Διαδικασία χύτευσης και σφυρηλάτησης
Στη μεταλλουργία, η χύτευση είναι μια διαδικασία κατά την οποία ένα υγρό μέταλλο παραδίδεται σε ένα καλούπι (συνήθως από ένα χωνευτήριο) που περιέχει μια αρνητική εντύπωση (δηλαδή, μια τρισδιάστατη αρνητική εικόνα) του επιδιωκόμενου σχήματος.Το μέταλλο χύνεται στο καλούπι μέσω ενός κοίλου καναλιού που ονομάζεται sprue.Στη συνέχεια, το μέταλλο και το καλούπι ψύχονται και το μεταλλικό τμήμα (η χύτευση) εξάγεται.Η χύτευση χρησιμοποιείται συχνότερα για την κατασκευή πολύπλοκων σχημάτων που θα ήταν δύσκολο ή αντιοικονομικό να κατασκευαστούν με άλλες μεθόδους.
Οι διαδικασίες χύτευσης είναι γνωστές εδώ και χιλιάδες χρόνια και έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για γλυπτική (ειδικά σε μπρούτζο), κοσμήματα σε πολύτιμα μέταλλα και όπλα και εργαλεία.Υψηλής μηχανικής χύτευσης βρίσκονται στο 90 τοις εκατό των διαρκών αγαθών, όπως αυτοκίνητα, φορτηγά, αεροδιαστημική, τρένα, εξοπλισμός εξόρυξης και κατασκευής, πετρελαιοπηγές, συσκευές, σωλήνες, κρουνοί, ανεμογεννήτριες, πυρηνικές μονάδες, ιατρικές συσκευές, αμυντικά προϊόντα, παιχνίδια και περισσότερο.
Οι παραδοσιακές τεχνικές περιλαμβάνουν τη χύτευση χαμένου κεριού (η οποία μπορεί περαιτέρω να χωριστεί σε χύτευση με φυγόκεντρο και χύτευση με άμεση χύτευση με υποβοήθηση κενού), χύτευση καλουπιού από γύψο και χύτευση με άμμο.
Η σύγχρονη διαδικασία χύτευσης υποδιαιρείται σε δύο κύριες κατηγορίες: αναλώσιμη και μη αναλώσιμη χύτευση.Διασπάται περαιτέρω από το υλικό καλουπιού, όπως η άμμος ή το μέταλλο, και η μέθοδος έκχυσης, όπως η βαρύτητα, το κενό ή η χαμηλή πίεση.
Η σφυρηλάτηση είναι μια διαδικασία κατασκευής που περιλαμβάνει τη διαμόρφωση του μετάλλου χρησιμοποιώντας εντοπισμένες δυνάμεις συμπίεσης.Τα χτυπήματα γίνονται με σφυρί (συχνά δυναμικό σφυρί) ή καλούπι.Η σφυρηλάτηση συχνά ταξινομείται ανάλογα με τη θερμοκρασία στην οποία εκτελείται: ψυχρή σφυρηλάτηση (ένας τύπος ψυχρής επεξεργασίας), θερμή σφυρηλάτηση ή θερμή σφυρηλάτηση (ένας τύπος θερμής επεξεργασίας).Για τα δύο τελευταία, το μέταλλο θερμαίνεται, συνήθως σε σφυρηλάτηση.Τα σφυρήλατα εξαρτήματα μπορούν να κυμαίνονται σε βάρος από λιγότερο από ένα κιλό έως εκατοντάδες μετρικούς τόνους. Η σφυρηλάτηση έχει γίνει από σιδηρουργούς εδώ και χιλιετίες.Τα παραδοσιακά προϊόντα ήταν μαγειρικά σκεύη, εργαλεία, εργαλεία χειρός, όπλα με κοπές, κύμβαλα και κοσμήματα.Από τη Βιομηχανική Επανάσταση, τα σφυρήλατα εξαρτήματα χρησιμοποιούνται ευρέως σε μηχανισμούς και μηχανές όπου ένα εξάρτημα απαιτεί υψηλή αντοχή.Τέτοια σφυρήλατα συνήθως απαιτούν περαιτέρω επεξεργασία (όπως μηχανική κατεργασία) για να επιτευχθεί ένα σχεδόν τελειωμένο μέρος.Σήμερα, η σφυρηλάτηση είναι μια σημαντική παγκόσμια βιομηχανία
Η χύτευση με αναλώσιμο καλούπι είναι μια γενική ταξινόμηση που περιλαμβάνει καλούπια άμμου, πλαστικού, κελύφους, σοβά και επενδύσεων (τεχνική χαμένου κεριού).Αυτή η μέθοδος χύτευσης καλουπιών περιλαμβάνει τη χρήση προσωρινών, μη επαναχρησιμοποιήσιμων καλουπιών.
