Процесс литья в песчаные формы
Введение в литье в песчаные формы
Литье в песчаные формы является одним из наиболее широко используемых процессов литья, на который приходится более 70% мирового производства литья. Его основной принцип заключается в создании формы с использованием формовочного песка (смесь кварцевого песка, бентонита и т. д.), заливке расплавленного металла в полость формы, а затем разбивании формы для извлечения отливки после охлаждения и затвердевания металла.
Этот процесс является гибким, экономически эффективным и позволяет производить различные металлические детали весом от нескольких граммов до сотен тонн, что находит широкое применение в машиностроении, автомобилестроении, производстве строительной техники, сельскохозяйственной техники и металлоизделий.
Процесс литья в песчаные формы
Процесс литья в песчаные формы можно разделить на семь основных этапов: “Подготовка формы → Подготовка формовочного песка → Формование и изготовление стержней → Сборка формы → Заливка → Охлаждение и удаление песка → Очистка и последующая обработка”. Каждый этап взаимосвязан и напрямую влияет на качество отливки.
Шаг 1: Подготовка формы
Создание формы, используемой для формирования полости песчаной формы и песчаного сердечника, служащей “основой для копирования” внешней формы/внутренней полости отливки.
“Модель”: соответствует внешней форме отливки, используется для прессования полости песчаной формы (например, для литья блока цилиндров двигателя модель представляет собой “увеличенную версию” блока);
“Ядровой блок”: соответствует внутренней полости и каналам отливки (таким как масляные и воздушные каналы блока), используется для создания “песчаного ядра” (после того, как песчаное ядро помещается в полость формы, расплавленный металл заполняет зазор между песчаным ядром и полостью формы, образуя внутреннюю полость после охлаждения).
Размеры модели и ящика для сердечника должны учитывать усадку (металл усаживается при охлаждении; для чугуна допускается 1%-2%, для литой стали — 2%-3%, а для алюминиевого сплава — 3%-5%), чтобы избежать изготовления слишком маленьких отливок.
Шаг 2: Подготовка формовочного песка
Производство формовочного песка с функциями “формирования + поддержки + вентиляции”, формирующего “скелет” песчаной формы.
Агрегат (85%-95%): кварцевый песок (широко доступный, устойчивый к высоким температурам, основное сырье);
Связующее вещество (3%-10%): бентонит + вода (традиционный мокрый песок), смола (смоляной песок), жидкое стекло (песок с жидким стеклом), используется для связывания кварцевого песка в форму;
Добавки (1%-3%): угольная пудра (для предотвращения слипания песка), опилки (для улучшения проницаемости), разрыхлитель (легко разлагается после охлаждения, облегчая очистку).
Этап 3: Формование + изготовление сердечника
Создание “полости” (внешней формы отливки) и “песчаного сердечника” (внутренней полости отливки) с помощью формовочного песка и форм является основным этапом литья в песчаные формы.
Закрепите модель в песочнице, заполните и уплотните формовочный песок, а затем аккуратно извлеките модель. Внутри песочницы образуется “полость”, соответствующая внешней форме отливки.
Заполните коробку для литейного ядра формовочным песком (часто с добавлением смолы для прочности), уплотните его, а затем удалите, чтобы создать “песчаное ядро” (например, ядро масляного канала для цилиндра).
Песчаный сердечник необходимо укрепить “сердечными костями” (железной проволокой/стальными стержнями) для повышения его прочности. На поверхность следует нанести “покрытие” (для предотвращения прилипания песка и улучшения гладкости внутренней полости). Также следует предусмотреть “головку сердечника” (для фиксации песчаного сердечника в полости формы и предотвращения смещения во время заливки).
Шаг 4: Сборка формы
Сборка верхней и нижней песчаных коробок и песчаного сердечника на месте, обеспечение герметичности полости формы и предотвращение утечки или смещения расплавленного металла во время заливки.
