Sandgjutningsprocessen
Introduktion till sandgjutning
Sandgjutning är en av de mest använda gjutningsmetoderna och står för över 70% av den globala gjutningsproduktionen. Den grundläggande principen går ut på att skapa en form av gjutsand (en blandning av kvartssand, bentonit m.m.), hälla smält metall i formhåligheten och sedan bryta upp formen för att ta ut gjutgodset efter att metallen har svalnat och stelnat.
Denna process är flexibel och kostnadseffektiv och kan användas för tillverkning av olika metalldelar, från några gram till hundratals ton, och har bred tillämpning inom maskinindustrin, fordonsindustrin, byggmaskinindustrin, jordbruksmaskinindustrin och järnhandelsbranschen.
Sandgjutningsprocessen
Sandgjutningsprocessen kan sammanfattas i sju huvudsteg: “Förberedelse av gjutformen → Förberedelse av gjutsand → Formning och kärntillverkning → Montering av gjutformen → Gjutning → Kylning och borttagning av sand → Rengöring och efterbehandling.” Varje steg hänger samman med de övriga och påverkar direkt gjutgodsets kvalitet.
Steg 1: Förberedelse av formen
Att tillverka den form som används för att forma sandformens hålrum och sandkärnan, vilka fungerar som “mall” för gjutgodsets yttre form och inre hålrum.
“Mönster”: Motsvarar gjutgodsets yttre form och används för att pressa ihop sandformens hålrum (till exempel vid gjutning av ett motorblock är mönstret en “förstorad version” av blocket);
“Kärnlåda”: Motsvarar gjutgodsets inre hålrum och kanaler (t.ex. olje- och luftkanalerna i blocket) och används för att skapa “sandkärnan” (efter att sandkärnan har placerats i formhåligheten fyller smält metall utrymmet mellan sandkärnan och formhåligheten, vilket bildar det inre hålrummet efter kylning).
Mönstret och kärnlådans mått måste ta hänsyn till krympning (metall krymper under kylning; räkna med 1%–2% för gjutjärn, 2%–3% för gjutstål och 3%–5% för aluminiumlegering) för att undvika att gjutgodset blir för litet.
Steg 2: Förberedelse av formsand
Att tillverka formsand med funktionerna “formning + stöd + avluftning”, vilket bildar sandformens “skelett”.
Tillslagsmaterial (85%-95%): Kvartssand (lättillgängligt, högtemperaturbeständigt, den viktigaste råvaran);
Bindemedel (3%-10%): Bentonit + vatten (traditionell våtsand), harts (hartssand), vattenglas (vattenglassand), används för att binda kvartssanden till önskad form;
Tillsatser (1%-3%): Kolpulver (för att förhindra att sand fastnar), sågspån (för att förbättra genomsläppligheten), sönderdelningsmedel (bryts lätt ned efter kylning, vilket underlättar rengöringen).
Steg 3: Formning + tillverkning av kärnor
Att skapa “håligheten” (gjutgodsets yttre form) och “sandkärnan” (gjutgodsets inre hålighet) med hjälp av gjutsand och formar är det centrala steget i sandgjutning.
Fäst mallen i sandlådan, fyll på och packa form sanden, och ta sedan försiktigt bort mallen. Inuti sandlådan bildas ett “hålrum” som överensstämmer med gjutgodsets yttre form.
Fyll kärnlådan med gjutsand (ofta med tillsats av harts för att öka hållfastheten), packa ihop den och ta sedan bort den för att skapa en “sandkärna” (till exempel en kärna för oljekanalerna i en cylinder).
Sandkärnan måste förstärkas med “kärnben” (järntråd/stålstänger) för att öka dess hållfasthet. En “beläggning” bör appliceras på ytan (för att förhindra att sand fastnar och för att göra det inre hålrummet jämnare). Ett “kärnhuvud” bör också anordnas (för att fästa sandkärnan i formhåligheten och förhindra förskjutning under gjutningen).
Steg 4: Montering av formen
Att montera de övre och nedre sandlådorna samt sandkärnan på plats, för att säkerställa ett tätat formrum och förhindra läckage eller förskjutning av smältmetall under gjutningen.