Χύτευση άμμου
Η χύτευση με άμμο είναι ένας από τους πιο δημοφιλείς και απλούστερους τύπους χύτευσης και χρησιμοποιείται εδώ και αιώνες.Η χύτευση με άμμο επιτρέπει μικρότερες παρτίδες από τη μόνιμη χύτευση με καλούπι και με πολύ λογικό κόστος.Όχι μόνο αυτή η μέθοδος επιτρέπει στους κατασκευαστές να δημιουργούν προϊόντα με χαμηλό κόστος, αλλά υπάρχουν και άλλα οφέλη από τη χύτευση με άμμο, όπως εργασίες πολύ μικρού μεγέθους.Η διαδικασία επιτρέπει τα χυτά που εφαρμόζουν αρκετά μικρά στην παλάμη του χεριού του ατόμου σε αυτά που είναι αρκετά μεγάλα μόνο για κρεβάτια τρένου (μία χύτευση μπορεί να δημιουργήσει ολόκληρο το κρεβάτι για ένα σιδηροδρομικό βαγόνι).Η χύτευση με άμμο επιτρέπει επίσης τη χύτευση των περισσότερων μετάλλων ανάλογα με τον τύπο της άμμου που χρησιμοποιείται για τα καλούπια.
Η χύτευση με άμμο απαιτεί χρόνο παράδοσης ημερών, ή και εβδομάδων μερικές φορές, για παραγωγή με υψηλούς ρυθμούς απόδοσης (1–20 τεμάχια/ώρα-καλούπι) και είναι αξεπέραστη για παραγωγή μεγάλων μερών.Η πράσινη (υγρή) άμμος, η οποία έχει μαύρο χρώμα, δεν έχει σχεδόν κανένα όριο βάρους, ενώ η ξηρή άμμος έχει πρακτικό όριο μάζας 2.300–2.700 kg (5.100–6.000 λίβρες).Το ελάχιστο βάρος εξαρτήματος κυμαίνεται από 0,075–0,1 kg (0,17–0,22 lb).Η άμμος συγκολλάται χρησιμοποιώντας άργιλο, χημικά συνδετικά ή πολυμερισμένα έλαια (όπως λάδι κινητήρα).Η άμμος μπορεί να ανακυκλωθεί πολλές φορές στις περισσότερες εργασίες και απαιτεί λίγη συντήρηση.
Χύτευση αργιλώδους
Η χύτευση αργιλώδους έχει χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή μεγάλων συμμετρικών αντικειμένων όπως κανόνια και καμπάνες εκκλησιών.Το Loam είναι ένα μείγμα αργίλου και άμμου με άχυρο ή κοπριά.Ένα ομοίωμα του παραγόμενου διαμορφώνεται σε εύθρυπτο υλικό (το σεμίσιο).Το καλούπι σχηματίζεται γύρω από αυτό το χημείο καλύπτοντάς το σε πηλό.Αυτό στη συνέχεια ψήνεται (ψήνεται) και αφαιρείται το σεμίσιο.Στη συνέχεια, το καλούπι στέκεται όρθιο σε ένα λάκκο μπροστά από τον κλίβανο για να χυθεί το μέταλλο.Στη συνέχεια το καλούπι κόβεται.Τα καλούπια μπορούν επομένως να χρησιμοποιηθούν μόνο μία φορά, έτσι ώστε να προτιμώνται άλλες μέθοδοι για τους περισσότερους σκοπούς.
Χύτευση καλουπιού από γύψο
Η χύτευση με γύψο είναι παρόμοια με τη χύτευση με άμμο, εκτός από το ότι ο σοβάς του Παρισιού χρησιμοποιείται αντί για άμμο ως υλικό καλουπιού.Γενικά, η φόρμα χρειάζεται λιγότερο από μία εβδομάδα για να προετοιμαστεί, μετά την οποία επιτυγχάνεται ρυθμός παραγωγής 1–10 μονάδες/ώρα-καλούπι, με αντικείμενα τόσο μάζα όσο 45 κιλά (99 λίβρες) και τόσο μικρά όσο 30 γραμμάρια (1 ουγκιά) με πολύ καλό φινίρισμα επιφάνειας και κοντινές ανοχές.[5]Η χύτευση με γύψο είναι μια φθηνή εναλλακτική λύση σε άλλες διεργασίες χύτευσης για πολύπλοκα εξαρτήματα λόγω του χαμηλού κόστους του σοβά και της ικανότητάς του να παράγει χύτευση σχεδόν διχτυού.Το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο με μη σιδηρούχα υλικά χαμηλού σημείου τήξης, όπως αλουμίνιο, χαλκός, μαγνήσιο και ψευδάργυρος.
