Технология литья
Мы можем предложить детали, изготовленные по технологиям центробежного литья, песчаного литья, вакуумно-пленочного литья и ковки, с качественной и точной механической обработкой для строгих требований.
Центробежное литье
In centrifugal casting, a permanent mold is rotated continuously about its axis at high speeds (300 to 3000 rpm) as the molten metal is poured. The molten metal is centrifugally thrown towards the inside mold wall, where it solidifies after cooling. The casting is usually a fine-grained casting with a very fine-grained outer diameter, owing to chilling against the mould surface. Impurities and inclusions are thrown to the surface of the inside diameter, which can be machined away. Casting machines may be either horizontal or vertical-axis. Horizontal axis machines are preferred for long, thin cylinders, vertical machines for rings. Most castings are solidified from the outside first. This may be used to encourage directional solidification of the casting, and thus give useful metallurgical properties to it. Often the inner and outer layers are discarded and only the intermediary columnar zone is used. Centrifugal casting was the invention of Alfred Krupp, who used it to manufacture cast steel tyres for railway wheels in 1852.
Особенности центробежного литья
Отливки могут быть изготовлены практически любой длины, толщины и диаметра.
Различная толщина стенок может быть произведена из формы одного и того же размера.
Eliminates the need for cores.
Устойчив к атмосферной коррозии, что типично для труб.
Mechanical properties of centrifugal castings are excellent.
Only cylindrical shapes can be produced with this process.
Ограничения по размеру составляют до 3 м (10 футов) в диаметре и 15 м (50 футов) в длину.
Wall thickness range from 2.5 mm to 125 mm (0.1 - 5.0 in).
Допустимый предел: на наружном диаметре может быть 2,5 мм (0,1 дюйма), на внутреннем диаметре может быть 3,8 мм (0,15 дюйма).
Шероховатость поверхности варьируется от 2,5 мм до 12,5 мм (0,1 - 0,5 дюйма) СКЗ.
Преимущества центробежного литья
Cylinders and shapes with rotational symmetry are most commonly cast by this technique. "Tall" castings (in the direction of the settling force acting, usually gravity) are always more difficult than short castings. In the centrifugal casting technique the radius of the rotation, along which the centrifugal force acts, replaces the vertical axis. The casting machine may be rotated to place this in any convenient orientation, relative to gravity's vertical. Horizontal and vertical axis machines are both used, simply to place the casting's longest dimension conveniently horizontal. Thin-walled cylinders are difficult to cast by other means, but centrifugal casting is particularly suited to them. To the rotation radius, these are effectively shallow flat castings and are thus simple. Centrifugal casting is also applied to the casting of disk and cylindrical shaped objects such as railway carriage wheels or machine fittings where the grain, flow, and balance are important to the durability and utility of the finished product. Providing that the shape is relatively constant in radius, noncircular shapes may also be cast.
Песочное литье
Sand casting, also known as sand molded casting, is a metal casting process characterized by using sand as the mold material. The term sand casting can also refer to an object produced via the sand casting process. Sand castings are produced in specialized factories called foundries. Over 70% of all metal castings are produced via a sand casting process.
Песочное литье относительно дешево и достаточно огнеупорно даже для стального литья. Помимо песка, подходящее связующее вещество (обычно глина) смешивается или присутствует в песке. Смесь увлажняется, обычно водой, но иногда другими веществами, чтобы придать глине прочность и пластичность и сделать смесь пригодной для формования. Песок обычно содержится в системе рамок или опок, известных как опока. Полости формы и литниковая система создаются путем уплотнения песка вокруг моделей или шаблонов или вырезаются непосредственно в песке.
Шаблоны песчаного литья
From the design, provided by an engineer or designer, a skilled pattern maker builds a pattern of the object to be produced, using wood, metal, or a plastic such as expanded polystyrene. Sand can be ground, swept or strickled into shape. The metal to be cast will contract during solidification, and this may be non-uniform due to uneven cooling. Therefore, the pattern must be slightly larger than the finished product, a difference known as contraction allowance. Pattern-makers are able to produce suitable patterns using Contraction rules (these are sometimes called shrink allowance rulers where the ruled markings are deliberately made to a larger spacing according to the percentage of extra length needed). Different scaled rules are used for different metals, because each metal and alloy contracts by an amount distinct from all others. Patterns also have core prints that create registers within the molds into which are placed sand cores. Such cores, sometimes reinforced by wires, are used to create under-cut profiles and cavities which cannot be molded with the cope and drag, such as the interior passages of valves or cooling passages in engine blocks.
