Metāla liešana: process, metodes, metodes

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Metāls ir visas mūsdienu civilizācijas pamats. Gada laikā mūsdienu cilvēce viena pati iegūst un pārstrādā tik daudz dzelzs, ka pirms visa pasaule to salasītu vismaz pāris gadsimtus. Un šī vajadzība ir pilnībā pamatota, jo konstrukcija vien aizņem neticami daudz tērauda. Nav pārsteidzoši, ka metāla liešana šādos apstākļos tiek pastāvīgi uzlabota.

Mazliet vēstures

Dzelzs svarīgāko īpašību ieņemt, sastingstot, tai "ierosināto" formu cilvēks pamanīja senatnē. Mūsdienās gandrīz visi zinātnieki pieņem, ka cilvēka sākotnējā iepazīšanās ar metālu notika, pateicoties meteorītiem. Meteorīta dzelzs bija kausējama un viegli apstrādājama, tāpēc liešanas pamatus jau sen apguva dažas topošās civilizācijas.

Mūsu valstī metāla liešana ir bijusi cienījams un godājams bizness jau gadsimtiem ilgi, cilvēki pret šo amatu vienmēr ir izturējušies ar lielu cieņu. Plaši pazīstami ir "Cara lielgabals" un "Cara zvans", kas ir krievu meistaru liešanas meistarības šedevri, pat ja viens nekad nav zvanījis, bet otrs nešāva. Urālu ritentiņi Pētera Lielā valdīšanas laikāieguva īpašu slavu kā uzticamu ieroču piegādātājs armijai. Tomēr viņi pilnīgi pamatoti nēsā šo titulu arī tagad. Pirms aplūkojam galvenos metāla liešanas veidus, ir jāpasaka daži vārdi par nepieciešamajām izejvielu īpašībām.

Kādam metālam jābūt liešanai

Svarīgākā liešanai izmantojamā metāla īpašība ir tā plūstamība. Sakausējumam kausētā veidā vajadzētu pēc iespējas vieglāk plūst no viena tīģeļa uz otru, vienlaikus aizpildot tā mazākos padziļinājumus. Jo augstāka ir plūstamība, jo plānākas sienas var izgatavot gatavajā izstrādājumā. Ar metālu, kas slikti izplatās, tas ir daudz grūtāk. Normālos apstākļos viņam izdodas sagrābt daudz agrāk, nekā viņš aizpilda visas formas robus. Ar šādām grūtībām saskaras rūpnieki, liejot metālu sakausējumus.

Nav pārsteigums, ka čuguns ir kļuvis par lietuves iecienītāko materiālu. Tas ir tāpēc, ka šim sakausējumam ir lieliska plūstamība, tāpēc ar to ir salīdzinoši viegli strādāt. Tērauds nebūt nav tik šķidrs, un tāpēc, lai pilnībā aizpildītu veidni (lai tajā nebūtu dobumu un tukšumu), ir jāizmanto dažādas viltības.

Visvienkāršākajā gadījumā, kad nepieciešama mājas metāla liešana, izejvielas tiek izkausētas un nelielās porcijās ielej ūdenī: tieši šādi jūs varat izgatavot gremdētājus makšķerēšanai. Bet šo metodi salīdzinoši plaši izmanto pat ieroču rūpniecībā! No īpaša torņa augšdaļas, kas pēc kontūras atgādina dzesēšanas torni, izkusismetāls. Konstrukcijas augstums ir tāds, ka perfekti izveidota pilīte, jau atdzisusi, sasniedz zemi. Šādi tiek ražoti šāvieni rūpnieciskā mērogā.

Zemes liešanas metode

Visvienkāršākā un senākā metode ir metāla liešana zemē. Bet tā “vienkāršība” ir samērā nosacīts jēdziens, jo šis darbs prasa ārkārtīgi rūpīgu sagatavošanos. Ko tas nozīmē?

Pirmkārt, modeļu veikalā tiek izgatavots pilna izmēra un detalizētākais nākotnes liešanas modelis. Turklāt tā izmēram vajadzētu būt nedaudz lielākam par iegūstamo produktu, jo metāls atdziestot nogulsnēsies. Parasti modelis ir noņemams no divām pusēm.

