יציקת מתכת: תהליך, שיטות, שיטות

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

מתכת היא הבסיס לכל הציוויליזציה המודרנית. בעוד שנה, האנושות המודרנית מחלצת ומעבדת כמות כזו של ברזל לבדה שלפני כל העולם היה אוסף אותו לפחות כמה מאות שנים. והצורך הזה מוצדק לחלוטין, שכן הבנייה לבדה לוקחת כמות מדהימה של פלדה. באופן לא מפתיע, יציקת מתכת בתנאים כאלה משתפרת כל הזמן.

קצת היסטוריה

התכונה החשובה ביותר של הברזל לקחת, מתמצקת, הצורה "מוצעת" לו, אדם שם לב בימי קדם. כיום, כמעט כל המדענים מניחים שההיכרות הראשונית של האדם עם מתכת התרחשה הודות למטאוריטים. ברזל מטאוריטי היה מתיך וקל לעיבוד, ולכן יסודות היציקה נלמדו על ידי כמה תרבויות בהתהוות לפני זמן רב.

בארצנו, יציקת מתכת הייתה עסק מכובד ומכובד במשך מאות שנים, אנשים תמיד התייחסו למלאכה הזו בכבוד רב. "תותח הצאר" ו"הצאר פעמון" ידועים ברבים, שהם יצירות מופת של מיומנות הליהוק של מאסטרים רוסים, גם אם אחד מהם מעולם לא צלצל, והשני לא ירה. גלגלי אוראל בתקופת שלטונו של פיטר הגדולזכה לתהילה מיוחדת כספק של נשק אמין לצבא. עם זאת, הם נושאים את התואר הזה בצדק גם עכשיו. לפני שנבחן את הסוגים העיקריים של יציקת מתכת, יש צורך לומר כמה מילים על המאפיינים הנדרשים של חומרי גלם.

מה צריכה להיות המתכת ליציקה

התכונה החשובה ביותר של המתכת לשמש ליציקה היא נזילותה. הסגסוגת בצורה מותכת צריכה לזרום בקלות ככל האפשר מכור היתוך אחד למשנהו, תוך מילוי השקעים הקטנים ביותר שלו. ככל שהנזילות גבוהה יותר, ניתן לעשות את הקירות דקים יותר במוצר המוגמר. עם מתכת שמתפשטת בצורה גרועה, זה הרבה יותר קשה. בתנאים רגילים, הוא מצליח לתפוס הרבה יותר מוקדם ממה שהוא ממלא את כל החסר בטופס. זהו הקושי שעומדים בפני תעשיינים בעת יציקת סגסוגות מתכת.

אין זה מפתיע שברזל יצוק הפך לחומר האהוב על היציקה. הסיבה לכך היא שהסגסוגת הזו בעלת נזילות מצוינת, מה שהופך אותה לקלה יחסית לעבודה. פלדה רחוקה מלהיות כל כך נוזלית, ולכן, כדי למלא את התבנית לחלוטין (כדי שלא יהיו חללים וחללים), יש לנקוט במגוון טריקים.

במקרה הפשוט ביותר, כאשר נדרשת יציקת מתכת ביתית, ממיסים את חומרי הגלם ושופכים למים במנות קטנות: כך, במיוחד, ניתן להכין שקעים לדיג. אבל שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב יחסית גם בתעשיית הנשק! מראשו של מגדל מיוחד, דמוי מגדל קירור בקו המתאר, מותךמַתֶכֶת. גובה המבנה הוא כזה שטיפה שנוצרה בצורה מושלמת, שכבר התקררה, מגיעה לקרקע. כך מייצרים זריקה בקנה מידה תעשייתי.

שיטת יציקת כדור הארץ

השיטה הפשוטה והעתיקה ביותר היא יציקת מתכת לאדמה. אבל ה"פשטות" שלו היא מושג מותנה יחסית, שכן עבודה זו דורשת הכנה קפדנית ביותר. מה זה אומר?

ראשית, דגם בגודל מלא ומפורט ביותר של הליהוק העתידי נעשה בחנות הדגמים. יתר על כן, גודלו צריך להיות קצת יותר גדול מהמוצר שאמור להתקבל, שכן המתכת תשתקע בעת הקירור. ככלל, הדגם עשוי להסרה, משני חצאים.