Пути для входа металла в полость формы составляют литниковую систему и включают литник, различные питатели, которые обеспечивают хорошую подачу металла, и впускные каналы, соединяющие литниковую систему с полостью отливки. Газы и пар, образующиеся при литье, выходят через проницаемый песок или через прибыли, которые добавляются либо в самой модели, либо как отдельные элементы.
Формовочный ящик и материалы для песчаного литья
A multi-part molding box (known as a casting flask, the top and bottom halves of which are known respectively as the cope and drag) is prepared to receive the pattern. Molding boxes are made in segments that may be latched to each other and to end closures. For a simple object—flat on one side—the lower portion of the box, closed at the bottom, will be filled with a molding sand. The sand is packed in through a vibratory process called ramming, and in this case, periodically screeded level. The surface of the sand may then be stabilized with a sizing compound. The pattern is placed on the sand and another molding box segment is added. Additional sand is rammed over and around the pattern. Finally a cover is placed on the box and it is turned and unlatched, so that the halves of the mold may be parted and the pattern with its sprue and vent patterns removed. Additional sizing may be added and any defects introduced by the removal of the pattern are corrected. The box is closed again. This forms a green mold which must be dried to receive the hot metal. If the mold is not sufficiently dried a steam explosion can occur that can throw molten metal about. In some cases, the sand may be oiled instead of moistened, which makes possible casting without waiting for the sand to dry. Sand may also be bonded by chemical binders, such as furane resins or amine-hardened resins.
Озноб песчаного литья
Для управления структурой затвердевания металла можно размещать металлические пластины, холодильники, в форме. Связанное быстрое локальное охлаждение сформирует более мелкозернистую структуру и может создать несколько более твердый металл в этих местах. В чугунных отливках эффект аналогичен закалке металлов в кузнечном деле. Внутренний диаметр цилиндра двигателя делают твердым с помощью охлаждающего сердечника. В других металлах холодильники могут использоваться для направленного затвердевания отливки. Контролируя способ затвердевания отливки, можно предотвратить внутренние пустоты или пористость внутри отливок.
Сердечники для песчаного литья
Для создания полостей в отливке, таких как для жидкостного охлаждения в блоках цилиндров и головках цилиндров, используются отрицательные формы для изготовления стержней. Обычно песчаные стержни вставляются в литейную форму после извлечения модели. По возможности проектируют без использования стержней, так как это увеличивает время настройки и, следовательно, стоимость.
With a completed mold at the appropriate moisture content, the box containing the sand mold is then positioned for filling with molten metal—typically iron, steel, bronze, brass, aluminium, magnesium alloys, or various pot metal alloys, which often include lead, tin, and zinc. After filling with liquid metal the box is set aside until the metal is sufficiently cool to be strong. The sand is then removed revealing a rough casting that, in the case of iron or steel, may still be glowing red. When casting with metals like iron or lead, which are significantly heavier than the casting sand, the casting flask is often covered with a heavy plate to prevent a problem known as floating the mold. Floating the mold occurs when the pressure of the metal pushes the sand above the mold cavity out of shape, causing the casting to fail.
После отливки стержни разрушаются стержнями или дробью и удаляются из отливки. Металл из литников и прибылей отрезается от черновой отливки. Могут применяться различные виды термообработки для снятия напряжений от первоначального охлаждения и увеличения твердости — в случае стали или чугуна путем закалки в воде или масле. Отливка может быть дополнительно укреплена обработкой поверхностного сжатия, такой как дробеструйная обработка, что повышает устойчивость к растягивающим трещинам и сглаживает шероховатую поверхность.
Требования к проектированию песчаного литья
The part to be made and its pattern must be designed to accommodate each stage of the process, as it must be possible to remove the pattern without disturbing the molding sand and to have proper locations to receive and position the cores. A slight taper, known as draft, must be used on surfaces perpendicular to the parting line, in order to be able to remove the pattern from the mold. This requirement also applies to cores, as they must be removed from the core box in which they are formed. The sprue and risers must be arranged to allow a proper flow of metal and gasses within the mold in order to avoid an incomplete casting. Should a piece of core or mold become dislodged it may be embedded in the final casting, forming a sand pit, which may render the casting unusable. Gas pockets can cause internal voids. These may be immediately visible or may only be revealed after extensive machining has been performed. For critical applications, or where the cost of wasted effort is a factor, non-destructive testing methods may be applied before further work is performed.
