Литейный завод — это завод , который производит металлические отливки . Металлы отливаются в формы путем расплавления их в жидкость, заливки металла в форму и удаления материала формы после того, как металл затвердеет при охлаждении. Наиболее распространенными обрабатываемыми металлами являются алюминий и чугун . Однако другие металлы, такие как бронза , латунь , сталь , магний и цинк , также используются для производства отливок в литейных цехах. В этом процессе можно формовать детали желаемых форм и размеров.
Литейные заводы являются одними из крупнейших участников движения за переработку в производстве, переплавляя и переплавляя миллионы тонн металлолома каждый год для создания новых долговечных товаров. Более того, многие литейные заводы используют песок в процессе формования. Эти литейные заводы часто используют, восстанавливают и повторно используют песок, что является еще одной формой переработки. [1]
В металлообработке литье подразумевает заливку жидкого металла в форму , содержащую полость желаемой формы, а затем остывание и затвердевание. Затвердевшая часть также известна как отливка, которая выталкивается или выламывается из формы для завершения процесса. Литье чаще всего используется для изготовления сложных форм, которые было бы трудно или неэкономично изготовить другими методами. [2]
Плавка выполняется в печи . Для загрузки печи используются первичный материал, внешний лом, внутренний лом и легирующие элементы. Первичный материал относится к коммерчески чистым формам первичного металла, используемого для формирования определенного сплава . Легирующие элементы представляют собой либо чистые формы легирующего элемента, такие как электролитический никель , либо сплавы ограниченного состава, такие как ферросплавы или лигатуры. Внешний лом — это материал из других процессов формования, таких как штамповка , ковка или механическая обработка . Внутренний лом состоит из литников , стояков , дефектных отливок и других посторонних металлических отходов, производимых на предприятии.
Процесс включает плавление шихты, рафинирование расплава, корректировку химии расплава и выпуск в транспортный сосуд. Рафинирование выполняется для удаления вредных газов и элементов из расплавленного металла, чтобы избежать дефектов литья. Материал добавляется во время процесса плавления, чтобы привести конечный химический состав в определенный диапазон, указанный отраслевыми и/или внутренними стандартами. Определенные флюсы могут использоваться для отделения металла от шлака и/или окалины, а дегазаторы используются для удаления растворенного газа из металлов, которые легко растворяются в газах. Во время выпуска вносятся окончательные корректировки химического состава. [3]
Для нагрева металла используется несколько специализированных печей. Печи представляют собой футерованные огнеупором сосуды, которые содержат расплавляемый материал и обеспечивают энергию для его плавления. Современные типы печей включают электродуговые печи (ЭДП), индукционные печи , вагранки , отражательные и тигельные печи. Выбор печи зависит от количества производимых систем сплавов. Для черных металлов обычно используются ЭДП, вагранки и индукционные печи. Отражательные и тигельные печи широко используются для производства алюминиевых, бронзовых и латунных отливок.
Проектирование печи — сложный процесс, и его можно оптимизировать на основе множества факторов. Печи в литейных цехах могут быть любого размера, от небольших, используемых для плавки драгоценных металлов, до печей весом в несколько тонн, рассчитанных на плавку сотен фунтов лома за один раз. Они проектируются в соответствии с типом металлов, которые необходимо расплавить. Печи также должны проектироваться на основе топлива, используемого для получения желаемой температуры. Для сплавов с низкой температурой плавления, таких как цинк или олово, плавильные печи могут достигать температуры около 500 °C (932 °F). Для достижения этих температур обычно используются электричество, пропан или природный газ. Для сплавов с высокой температурой плавления, таких как сталь или сплавы на основе никеля, печь должна быть рассчитана на температуру более 1600 °C (2910 °F). Топливом, используемым для достижения этих высоких температур, может быть электричество (как в электродуговых печах ) или кокс . Большинство литейных цехов специализируются на определенном металле и имеют печи, предназначенные для этих металлов. Например, чугунолитейный завод (для чугуна) может использовать вагранку , индукционную печь или ЭДП, в то время как сталелитейный завод будет использовать ЭДП или индукционную печь. Бронзовые или латунные литейные заводы используют тигельные печи или индукционные печи. Большинство алюминиевых литейных заводов используют либо электрические резистивные, либо газовые тигельные печи, либо отражательные печи. [2]
Дегазация [4] — это процесс, который может потребоваться для снижения количества водорода, присутствующего в партии расплавленного металла. Газы могут образовываться в металлических отливках одним из двух способов:
Водород является распространенным загрязнителем для большинства литых металлов. Он образуется в результате реакций материалов или из водяного пара или машинных смазок. Если концентрация водорода в расплаве слишком высока, полученная отливка будет пористой; водород будет выходить из расплавленного раствора, оставляя крошечные воздушные карманы, по мере того как металл охлаждается и затвердевает. Пористость часто серьезно ухудшает механические свойства металла.