לאחר שהדבר נעשה, מכינים את חול היציקה המיוחד. אם למוצר העתידי יהיו חללים וחללים פנימיים, יהיה צורך גם להכין את המוטות, כמו גם תרכובת דפוס נוספת. הם חייבים למלא באופן זמני את אותם אזורים "ריקים" בחלק המוגמר. אם אתה מעוניין ביציקת מתכות בבית, הקפד לזכור עובדה זו, כי אחרת בקבוק שכבר מלא יכול פשוט להיקרע בלחץ, וההשלכות של זה יכולות להיות הכי עצובות.

ממה עשויים חולות דפוס?

הבסיס הוא דרגות שונות של חולות וחרסיות, כמו גם קלסרים. את תפקידם יכולים למלא שמנים טבעיים וסינטטיים, שמן ייבוש, שרף, רוזין ואפילו זפת.

הבא מגיע זמנם של המעצבים, שתפקידם ליצור תבניות. אם תסבירקל יותר, זה נעשה כך: לוקחים קופסת עץ, מניחים בה חצי מהתבנית (גם היא ניתנת להסרה), והרווחים בין קירות הדגם לתבנית נסתמים בהרכב דפוס.

כך עושים עם החצי השני ומהדקים את שני החלקים בסיכות. חשוב לציין ששני קונוסים מיוחדים מוכנסים לאותו חלק של הצורה שיהיה בחלק העליון בעת המזיגה. אחד מהם משמש ליציקת מתכת מותכת, השני - ליציאה מגזים מתרחבים.

סוף שלב ההכנה

ועכשיו הגיע הזמן אולי לחלק המכריע ביותר במבצע. הצלוחיות מופרדות בזהירות רבה, בניסיון למנוע הפרה של שלמות החול. לאחר מכן נותרו באדמה שתי טביעות ברורות ומפורטות של החלק העתידי. לאחר מכן, הם מכוסים בצבע מיוחד. זה נעשה כדי שהמתכת המותכת לא תבוא במגע ישיר עם קרקע החול. טכנולוגיית יציקת מתכת לא צריכה לאפשר זאת, אחרת איכות המוצר המוגמר עלולה להידרדר באופן משמעותי.

אם זה נחוץ, במקביל חותכים מעבר שער נוסף, הדרוש לשפיכת ההמסה. הצלוחיות שוב מקופלות ומחוברות בחוזקה ככל האפשר. לאחר שהחול מעט יבש, אתה יכול להתחיל ליציק.

התחל ליהוק

ראשית, בכיפות, כלומר, תנורים מיוחדים, נמסים כדורי ברזל יצוק. אם נדרש ליציקת פלדה, אזי חומרי הגלם מומסים בתנורי פיצוץ, תנורים פתוחים, מהפך ותנורים אחרים. להביאמצב התכה של מתכות לא ברזליות, השתמש בהתקני התכה מיוחדים.

הכל, אתה יכול להתחיל ליהוק. אם יש רק צורה אחת, אז את ההמסה יוצקים לתוכה עם מצקת, בנפרד. במקרים אחרים, ככלל, מסוע מאורגן: או חגורה עם ריקים עוברת מתחת למצקת, או שהמצקת עוברת על שורות הצלוחיות. הכל תלוי אך ורק בארגון הייצור. כשמגיע הזמן והמתכת מתקררת, מוציאים אותה מהתבנית. באופן עקרוני, שיטה זו אידיאלית במקרים בהם נדרשת יציקת מתכת בבית (למחסלה, למשל). כל דבר מושלם יותר בתנאים כאלה לא יושג בכל מקרה.

מכונות התזת חול או שחיקה מסירות אבנית וחול דביק מהמוצר המוגמר. אגב, שיטה זו שימשה באופן פעיל בייצור טנקים במהלך המלחמה הפטריוטית הגדולה. כך יוצרו מגדלים יצוקים, והפשטות והייצור של תהליך זה אפשרו לייצר מספר עצום של כלי רכב צבאיים שהחזית הייתה צריכה כל כך. אילו סוגים נוספים של יציקת מתכת קיימים?