Χύτευση κελύφους
Η χύτευση με κέλυφος είναι παρόμοια με τη χύτευση με άμμο, αλλά η κοιλότητα χύτευσης σχηματίζεται από ένα σκληρυμένο "κέλυφος" άμμου αντί για μια φιάλη γεμάτη με άμμο.Η άμμος που χρησιμοποιείται είναι λεπτότερη από την άμμο χύτευσης άμμου και αναμιγνύεται με μια ρητίνη έτσι ώστε να μπορεί να θερμανθεί από το σχέδιο και να σκληρυνθεί σε ένα κέλυφος γύρω από το σχέδιο.Λόγω της ρητίνης και της λεπτότερης άμμου, δίνει ένα πολύ λεπτότερο φινίρισμα επιφάνειας.Η διαδικασία είναι εύκολα αυτοματοποιημένη και πιο ακριβής από τη χύτευση με άμμο.Τα κοινά μέταλλα που χυτεύονται περιλαμβάνουν χυτοσίδηρο, αλουμίνιο, μαγνήσιο και κράματα χαλκού.Αυτή η διαδικασία είναι ιδανική για πολύπλοκα αντικείμενα που είναι μικρού έως μεσαίου μεγέθους.
Επενδυτική χύτευση
Η επενδυτική χύτευση (γνωστή ως χύτευση χαμένου κεριού στην τέχνη) είναι μια διαδικασία που εφαρμόζεται εδώ και χιλιάδες χρόνια, με τη διεργασία χαμένου κεριού να είναι μια από τις παλαιότερες γνωστές τεχνικές διαμόρφωσης μετάλλων.Από 5000 χρόνια πριν, όταν το κερί μέλισσας διαμόρφωσε το σχέδιο, μέχρι τα σημερινά κεριά υψηλής τεχνολογίας, πυρίμαχα υλικά και εξειδικευμένα κράματα, τα χυτά εξασφαλίζουν την παραγωγή εξαρτημάτων υψηλής ποιότητας με τα βασικά πλεονεκτήματα της ακρίβειας, της επαναληψιμότητας, της ευελιξίας και της ακεραιότητας.
Η χύτευση επενδύσεων προέρχεται από το γεγονός ότι το σχέδιο επενδύεται ή περιβάλλεται από πυρίμαχο υλικό.Τα σχέδια του κεριού απαιτούν εξαιρετική προσοχή γιατί δεν είναι αρκετά ισχυρά ώστε να αντέχουν τις δυνάμεις που συναντώνται κατά την κατασκευή του καλουπιού.Ένα πλεονέκτημα της επενδυτικής χύτευσης είναι ότι το κερί μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί.
Η διαδικασία είναι κατάλληλη για επαναλαμβανόμενη παραγωγή εξαρτημάτων διχτυού σχήματος από μια ποικιλία διαφορετικών μετάλλων και κραμάτων υψηλής απόδοσης.Αν και χρησιμοποιείται γενικά για μικρά χυτά προϊόντα, αυτή η διαδικασία έχει χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πλήρων πλαισίων θυρών αεροσκαφών, με χυτά χάλυβα έως 300 kg και χυτά αλουμινίου έως 30 kg.Σε σύγκριση με άλλες διαδικασίες χύτευσης, όπως χύτευση με χύτευση ή χύτευση με άμμο, μπορεί να είναι μια δαπανηρή διαδικασία.Ωστόσο, τα εξαρτήματα που μπορούν να παραχθούν χρησιμοποιώντας χύτευση επένδυσης μπορούν να ενσωματώσουν περίπλοκα περιγράμματα και στις περισσότερες περιπτώσεις τα εξαρτήματα χυτεύονται κοντά στο σχήμα του δικτύου, επομένως απαιτείται λίγη ή καθόλου επανεπεξεργασία μετά τη χύτευση.
