Proces odlewania i kucia
W obróbce metali odlewanie to proces, podczas którego ciekły metal jest wprowadzany do formy (zwykle za pomocą tygla), która zawiera negatyw (tj. trójwymiarowy obraz negatywowy) zamierzonego kształtu.Metal wlewa się do formy przez wydrążony kanał zwany wlewem.Następnie metal i forma są chłodzone, a część metalowa (odlew) jest ekstrahowana.Odlewanie najczęściej wykorzystuje się do wykonywania skomplikowanych kształtów, których wykonanie innymi metodami byłoby trudne lub nieekonomiczne.
Procesy odlewania są znane od tysięcy lat i są szeroko stosowane w rzeźbie (zwłaszcza w brązie), biżuterii z metali szlachetnych oraz broni i narzędziach.Zaawansowane technicznie odlewy znajdują się w 90 procentach dóbr trwałego użytku, w tym samochodów, ciężarówek, przemysłu lotniczego, pociągów, sprzętu górniczego i budowlanego, szybów naftowych, urządzeń, rur, hydrantów, turbin wiatrowych, elektrowni jądrowych, wyrobów medycznych, produktów obronnych, zabawek i więcej.
Tradycyjne techniki obejmują odlewanie w traconym wosku (które można dalej podzielić na odlewanie odśrodkowe i odlewanie metodą bezpośredniego zalewania wspomaganego próżniowo), odlewanie w formie gipsowej i odlewanie w piasku.
Nowoczesny proces odlewania dzieli się na dwie główne kategorie: odlewanie jednorazowe i niezużyciowe.Jest on dalej dzielony według materiału formy, takiego jak piasek lub metal, oraz metody zalewania, takiej jak grawitacja, próżnia lub niskie ciśnienie.
Kucie to proces produkcyjny polegający na kształtowaniu metalu za pomocą zlokalizowanych sił ściskających.Uderzenia zadawane są za pomocą młotka (często młota mechanicznego) lub matrycy.Kucie często dzieli się w zależności od temperatury, w jakiej jest wykonywane: kucie na zimno (rodzaj obróbki na zimno), kucie na ciepło lub kucie na gorąco (rodzaj obróbki na gorąco).W przypadku dwóch ostatnich metal jest podgrzewany, zwykle w kuźni.Części kute mogą ważyć od mniej niż kilograma do setek ton metrycznych. Kuciem zajmują się kowale od tysiącleci;tradycyjnymi produktami były przybory kuchenne, wyroby metalowe, narzędzia ręczne, broń ostra, talerze i biżuteria.Od czasu rewolucji przemysłowej części kute są szeroko stosowane w mechanizmach i maszynach wszędzie tam, gdzie element wymaga dużej wytrzymałości;takie odkuwki zwykle wymagają dalszej obróbki (takiej jak obróbka skrawaniem), aby uzyskać prawie gotową część.Obecnie kucie jest głównym przemysłem światowym
Odlewy jednorazowe to ogólna klasyfikacja obejmująca wypraski piaskowe, plastikowe, łupinowe, gipsowe i osłaniające (technika traconego wosku).Ta metoda odlewania form polega na użyciu form tymczasowych, jednorazowych.
Odlewanie piasku
Odlewanie piaskowe to jeden z najpopularniejszych i najprostszych rodzajów odlewów, stosowany od wieków.Odlewanie piaskowe pozwala na mniejsze partie niż odlewanie w formach stałych i przy bardzo rozsądnych kosztach.Ta metoda nie tylko pozwala producentom wytwarzać produkty po niskich kosztach, ale odlewanie w piasku ma inne zalety, takie jak operacje na bardzo małych rozmiarach.Proces ten pozwala na odlewy od małych rozmiarów mieszczących się w dłoni do tych dużych, które mieszczą tylko wagony kolejowe (z jednego odlewu można wykonać całe łóżko dla jednego wagonu).Odlewanie piaskowe umożliwia również odlewanie większości metali, w zależności od rodzaju piasku użytego do form.
