Đúc cát là gì?

1. Giới thiệu

Đúc cát là một trong những quy trình hình thành kim loại lâu đời nhất và linh hoạt nhất.

Bằng cách buộc kim loại nóng chảy vào khuôn dựa trên cát, Các xưởng đúc sản xuất mọi thứ, từ dấu ngoặc đơn giản đến vỏ tuabin phức tạp.

Sự liên quan lâu dài của nó bắt nguồn từ khả năng thích ứng chưa từng có: Nó xử lý các kích thước một phần từ gram đến hơn 100 tấn, hoạt động với gần như tất cả các hợp kim đúc, và cân bằng hiệu quả chi phí với tự do thiết kế.

Bài viết này khám phá cơ học của nó, khoa học vật liệu, ứng dụng, và cảnh quan cạnh tranh, Cung cấp một chuyến lặn sâu kỹ thuật cho các kỹ sư và nhà sản xuất.

2. Đúc cát là gì?

Tại cốt lõi của nó, Đúc cát dựa vào một mẫu-bản sao chính xác của phần cuối cùng được đặt bên trong khuôn hai phần bao gồm đối phó (Nửa trên) Và lôi kéo (nửa dưới).

Một khi mẫu nằm trong Bình, Castry Sand trộn với chất kết dính (Đất sét, nhựa, hoặc các chất làm cứng hóa học) bao quanh nó.

Sau khi cát cứng, Việc loại bỏ mô hình để lại một khoang sẵn sàng cho kim loại.

Tùy thuộc vào ứng dụng, Foundries sử dụng một số loại khuôn:

• Cát xanh: Một hỗn hợp của cát silica, Đất sét (Thông thường bentonite), và nước. Khuôn cát xanh chiếm hơn 70% khối lượng đúc toàn cầu do chi phí và khả năng tái sử dụng thấp của chúng.
• Cát liên kết hóa học: Sử dụng nhựa hoặc chất kết dính phenolic để tạo khuôn với Độ chính xác chiều cao và hoàn thiện bề mặt.
• Không nướng (Không khí) Cát: Một hệ thống hai thành phần chữa khỏi nhiệt độ phòng, Lý tưởng cho các mẫu lớn hoặc phức tạp.

Vật liệu chính:

• Cát silica (Sio₂): Cấu thành 85 Ném95% cát mốc, có giá trị cho điểm nóng chảy cao của nó (1,713°C) và cấu trúc hạt bẫy không khí cho tính thấm.
• Chất kết dính: Hữu cơ (Bentonite cho cát xanh, Phenolic cho không nướng) hoặc vô cơ (Natri silicat) Để liên kết các hạt cát; Sự lựa chọn của họ tác động đến sức mạnh của nấm mốc, khả năng tái sử dụng, và tác động môi trường.
• phụ gia: Cacbon (Giảm thâm nhập kim loại), Sawdust (Cải thiện tính thấm), và defoamers (Giảm thiểu sự bẫy khí).

3. Các loại cát đúc

Đúc cát isn chỉ là một quy trình duy nhất, nó có một số hương vị của ”,"Mỗi người phù hợp với khối lượng sản xuất khác nhau, Các loại kim loại, sự phức tạp, và hoàn thiện bề mặt mong muốn.

Các loại chính là:

Đúc cát xanh

• Vật liệu khuôn: Một hỗn hợp của cát silica, Đất sét (Bentonite), Nước, Và đôi khi là phụ gia (ví dụ. than biển).
• Đặc trưng:

• • Khuôn là "màu xanh lá cây" (tức là. chứa độ ẩm) và tái sử dụng.
  • Quay vòng nhanh và rất hiệu quả về chi phí cho các hoạt động sản xuất từ ​​thấp đến trung bình.
  • Bề mặt hoàn thiện công bằng (Họ là Ths 200).

• Sử dụng điển hình: Phụ tùng ô tô (khối động cơ, Đầu xi lanh), Thành phần nông nghiệp, Vỏ bơm.

Đúc cát khô

• Vật liệu khuôn: Khuôn cát xanh sau đó được nướng hoặc sấy khô không khí để loại bỏ độ ẩm.
• Đặc trưng:

• • Cải thiện độ chính xác về chiều và bề mặt hoàn thiện trên cát xanh (Chúng là ≈ 100 –200).
  • Kiểm soát độ ẩm tốt hơn làm giảm khuyết tật khí.
  • Thời gian chuẩn bị khuôn dài hơn; Tốt nhất cho các lần chạy trung bình.