Η σφυρηλάτηση μπορεί να παράγει ένα κομμάτι που είναι ισχυρότερο από ένα ισοδύναμο χυτό ή κατεργασμένο μέρος.Καθώς το μέταλλο διαμορφώνεται κατά τη διαδικασία σφυρηλάτησης, η εσωτερική του υφή κόκκων παραμορφώνεται για να ακολουθήσει το γενικό σχήμα του εξαρτήματος.Ως αποτέλεσμα, η διακύμανση της υφής είναι συνεχής σε όλο το τμήμα, δημιουργώντας ένα κομμάτι με βελτιωμένα χαρακτηριστικά αντοχής. Επιπλέον, τα σφυρήλατα μπορούν να επιτύχουν χαμηλότερο συνολικό κόστος από τη χύτευση ή την κατασκευή.Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα κόστη που προκύπτουν στον κύκλο ζωής ενός προϊόντος, από την προμήθεια έως τον χρόνο για την επανεπεξεργασία, και λαμβάνοντας υπόψη το κόστος του σκραπ και του χρόνου διακοπής λειτουργίας και άλλες ποιοτικές εκτιμήσεις, τα μακροπρόθεσμα οφέλη των σφυρηλατήσεων μπορούν να αντισταθμίσουν τη βραχυπρόθεσμη εξοικονόμηση κόστους που μπορεί να προσφέρουν τα χυτά ή κατασκευάσματα.
Ορισμένα μέταλλα μπορεί να σφυρηλατούνται κρύα, αλλά ο σίδηρος και ο χάλυβας σφυρηλατούνται σχεδόν πάντα εν θερμώ.Η θερμή σφυρηλάτηση εμποδίζει τη σκλήρυνση της εργασίας που θα προέκυπτε από την ψυχρή διαμόρφωση, η οποία θα αύξανε τη δυσκολία εκτέλεσης δευτερευουσών εργασιών μηχανικής κατεργασίας στο τεμάχιο.Επίσης, ενώ η σκλήρυνση εργασίας μπορεί να είναι επιθυμητή σε ορισμένες περιπτώσεις, άλλες μέθοδοι σκλήρυνσης του τεμαχίου, όπως η θερμική επεξεργασία, είναι γενικά πιο οικονομικές και πιο ελεγχόμενες.Κράματα που επιδέχονται σκλήρυνση λόγω καθίζησης, όπως τα περισσότερα κράματα αλουμινίου και τιτάνιο, μπορούν να σφυρηλατηθούν εν θερμώ, ακολουθούμενη από σκλήρυνση.
Η σφυρηλάτηση παραγωγής συνεπάγεται σημαντικές κεφαλαιουχικές δαπάνες για μηχανήματα, εργαλεία, εγκαταστάσεις και προσωπικό.Στην περίπτωση της θερμής σφυρηλάτησης, απαιτείται φούρνος υψηλής θερμοκρασίας (μερικές φορές αναφέρεται ως σφυρηλάτηση) για τη θέρμανση πλινθωμάτων ή ράβδων.Λόγω του μεγέθους των τεράστιων σφυριών και των πρέσων σφυρηλάτησης και των εξαρτημάτων που μπορούν να παράγουν, καθώς και των κινδύνων που ενυπάρχουν στην εργασία με θερμό μέταλλο, απαιτείται συχνά ένα ειδικό κτίριο για να στεγάσει τη λειτουργία.Στην περίπτωση εργασιών σφυρηλάτησης σταγόνων, πρέπει να ληφθούν μέτρα για την απορρόφηση των κραδασμών και των κραδασμών που δημιουργούνται από το σφυρί.Οι περισσότερες εργασίες σφυρηλάτησης χρησιμοποιούν μήτρες σχηματισμού μετάλλων, οι οποίες πρέπει να υποβληθούν σε επεξεργασία με ακρίβεια και να υποβληθούν σε προσεκτική θερμική επεξεργασία για να διαμορφωθεί σωστά το τεμάχιο εργασίας, καθώς και να αντέχουν τις τεράστιες δυνάμεις που εμπλέκονται.
Χύτευση εξαρτημάτων με
Διαδικασία κατεργασίας CNC
Χυτοσίδηρος GGG40
εξαρτήματα κατεργασίας CNC
Χάλυβας χύτευσης GS52
εξαρτήματα μηχανικής κατεργασίας
Κατεργασία 35CrMo
εξαρτήματα σφυρηλάτησης από κράμα