Эффективный способ удаления водорода из расплава — барботирование сухого нерастворимого газа через расплав путем продувки или перемешивания. Когда пузырьки поднимаются в расплаве, они захватывают растворенный водород и выносят его на поверхность. Хлор, азот, гелий и аргон часто используются для дегазации цветных металлов. Окись углерода обычно используется для железа и стали.
Существуют различные типы оборудования, которые могут измерять наличие водорода. Альтернативно, наличие водорода можно измерить, определив плотность металлического образца.
В случаях, когда пористость все еще сохраняется после процесса дегазации, герметизация пор может быть выполнена с помощью процесса, называемого пропиткой металлом .
В процессе литья изготавливается шаблон в форме желаемой детали. Простые конструкции могут быть выполнены в виде цельной детали или сплошной модели. Более сложные конструкции изготавливаются из двух частей, называемых разъемными моделями. Разъемная модель имеет верхнюю часть, называемую крышкой, и нижнюю часть, называемую заготовкой. Как сплошные, так и разъемные модели могут иметь вставленные стержни для завершения окончательной формы детали. Стержни используются для создания полых областей в форме, которые в противном случае было бы невозможно получить. Место, где крышка и заготовка разделяются, называется линией разъема .
При изготовлении шаблона лучше всего сузить края, чтобы шаблон можно было снять, не повредив форму. Это называется уклоном . Противоположностью уклону является подрез, когда часть шаблона находится под материалом формы, что делает невозможным снятие шаблона, не повредив форму.
Модель изготавливается из воска, дерева, пластика или металла. Формы изготавливаются несколькими различными способами в зависимости от типа литейного производства, металла, который будет заливаться, количества производимых деталей, размера отливки и сложности литья. Эти процессы формования включают:
В литейном цехе расплавленный металл заливается в формы . Заливка может осуществляться под действием силы тяжести, либо с помощью вакуума или сжатого газа. Многие современные литейные цеха используют роботов или автоматические заливочные машины для заливки расплавленного металла. Традиционно формы заливались вручную с помощью ковшей .
Затем затвердевший металлический компонент извлекается из формы. Если форма песчаная, это можно сделать путем встряхивания или переворачивания. Это освобождает отливку от песка, который все еще прикреплен к металлическим литникам и литникам — каналам, по которым расплавленный металл перемещался, чтобы достичь самого компонента.
Дегейтинг — это удаление головок, литников, литников и стояков из отливки. Питатели, литники и стояки можно удалить с помощью резаков , ленточных пил или керамических отрезных ножей. Для некоторых типов металла и с некоторыми конструкциями литниковых систем литник, литники и литники можно удалить, отломив их от отливки кувалдой или специально разработанным выбивным оборудованием. Обычно стояки необходимо удалять с помощью метода резки (см. выше), но некоторые новые методы удаления стояков используют выбивное оборудование со специальными конструкциями, встроенными в геометрию шейки стояка, которые позволяют стояку отламываться в нужном месте.
Система литников, необходимая для производства отливок в форме, дает остатки металла — включая головки, стояки и литник (иногда их вместе называют литником), — которые могут превышать 50% металла, необходимого для заливки полной формы. Поскольку этот металл должен быть переплавлен в качестве утильного материала, выход определенной конфигурации литников становится важным экономическим соображением при проектировании различных схем литников, чтобы минимизировать стоимость избыточного литника и, таким образом, общие затраты на плавку.