Kad tas ir izdarīts, tiek sagatavotas īpašās formēšanas smiltis. Ja topošajam izstrādājumam vajadzētu būt iekšējiem dobumiem un tukšumiem, tad būs jāsagatavo arī stieņi, kā arī papildu formēšanas maisījums. Viņiem uz laiku jāaizpilda tās vietas, kuras gatavajā daļā ir “tukšas”. Ja jūs interesē metālu liešana mājās, noteikti paturiet prātā šo faktu, jo pretējā gadījumā jau piepildīta kolba var vienkārši saplīst no spiediena, un tam var būt visskumjākās sekas.

No kā izgatavotas formēšanas smiltis?

Pamats ir dažādu šķiru smiltis un māli, kā arī saistvielas. To lomu var pildīt dabiskās un sintētiskās eļļas, žāvēšanas eļļas, sveķi, kolofonija un pat darva.

Nākamais lējēju laiks, kuru uzdevums ir veidot veidnes. Ja paskaidrosivienkāršāk, izdara šādi: paņem koka kasti, tajā ievieto pusi veidnes (tā arī ir noņemama), un spraugas starp modeļa sienām un veidni aizsprosto ar veidnes sastāvu.

Tas pats tiek darīts ar otro pusi un nostipriniet abas daļas ar tapām. Svarīgi ņemt vērā, ka tajā formas daļā, kas lejot būs augšpusē, tiek ievietoti divi īpaši konusi. Vienu no tiem izmanto kausēta metāla ieliešanai, otru izmanto izplešanās gāzu izvadīšanai.

Sagatavošanās posma beigas

Un tagad ir pienācis laiks, iespējams, vissvarīgākajai operācijas daļai. Kolbas ir ļoti rūpīgi atdalītas, cenšoties novērst smilšu integritātes pārkāpumu. Pēc tam zemē paliek divi skaidri un detalizēti topošās daļas nospiedumi. Pēc tam tie tiek pārklāti ar īpašu krāsu. Tas tiek darīts tā, lai izkausētais metāls nenonāktu tiešā saskarē ar smilšu zemi. Metāla liešanas tehnoloģijai to nevajadzētu pieļaut, pretējā gadījumā gatavā produkta kvalitāte var ievērojami pasliktināties.

Ja tas ir nepieciešams, vienlaikus tiek izgriezta papildu vārtveida eja, kas nepieciešama kausējuma izliešanai. Kolbas atkal saloka un savieno pēc iespējas ciešāk. Kad smiltis ir nedaudz izžuvušas, varat sākt liešanu.

Sākt apraidi

Pirmkārt, kupolās, tas ir, speciālajās krāsnīs, tiek izkausētas čuguna sagataves. Ja nepieciešams atliet tēraudu, tad izejvielas tiek kausētas domnās, martenā, invertora un citās krāsnīs. Lai ievestukrāsaino metālu kušanas stāvokli, izmantojiet specializētas kausēšanas ierīces.

Viss, varat sākt apraidi. Ja ir tikai viena forma, tad kausējumu tajā ielej ar kausu, atsevišķi. Citos gadījumos, kā likums, tiek organizēts konveijers: vai nu lente ar sagatavēm iet zem kausa, vai arī kauss pārvietojas pāri kolbu rindām. Tas viss ir atkarīgs tikai no ražošanas organizācijas. Kad pienāks laiks un metāls atdziest, to izņem no veidnes. Principā šī metode ir ideāla gadījumos, kad mājās ir nepieciešama metāla liešana (piemēram, kalumam). Neko perfektāku šādos apstākļos tik un tā nesasniegs.

Smilšu strūklas vai slīpēšanas mašīnas no gatavā produkta noņem nogulsnes un pielipušās formēšanas smiltis. Starp citu, šī metode tika aktīvi izmantota tanku ražošanā Lielā Tēvijas kara laikā. Tādā veidā tika ražoti lietie torņi, un šī procesa vienkāršība un izgatavojamība ļāva izgatavot milzīgu skaitu militāro transportlīdzekļu, kas frontei bija tik ļoti nepieciešami. Kādi citi metāla liešanas veidi pastāv?

Lietēšana uz spiedieniem

Bet tagad viņi izmanto daudz progresīvākas un tehnoloģiski progresīvākas metodes liešanas izstrādājumu ražošanai. Piemēram, metāla liešana atdzesēšanas veidnē. Principā šī metode daudzējādā ziņā atgādina iepriekš aprakstīto, jo šajā gadījumā tiek izmantotas arī liešanas veidnes. Tikai tajā pašā laikā tie ir metāls, kas ievērojami vienkāršo lielapjoma ražošanas procesu.