ליהוק

אבל עכשיו הם משתמשים בשיטות הרבה יותר מתקדמות ומתקדמות מבחינה טכנולוגית לייצור מוצרי יצוק. למשל, יציקת מתכת בתבנית צינה. באופן עקרוני, שיטה זו דומה במובנים רבים לזו שתוארה לעיל, שכן במקרה זה משתמשים גם בתבניות יציקה. רק באותו זמן הם מתכת, מה שמפשט מאוד את תהליך הייצור בקנה מידה גדול.

אז, קונוסים ומוטות מוכנסים לשני חצאים (ליציקת מתכת ויצירת חללים), וואז להדק אותם בחוזקה זה לזה. הכל, אתה יכול להגיע לעבודה. הייחודיות של שיטה זו היא שכאן המתכת המותכת מתמצקת במהירות רבה, קיימת אפשרות לקירור מאולץ של התבניות, ולכן תהליך השחרור מהיר הרבה יותר. עם תבנית אחת בלבד, אתה יכול להשיג מאות, אם לא אלפי, יציקות, מבלי לבזבז זמן רב על הכנה אישית של תבניות וחולות.

כמה חסרונות של השיטה

החיסרון בשיטת יציקה זו הוא העובדה שמתאימים לה רק סוגי מתכות המתאפיינים בנזילות מוגברת בצורה מותכת. לדוגמא, רק יציקת לחץ מתאימה לפלדה (עליה למטה), שכן לחומר זה אין נזילות טובה כלל. תחת פעולת האוויר הדחוס, אפילו דרגות הפלדה ה"מתיכות" ביותר מקבלות את הצורה הנדרשת הרבה יותר טוב. הדבר הרע הוא שתבנית צינה רגילה פשוט לא יכולה לעמוד בתנאי ייצור כל כך קיצוניים ותתפרק. לכן, עליך להשתמש בשיטת ייצור מיוחדת, עליה נדון בהמשך.

הזרקה

איך מתבצעת יציקת מתכות - בלחץ - של מתכות? כבר שקלנו כמה היבטים לעיל, אך עדיין יש צורך לחשוף את הנושא בפירוט רב יותר. הכל די פשוט. ראשית, יש צורך בתבנית יציקה העשויה מדרגות פלדה איכותיות, שיכולה להיות צורה פנימית רב-שלבית ומורכבת. שנית, אנו זקוקים לציוד שאיבה המסוגל לספק משבע עד שבע מאות MP.

יתרון עיקרישיטת התכה זו היא פרודוקטיביות גבוהה. מה עוד מספק הזרקה? במקרה זה, הרבה פחות מתכת משמש, ואיכות פני השטח של המוצר המוגמר היא טובה מאוד. הנסיבות האחרונות מרמזות על דחייה של הליך ניקוי וטחינה מורכב ודי משעמם. אילו חומרים הם החומרים הטובים ביותר עבור שיטת ייצור זו לייצור מוצרים וחלקים מוגמרים?

הסגסוגות הנפוצות ביותר בשימוש מבוססות על אלומיניום, אבץ, נחושת ועופרת בדיל (יציקה של מתכות לא ברזליות). טמפרטורת ההיתוך שלהם נמוכה יחסית, ולכן מושגת יכולת ייצור גבוהה מאוד של כל התהליך. בנוסף, לחומר גלם זה יש משקעים קטנים יחסית בעת הקירור. המשמעות היא שניתן לייצר חלקים בעלי סובלנות מאוד קטנה, דבר חשוב ביותר בייצור טכנולוגיה מודרנית.

המורכבות של שיטה זו היא שכאשר המוצרים המוגמרים מופרדים מהתבניות, הם עלולים להינזק. בנוסף, שיטה זו מתאימה רק לייצור חלקים בעלי עובי דופן קטן יחסית. העובדה היא ששכבה עבה של מתכת תתקשה בצורה מאוד לא אחידה, מה שיקבע מראש את היווצרותם של קונכיות וחללים.

מגוון התקנות ליציקה בלחץ

כל המכונות המשמשות בשיטה זו של יציקת מוצרי מתכת מחולקות לשתי קבוצות גדולות: עם תא יציקה חמה וקרה. המגוון ה"חם" יכול לשמש לרוב רק לסגסוגות על בסיס אבץ. במקרה זה, תא היציקה עצמו שקוע במתכת חמה. תחת לחץאוויר או בוכנה מיוחדת, הוא זורם לתוך חלל היציקה.