• Sử dụng điển hình: Thép, thép không gỉ, Các vật đúc lớn hơn đòi hỏi dung sai chặt chẽ hơn.

Liên kết hóa học (Không nướng & Hộp lạnh) Đúc cát

• Không nướng (Không khí):

• • Chất kết dính (Phenolic, furan hoặc natri silicat + chất xúc tác) trộn ở nhiệt độ phòng.
  • Các khuôn chữa bệnh trong vài phút đến vài giờ, không cần sưởi ấm.

• Hộp lạnh (Được bảo vệ bằng khí):

• • Cát phủ nhựa được đóng gói vào bình kim loại và đã được chữa khỏi bằng cách truyền khí amin.
  • Chữa bệnh nhanh (giây), Sức mạnh khuôn tuyệt vời và chi tiết tốt.

• Đặc trưng:

• • Hoàn thiện bề mặt rất tốt (Chúng là ≈ 50 –100).
  • Độ chính xác chiều cao.
  • Binder chi phí cao hơn; khuôn không thể tái sử dụng.

• Sử dụng điển hình: Linh kiện hàng không vũ trụ, Các bộ phận thủy lực, Nước dụng cụ.

Đúc cát

• Quá trình: Hạt cát được phủ một lớp nhựa mỏng, hình thành một thế mạnh, Khuôn chịu nhiệt.
• Đặc trưng: Chất lượng bề mặt tuyệt vời, cường độ cao, biến dạng tối thiểu.
• Ứng dụng: Van, Vỏ bơm, và các bộ phận nhỏ đến trung bình đòi hỏi phải chịu đựng chặt chẽ.

Đúc vỏ

• Vật liệu khuôn: Cát silica mịn được phủ bằng nhựa nhiệt để tạo thành một lớp vỏ mỏng.
• Quá trình: Mẫu nóng tạo ra vỏ dày 31010 mm; Hai nửa sau đó được tham gia.
• Đặc trưng:

• • Kết thúc bề mặt vượt trội (Chúng là ≈ 25 trận75.).
  • Độ chính xác thứ nguyên tuyệt vời.
  • Chi phí công cụ và nhựa cao hơn cao nhất cho các khối lượng lớn.

• Sử dụng điển hình: Bánh răng ô tô có độ chính xác cao, khối động cơ, Máy bơm bơm.

Chân không (V-process) Đúc cát

• Vật liệu khuôn: Cát silica khô không được chứa trong bình kín; Máy hút bụi thu hút cát chặt vào hoa văn.
• Đặc trưng:

• • Không có chất kết dính hóa học → Hầu như không có khuyết tật khí.
  • Hoàn thiện bề mặt tốt (Chúng là 75 75150150).
  • Phân tích khuôn dễ dàng (Chỉ cần phát hành chân không).
  • Đầu tư thiết bị cao hơn; phù hợp với khối lượng trung bình đến cao.

• Sử dụng điển hình: Nhôm và đúc hợp kim đồng cho hàng không vũ trụ, phòng thủ, Các bộ phận công nghiệp chất lượng cao.

4. Quá trình đúc cát từng bước

Thiết kế mẫu & Lựa chọn vật liệu:

Các kỹ sư chọn các mẫu dựa trên sự phức tạp một phần và khối lượng sản xuất: Các mẫu gỗ cho các nguyên mẫu, Các mẫu kim loại cho các khối lượng lớn chạy.

Các công cụ kỹ thuật số như quét 3D đảm bảo độ chính xác, Trong khi phần mềm CAD chiếm sự co rút (ví dụ., 1.5% cho nhôm, 2% cho thép).

Kỹ thuật tạo khuôn và cốt lõi

Sau khi thiết lập mẫu, Kỹ thuật viên đóng gói cát xung quanh nó trong phạm vi và kéo.

Cho các tính năng nội bộ, Họ tạo ra lõiCác hình dạng và các hình dạng được gắn riêng và đặt trong khuôn. Thiết kế in cốt lõi đảm bảo định vị và hỗ trợ chính xác.

Cuộc họp: Gating, Tăng, & Lỗ thông hơi:

Các nửa khuôn được tham gia, với a Hệ thống giao phối (Sprue, Á hậu, cổng) được thiết kế để kiểm soát dòng kim loại và người nổi tiếng (hồ chứa kim loại nóng chảy) để bù cho sự co rút.