Tātad konusi un stieņi tiek ievietoti divās daļās (metāla ieliešanai un tukšumu veidošanai), unpēc tam stingri piestipriniet tos vienu pie otra. Viss, jūs varat ķerties pie darba. Šīs metodes īpatnība ir tāda, ka šeit izkausētais metāls ļoti ātri sacietē, ir iespējama veidņu piespiedu dzesēšana, un tāpēc atbrīvošanās process ir daudz ātrāks. Izmantojot tikai vienu veidni, jūs varat iegūt simtiem, ja ne tūkstošiem lējumu, vienlaikus netērējot daudz laika individuālai veidņu un smilšu sagatavošanai.

Daži metodes trūkumi

Šīs liešanas metodes trūkums ir tas, ka tai ir piemēroti tikai tie metālu veidi, kuriem raksturīga paaugstināta plūstamība kausētā veidā. Piemēram, tēraudam ir piemērota tikai spiediena liešana (par to zemāk), jo šim materiālam vispār nav laba plūstamība. Saspiesta gaisa iedarbībā pat "kaļamākās" tērauda kategorijas iegūst vajadzīgo formu daudz labāk. Slikti ir tas, ka parasta aukstumforma vienkārši neiztur tik ekstrēmus ražošanas apstākļus un izjuks. Tāpēc jums ir jāizmanto īpaša ražošanas metode, par kuru mēs runāsim tālāk.

Iesmidzināšana

Kā tiek veikta metālu liešana zem spiediena? Mēs jau esam apsvēruši dažus aspektus iepriekš, taču joprojām ir nepieciešams atklāt šo jautājumu sīkāk. Viss ir pavisam vienkārši. Pirmkārt, ir nepieciešama liešanas veidne no kvalitatīvām tērauda markām, kas var būt daudzpakāpju, sarežģītas iekšējās formas. Otrkārt, mums ir vajadzīgas sūknēšanas iekārtas, kas spēj nodrošināt no septiņiem līdz septiņsimt MP.

Galvenā priekšrocībašī kausēšanas metode ir augsta produktivitāte. Kas vēl nodrošina iesmidzināšanu? Šajā gadījumā tiek izmantots daudz mazāk metāla, un gatavā produkta virsmas kvalitāte ir ļoti laba. Pēdējais apstāklis nozīmē sarežģītas un diezgan nogurdinošas tīrīšanas un slīpēšanas procedūras noraidīšanu. Kādi materiāli ir piemērotākie šai ražošanas metodei gatavo izstrādājumu un detaļu ražošanai?

Visbiežāk izmantotie sakausējumi ir izgatavoti uz alumīnija, cinka, vara un alvas-svina bāzes (krāsaino metālu liešana). To kušanas temperatūra ir salīdzinoši zema, un tāpēc tiek panākta ļoti augsta visa procesa izgatavojamība. Turklāt šim izejmateriālam pēc atdzesēšanas ir salīdzinoši mazs nogulsnes. Tas nozīmē, ka ir iespējams ražot detaļas ar ļoti mazām pielaidēm, kas ir ārkārtīgi svarīgi mūsdienu tehnoloģiju ražošanā.

Šīs metodes sarežģītība ir tāda, ka, atdalot gatavos produktus no veidnēm, tie var tikt bojāti. Turklāt šī metode ir piemērota tikai tādu detaļu ražošanai, kurām ir salīdzinoši neliels sienu biezums. Fakts ir tāds, ka biezs metāla slānis sacietēs ārkārtīgi nevienmērīgi, kas iepriekš noteiks čaulu un dobumu veidošanos.

Dažādas iekārtas spiediena liešanai

Visas mašīnas, kas tiek izmantotas šajā metālizstrādājumu liešanas metodē, ir sadalītas divās lielās grupās: ar karstās un aukstās liešanas kameru. "Karsto" šķirni visbiežāk var izmantot tikai sakausējumiem uz cinka bāzes. Šajā gadījumā pati liešanas kamera ir iegremdēta karstā metālā. Zem spiedienagaisu vai speciālu virzuli, tas ieplūst liešanas dobumā.

