Процессы литья металлов: Комплексный обзор

Изготовление изделий путем заливки расплавленного металла в пустое формованное пространство известно как литье металлов. Металл затем твердеет и остывает в форме, которую предоставила эта формованная форма.

Если изделие нужно обработать из цельного куска металла, литье часто является менее затратным вариантом. Существует множество методов литья металлов. Использование металлов, длина серии и сложность литья влияют на то, какой метод литья наиболее эффективен.

Спрос на сложные и высококачественные продукты вырос в ногу с ростом промышленных потребностей и приложений. К счастью, существует много методов литья, которые могут создавать сложные и точные продукты для различных применений и требований заказчиков.

Понимание преимуществ и недостатков различных методов литья поможет вам выбрать лучший процесс для ваших производственных нужд. Именно поэтому в этой статье я буду обсуждать различные типы процессов литья вместе с их преимуществами и недостатками.

Начнем!

Узнайте о том, как производится сталь, в этом подробном руководстве!

Типы процессов литья

Ниже приведены распространенные типы процессов литья, доступные в современном промышленном мире:

• Песчаное литье
• Центробежное литье
• Литье с потеряной пеной (Lost-Foam Casting)
• Гравитационное литье в кокиль (Gravity Die Casting)
• Литье под давлением (Pressure Die Casting)
• Инвестиционное литье (Investment Casting)
• Гипсовое литье (Plaster Casting)
• Вакуумное литье (Vacuum Casting)
• Прессовое литье (Squeezing Casting)
• Непрерывное литье (Continuous Casting)

Песчаное литье

Любой металлический сплав, ферристый или нет, можно отлить с помощью гибкого метода литья, известного как песчаное литье. Оно часто используется в промышленных условиях для массового производства компонентов для автомобилей из металлического литья, таких как блоки цилиндров, головки блоков, коленчатые валы и т.д.

Искусственная или естественно-связанная песковая форма используется в процессе для создания плоской поверхности формы. Коп (верхняя половина) и драг (нижняя половина) — два компонента поверхности формы.

Расплавленный металл заливается в форму через ливневую чашу, где ему позволяют затвердеть и принять окончательную форму. Наконец, излишки металла удаляются, чтобы готовую литую деталь можно было довести до ума.

Преимущества

Ниже приведены преимущества процесса песчаного литья:

• Стоимость производства довольно низка, особенно для малого серийного производства
• Фабрикация крупных компонентов
• Литье как ферристых, так и неферристых сплавов
• Способность к переработке
• Обработка металлов с высокой температурой плавления, таких как титан и сталь

Недостатки

Ниже приведены недостатки процесса песчаного литья:

• Нижний уровень точности по сравнению с альтернативными техниками
• Эта стратегия сложна в применении к продуктам с установленными размерными и весовыми спецификациями.
• Продукты, произведенные этим методом, имеют шершавую поверхность.

Узнайте об олове в этом подробном руководстве!

Гравитационное литье в кокиль

Гравитационное литье в кокиль, обычно называемое литье в постоянных формах, производит металлы и металлические сплавы с использованием многоразовых форм, состоящих из металла, такого как сталь, графит и т.д.

Этот вид литья металлов можно использовать для создания многих различных изделий, включая колеса, поршни двигателей, фитинги труб, коробки передач и шестерни.

В этом методе расплавленный металл напрямую заливается в полость формы, притягиваемой вниз гравитацией. Форму можно наклонить для управления заполнением для большего покрытия.

Изделия создаются путем позволения расплавленному металлу остыть и затвердеть внутри формы. В результате этот метод увеличивает распространенность литейных материалов, таких как конкретные бронзы, чугун и сплавы свинца, цинка, алюминия и магния.

В отличие от обычных процедур литья под давлением, эти типы методов литья заполняют форму снизу вверх. Однако по сравнению с песчаным литьем, метод имеет более высокую скорость литья. Но из-за использования дорогих металлических форм цена значительно выше.

Преимущества

Ниже приведены преимущества гравитационного литья в кокиль:

• Благодаря быстрому затверделению оно производит изделия с отличным качеством поверхности.
• Продукты, изготовленные литьем, высокоточны и с тесными допусками.
• Многоразовые формы повышают производительность и сокращают производственные затраты за счет экономии времени.
• Изделия имеют улучшенные механические свойства.
• Производство тонкостенных изделий

Недостатки

Ниже приведены недостатки гравитационного литья в кокиль:

• Иногда изделие получает вмятину от механизма выброса, используемого для удаления литья из формы.
• Затраты на производство форм выше.
• Литье сложных объектов затруднено.

Узнайте об испарительном модельном литье (EPC) в этом подробном руководстве!

