± 0.2–0.5 มม./ม. | สูงมาก | การผลิตบิลเล็ตที่ประหยัดต้นทุน |
| การหล่อแม่พิมพ์ปูนปลาสเตอร์ | 1.6–3.2 µm | ± 0.1–0.3 มม. | ต่ำถึงปานกลาง | มีรายละเอียด, รูปร่างที่ซับซ้อน |
4. โลหะผสมทองแดงทั่วไปที่ใช้ในการหล่อ
โรงหล่อหล่อโลหะผสมทองแดงที่หลากหลาย, แต่ละวิศวกรรมเพื่อสมดุลความแข็งแรงทางกล, ความต้านทานการกัดกร่อน, ประสิทธิภาพความร้อนและไฟฟ้า, และความสามารถในการหล่อ.
| แม็ก | การกำหนด | องค์ประกอบ (wt%) | คุณสมบัติที่สำคัญ | วิธีการหล่อที่ต้องการ | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|---|
| ฟรี - ทองเหลืองเครื่องจักร | C36000 / CZ121 | 61 ด้วย -35ZN - 3PB | แรงดึง: 345 MPA การยืดตัว: 20 - การนำไฟฟ้า: 29 %IACS |
ทราย, การลงทุน, ตาย, การปั้นเชลล์ | อุปกรณ์ CNC - เครื่องจักร, เกียร์, ขั้วไฟฟ้า |
| ทองเหลืองต่ำ | C46400 / CZ122 | 60 ด้วย -39ZN -1PB | แรงดึง: 330 MPA การยืดตัว: 15 - มาตรฐาน NSF - 61 |
ทราย, การลงทุน, ตาย | วาล์วน้ำดื่ม, อุปกรณ์ประปา |
| แบริ่งบรอนซ์ | C93200 | 90 ด้วย -10sn | แรงดึง: 310 MPA ความแข็ง: HB90 ทนต่อการสึกหรอได้ดีเยี่ยม |
ทราย, เย็น, การปั่นป่วน | บูช, เครื่องซักผ้า, แบริ่งโหลดหนัก |
| อลูมิเนียมบรอนซ์ | C95400 | 88 CU-9AL-2O-1ST | แรงดึง: 450 MPA ความแข็ง: HB120 ความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเลที่แข็งแกร่ง |
ตาย, การปั่นป่วน, การปั้นเชลล์ | ฮาร์ดแวร์ทางทะเล, ใบพัดปั๊ม, ส่วนประกอบวาล์ว |
| ฟอสเฟอร์บรอนซ์ | C51000 | 94.8 Cu - 5SN - 0.2P | แรงดึง: 270 MPA การยืดตัว: 10 - ความเหนื่อยล้าที่ดี & คุณสมบัติฤดูใบไม้ผลิ |
การลงทุน, ทราย, ตาย | สปริง, หน้าสัมผัสทางไฟฟ้า, กระฉับกระเฉง |
ทองแดง (90–10) |
C70600 | 90 กับ - 10ni | แรงดึง: 250 MPA การยืดตัว: 40 - ความต้านทานต่อเชื้อเพลิงชีวภาพที่ยอดเยี่ยม |
ทราย, การปั่นป่วน, ต่อเนื่อง | น้ำทะเลความร้อน, ท่อทางทะเล |
| ทองแดง (70–30) | C71500 | 70 กับ - 30ni | แรงดึง: 300 MPA ความต้านทานต่อคลอไรด์และการกัดเซาะที่เหนือกว่า |
ทราย, ต่อเนื่อง, การปั่นป่วน | ท่อคอนเดนเซอร์, ฮาร์ดแวร์นอกชายฝั่ง |
| เบริลเลียมทองแดง | C17200 | 98 ด้วย - 2be | แรงดึง: สูงถึง 1,400MPA (อายุมากขึ้น) การนำไฟฟ้า: 22 %IACS |
การลงทุน, เย็น, ตาย | สปริงที่มีความน่าเชื่อถือสูง, เครื่องมือที่ไม่ได้รับการยกเว้น, ขั้วต่อ |
| ซิลิคอนบรอนซ์ | C65500 | 95 กับ - 5SI | แรงดึง: 310 MPA ทนต่อการกัดกร่อนในทะเล/เคมี |
ทราย, การลงทุน, การปั้นเชลล์ | ฮาร์ดแวร์ตกแต่ง, อุปกรณ์เรือ |
5. บทสรุป
Copper และ Copper - Alloy Foundries นำเสนอกล่องเครื่องมือที่หลากหลายของวิธีการคัดเลือก ค่าใช้จ่าย, ความแม่นยำ, ประสิทธิภาพเชิงกล, และ ปริมาณการผลิต.