Parasti nav nepieciešams spēcīgs iesmidzināšanas spēks, pietiek ar spiedienu līdz 35-70 MPa. Tātad šajā gadījumā metāla liešanas veidnes var būt daudz vienkāršākas un lētākas, kas vislabvēlīgāk ietekmē produkta galīgās izmaksas. Aukstās liešanas veidnēs izkausētais metāls ir “jāievada” dziļi liešanas kamerā ar īpaši augstu spiedienu. Tajā pašā laikā tas var sasniegt 700 MPa.

Kur tiek izmantotas iesmidzināšanas formas?

Tie ir visur. Tālruņos, datoros, kamerās un veļas mašīnās visur ir informācija, kas iegūta, izmantojot šo konkrēto metodi. Īpaši plaši to izmanto mašīnbūve, tostarp tie, kas ir tieši saistīti ar aviācijas un pat kosmosa nozari. Lieto detaļu masa var svārstīties no dažiem gramiem līdz 50 kilogramiem (un pat lielāka). Vai var izmantot kādu citu metālu "apstrādi" ar liešanu? Jā, un ir vēl daudzi veidi.

Pazudusi vaska liešana

Tāpat kā pirmajā gadījumā, kopš seniem laikiem cilvēce ir zinājusi par metodi, kā ieliet kausētu metālu iepriekš sagatavotā modelī, kas izgatavots no parafīna vai vaska. To vienkārši ievieto kolbā un spraugas piepilda ar formēšanas smiltīm. Kausējums izšķīdina vasku un ideālā gadījumā aizpilda visu primārās sagataves tilpumu. Šī metode ir laba, jo modelis nav jāizņem no kolbas. Turklāt ir iespējams iegūt vienkārši perfektas kvalitātes detaļas, šis liešanas processmetālus ir salīdzinoši viegli automatizēt.

Apvalka liešana

Ja liešana ir salīdzinoši vienkārša un nav nepieciešama "telpiskā" izturība no gatavā produkta, var izmantot liešanas metodi čaumalu veidnēs. Tie ir izgatavoti kopš neatminamiem laikiem, un par pamatu tiek izmantotas smalkas kvarca smiltis un sveķi. Mūsdienās, protams, kā pēdējie tiek izmantoti dažādi sintētiskie savienojumi.

Pēc tam tiek ņemti saliekami metāla modeļi, kas sastāv no divām pusēm un novietoti uz virsmas, kas uzkarsēta līdz aptuveni 300 grādiem pēc Celsija. Pēc tam formēšanas maisījumu (no smiltīm un sausiem sveķiem) ielej tajā pašā vietā, lai tas pilnībā pārklātu metāla modeļu virsmu. Karstuma ietekmē sveķi izkūst, un smilšu biezumā parādās diezgan spēcīga “kolba”.

Tiklīdz tas viss nedaudz atdziest, var izņemt metāla lietņus, un smiltis nosūtīt uz cepeškrāsni “grauzdēšanai”. Pēc tam tiek iegūtas pietiekami izturīgas formas: savienojot to abas puses, tajās var ieliet izkausētu metālu. Kādas citas metāla liešanas metodes pastāv?

Centrbēdzes liešana

Šajā gadījumā kausējums tiek ielejams īpašā formā, kas griežas ļoti lielā ātrumā horizontālā vai vertikālā projekcijā. Spēcīgu, vienādi pieliktu centrbēdzes spēku darbības rezultātā metāls vienmērīgi ieplūst visās veidnes spraugās, tādējādi panākot augstu gatavā produkta kvalitāti. Šī liešanas metode ir ideāli piemērota dažāda veida cauruļu ražošanai. Tas ļauj veidot daudz vienmērīgāku biezumusienas, ko ir ārkārtīgi grūti sasniegt, izmantojot "statiskās" metodes.

Elektroizdedžu liešana

Vai ir kādi metālu liešanas veidi, kurus var pamatoti saukt par moderniem? Elektrosārņu liešana. Šajā gadījumā šķidro metālu vispirms iegūst, iedarbojoties uz iepriekš sagatavoto izejvielu ar jaudīgām elektriskā loka izlādēm. Var izmantot arī bezloka metodi, kad dzelzi izkausē no izdedžu uzkrātā siltuma. Bet pēdējo ietekmē spēcīgas izlādes.