Lỗ thông hơi đảm bảo khí thoát ra, ngăn chặn độ xốp. Các xưởng đúc hiện đại sử dụng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) Để tối ưu hóa các hệ thống này, Giảm chất thải 15% 20%.

tan chảy & Đổ:

Kim loại như sắt màu xám (Điểm nóng chảy 1.150 ° C.), nhôm (660°C), hoặc thép không gỉ (1,400°C) được làm nóng 50 nhiệt100 ° C trên điểm nóng chảy của chúng trong lò (Cupolas cho sắt, Lò nung cảm ứng cho kim loại màu).

Tốc độ đổ và nhiễu loạn là rất quan trọng: Rủi ro quá nhanh các vùi oxit; Quá chậm gây ra việc làm đầy không đầy đủ.

làm mát, Sự rung chuyển, & Khai hoang cát:

Sau khi hóa rắn (phút cho các bộ phận nhỏ, Giờ cho các vật đúc lớn), khuôn bị hỏng (sự rung chuyển), và phần được tách ra.

Cát được tái chế: Các cơ sở hiện đại đòi lại 90 �% cát thông qua sàng lọc và phân tách từ tính, cắt giảm chi phí vật liệu bằng cách 30%.

5. Kim loại chung và Hợp kim để đúc cát

Đúc cát chứa một phổ hợp kim kỹ thuật rộng đáng kể.

Foundries chọn kim loại dựa trên sức mạnh, chống ăn mòn, ổn định nhiệt, và chi phí.

Bàn: Các kim loại và hợp kim phổ biến được sử dụng trong đúc cát

6. Ưu điểm của việc đúc cát

Chi phí thiết lập và thiết lập thấp

• Khuôn cát không tốn kém để sản xuất (thường được làm từ cát silica liên kết với đất sét hoặc chất kết dính hóa học),
  Vì vậy, chi phí công cụ ban đầu là tối thiểu so với các quy trình đúc vĩnh viễn hoặc đúc chết.
• Điều này làm cho việc đúc cát đặc biệt kinh tế cho các hoạt động sản xuất nhỏ, Các bộ phận nguyên mẫu, hoặc các thành phần một lần.

Tính linh hoạt về kích thước một phần và hình học

• Đúc cát có thể chứa các bộ phận rất lớn hoặc rất nhỏ, các bộ đếm nặng có trọng lượng vài tấn xuống còn vài ounce.
• Hình học bên trong phức tạp (sự cắt ngắn, lõi, hốc hác) có thể được hình thành bằng cách chèn lõi cát trước khi đổ, mà không có cái chết cốt lõi đắt tiền.

Phạm vi rộng của vật liệu

• Hầu như bất kỳ hợp kim có thể đúc được (ví dụ., Sắt xám, sắt dễ uốn, thép) hoặc màu sắc (ví dụ., nhôm, đồng, đồng, magie)—CAN được sử dụng trong khuôn cát.
• Tính linh hoạt này cho phép bạn chọn vật liệu tối ưu cho sức mạnh, chống ăn mòn, hoặc tính chất nhiệt.

Khả năng tái sử dụng vật liệu nấm mốc

• Sau mỗi chu kỳ đúc, Hỗn hợp cát có thể được đòi lại và tái sử dụng nhiều lần (Thường thì phục hồi 95 9598%), giảm chất thải và chi phí vật liệu.
• Hệ thống cải tạo hiện đại (cơ khí, nhiệt, hoặc lấy lại hóa chất) tăng cường hơn nữa tính bền vững.

Quay vòng nhanh cho các nguyên mẫu

• Bởi vì công cụ chỉ đơn giản là một mẫu phân chia (Thường là gỗ hoặc in 3D) thay vì thép cứng, Chuẩn bị khuôn là nhanh chóng cho các lần lặp lại thiết kế.
• Các kỹ sư có thể đi từ mô hình CAD sang phần vật lý trong ngày thay vì vài tuần, Tăng tốc chu kỳ phát triển sản phẩm.

7. Hạn chế & Những thách thức kỹ thuật của đúc cát

Độ chính xác bề mặt tương đối kém và độ chính xác chiều

• Các hạt cát tạo ra một kết cấu thô trên bề mặt đúc, thường yêu cầu gia công bổ sung hoặc hoàn thiện để đáp ứng sự dung nạp chặt chẽ.
• Dung sai điển hình là ± 0,5, 1,5 mm đối với các bộ phận nhỏ và, ít chính xác hơn so với đúc hoặc đúc đầu tư.

