Стержень — это устройство, используемое в процессах литья и формовки для создания внутренних полостей и входящих углов (внутренний угол, превышающий 180°). Стержень обычно является одноразовым предметом, который разрушается, чтобы извлечь его из детали. [1] Чаще всего они используются при литье в песчаные формы , но также используются при литье под давлением и литье под давлением .
Например, стержни определяют несколько каналов внутри литых блоков двигателя . Одна модель двигателя GM V-8 требует 5 стержней из сухого песка для каждой отливки. [1]
Стержни полезны для деталей, которые не допускают усадки , или для обеспечения деталей, которые иначе не могут быть интегрированы в отливку или форму без стержня. [1]
Главным недостатком являются дополнительные затраты на внедрение ядер. [1]
К ядрам предъявляется семь требований: [2]
Доступно множество типов стержней. Выбор правильного типа стержня зависит от объема производства, производительности, требуемой точности, требуемой отделки поверхности и типа используемого металла. Например, некоторые металлы чувствительны к газам, которые выделяются определенными типами стержневых песков; другие металлы имеют слишком низкую температуру плавления, чтобы должным образом разрушить связующее вещество для удаления во время выбивки. [2]
Стержни из сырого песка затрудняют или делают невозможным литье длинных узких деталей. Даже для длинных деталей, которые можно отлить, все равно остается много материала для обработки. Типичное применение — сквозное отверстие в отливке. [2]
Самый простой способ изготовления стержней из сухого песка — в стержневом ящике , в котором песок набивается в ящик и соскребается вровень с верхом. Затем на ящик помещается деревянная или металлическая пластина, затем обе переворачиваются, и сегмент стержня выпадает из стержневого ящика. Затем сегмент стержня обжигается или закаляется. Затем несколько сегментов стержня склеиваются горячим клеем или скрепляются другими способами. Любые грубые места подпиливаются или шлифуются . Наконец, стержень слегка покрывается графитом , кремнием или слюдой , чтобы придать более гладкую поверхность и большую устойчивость к теплу. [2] Цельные стержни не нужно собирать, потому что они изготавливаются в разъемном стержневом ящике . Разъемный стержневой ящик, как это звучит, состоит из двух половин и имеет по крайней мере одно отверстие для ввода песка. Для простых стержней, которые имеют постоянное поперечное сечение, их можно создавать на специальных экструдерах для производства стержней . Затем экструзии нарезаются на нужную длину и закаляются. Более сложные цельные сердечники могут быть изготовлены способом, аналогичным литью под давлением и литью под давлением . [2]
Типы сердечников:
Стержни используются для сложных литьевых форм в процессе литья под давлением с плавким стержнем . Сначала стержень изготавливается из легкоплавкого сплава или полимера с низкой температурой плавления . Затем он помещается в штампы литьевой формы, и в форму впрыскивается пластик. Затем формовку извлекают из формы, а стержень все еще находится в ней. Наконец, стержень расплавляется или вымывается из формы в горячей ванне.
Специальные связующие вещества вводятся в стержневые пески для придания им прочности. Самым старым связующим веществом было растительное масло , однако сейчас используется синтетическое масло в сочетании с зерном или глиной . Затем стержень выпекается в конвекционной печи при температуре от 200 до 250 °C (от 392 до 482 °F). Тепло заставляет связующее вещество сшиваться или полимеризоваться . Хотя этот процесс прост, точность размеров низкая. [3]
Другой тип процесса связующего называется процессом горячего ящика , который использует термореактивный полимер и катализатор для связующего. Песок со связующим упаковывается в стержневой ящик, который нагревается примерно до 230 °C (446 °F) (отсюда и название). Связующее, которое касается горячей поверхности стержневого ящика, начинает затвердевать в течение 10–30 секунд. В зависимости от типа связующего может потребоваться дополнительная обжиг для полного затвердевания. [4] Стержни, изготовленные с использованием этого метода, иногда называют «оболочечными», потому что часто только внешний слой стержня затвердевает при контакте с горячим стержневым ящиком. Когда стержневой ящик открывается и стержень извлекается, неотвержденный песок внутри стержня выгружается для повторного использования. Эту практику можно также наблюдать в некоторых методах изготовления стержней холодным ящиком, хотя изготовление оболочечных стержней холодным ящиком встречается гораздо реже.