Pēc tam šķidrais metāls, kas visa procesa laikā nekad nav nonācis saskarē ar gaisu, nonāk kristalizācijas kamerā, kas "kombinācijā" ir arī liešanas veidne. Šo metodi izmanto salīdzinoši vienkāršiem un masīviem lējumiem, kuru izgatavošanai nav jāievēro daudzi nosacījumi.

Vakuuma pildīšana

Attiecas tikai uz "augstākās klases" materiāliem, piemēram, zeltu, titānu, nerūsējošo tēraudu. Šajā gadījumā metāls tiek izkausēts vakuuma apstākļos un pēc tam ātri (tādos pašos apstākļos) tiek sadalīts veidnēs. Metode ir laba ar to, ka, to lietojot, produktā praktiski tiek izslēgta gaisa dobumu un dobumu veidošanās, jo tajā esošo gāzu daudzums ir minimāls. Ir svarīgi atcerēties, ka lējumu svars šajā gadījumā nedrīkst pārsniegt simts vai divus kilogramus.

Vai ir iespējams dabūt lielākas daļas?

Jā, šāda tehnoloģija pastāv. Bet to var izmantot tikai gadījumos, kad vienlaikus tiek apstrādāts simts tonnu tērauda.un vēl. Vispirms metāls tiek izkausēts vakuuma apstākļos, un pēc tam to lej nevis veidnēs, bet speciālos formēšanas kausos, kas arī ir pasargāti no gaisa iekļūšanas to dobumā.

Pēc tam gatavo kausējumu var sadalīt veidnēs, no kurām arī iepriekš ar sūkni tika izsūknēts gaiss. Šāda tehnoloģiskā procesa rezultātā iegūtais tērauds ir diezgan dārgs. To izmanto kalšanai, kā arī dažiem viena un tā paša lējuma veidiem, kad nepieciešams iegūt augstākās kvalitātes sagataves un detaļas.

Gazificētu (izdegušo) rakstu liešana

Lējuma kvalitātes un vienkāršības ziņā šī metode ir viena no ienesīgākajām, tāpēc to arvien plašāk izmanto mūsdienu rūpniecībā. Šāda metāla liešana, kuras ražošana gadu no gada pieaug, ir īpaši populāra ĶTR un ASV, jo šo abu valstu industriālās bāzes izceļas ar vislielāko vajadzību pēc augstas kvalitātes tērauda. Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tā ļauj izgatavot lējumus bez svara un izmēra ierobežojumiem.

Šī metode daudzējādā ziņā ir līdzīga iepriekš aprakstītajām: piemēram, šajā gadījumā primārais modelis tiek izmantots nevis no vaska vai plastilīna, bet gan no tagad plaši izplatītajām putām. Tā kā šim materiālam ir sava specifika, saistvielu smilšu maisījums tiek iepildīts kolbā ar spiedienu aptuveni 50 kPa. Visbiežāk šī metode tiek praktizēta gadījumos, kad nepieciešams izgatavot detaļas, kuru svars ir no 100 gramiem līdz divām tonnām.

Tomēr mēs jau teicām, ka daži stingri ierobežojumiizmēra informācija Nr. Tātad, izmantojot šo liešanas metodi, var izgatavot pat kuģu dzinēju detaļas, kas nekad nav bijušas “pieticīgas”. Uz katru metāla izejvielu tonnu tiek patērēts šāds papildu materiālu daudzums:

• Smilšu kvarca smalks - 50 kg.
• Īpašs nepiedegošais pārklājums - 25 kg.
• Granulēts putupolistirols - 6 kg.
• Blīvā polietilēna plēve - 10 kv. m.

Visas formēšanas smiltis ir tīras kvarca smiltis bez jebkādām papildu piedevām un piedevām. Tas var būt apmēram 95–97% atkārtoti lietojams, kas ievērojami uzlabo ekonomiju un samazina procesa izmaksas.

Tādējādi metāla liešana (procesa fiziku mēs daļēji aplūkojām) ir “daudzpusīga” parādība, jo mūsdienās ir daudz jaunu metožu. Tajā pašā laikā mūsdienu rūpniecība pielieto metodes, kuras tika izmantotas pirms vairākiem tūkstošiem gadu, nedaudz pielāgojot tās mūsdienu realitātei.