Odlewanie piaskowe wymaga czasu realizacji wynoszącego kilka dni, a czasem nawet tygodni, w przypadku produkcji z dużą wydajnością (1–20 sztuk/godz. formy) i nie ma sobie równych w przypadku produkcji dużych części.Zielony (wilgotny) piasek, który jest koloru czarnego, prawie nie ma limitu masy części, podczas gdy piasek suchy ma praktyczny limit masy części wynoszący 2300–2700 kg (5100–6000 funtów).Minimalna masa części waha się od 0,075–0,1 kg (0,17–0,22 funta).Piasek wiąże się za pomocą glinek, spoiw chemicznych lub olejów polimeryzowanych (takich jak olej silnikowy).W większości operacji piasek można wielokrotnie poddawać recyklingowi i wymaga niewielkiej konserwacji.
Formowanie gliny
Formowanie gliny było wykorzystywane do produkcji dużych symetrycznych obiektów, takich jak armaty i dzwony kościelne.Ił to mieszanina gliny i piasku ze słomą lub obornikiem.Model wyprodukowanego modelu wykonany jest z kruchego materiału (koszulka).Wokół tej koszulki tworzy się pleśń, pokrywając ją gliną.Następnie jest on pieczony (wypalany) i wyjmowany.Następnie formę ustawia się pionowo w zagłębieniu przed piecem w celu wylania metalu.Następnie forma zostaje odłamana.Formy można zatem wykorzystać tylko raz, dlatego w większości celów preferowane są inne metody.
Odlew w formie gipsowej
Odlewanie gipsu jest podobne do odlewania w piasku, z tą różnicą, że zamiast piasku jako materiału na formy stosuje się gips.Ogólnie rzecz biorąc, przygotowanie formularza zajmuje mniej niż tydzień, po czym osiąga się tempo produkcji 1–10 jednostek na godzinę formy, przy elementach o masie od 45 kg (99 funtów) i tak małych jak 30 g (1 uncja) z bardzo dobrym wykończeniem powierzchni i wąskimi tolerancjami.[5]Odlewanie gipsu jest niedrogą alternatywą dla innych procesów formowania skomplikowanych części ze względu na niski koszt gipsu i jego zdolność do wytwarzania odlewów o kształcie zbliżonym do netto.Największą wadą jest to, że można go stosować tylko z materiałami nieżelaznymi o niskiej temperaturze topnienia, takimi jak aluminium, miedź, magnez i cynk.
Formowanie skorupy
Formowanie skorupowe jest podobne do odlewania w piasku, ale wnękę formierską tworzy utwardzona „skorupa” piasku zamiast kolby wypełnionej piaskiem.Zastosowany piasek jest drobniejszy niż piasek do odlewania i jest zmieszany z żywicą, dzięki czemu może zostać podgrzany przez wzór i utwardzony w skorupę wokół wzoru.Dzięki żywicy i drobniejszemu piaskowi daje znacznie lepsze wykończenie powierzchni.Proces jest łatwo zautomatyzowany i bardziej precyzyjny niż odlewanie w piasku.Typowe metale, które są odlewane, obejmują żeliwo, aluminium, magnez i stopy miedzi.Ten proces jest idealny w przypadku skomplikowanych przedmiotów o małych i średnich rozmiarach.
Casting inwestycyjny
Odlewanie metodą traconego wosku (znane w sztuce jako odlewanie w wosku traconym) to proces praktykowany od tysięcy lat, przy czym proces w wosku traconym jest jedną z najstarszych znanych technik formowania metalu.Od 5000 lat temu, kiedy wzór tworzył wosk pszczeli, po dzisiejsze zaawansowane technologicznie woski, materiały ogniotrwałe i specjalistyczne stopy, odlewy zapewniają produkcję wysokiej jakości komponentów z kluczowymi zaletami, takimi jak dokładność, powtarzalność, wszechstronność i integralność.