ככלל, אין צורך בכוח הזרקה חזק, מספיק לחץ של עד 35-70 MPa. אז, במקרה זה, תבניות ליציקת מתכת יכולות להיות הרבה יותר פשוטות וזולות, מה שיש לה את ההשפעה החיובית ביותר על העלות הסופית של המוצר. בתבניות יציקה קרה, יש "להניע" את המתכת המותכת לעומק תא היציקה בלחץ גבוה במיוחד. במקביל, הוא יכול להגיע ל-700 MPa.

היכן משתמשים בחלקים יצוקים בהזרקה?

הם נמצאים בכל מקום. בטלפונים, מחשבים, מצלמות ומכונות כביסה, בכל מקום יש פרטים המתקבלים בשיטה המסוימת הזו. הוא נמצא בשימוש נרחב במיוחד על ידי הנדסת מכונות, כולל אלה הקשורים ישירות לתעשיות התעופה ואפילו החלל. המסה של חלקים יצוקים יכולה לנוע בין כמה גרמים ל-50 קילוגרמים (ואפילו יותר). האם ניתן להשתמש ב"עיבוד" אחר של מתכות על ידי יציקה? כן, ויש עוד דרכים רבות.

יציקת שעווה אבודה

כמו במקרה הראשון שחשבנו, מאז ימי קדם האנושות ידעה על השיטה של יציקת מתכת מותכת לתוך דגם מוכן מראש העשוי מפרפין או שעווה. זה פשוט מונח בבקבוק והרווחים ממולאים בחול דפוס. ההיתוך ממיס את השעווה וממלא באופן אידיאלי את כל נפח חומר העבודה הראשי. שיטה זו טובה כי אין צורך להוציא את הדגם מהבקבוק. בנוסף, ניתן להשיג חלקים באיכות פשוט מושלמת, תהליך היציקה הזהמתכות קלות יחסית לאוטומטיות.

הליהוק של מעטפת

אם היציקה פשוטה יחסית, ואין צורך בחוזק "מרחב" מהמוצר המוגמר, ניתן להשתמש בשיטת היציקה לתבניות מעטפת. הם נוצרו מאז ומעולם, וחול קוורץ עדין ושרף משמשים כבסיס. כיום, כמובן, משתמשים בתרכובות סינתטיות שונות בתור האחרונים.

לאחר מכן, נלקחים דגמי מתכת מתקפלים, המורכבים משני חצאים, ומונחים על משטח שחומם ל-300 מעלות צלזיוס לערך. ואז תערובת הדפוס (מחול ושרף יבש) מוזגת לאותו מקום כך שהיא מכסה לחלוטין את פני השטח של דגמי המתכת. בהשפעת החום, השרף נמס, ובעובי החול מופיע "בקבוק" חזק למדי.

ברגע שהכל מתקרר מעט, ניתן להסיר מטילי מתכת, ולשלוח את החול לתנור ל"צלייה". לאחר מכן מתקבלות צורות חזקות מספיק: על ידי חיבור שני החצאים שלהן, ניתן לשפוך אליהן מתכת מותכת. אילו עוד שיטות יציקת מתכת קיימות?

ליהוק צנטריפוגלי

במקרה זה, ההמסה נמזגת לצורה מיוחדת, המסתובבת במהירות גבוהה מאוד בהקרנה אופקית או אנכית. כתוצאה מפעולה של כוחות צנטריפוגליים חזקים באותה מידה, המתכת זורמת באופן שווה לכל הרווחים של התבנית, ובכך משיגה איכות גבוהה של המוצר המוגמר. שיטת יציקה זו אידיאלית לייצור סוגים שונים של צינורות. זה מאפשר ליצור עובי הרבה יותר אחידקירות, שקשה מאוד להשיג באמצעות שיטות "סטטיות".

יציקת סיגים אלקטרו

האם יש דרכים ליציקת מתכות שניתן לכנותן בצדק מודרניות? יציקת אלקטרוסלג. במקרה זה, המתכת הנוזלית מתקבלת תחילה על ידי פעולה על חומר הגלם שהוכן קודם לכן עם פריקות קשת חשמליות חזקות. ניתן להשתמש גם בשיטה נטולת קשתות, כאשר הברזל נמס מהחום שנצבר על ידי הסיגים. אבל האחרון מושפע מפריקות חזקות.

