Galiausiai išsami metalų liejimo gida: pagrindinės žinios, kurias reikia žinoti

Įvadas į metalo liejimą

Metalo liejimas yra pagrindinis gamybos procesas, kuris tūkstančius metų formavo žmonijos civilizaciją. Jame ištirpintas metalas pilamas į formą, kur jis atšyla ir sušąla, įgavęs tam tikrą formą. Ši technika yra šiuolaikinės mašinų gamybos pramonės pagrindas, gaminanti komponentus – nuo automobilių variklių blokų iki sudėtingų meno skulptūrų.

Liejimo universalumas slypi jo gebėjime kurti sudėtingas geometrines formas, kurias kitais būdais, pvz., kalavimu ar suvirinimu, pasiekti yra sunku arba neekonomiška. Metalo liejimai paplitę tiek buitinėse, tiek sunkiosios pramonės srityse.

Trumpa metalo liejimo istorija

Metalo liejimo pradžia siekia senovę. Seniausias išlikęs pasaulyje geležies liejimas – "Cast Jin Ding" buvo atrastas Kinijoje ir kyla iš 513 m. pr. m. e. Šis artefaktas, sveriantis apie 270 kg, rodo, kad geležies lydymo pagrindai buvo suprantami daugiau nei prieš 2500 metų.

Europoje lietosios geležies gamyba prasidėjo maždaug VIII amžiuje m. e. Lietosios geležies naudojimas žymiai išplėtė metalinių gaminių taikymo sritis. XV–XVII amžiuose tokios šalys kaip Vokietija ir Prancūzija pradėjo kloti lietosios geležies vamzdžius gėlo vandens tiekimui gyventojams, parodydamos šio medžiagos naudingumą infrastruktūroje.

XVIII amžiaus pramonės revoliucija buvo posūkio taškas. Sparčiai vystantis garo varikliams, audimo įrengimams ir geležinkeliams, smarkiai išaugo paklausa ilgaamžiams, masinėmis serijomis gaminamiems geležies komponentams. Šis laikotarpis žymėjo liejimo perėjimą iš amatų į svarbų pramoninį paslaugų sektorių.

Liejimo technologijos evoliucija XX amžiuje

XX amžius tapo beprecedentės liejimo technologijų pažangos laikotarpiu. Šio sparčiojo vystymosi dvi pagrindinės priežastys buvo:

1. Aukštos našumo medžiagų paklausa: Naujos technologijos reikalavo liejinių su aukštesnėmis mechaninėmis ir fizikinėmis savybėmis, tačiau išlaikant gerą apdirbamumą.

2. Kryžminės pramonės inovacijos: Chemijos, prietaisų gamybos ir mašinų pramonės augimas sukūrė palankias sąlygas liejyklinių technologijų inovacijoms. Pavyzdžiui, elektroninio mikroskopo išradimas leido metalurgams tyrinėti metalų mikropasaulį, todėl buvo gilesnis kristalų struktūrų ir medžiagų elgsenos supratimas.

Šiuo laikotarpiu buvo išrasti ir tobulinami aukštos kokybės lydiniai, įskaitant:

• Malleabilius keta

• Kovojamąjį lietinį geležį

• Žemo anglies kiekio nerūdijančiąją plieną

• Pažangius aliuminio, vario ir magnio lydinius

• Aukštos našumo titano ir nikelio pagrindu sukurtus superlydinius

Be to, nauji procesai, tokie kaip pilvo šeivėnų (šiurkščiosios pilvo šeivėnų) užteršimas žymiai pagerino medžiagos savybes, suteikdami metaliniams liejiniams didesnę pritaikomumą nei bet kada anksčiau.

Šiuolaikiniai liejimo metodai ir procesai

Šiandien liejimas bendruoju atveju skirstomas į dvi pagrindines kategorijas: paprastasis liejimas ir specialusis liejimas .

1. Paprastasis smėlio liejimas

Šis tradicinis metodas vis dar plačiai naudojamas ir apima:

• Drėgnojo smėlio formavimas: Naudojant smėlio, molio ir vandens mišinį.

• Džiovintos smėlio liejimo technologija: Naudojamos iškepamos formos didesniam stiprumui pasiekti.