1. Placera sandkärnan i positioneringsspåret i det nedre formhålet (med kärnhuvudet fastsatt) och se till att sandkärnan placeras korrekt (vilket avgör det inre formhålets storlek);
2. Rikta in den övre och den undre formen (med hjälp av positioneringsstift) och spänn fast dem ordentligt (för att förhindra att smältmetall blåser upp sandlådan under gjutningen);
3. Ordna “gating- och risersystemet”:
4. Ingjutningssystem: Omfattar gjutkoppen (som tar emot smältmetallen), ingjutningsstammen, ingjutningskanalen och ingjutningsöppningen (som leder smältmetallen smidigt in i formhåligheten);
5. Påfyllningskanal: Placeras ovanför de tjockare delarna av gjutgodset (för att ta emot överskott av smältmetall) för att kompensera för krympning under stelningen (vilket förhindrar krympningshål och porositet);
6. Kontrollera tätningen: Täta eventuella springor i sandlådan för att förhindra läckage eller att sand tränger in under påfyllningen.
Steg 5: Hällning
Att spruta in smält metall i formhåligheten för att fylla och forma produkten.
Metallsmältning:Råmaterial såsom gjutjärn, gjutstål och aluminiumlegeringar läggs in i ugnen (kopparugn, ljusbågsugn eller induktionsugn) och värms upp till smält tillstånd (gjutjärn 1300–1400 ℃, gjutstål 1500–1600 ℃, aluminiumlegering 650–700 °C).
Temperatur: Kräver stabilitet (för hög temperatur kan orsaka krympningshål, medan för låg temperatur kan leda till ofullständig gjutning).
Hastighet: Håll en jämn hastighet (för hög hastighet kan orsaka sanderosion och porositet, medan för låg hastighet kan leda till kallstängningar).
Metod: Häll långsamt den smälta metallen genom gjutkoppen och se till att den smälta metallen fyller varje hörn i formhåligheten.
Steg 6: Kylning + borttagning av sand
Låt det smälta metallen svalna och stelna i formhåligheten, och bryt sedan sönder sandformen för att ta ut gjutgodset.
Kylning: Efter att det smälta metallen har hällts in måste den svalna naturligt i sandformen (små delar: några minuter till några timmar; stora delar, såsom verktygsmaskiners bäddar: flera dagars värmebevarande och kylning) för att undvika snabb kylning som kan orsaka sprickbildning.
Sandavlägsnande: Efter att sandlådan har svalnat till rumstemperatur bryts den upp och formsanden avlägsnas genom manuell knackning eller med hjälp av en vibrerande sandavlägsningsmaskin. Därefter tas gjutgodset ut (vid detta tillfälle är gjutgodsets yta täckt av fastsittande sand och har dessutom ingötningskanaler, matningsrör och överskott).
Steg 7: Rengöring + efterbehandling
För att avlägsna föroreningar och kontrollera kvaliteten för att säkerställa att gjutgodset uppfyller användningskraven.
Rengöring av föroreningar:
- Avlägsnande av fastsittande sand: Sandblästring, kulblästring (högtrycksblästring med sand eller stålkulor mot ytan);
- Borttagning av överflödigt material: Slipning (borttagning av ingjutningskanaler, överskott och grader);
-
Borttagning av oxidbeläggning: Syraetsning, alkalisk tvättning (för gjutstål och aluminiumlegeringar);
Kvalitetskontroll:
- Utseendekontroll: Kontrollera om det finns sandhål, porositet och sprickor;
- Måttkontroll: Kontrollera måttnoggrannheten med hjälp av skjutmått och en koordinatmätmaskin (noggrannheten vid sandgjutning ligger vanligtvis inom CT10–CT13);
-
Intern kontroll: Röntgenfelkontroll, ultraljudsfelkontroll (för att upptäcka inre krympningshåligheter och sandinneslutningar);
Efterföljande behandling (vid behov):
-
Bearbetning: Svarvning, fräsning och slipning av ytor som kräver hög precision (t.ex. lagerhål);
- Värmebehandling: Glödgning (för att avlasta inre spänningar), härdning (för att öka hårdheten) m.m., i syfte att förbättra de mekaniska egenskaperna.
Principen för Suijin-gjutning
Sammanfattning av arbetsflödet vid sandgjutning:
Förberedelse av gjutform → Förberedelse av gjutsand → Gjutning (framställning av hålrummet) + Kärntillverkning (framställning av det inre hålrummet) → Montering av gjutform (Montering av sandkärnan + tätning av sandlådan) → Gjutning (hällning av smält metall) → Kylning → Utskakning (borttagning av gjutgodset) → Rengöring (borttagning av föroreningar) → Kontroll + efterbehandling → Färdigt gjutgods
De grundläggande principerna för varje steg är: “Noggrann formning av gjutkaviteten, stabil påfyllning av smältmetall, jämn kylning och krympning samt noggrann rengöring och kontroll”, för att producera godkända gjutgods.