Аналогичным образом, процесс cold-box использует связующее, которое затвердевает с помощью специальных газов. Покрытый связующим песок упаковывается в стержневой ящик, а затем герметизируется, чтобы можно было ввести отверждающий газ. Эти газы часто токсичны (например, аминовый газ) или имеют запах (например, SO2 ) , поэтому необходимо использовать специальные системы обработки. Однако, поскольку высокие температуры не требуются, стержневой ящик может быть изготовлен из металла, дерева или пластика. Дополнительным преимуществом является то, что полое ядро может быть сформировано, если газ вводится через отверстия в поверхности ядра, что приводит к затвердеванию только поверхности ядра; оставшийся песок затем просто выгружается для повторного использования. [4] Например, связующим веществом для литья песчаных стержней cold-box является силикат натрия , который затвердевает под воздействием углекислого газа . [5]
Специальные связующие вещества используются в воздушно-отверждаемых песках для производства стержней при комнатной температуре. Эти пески не требуют газового катализатора, поскольку органические связующие вещества и катализатор отверждения смешиваются в песке, что инициирует процесс отверждения. Единственным недостатком этого является то, что после смешивания катализатора песок недолго использовать. Третий способ производства стержней при комнатной температуре — это формование оболочек . [4]
Термин «пески холодного отверждения» может относиться как к процессу холодной формовки, так и к процессу воздушной формовки. [4] [5]
Для повышения прочности сердечников можно добавлять внутренние провода и стержни. Для повышения сминаемости в середину сердечника можно добавлять солому или использовать полый сердечник. Это свойство особенно важно для литья стали, поскольку происходит большая усадка. [4]
За исключением очень маленьких сердечников, все сердечники требуют вентиляционных отверстий для выпуска газов. Обычно они формируются с помощью небольших проволок, чтобы создать отверстия от поверхности формы до сердечника. Когда это невозможно, в сердечник можно добавить шлак и кокс для увеличения проницаемости. [4]
Если Fub что это? ≤0, то венок не используется.
Если Fub>0, используются венки.
Как упоминалось ранее, стержни обычно поддерживаются двумя отпечатками стержней в форме. Однако бывают ситуации, когда стержень использует только один отпечаток стержня, поэтому требуются другие средства для поддержки консольного конца. Они обычно поставляются в виде жеребьевок . Это металлические опоры, которые перекрывают зазор между поверхностью формы и стержнем. Поскольку жеребьевки становятся частью отливки, жеребьевки должны быть из того же или похожего материала, что и отливаемый металл. Более того, их конструкция должна быть оптимизирована, поскольку если они слишком малы, они полностью расплавятся и позволят стержню двигаться, но если они слишком велики, то вся их поверхность не сможет расплавиться и соединиться с залитым металлом. Их использование также должно быть сведено к минимуму, поскольку они могут вызвать дефекты литья или создать слабые места в отливке. [6] Обычно важнее обеспечить, чтобы верхние жеребьевки были прочнее нижних, поскольку стержень будет иметь тенденцию всплывать вверх в расплавленном металле. [7]
При литье входящего угла вместо стержня можно использовать щеку . Это третий сегмент в опоке , в дополнение к верхней части и волоку . Это позволяет изготавливать всю форму из сырого песка и из съемных моделей. Недостатком этого является то, что требуется больше операций по изготовлению форм, но это обычно выгодно, когда объемы небольшие. Однако, если требуется большое количество литья, обычно более экономически эффективно просто использовать стержень. [6]