• Cheminiu būdu sujungtas smėlis: Naudojami dėžės medžiagų rišikliai arba dervos, kuriuos sukietina kambario temperatūroje.

2. Specialiosios liejimo technologijos

Specialiosios liejimo technologijos naudoja skirtingas formų medžiagas, kad būtų pasiektas didesnis tikslumas arba tam tikros savybės:

• Mineralinės medžiagos formos: Ši kategorija apima natūralų arba sintetinį smėlį bei keramiką. Pavyzdžiai yra investicinis lietuvimas (ištirpinamojo vaško technologija), apvalkalo formavimas , keraminis formavimas , ir vacuum casting .

• Metalinės formos: Ši kategorija naudoja nuolatinius metalinius šablonus. Pagrindiniai procesai apima džiovavimas , centrinio poveikio liejimą , tolydųjį liejimą , ir žemo slėgio liejimą .

Trys pagrindinės liejimo proceso dalys

Nepriklausomai nuo naudojamo metodo, liejimo procesas gali būti suskirstytas į tris pagrindines stadijas:

1. Metalo (lydinio) paruošimas: Metalas paruošiamas kaip tam tikras lydinys (liejamosios plieno arba geležies lydiniai arba spalvotųjų metalų lydiniai), kad būtų pasiektos pageidaujamos mechaninės savybės.

2. Formos paruošimas: Forma sukuriamas, kad būtų suformuota liejimo išorinė forma. Vidinėms ertmėms sukurti gali būti naudojami šerdys.

3. Maitinimas ir valymas: Po to, kai metalas sušąla, liejinyje išformuojama detalė pašalinama iš formos. Toliau vyksta valymo procesas šakų, išpilimo kanalų ir šlifavimo burbulo pašalinimui naudojant įrangą, pvz., smiltelėmis šluojančias mašinas ir pjovimo įrankius. Kai kurie liejiniai vėliau yra apdorojami apdorojimas po liejimo pvz., terminiu apdorojimu, paviršiaus korozijos apsauga arba grubiu apdirbimu.

Metalų liejimo privalumai ir taikymo sritys

Liejimas dažnai yra ekonomiškiausias būdas sukurti žaliavos formas, ypač sudėtingoms detalėms, kuriose jo naudingumas matomas labiausiai.

Pagrindiniai taikomieji veiksniai:

• Automobilių pramonė: Variklių blokai ir cilindrų galvutės.

• Jūrų: Laivų variklių sraigčiai.

• Oro ir kosmoso pramonė: Niobio lydiniai dujų turbinų komponentai, kuriuos neįmanoma apdirbti jokiu kitu būdu.

• Menas ir architektūra: Detalių skulptūrų ir dekoratyvinės įrangos.

Šis procesas suteikia unikalių privalumų: jis tinka beveik neribotam metalų tipų ir detalių dydžių spektrui. Lietiniai gaminiai taip pat užtikrina puikią dilimo atsparumą, korozijos atsparumą ir virpesių slopinimą – savybes, kurios kartais negali būti pasiektos kalant, valcuojant ar suvirinant.

Metalų liejimo ateitis

Liejyklininkystės pramonė toliau vystosi. Šiuolaikinės tendencijos reikalauja lietinių gaminių, kurie:

• Būtų aukštesnio bendrojo našumo ir tikslumo.

• Būtų lengvesni ir turėtų lygesnes paviršiaus baigtis.

• Būtų energijos naudojimo efektyvesni ir aplinkai mažiau kenksmingi.

Norint atitikti šiuos reikalavimus, pramonė dėmesį sutelkia į naujų lydinių kūrimą, metalurgijos procesų tobulinimą bei automatizacijos įvedimą. Robotika ir kompiuteriu paremtasis projektavimas bei gamyba (CAD/CAM) vis dažniau naudojami gamyboje ir valdyme.

Tobulėjant elektroniniam bandymui ir kokybės kontrolės sistemoms, liejyklos inžinieriai gauta gilesnių įžvalgų apie metalų kristalizaciją, dėl ko pagerėja vidinė kokybė. Todėl metalų lieštiniai gaminiai ateityje tikrai patirs dar didesnę plėtrą ir bus taikomi dar platesnėse srityse.