Nguy cơ khuyết tật cao hơn

• độ xốp: Khí bị mắc kẹt trong khuôn hoặc được tạo ra trong quá trình hóa rắn có thể tạo thành lỗ chân lông trong kim loại, làm suy yếu phần.
• Cát bao gồm: Các hạt cát lỏng lẻo có thể bị xói mòn từ các bức tường khuôn vào kim loại nóng chảy, gây ra các đốm cứng hoặc nhược điểm bề mặt.
• Misruns & Lạnh: Dòng kim loại không đầy đủ hoặc hóa rắn sớm có thể dẫn đến việc làm đầy hoặc nối không hoàn chỉnh.

Thời gian chu kỳ sản xuất dài hơn

• Mỗi đúc yêu cầu chuẩn bị khuôn (đóng gói, Cài đặt cốt lõi, lắp ráp khuôn) và Shake-Out pour pour, đó là tốn nhiều thời gian hơn các quy trình áp suất cao tự động.
• Thời gian làm mát có thể là đáng kể cho các phần dày hoặc lớn, làm chậm thông lượng tổng thể.

Quá trình sử dụng nhiều lao động

• Nhiều hoạt động thực hiện, Cài đặt cốt lõi, Fettling - chủ yếu là lao động tay lành nghề, Tăng chi phí lao động và sự thay đổi giữa các lô.
• Tự động hóa là có thể nhưng thường tốn kém để thực hiện cho các hệ thống dựa trên cát.

Mối quan tâm về môi trường và sức khỏe

• Tiếp xúc với bụi silica trong quá trình xử lý nấm mốc đặt ra các mối nguy hiểm hô hấp trừ khi các biện pháp kiểm soát bụi nghiêm ngặt.
• Dành cho cát đúc và các chất kết dính hóa học đã sử dụng tạo ra các dòng chất thải phải được khai hoang hoặc xử lý để tránh ô nhiễm đất và nước.

Hạn chế trên các phần rất mỏng

• Tường mỏng (<3Mạnh4 mm) đang thách thức vì cát có thể không hỗ trợ các chi tiết tốt, và kim loại có thể nguội và hóa rắn trước khi đổ đầy khuôn.
• Đạt được cả hai phần mỏng và định nghĩa bề mặt tốt thường yêu cầu các quy trình thay thế như đúc hoặc đúc đầu tư.

8. Các ứng dụng chính của đúc cát

Công nghiệp ô tô

• Khối động cơ, Đầu xi lanh, trường hợp truyền, Thành phần phanh, bộ phận treo.

Hàng không vũ trụ & Phòng thủ

• Vỏ tuabin, Động cơ gắn kết, khung cấu trúc, Thành phần tên lửa, Bộ phận thiết bị hạ cánh máy bay.

Năng lượng & Phát điện

• Vỏ tuabin, Khung máy phát điện, Vỏ bơm, thân van cho thiết bị dầu khí, Các thành phần thủy điện.

Sự thi công & Máy móc hạng nặng

• Phụ kiện đường ống, Thành phần van, Các bộ phận kết cấu thép, Các thành phần động cơ cho thiết bị xây dựng, Bộ phận máy móc nông nghiệp (ví dụ., Tractor House).

Thiết bị công nghiệp

• Vỏ bơm và máy nén, Hộp số, cơ sở máy công cụ, giá đỡ nặng, cơ thể van công nghiệp.

Hàng hải & Đóng tàu

• Trung tâm chân vịt, linh kiện động cơ, Bộ phận máy móc tàu, và vỏ máy bơm biển.

Sản xuất chung

• Đóng vai nghệ thuật, các bộ phận cơ học tùy chỉnh, Các thành phần cấu trúc quy mô lớn, và các nguyên mẫu để phát triển sản phẩm.

Các nguyên mẫu tùy chỉnh và sản xuất khối lượng thấp

Cuối cùng, Đúc cát vượt trội trong việc tạo mẫu nhanh chóng và công việc hàng loạt.

Khi các nhóm thiết kế cần các nguyên mẫu kim loại chức năng, cho dù để xác nhận công thái học hay thử nghiệm thực địa dưới tải trọng trong thế giới thực, và chọn các bộ phận trong 3—5 ngày, so với 2Tuần4 tuần cho khuôn vĩnh viễn.