Литье под давлением

В зависимости от давления есть две различные формы литья под давлением. Именно высокодавленное и низкодавленное литье под давлением.

Для массового производства сложных геометрий, требующих тонкой точности, высокодавленное литье под давлением более распространено. В отличие от этого, низкодавленное литье под давлением — лучший метод литья для производства крупных и простых деталей.

Эти типы литья металлов включают высокодавленное впрыскивание неметаллов и сплавов, включая цинк, олово, медь и алюминий, в многоразовую форму, покрытую смазкой.

Чтобы предотвратить затвердевание металла, высокое давление поддерживается во время процесса быстрого впрыскивания. После завершения процесса литье извлекается и доводится до ума для устранения любого ненужного материала.

Когда речь идет о заполнении формы, литье под давлением отличается от гравитационного литья в кокиль. В то время как высокое давление впрыскивания расплавленного металла в металлическую форму используется в литье под давлением. Необходимый продукт затем изготавливается путем быстрого затвердевания расплавленного металла.

Преимущества

Ниже приведены преимущества литья под давлением:

• Высокая размерная точность и допуски
• Высокая производительность и отличное качество продукта
• Требуется меньше послелитейных механических операций
• Расплавленный металл остывает быстрее для повышения скоростей производства
• Процесс может продолжаться длительное время без замены формы.

Недостатки

Ниже приведены ограничения литья под давлением:

• Высокая стоимость используемых инструментов
• Разрешены только неметаллы
• Полная установка требует больших денежных вложений.
• Оно не используется для структурных деталей, так как трудно гарантировать, что продукты имеют желаемые механические свойства.

Узнайте о разнице между литьем и ковкой в этом подробном руководстве!

Инвестиционное литье

Для создания разовой керамической формы для инвестиционного литья, иногда называемого литьем по выплавляемым моделям, восковая модель покрывается огнеупорным материалом и связующим агентом. Расплавленный металл затем заливается в форму для создания металлических литьев.

Инвестиционные типы литья — дорогие и трудоемкие процессы, которые можно использовать для создания продуктов металлического литья, таких как шестерни, велосипедные стволы, мотоциклетные диски и запасные части для набрасывающего оборудования в больших количествах или в сложных литьях.

Преимущества

Ниже приведены преимущества инвестиционного литья:

• Может создавать компоненты с тонкими стенками, большей сложностью и отличным качеством поверхности.
• Минимизирует потребность в послелитейной механической обработке
• Может лить труднорасплавляемые сплавы, такие как нержавеющая сталь, тонкая сталь и т.д.
• Оболочечная форма разделяется, позволяя литьям с углами 90 градусов.
• Высокая размерная точность изделий
• Допуск формы на усадку

Недостатки

Ниже приведены ограничения инвестиционного литья:

• Дорого в использовании
• Длительный производственный цикл
• Более высокие затраты на изготовление форм
• Восковые модели для каждого цикла литья должны быть сделаны с новой формой.

Узнайте о модульном строительстве в этом подробном руководстве!

Гипсовое литье

За исключением того, что форма состоит из вещества, известного как «Гипс парижский», процесс гипсового литья аналогичен песчаному литью.

Гипс охлаждает металл медленнее песка из-за своей ограниченной теплопроводности и теплоемкости, что помогает достичь высокой точности, особенно для деталей с тонкими поперечными сечениями. Однако оно не может использоваться с высокотемпературными ферристыми материалами.

В частности, процесс литья в гипсовых формах можно использовать для создания мелких литьев весом 30 грамм и крупных литьев весом 45 килограмм.

Преимущества

Ниже приведены преимущества гипсового литья:

• Готовая поверхность гладкая
• Способность лить сложные структуры с тонкими стенками с большей размерной точностью, чем песчаное литье

Недостатки

Ниже приведены недостатки гипсового литья:

• Меньше применений для медных и алюминиевых сплавов
• Может потребоваться частое пополнение гипсового формовочного материала.
• Вещество, менее стабильное, чем песок, и может повлиять на весь процесс
• Увеличенное время охлаждения, влияющее на скорости производства
• Несовместимо с легковоспламеняющимися материалами
• Процесс обычно дороже большинства литейных операций.

Узнайте о водопропускных трубах в этом подробном руководстве!

Центробежное литье

Рото литье, обычно называемое центробежным литьем, — метод промышленного производства цилиндрических деталей с использованием центробежных сил. В этом виде литья металлов расплавленный металл заливается в горячую вращающуюся форму.

Высокое давление расплавленного металла распределяется по форме с помощью центробежных сил.

Существует три типа центробежного литья: вертикальное центробежное литье, полуцентробежное литье и настоящее центробежное литье. В отличие от настоящего центробежного литья, полуцентробежное литье использует впускной канал для полного заполнения формы.