Odlewanie metodą traconą wywodzi swoją nazwę od faktu, że wzór jest pokryty lub otoczony materiałem ogniotrwałym.Wzory woskowe wymagają szczególnej ostrożności, ponieważ nie są wystarczająco mocne, aby wytrzymać siły występujące podczas wykonywania form.Jedną z zalet odlewania metodą traconego wosku jest to, że wosk można ponownie wykorzystać.
Proces nadaje się do powtarzalnej produkcji elementów o kształcie netto z różnych metali i stopów o wysokiej wydajności.Chociaż proces ten jest powszechnie stosowany do małych odlewów, stosowany jest do produkcji kompletnych ram drzwi samolotów, z odlewami stalowymi o masie do 300 kg i odlewami aluminiowymi o masie do 30 kg.W porównaniu z innymi procesami odlewania, takimi jak odlewanie ciśnieniowe lub odlewanie w formach piaskowych, może to być proces kosztowny.Jednakże komponenty, które można wyprodukować za pomocą odlewu metodą traconą, mogą mieć skomplikowane kontury i w większości przypadków komponenty są odlewane w kształcie zbliżonym do kształtu netto, więc po odlaniu wymagają niewielkich lub żadnych przeróbek.
Kucie może wytworzyć element, który jest mocniejszy niż równoważna część odlewana lub obrabiana.Gdy metal jest kształtowany podczas procesu kucia, jego wewnętrzna struktura ziaren odkształca się, dopasowując się do ogólnego kształtu części.W rezultacie zmienność tekstury jest ciągła w całej części, dając element o ulepszonych właściwościach wytrzymałościowych. Ponadto odkuwki mogą osiągnąć niższy koszt całkowity niż odlewanie lub produkcja.Biorąc pod uwagę wszystkie koszty ponoszone w cyklu życia produktu, od zamówienia, przez czas realizacji do przeróbki, a także koszty złomu, przestoje i inne względy jakościowe, długoterminowe korzyści z odkuwek mogą przewyższać krótkoterminowe oszczędności. jakie mogą zaoferować odlewy lub wyroby.
Niektóre metale można kuć na zimno, ale żelazo i stal prawie zawsze są kute na gorąco.Kucie na gorąco zapobiega umocnieniu przez zgniot, które wynikałoby z formowania na zimno, co zwiększałoby trudność wykonywania wtórnych operacji obróbki przedmiotu.Ponadto, chociaż w pewnych okolicznościach utwardzanie przez zgniot może być pożądane, inne metody utwardzania elementu, takie jak obróbka cieplna, są na ogół bardziej ekonomiczne i łatwiejsze do kontrolowania.Stopy podatne na utwardzanie wydzieleniowe, takie jak większość stopów aluminium i tytanu, można kuć na gorąco, a następnie utwardzać.
Kucie produkcyjne wiąże się ze znacznymi nakładami inwestycyjnymi na maszyny, narzędzia, urządzenia i personel.W przypadku kucia na gorąco do podgrzewania wlewków lub kęsów wymagany jest piec wysokotemperaturowy (czasami nazywany kuźnią).Ze względu na rozmiary masywnych młotów i pras kuźniczych oraz części, jakie mogą one wytwarzać, a także niebezpieczeństwa związane z pracą z surówką, często wymagany jest specjalny budynek, w którym mieści się ta operacja.W przypadku operacji kucia matrycowego należy zastosować środki pochłaniające wstrząsy i wibracje generowane przez młot.W większości operacji kucia wykorzystuje się matryce do formowania metalu, które muszą być precyzyjnie obrobione i starannie poddane obróbce cieplnej, aby prawidłowo ukształtować przedmiot obrabiany, a także wytrzymać występujące ogromne siły.
Odlewanie części za pomocą
Proces obróbki CNC
Żeliwo GGG40
Części do obróbki CNC
Stal odlewnicza GS52
obróbka części
Obróbka 35CrMo
części kute ze stopów