Термическая обработка — это группа промышленных и металлообрабатывающих процессов, используемых для изменения физических, а иногда и химических свойств материала. Наиболее распространенное применение — металлургия. Термическая обработка также используется в производстве многих других материалов, таких как стекло. Термическая обработка включает в себя использование нагрева или охлаждения, обычно до экстремальных температур, для достижения желаемого результата, такого как закалка или размягчение материала. Методы термической обработки включают отжиг , цементацию , дисперсионное упрочнение , отпуск и закалку . Хотя термин «термическая обработка» применяется только к процессам, в которых нагрев и охлаждение выполняются с конкретной целью преднамеренного изменения свойств, нагрев и охлаждение часто происходят попутно во время других производственных процессов, таких как горячая формовка или сварка.
После дегазации и термообработки песок или другие формовочные среды могут остаться прилипшими к отливке. Чтобы удалить остатки формы, поверхность очищается с помощью процесса дробеструйной обработки. Это означает, что гранулированная среда будет направлена на поверхность отливки, чтобы механически выбить прилипший песок. Среда может быть продута сжатым воздухом или может быть брошена с помощью дробеметного колеса. Чистящая среда ударяет по поверхности отливки с высокой скоростью, чтобы выбить остатки формы (например, песок, шлак) с поверхности отливки. Для очистки поверхностей отливки могут использоваться многочисленные материалы, включая сталь, железо, другие металлические сплавы, оксиды алюминия, стеклянные шарики, скорлупу грецкого ореха, разрыхлитель и многие другие. Среда дробеструйной обработки выбирается для придания цвета и отражательной способности поверхности отливки. Термины, используемые для описания этого процесса, включают очистку, дробеструйную обработку и пескоструйную обработку . Дробеструйная обработка может использоваться для дальнейшего упрочнения и отделки поверхности.
Заключительный этап процесса литья обычно включает шлифовку, пескоструйную обработку или механическую обработку детали для достижения желаемой точности размеров, физической формы и чистоты поверхности.
Удаление оставшегося материала литника, называемого заглушкой литника, обычно выполняется с помощью шлифовальной машины или шлифовального станка . Эти процессы используются, поскольку скорость удаления материала в них достаточно медленная, чтобы контролировать количество удаляемого материала. Эти шаги выполняются перед любой окончательной обработкой.
После шлифования любые поверхности, требующие жесткого контроля размеров, подвергаются механической обработке. Многие отливки обрабатываются на фрезерных станках с ЧПУ . Причина этого в том, что эти процессы имеют лучшую размерную способность и повторяемость, чем многие литейные процессы. Однако сегодня не редкость, когда отливки используются без механической обработки.
Некоторые литейные заводы предоставляют другие услуги перед отправкой литых изделий своим клиентам. Обычно отливки красят, чтобы предотвратить коррозию и улучшить внешний вид. Некоторые литейные заводы собирают отливки в полные машины или подузлы. Другие литейные заводы сваривают несколько отливок или кованых металлов вместе, чтобы сформировать готовое изделие. [3]
Все больше и больше процессов финишной обработки выполняются роботизированными машинами, которые устраняют необходимость в физическом шлифовании или разрушении человеком линий разъема, литникового материала или питателей. Машины могут снизить риск травматизма рабочих и снизить затраты на расходные материалы — при этом также увеличивая производительность. Они также ограничивают возможность человеческой ошибки и повышают повторяемость качества шлифования. [5]
Моделирование процессов литья использует численные методы для расчета качества литой детали с учетом заполнения формы, затвердевания и охлаждения, а также обеспечивает количественное прогнозирование механических свойств литья, термических напряжений и деформации. Моделирование точно описывает качество литой детали заранее, до начала производства. Оснастка для литья может быть спроектирована с учетом требуемых свойств детали. Это имеет преимущества помимо сокращения выборки перед производством, поскольку точная компоновка всей литейной системы также приводит к экономии энергии , материалов и инструментов.
Программное обеспечение поддерживает пользователя в проектировании компонентов, определении практики плавки и метода литья вплоть до изготовления моделей и форм, термообработки и отделки. Это экономит затраты на всем пути производства литья.
Моделирование процесса литья изначально разрабатывалось в университетах, начиная с начала 70-х годов , в основном в Европе и США , и считается наиболее важным новшеством в технологии литья за последние 50 лет. С конца 80-х годов стали доступны коммерческие программы (такие как PoligonSoft, AutoCAST и Magma), которые позволяют литейным заводам получить новое представление о том, что происходит внутри формы или штампа во время процесса литья. [6]
{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)