Однако из-за постоянного вращения, используемого в настоящем центробежном литье, расплавленный металл прикрепляется к сторонам. С другой стороны, вертикальное центробежное литье включает направленное формование и ту же процедуру, что и настоящее центробежное литье, как следует из названия.

Обычно вращательные геометрии, как цилиндры, производятся через центробежное литье. Особенно компоненты, такие как цилиндрические втулки, поршневые кольца, фрикционные диски, втулки подшипников и т.д.

Кроме того, заливка металла в центр формы помогает минимизировать дефекты, такие как газовые поры, усадка и газовые карманы. Однако оно не подходит для всех металлических сплавов.

Преимущества

Ниже приведены преимущества центробежного литья:

• Улучшение выхода процесса и сокращение отходов
• Высокоплотное и практически бездефектное литье
• Создание композитных металлических литьев бочки и втулки легко с этим методом.
• Нет необходимости в впускных каналах и ризерах.

Недостатки

Ниже приведены недостатки центробежного литья:

• Стоимость центробежного литья существенна.
• Требование квалифицированного персонала
• Производство конкретных форм

Узнайте о латуни в этом подробном руководстве!

Литье с потеряной пеной

Разница между инвестиционным литьем и литьем с потеряной пеной в том, что первое использует воск для модели, в то время как второе использует пену.

После создания модели керамика огнеупорная покрывается путем погружения, покрытия, распыления или кистевания. Готовый продукт затем создается путем заливки расплавленного металла в форму.

Эти типы литья можно применять к различным материалам, включая ферристые сплавы, литой чугун, углеродистую сталь и легированную сталь. Процесс литья с потеряной пеной особенно используется для производства изделий, таких как корпуса насосов, пожарные гидранты, клапаны и фитинги.

Высокая производственная точность и точность — всего лишь пара преимуществ литья с потеряной пеной. Однако этот метод имеет несколько недостатков, делающих его непригодным для малосерийных приложений.

Преимущества:

Ниже приведены преимущества литья с потеряной пеной:

• Качественное литье
• Гибкость дизайна
• Отличное производство
• Экономично для крупномасштабного производства

Недостатки

Ниже приведены ограничения литья с потеряной пеной:

• Высокая стоимость модели для малых объемов производства
• Низкая прочность приводит к деформации или повреждению модели, что удлиняет производственные процедуры и сроки поставки.

Узнайте о дефектах литья в этом подробном руководстве!

Вакуумное литье

Производство вакуумного литья, как следует из названия, происходит под вакуумным давлением 100 бар или менее для удаления газа из полости формы.

В этих типах процессов литья пузыри и воздушные карманы удаляются путем заливки расплавленного металла в полость формы внутри вакуумной камеры.

Полость формы эвакуируется под вакуумом, чтобы предотвратить попадание газов туда во время процесса впрыскивания металла. Металл затем извлекается из формы после отверждения в нагревательной камере.

Многие отрасли, включая автомобилестроение, авиакосмическую, электронику, судостроение и телекоммуникации, используют метод вакуумного литья под давлением.

В результате структурные компоненты шасси и элементы кузова автомобиля — некоторые компоненты, производимые этой производственной техникой.

Преимущества

Ниже приведены преимущества вакуумного литья:

• Механические характеристики, качество поверхности и пористость литья под давлением должны быть улучшены.
• Производство тонкостенных изделий
• Можно термически обрабатывать изделия и сваривать их.
• Идеально для мелкосерийного производства
• Нет необходимости в дорогостоящей твердой инструментальной отделке.
• Ранние стадии уменьшают воздушные карманы и пузыри

Недостатки

Ниже приведены недостатки вакуумного литья:

• Высокая стоимость инструментов
• У формы процесса ограниченный срок службы.
• Возможности полостей

Узнайте о крепежных изделиях в этом подробном руководстве!

Прессовое литье (Squeezing Casting)

Прессовое литье, также известное как жидкая ковка, — гибридный метод формовки металла, объединяющий ковку в кокиль с литьем в постоянные формы в одной стадии.

В этой процедуре заранее определенный объем расплавленного металлического сплава закачивается в форму и формируется под давлением. Металлический компонент затем нагревается до точки плавления и удаляется из формы.

Прессовое литье, в частности, — возможный метод литья для компонентов, критичных к безопасности, в автомобильных системах. Например, рамы шасси, кронштейны, узлы, соединения космических рам, алюминиевые передние рулевые кулаки и т.д.

Преимущества процессов литья и ковки объединены в этом виде литья металлов. Например, интенсивное давление, используемое во время затвердевания, помогает предотвратить пористость и усадку.

Однако оно менее распространено, чем другие методы литья для массового производства, из-за уникальных потребностей в инструментах.