Вакуумное формование литья
Vacuum molding (V-process) is a variation of the sand casting process for most ferrous and non-ferrous metals, in which unbonded sand is held in the flask with a vacuum. The pattern is specially vented so that a vacuum can be pulled through it. A heat-softened thin sheet (0.003 to 0.008 in (0.076 to 0.203 mm)) of plastic film is draped over the pattern and a vacuum is drawn (200 to 400 mmHg (27 to 53 kPa)). A special vacuum forming flask is placed over the plastic pattern and is filled with a free-flowing sand. The sand is vibrated to compact the sand and a sprue and pouring cup are formed in the cope. Another sheet of plastic is placed over the top of the sand in the flask and a vacuum is drawn through the special flask; this hardens and strengthens the unbonded sand. The vacuum is then released on the pattern and the cope is removed. The drag is made in the same way (without the sprue and pouring cup). Any cores are set in place and the mold is closed. The molten metal is poured while the cope and drag are still under a vacuum, because the plastic vaporizes but the vacuum keeps the shape of the sand while the metal solidifies. When the metal has solidified, the vacuum is turned off and the sand runs out freely, releasing the casting.
The V-process is known for not requiring a draft because the plastic film has a certain degree of lubricity and it expands slightly when the vacuum is drawn in the flask. The process has high dimensional accuracy, with a tolerance of ±0.010 in for the first inch and ±0.002 in there after. Cross-sections as small as 0.090 in (2.3 mm) are possible. The surface finish is very good, usually between 150 to 125 rms. Other advantages include no moisture related defects, no cost for binders, excellent sand permeability, and no toxic fumes from burning the binders. Finally, the pattern does not wear out because the sand does not touch it. The main disadvantage is that the process is slower than traditional sand casting so it is only suitable for low to medium production volumes; approximately 10 to 15,000 pieces a year. However, this makes it perfect for prototype work, because the pattern can be easily modified as it is made from plastic.
Ковка
Ковка — один из старейших известных процессов обработки металлов. Традиционно ковка выполнялась кузнецом с помощью молота и наковальни, хотя внедрение водяной энергии в производство и обработку железа в XII веке сделало молот и наковальню устаревшими. Кузница или горн развивались веками, превратившись в предприятие с инженерными процессами, производственным оборудованием, инструментами, сырьем и продукцией, отвечающими требованиям современной промышленности.
В современное время промышленная ковка осуществляется либо с помощью прессов, либо молотов, работающих на сжатом воздухе, электричестве, гидравлике или паре. Эти молоты могут иметь возвратно-поступательные грузы весом в тысячи фунтов. Меньшие силовые молоты, весом 500 фунтов (230 кг) или менее, и гидравлические прессы также распространены в художественных кузницах. Некоторые паровые молоты все еще используются, но они устарели с появлением других, более удобных источников энергии.
Преимущества и недостатки ковки
Ковка может создать деталь, которая прочнее, чем аналогичная литая или обработанная на станке. При формовании металла в процессе ковки его внутренняя структура деформируется, следуя общей форме детали. В результате структура остается непрерывной по всей детали, что придает ей улучшенные прочностные характеристики.
Некоторые металлы можно ковать холодными, но железо и сталь почти всегда ковят горячими. Горячая ковка предотвращает наклеп, который возникает при холодной ковке и усложняет последующую механическую обработку детали. Кроме того, хотя наклеп может быть желателен в некоторых случаях, другие методы упрочнения, такие как термообработка, обычно более экономичны и управляемы. Сплавы, поддающиеся дисперсионному твердению, например большинство алюминиевых сплавов и титан, можно подвергать горячей ковке с последующим упрочнением.
Кузнечное производство требует значительных капитальных затрат на оборудование, оснастку, помещения и персонал. В случае горячей ковки необходима высокотемпературная печь (иногда называемая кузницей) для нагрева слитков или заготовок. Из-за массивности крупных ковочных молотов и прессов, а также деталей, которые они могут производить, и опасностей, присущих работе с горячим металлом, часто требуется специальное здание для размещения производства. В случае операций штамповки падающим молотом необходимо предусмотреть меры по поглощению ударов и вибрации, создаваемых молотом. Большинство кузнечных операций используют штампы для формования металла, которые должны быть точно обработаны и тщательно термообработаны, чтобы правильно формировать заготовку, а также выдерживать огромные прилагаемые усилия.
Процессы ковки
Существует множество различных видов процессов ковки, однако их можно разделить на три основные категории:
Вытянутый: длина увеличивается, поперечное сечение уменьшается
Расстройство: длина уменьшается, поперечное сечение увеличивается
Зажато в закрытых пресс-формах: создает многонаправленный поток
Общие процессы ковки включают: прокатную ковку, ротационную ковку, ковку в обжимках, свободную ковку, ковку в штампах, прессовую ковку, автоматическую горячую ковку и высадку.