Chi phí công cụ tối thiểu của nó (thường xuyên $200 mỗi mẫu) làm cho nó trở nên lý tưởng cho các hoạt động phi công và các ứng dụng chuyên dụng trên robot, thiết bị y tế, và máy móc bespoke.

9. So sánh với các quy trình đúc thay thế

Khi các kỹ sư đánh giá phương pháp đúc, chúng cân nhắc các yếu tố như độ phức tạp một phần, bề mặt hoàn thiện, dung sai kích thước, Chi phí dụng cụ, Và khối lượng sản xuất.

Dưới, Chúng tôi so sánh việc đúc cát với hai lựa chọn thay thế được sử dụng rộng rãiđúc đầu tư Và đúc chết.

Khi nào nên chọn đúc cát？

• Thấp- để sản xuất giữa khối lượng: Dưới 10,000 các bộ phận, Sand Sand Devoring D dụng cụ giảm thiểu chi phí mỗi phần.
• Các bộ phận lớn hoặc nặng: Các thành phần trên 50 kg hoặc lên đến 50 tấn Chỉ phù hợp với khuôn cát.
• Hợp kim đặc biệt & Vật liệu nhiệt độ cao: Nước đá cát không gỉ, Superalloys, và đúc bàn ủi mà không có mối quan tâm mặc chết.
• Tạo mẫu nhanh hoặc lặp lại thiết kế: 3Các mẫu được in D và thay đổi khuôn nhanh thời gian dẫn đầu đến một vài ngày.
• Hình học bên trong phức tạp: Lõi cát tạo ra các lỗ sâu sâu và undercut mà không cần sửa đổi dụng cụ đắt tiền.

10. Phần kết luận

Đúc cát chịu đựng như một cơ sở Phương pháp sản xuất, cân bằng kinh tế, tính linh hoạt, Và khả năng mở rộng.

Bằng cách tích hợp thiết kế kỹ thuật số, Hóa chất kết dính tiên tiến, và kiểm soát chất lượng thời gian thực, Ngày nay, các xưởng đúc của người Viking vượt qua những hạn chế truyền thống, sản xuất đáng tin cậy, Đội ngũ phức tạp giữa các ngành công nghiệp.

Khi tính bền vững và áp lực tạo mẫu nhanh chóng, Casting Casting kết hợp độc đáo của Chi phí vào cửa thấp, tính linh hoạt vật chất, Và Khả năng kích thước đảm bảo sự liên quan của nó liên tục tốt trong tương lai.

Tại CÁI NÀY, Chúng tôi sẵn sàng hợp tác với bạn trong việc tận dụng các kỹ thuật nâng cao này để tối ưu hóa các thiết kế thành phần của bạn, Lựa chọn vật chất, và quy trình sản xuất.

Đảm bảo rằng dự án tiếp theo của bạn vượt quá mọi điểm chuẩn hiệu suất và bền vững.

Liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay!

 

Câu hỏi thường gặp

Phạm vi kích thước điển hình cho các bộ phận đúc cát là gì?

Các bộ phận có thể từ các thành phần nhỏ (ví dụ., dấu ngoặc đơn) đến các cấu trúc rất lớn (ví dụ., cánh quạt tàu), với một số xưởng đúc có khả năng đúc các bộ phận nặng vài tấn.

Các vấn đề hoàn thiện bề mặt phổ biến trong đúc cát là gì?

Các bộ phận có thể có kết cấu bề mặt thô do khuôn cát. Các quy trình sau đúc như gia công, mài, hoặc nổ mìn thường được sử dụng để cải thiện kết thúc.

Có thể sử dụng đúc cát để sản xuất khối lượng lớn?

Trong khi đúc cát là khả thi cho khối lượng thấp đến trung bình, Sản xuất khối lượng lớn có thể tiết kiệm chi phí hơn với các phương pháp như đúc do thời gian chu kỳ nhanh hơn và độ bền của khuôn cao hơn.

Đúc cát có phù hợp để tạo mẫu không?

Đúng, Đúc cát thường được sử dụng cho các nguyên mẫu do chi phí dụng cụ thấp và khả năng sản xuất các bộ phận chức năng nhanh chóng, Ngay cả đối với các thiết kế phức tạp.

Các lõi được sử dụng như thế nào trong đúc cát?

Lõi (Làm bằng cát hoặc nhựa) hình thành các khoang hoặc tính năng bên trong trong quá trình đúc.

Chúng được đặt trong khuôn trước khi đổ và loại bỏ sau khi hóa rắn, Thường qua rung hoặc tan chảy.