Преимущества

Ниже приведены преимущества прессового литья:

• Устраняет внутренние дефекты, включая поры, отверстия от усадки и пористость от усадки
• Минимальное шероховатие поверхности
• Может предотвратить трещины литья.
• Высокопрочные элементы
• Нет материальных отходов

Недостатки

Ниже приведены ограничения прессового литья:

• Меньше вариантов дизайна формы деталей
• Сниженная производительность
• Повышенные потребности в механической обработке
• Требует точного контроля, что замедляет процесс в целом

Узнайте о чугуне в этом подробном руководстве!

Непрерывное литье

Оно обеспечивает последовательное массовое производство металлических профилей с фиксированным поперечным сечением, как следует из названия. В производстве стальных прутков этот вид литья часто используется.

Кроме того, полунепрерывные литые продукты, такие как блокулы, слитки, прутки и т.д., производятся вертикальным литьем.

Поверхность твердого металла может сформироваться на жидком металле в центре формы за счет тщательного контроля скорости, с которой расплавленный металл впрыскивается в открытую, водоохлаждаемую форму.

Поэтому затвердевание металла происходит снаружи внутрь. После завершения этой процедуры металлические струны могут постоянно извлекаться из формы.

Механические ножницы или движущиеся оксиацетиленовые горелки могут использоваться для отрезки продуктов на заданные длины. Непрерывное литье обычно приводит к однородным, надежным и плотным продуктам.

Преимущества

Ниже приведены преимущества непрерывного литья:

• Литье продукции в широком диапазоне размеров, от тонких полос до более крупных плит и блокулов.
• Меньшие расходы в результате текущего производства
• Сокращение материальных отходов

Недостатки

Ниже приведены ограничения непрерывного литья:

• Формы должны постоянно охлаждаться; иначе произойдет центральная усадка по оси.
• Литье только простых форм с фиксированным поперечным сечением
• Огромное количество площади и значительные первоначальные инвестиции

Узнайте о четырех распространенных типах литья металлов в этом подробном руководстве!

Заключение

В заключение, литье — универсальная и фундаментальная производственная техника, необходимая для создания широкого спектра товаров в различных отраслях.

Многочисленные процессы литья, такие как песчаное литье, инвестиционное литье, литье под давлением и другие, каждое имеет уникальные преимущества, и лучший из них выбирается на основе количества и сложности производимого продукта, количества необходимого сырья и других соображений.

Инвестиционное литье превосходно подходит для создания детализированных и высокоточных компонентов, в то время как песчаное литье — экономичный метод производства крупных, сложных деталей из различных материалов.

Литье под давлением, часто используемое в автомобильной и электронной отраслях, идеально для массового производства деталей с постоянным качеством и размерной точностью. Центробежное литье и литье в постоянных формах предлагают уникальные решения для конкретных приложений.

Выбор процесса литья зависит от конкретных требований проекта. У каждого метода литья свой набор преимуществ и ограничений.

В конечном счете, разнообразие методов литья позволяет производителям эффективно производить компоненты и товары в различных размерах, формах и материалах, способствуя разнообразию и инновациям, обнаруженным во всем мире.

Методы литья, вероятно, будут меняться по мере развития технологий и материалов, открывая новые возможности для производства в будущем.

Узнайте об инвестиционном литье в этом подробном руководстве!

Часто задаваемые вопросы

Каковы различные типы приведения типов (type casting)?

В программировании приведение типов — это процесс изменения переменной или значения из одного типа данных в другой. Это критично для обеспечения интерпретации данных в программном обеспечении, поскольку каждый тип данных имеет уникальные черты и поведения, диктующие, как он должен использоваться.

Как работает процесс литья?

Расплавленный металл заливается в форму в ходе специального производственного процесса литья, где он остывает и затвердевает в требуемую форму. Способность этого метода производить сложные дизайн и сложные формы по сравнительно низкой стоимости отличает его от других производственных техник.

Что такое пример литья?

Литье — универсальный производственный процесс, создающий широкий спектр продуктов для различных отраслей. Вот некоторые примеры продуктов литья: Гидранты, используемые для систем водоснабжения. Пожарное оборудование, такое как: пожарные гидранты, муфты и фитинги

Каковы две основные категории процедур литья?

Расходные и нерасходные литья — две основные подкатегории современного процесса литья. Материал формы — такой как металл или песок — и техника заливки — такая как гравитация, вакуум или низкое давление — дальше делят его.

Откуда название «литье»?

Все это имеет одно и то же фундаментальное значение — бросание. Вы бросаете леску, тень и т.д. Термин «бросание» был заменен синонимом «литье» для заливки металла в форму. Позже термин приобрел более широкое значение формирования, как нанесение гипса на сломанную конечность.

Узнайте о цинке в этом подробном руководстве!