Производство по технологии «Near-Net-Shape»: сокращение отходов, экономия времени и затрат

Как технология «Near-Net-Shape» экономит время и деньги?

Металлические изделия создаются путём литья, ковки или механической обработки, что часто приводит к образованию отходов. Производство по технологии «Near-Net-Shape» (близкое к готовому размеру) направлено на изготовление детали максимально приближенной к конечной форме, что снижает количество отходов, экономит время и деньги, а также уменьшает воздействие на среду за счет снижения энергозатрат и потребления ресурсов.

Что такое производство по технологии «Near-Net-Shape»?

Технология «Near-Net-Shape» — это практика планирования производственного процесса для изготовления объекта максимально близкого к его конечной форме, что сокращает время, необходимое для производства готовой детали.

Что такое литьё?

Литьё обычно является первым этапом производства по технологии «Near-Net-Shape». При литьё расплавленный металл вливается в предварительно подготовленные формы для получения заготовки, близкой к конечному изделию. Большинство литейных цехов используют литьё в песок для создания металлических отливок. При литьё в песок для формовки горячего металла используются песчаные формы. Этот метод впервые применялся около 1300 г. н.э. в эпоху شانской династии — самой ранней правящей династии Китая.

Литьё в оболочки (инвестиционное литьё, или литьё по выплавиваемым моделям) образует меньше отходов, чем литьё в песок, и даёт заготовки, более близкие к конечной форме. Инвестиционное литьё возникло 6000 лет назад и исторически использовалось для создания сложных скульптур и ювелирных изделий. Хотя оно обеспечивает большую точность, чем литьё в песок, этот процесс более сложный и трудоёмкий, что может увеличить общую стоимость производства в зависимости от проекта.

Что такое усадка литья?

Принцип, изучаемый в школьном курсе физики — «при нагревании расширение, при охлаждении сжатие» — применим и к металлургии. Металл расширяется при нагревании и усаживается при охлаждении, процесс известный как термическое расширение.

Последствия термического расширения при литьё могут приводить к дефектам, таким как усадочные пустоты. Литейные цехи используют risalеры (ризеризаторы) — резервуары с дополнительным расплавленным металлом, встроенные в литейную форму — для уменьшения усадки и предотвращения образования пустот внутри остывающей отливки. Изолирующие материалы, так называемые «горячие накладки», помогают держать risalер горячим, пока металл в форме затвердевает. Рисалеры необходимо удалить из готового изделия, что создаёт металлолом.

Допуски на усадку

Разные металлы реагируют на термическое расширение по-разному в зависимости от своего состава, но усадка также зависит от конструкции отливки. Ниже приведены типичные допуски на усадку (в %) при литьё:

Выбор металла, следовательно, влияет на достижимую близость к конечной форме отливки.

Что такое механическая обработка?

Механическая обработка — это процесс резанья, шлифования, сверления, расточки или точения металлического изделия для придания ему конечной формы. Как скульптор работает с камнем или столяр с деревом, механическая обработка формирует металл путём удаления лишнего материала. Производство «Near-Net-Shape» обычно начинается с литья, так как механическая обработка заготовки с нуля создала бы слишком много отходов. Механическая обработка является важным финишным этапом, обеспечивающим гладкость, точность формы и готовность изделия к эксплуатации. Цель технологии «Near-Net-Shape» — минимизировать объём механической обработки.

Что такое ковка?

Ковка формирует металл с помощью компрессионного давления: молотьбой, прессованием или прокаткой. Существуют методы горячей и холодной ковки. Классический пример — кузнец, выбивающий молотом горячее подкову на наковальне. Сегодня ковка в основном выполняется промышленными прессами гигантских размеров. Промышленная ковка требует последующей механической обработки, но разрабатываются станки, способные выдавать детали, близкие к готовому виду, сокращая или исключая этап обработки. Методы ковки включают молоточную, прокатную, прессовую, в открытые и закрытые матрицы, а также точную ковку. Сварочное трение — ещё один метод, использующий тепло, возникающее от движения и силы, для получения кованых соединений.

Что такое 3D-печать?

3D-печать — многообещающая новая технология «Near-Net-Shape». Промышленная 3D-печать называется аддитивным производством (или аддитивным слоевым производством). Аддитивное производство использует компьютер для управления послойным наложением материала, что позволяет точно изготовить заранее спроектированный объект с минимальными отходами. Материал наносится слой за слоем для производства детализированных компонентов. Аддитивное производство достаточно гибко для создания индивидуальных деталей, например, персонализированных элементов слуховых аппаратов или обуви. Оно играет всё большую роль в создании кастомных и компонентных деталей для транспорта, авиакосмической и энергетической отраслей.

Связанные статьи:

• 3D-печать
• Что такое литьё в песок?
• Что такое литейная модель?
• Жизнь отливки: экскурсия по литейному цеху