1. Поместите песчаный сердечник в позиционирующий паз нижней полости формы (с фиксированной головкой сердечника), обеспечив точное позиционирование песчаного сердечника (определяющего размер внутренней полости);
2. Совместите верхнюю и нижнюю формы (с помощью позиционирующих штифтов) и надежно зажмите их (чтобы расплавленный металл не раздул песчаную коробку во время заливки);
3. Установите “систему затворов и подъемников”:
4. Литьевая система: включает в себя литейную чашку (принимающую расплавленный металл), литниковую систему, литник и литьевую головку (плавно направляющую расплавленный металл в полость формы);
5. Подъемник: размещается над более толстыми частями отливки (для хранения избыточного расплавленного металла) с целью компенсации усадки во время затвердевания (предотвращение образования усадочных полостей и пористости);
6. Проверьте герметичность: заделайте все щели в песочнице, чтобы предотвратить утечку или попадание песка во время заливки.
Шаг 5: Разлив
Впрыскивать расплавленный металл в полость формы для заполнения и формирования изделия.
Плавка металла: сырье, такое как чугун, литейная сталь и алюминиевые сплавы, добавляется в печь (чашечная печь, электродуговая печь или индукционная печь) и нагревается до плавкого состояния (чугун 1300-1400 ℃, литейная сталь 1500-1600 ℃, алюминиевый сплав 650-700 ℃).
Температура: Требуется стабильность (слишком высокая температура может вызвать усадку полостей, слишком низкая температура может привести к неполному заливанию).
Скорость: поддерживайте постоянную скорость (слишком высокая скорость может вызвать эрозию песка и пористость, слишком низкая скорость может привести к холодному сварному шву).
Метод: Медленно вылейте расплавленный металл через литейную чашку, убедившись, что расплавленный металл заполняет каждый уголок полости формы.
Шаг 6: Охлаждение + удаление песка
Дать расплавленному металлу остыть и затвердеть в полости формы, затем разбить песчаную форму, чтобы извлечь отливку.
Охлаждение: после заливки расплавленного металла он должен естественным образом остыть в песчаной форме (мелкие детали: от нескольких минут до нескольких часов; крупные детали, такие как станины станков: несколько дней теплового сохранения и охлаждения), чтобы избежать быстрого охлаждения, которое может привести к растрескиванию.
Удаление песка: После охлаждения до комнатной температуры песчаная форма разбивается, и формовочный песок удаляется вручную или с помощью вибрационной машины для удаления песка. Затем извлекается отливка (на этом этапе поверхность отливки покрыта прилипшим песком, а также имеет литники, подводные каналы и обломоки).
Шаг 7: Очистка + последующая обработка
Удаление примесей и проверка качества для обеспечения соответствия отливки требованиям использования.
Очистка от примесей:
- Удаление прилипшего песка: пескоструйная обработка, дробеструйная обработка (воздействие на поверхность песком/стальной дробью под высоким давлением);
- Удаление лишних частей: шлифование (удаление литников, заусенцев, заусенец);
-
Удаление оксидной окалины: кислотное травление, щелочная промывка (для литой стали и алюминиевых сплавов);
Контроль качества:
- Внешний осмотр: проверьте наличие песчаных отверстий, пористости и трещин;
- Проверка размеров: Проверьте точность размеров с помощью штангенциркуля и координатно-измерительной машины (точность литья в песчаные формы обычно составляет CT10-CT13);
-
Внутренняя проверка: рентгеновский контроль, ультразвуковой контроль (для проверки на наличие внутренних усадочных полостей и песчаных включений);
Последующая обработка (при необходимости):
-
Обработка: токарная, фрезерная и шлифовальная обработка поверхностей, требующих высокой точности (например, отверстий подшипников);
- Термическая обработка: отжиг (для снятия внутренних напряжений), закалка (для повышения твердости) и т. д. с целью улучшения механических свойств.
Принцип литья Суйцзинь
Краткое описание процесса литья в песчаные формы:
Подготовка формы → Подготовка формовочного песка → Формование (изготовление полости) + изготовление сердечника (изготовление внутренней полости) → Сборка формы (установка песчаного сердечника + герметизация песчаного ящика) → Заливка (заливка расплавленного металла) → Охлаждение → Стряхивание (извлечение отливки) → Очистка (удаление примесей) → Проверка + последующая обработка → Готовая отливка
Основные принципы каждого этапа: “Точное формирование полости, стабильное заполнение расплавленным металлом, равномерное охлаждение и усадка, а также тщательная очистка и проверка” для получения качественных отливок.