โดยการทำความเข้าใจความแตกต่างของกระบวนการ - จากวัสดุแม่พิมพ์และการจัดการความร้อนไปจนถึงพฤติกรรมอัลลอย, ลดเศษ, และให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้.
เป็นเทคโนโลยีเช่น การผลิตแม่พิมพ์เพิ่มเติม และ การจำลองแบบเรียลไทม์ เป็นผู้ใหญ่, การหล่อทองแดงจะยังคงพัฒนาต่อไป, รักษาบทบาทที่สำคัญในการผลิตประสิทธิภาพสูง.
ที่ นี้, เรามีความยินดีที่จะหารือเกี่ยวกับโครงการของคุณในช่วงต้นของกระบวนการออกแบบเพื่อให้แน่ใจว่าการเลือกโลหะผสมใดก็ตาม, ผลลัพธ์จะตรงตามข้อกำหนดทางกลและประสิทธิภาพของคุณ.
เพื่อหารือเกี่ยวกับความต้องการของคุณ, อีเมล [email protected].
คำถามที่พบบ่อย
โลหะผสมทองแดงทั้งหมดสามารถหล่อหลอมได้?
เลขที่. เฉพาะโลหะผสมเฉพาะเช่น อลูมิเนียม, ทองเหลืองแรงดึงสูง, และ ทองเหลืองซิลิกอน เหมาะสำหรับ หล่อตาย เนื่องจากแรงกดดันสูงและการระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว.
โลหะผสมเช่น ฟอสเฟอร์บรอนซ์ หรือ ปืนใหญ่ เหมาะกับการหล่อทรายหรือการหล่อเย็น.
อะไรคือความแตกต่างระหว่างการหล่อแบบแรงเหวี่ยงและการหล่อเย็น?
- การคัดเลือกนักปั่นป่วน ใช้แรงหมุนเพื่อดันโลหะหลอมเหลวเข้าไปในแม่พิมพ์, ผลิตหนาแน่น, ส่วนประกอบที่ปราศจากข้อบกพร่อง (เหมาะสำหรับท่อ, บูช, และแขนเสื้อ).
- การหล่อเย็น ใช้แม่พิมพ์โลหะคงที่เพื่อให้พื้นผิวแข็งตัวอย่างรวดเร็ว, การปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและลดขนาดเกรน - โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพสำหรับ ทองคำดีบุก.
เหตุใดการคัดเลือกนักแสดงอย่างต่อเนื่องจึงเป็นที่ต้องการสำหรับแท่งโลหะผสมทองแดงปริมาณสูง?
การคัดเลือกนักแสดงต่อเนื่อง ข้อเสนอคุณภาพที่สอดคล้องกัน, คุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม, และอัตราที่สนใจต่ำ.
เหมาะสำหรับ ฟอสเฟอร์บรอนซ์, ปืนใหญ่, และ ตะกั่วสีบรอนซ์ บิลเล็ต, โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมเข้ากับกระบวนการกลิ้งหรือการอัดรีด.
สิ่งที่ต้องใช้โพสต์การประมวลผลหลังจากการหล่อโลหะผสมทองแดง?
ขึ้นอยู่กับวิธีการหล่อและโลหะผสม, การโพสต์การประมวลผลอาจรวมถึง:
- การรักษาความร้อนเพื่อบรรเทาความเครียดหรือความชรา (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ Beryllium Copper)
- การตัดเฉือนสำหรับพื้นผิวที่สำคัญหรือความคลาดเคลื่อนที่แน่นหนา
- การตกแต่งพื้นผิวเช่นการขัดหรือการเคลือบเพื่อป้องกันการกัดกร่อนหรือความสวยงาม