לאחר מכן, המתכת הנוזלית, שמעולם לא באה במגע עם אוויר לאורך כל התהליך, נכנסת לתא ההתגבשות, ש"בשילוב" הוא גם תבנית יציקה. שיטה זו משמשת ליציקות פשוטות ומסיביות יחסית, שלצורך ייצורן אין צורך להקפיד על תנאים רבים.

מילוי ואקום

חל רק על חומרים "יוקרתיים" כגון זהב, טיטניום, נירוסטה. במקרה זה, המתכת מומסת בתנאי ואקום, ולאחר מכן במהירות (באותם תנאים) מופצת לתוך תבניות. השיטה טובה בכך שכאשר נעשה בה שימוש, כמעט ולא נכללת היווצרות חללי אוויר וחללים במוצר, שכן כמות הגזים הקיימת בו מינימלית. חשוב לזכור שמשקל היציקות במקרה זה אינו יכול לעלות על מאה או שניים קילוגרמים.

האם אפשר להשיג חלקים גדולים יותר?

כן, טכנולוגיה כזו קיימת. אבל זה יכול לשמש רק במקרים שבהם מאה טון של פלדה מעובד באותו זמן.ועוד. ראשית, מתכת המתכת בתנאי ואקום, ולאחר מכן היא נמזגת לא לתבניות, אלא למצקות מיוחדות, המוגנות גם מפני חדירת אוויר לחללן.

לאחר מכן ניתן לפזר את ההמסה המוגמרת לתוך תבניות, שגם מהן נשאב בעבר את האוויר בעזרת משאבה. הפלדה המתקבלת כתוצאה מתהליך טכנולוגי כזה היא די יקרה. הוא משמש לפרזול, כמו גם לכמה סוגים של אותה יציקה, כאשר הוא נדרש להשיג ריקים וחלקים באיכות הגבוהה ביותר.

הטלה על דפוסים מגוזים (שרופים)

מבחינת איכות ופשטות היציקה, שיטה זו היא אחת הרווחיות ביותר, ולכן נעשה בה שימוש נרחב יותר ויותר בתעשייה המודרנית. יציקת מתכת כזו, שהייצור שלה גדל משנה לשנה, פופולרית במיוחד ב-PRC ובארה ב, שכן הבסיסים התעשייתיים של שתי המדינות הללו נבדלים על ידי הצורך הגדול ביותר בפלדה באיכות גבוהה. היתרון בשיטה זו הוא בכך שהיא מאפשרת ייצור יציקות ללא הגבלות על משקל וגודל.

במובנים רבים, שיטה זו דומה לאלו שתוארו לעיל: לדוגמה, במקרה זה, הדגם העיקרי משמש לא משעווה או פלסטלינה, אלא מהקצף הנפוץ כעת. מכיוון שלחומר זה יש את הספציפיות שלו, תערובת חול המקשר נארזת לתוך הבקבוק בלחץ של כ-50 kPa. לרוב, שיטה זו נהוגה במקרים בהם יש צורך לייצר חלקים במשקל מ-100 גרם עד שני טון.

עם זאת, כבר אמרנו כמה הגבלות נוקשות עלפרטי גודל מס. לכן, באמצעות שיטת היציקה הזו, ניתן לייצר אפילו רכיבים למנועי ספינה, שמעולם לא היו "צנועים" בגודלם. עבור כל טון של חומרי גלם מתכת, נצרכת הכמות הבאה של חומרים נוספים:

• חול קוורץ עדין - 50 ק"ג.
• ציפוי נון-סטיק מיוחד - 25 ק"ג.
• קצף פוליסטירן מגורען - 6 ק"ג.
• סרט פוליאתילן צפוף - 10 מ"ר. m.

כל חול הדפוס הוא חול קוורץ טהור ללא כל תוספים ותוספים נוספים. זה יכול להיות כ-95-97% לשימוש חוזר, מה שמשפר מאוד את הכלכלה ומפחית את עלות התהליך.

לכן, יציקת מתכת (הפיזיקה של התהליך נחשבה בחלקה על ידינו) היא תופעה "רב-גונית", שכן כיום יש הרבה שיטות חדשות. במקביל, התעשייה המודרנית מיישמת שיטות שהיו בשימוש לפני כמה אלפי שנים, מתאימה אותן במידת מה למציאות הנוכחית.