Ghidul definitiv privind turnarea metalelor: Cunoștințele de bază pe care trebuie să le cunoașteți

Introducere în turnarea metalelor

Fus metalic este un proces fundamental de fabricație care a modelat civilizația umană de mii de ani. Acesta implică turnarea metalului topit într-o formă, unde acesta se răcește și se solidifică pentru a forma o anumită formă. Această tehnică reprezintă baza industriei moderne de fabricare a mașinilor, producând componente care variază de la blocurile motorului auto până la sculpturi artistice complicate.

Versatilitatea turnării constă în capacitatea sa de a crea geometrii complexe, care sunt dificil de realizat sau neeconomice prin alte metode, cum ar fi forjarea sau sudarea. Indiferent dacă este vorba de aplicații rezidențiale sau de domenii industriale grele, piesele turnate din metal sunt omniprezente.

O scurtă istorie a turnării metalelor

Originea turnării metalelor datează din antichitate. Cea mai veche piesă turnată din fier care a supraviețuit până în zilele noastre este "Cast Jin Ding" a fost descoperit în China și datează din anul 513 î.Hr. Acest obiect, care cântărește aproximativ 270 kg, demonstrează că principiile de bază ale metalurgiei feroase erau înțelese cu peste 2.500 de ani în urmă.

În Europa, producția de font a început în jurul secolului al VIII-lea d.Hr. Adoptarea fontului a extins în mod semnificativ domeniile de aplicare ale produselor metalice. Între secolele XV și XVII, țări precum Germania și Franța au început să instaleze conducte din font pentru a furniza apă potabilă locuitorilor, evidențiind utilitatea acestui material în infrastructură.

Revoluția industrială din secolul al XVIII-lea a reprezentat un punct de cotitură. Cu dezvoltarea rapidă a motoarelor cu abur, a mașinilor textile și a căilor ferate, cererea de componente din fier durabile și fabricabile în masă a crescut brusc. Această perioadă a transformat turnarea dintr-un mestesug artisanal într-un serviciu industrial esențial.

Evoluția tehnologiei de turnare în secolul al XX-lea

Secolul al XX-lea a fost martorul unor progrese fără precedent în tehnologia turnării. Două factori principali au determinat această dezvoltare rapidă:

1. Cererea de materiale cu performanță ridicată: Noile tehnologii au necesitat piese turnate cu proprietăți mecanice și fizice superioare, păstrând în același timp o bună prelucrabilitate.

2. Inovația intersectorială: Creșterea industriei chimice, a instrumentației și a celei mecanice a creat condiții favorabile pentru inovația în domeniul turnării. Inventarea microscopului electronic, de exemplu, a permis metalurgiștilor să exploreze lumea microscopică a metalelor, ducând la o înțelegere mai profundă a structurilor cristaline și a comportamentului materialelor.

În această perioadă au fost inventate și rafinate aliaje superioare, printre care:

• Fontă ductilă

• Fier maleabil

• Oțel inoxidabil cu conținut scăzut de carbon

• Aliaje avansate de aluminiu, cupru și magneziu

• Superaliaje pe bază de titan și nichel, cu performanță ridicată

Mai mult, noi procedee precum inocularea fontei cenușii proprietăți îmbunătățite în mod semnificativ ale materialului, oferind turnărilor metalice o adaptabilitate mai largă decât înainte.

Tehnici și procese moderne de turnare

Astăzi, turnarea este, în general, împărțită în două categorii principale: turnare obișnuită și turnare specială .

1. Turnare obișnuită în nisip

Această metodă tradițională rămâne încă pe scară largă utilizată și include:

• Turnare în formă verde: Utilizarea unui amestec de nisip, argilă și apă.

• Turnare în nisip uscat: Utilizarea formelor coapte pentru o rezistență mai mare.

• Nisip legat chimic: Utilizarea rășinilor sau lianților care se întăresc la temperatura camerei.

2. Metode speciale de turnare

Turnarea specială utilizează materiale diferite pentru forme, în scopul obținerii unei precizii superioare sau a unor proprietăți specifice:

• Forme din materiale minerale: Această categorie folosește nisip natural sau sintetic și ceramici. Exemple includ fuziune Investițională (turnare prin ceară pierdută), modelare în cochilie , modelare ceramică și găsirea la vid .

• Forme metalice: Această categorie folosește matrițe permanente confecționate din metal. Principalele procese includ găsirea prin matriță , turnare centrifugă , turnare continuă și turnare la presiune scăzută .

Cele trei părți fundamentale ale procesului de turnare

Indiferent de metoda utilizată, procesul de turnare poate fi împărțit în trei etape fundamentale:

1. Pregătirea metalului (aliajul): Metalul este pregătit sub formă de un anumit aliaj (fontă, oțel turnat sau aliaje neferoase) pentru a obține proprietățile mecanice dorite.

2. Pregătirea matriței: Matrița este realizată pentru a forma forma exterioară a piesei turnate. Nucleele pot fi utilizate pentru a crea cavitățile interioare.

3. Alimentarea și curățarea: După solidificarea metalului, piesa turnată este extrasă din matriță. Aceasta este urmată de o proces de curățare a elimina porțile, alimentatorii și bavurile folosind echipamente precum mașinile de sablare și uneltele de tăiere. Unele piese turnate sunt apoi supuse prelucrarea post-turnare unor tratamente suplimentare, cum ar fi tratamentul termic, tratamentul anticoroziv al suprafeței sau prelucrarea grosolană.

Avantaje și aplicații ale turnării metalice

Turnarea este adesea metoda cea mai economică de obținere a formelor brute, în special pentru piese complexe, unde eficiența sa din punct de vedere al costurilor este cel mai evidentă.

Principalele aplicații includ:

• Automotive: Blocuri motor și chiulase.

• Maritim: Elise de navă.

• Aeronautice: Piese din aliaje pe bază de nichel pentru turbinele cu gaz, care sunt dificil de prelucrat prin orice altă metodă.

• Artă și arhitectură: Sculpturi elaborate și accesorii decorative.

Procesul oferă avantaje unice: este potrivit pentru o gamă aproape nelimitată de tipuri de metale și dimensiuni ale pieselor. Turnăriile oferă, de asemenea, o excelentă rezistență la uzură, rezistență la coroziune și amortizare a vibrațiilor — proprietăți care, uneori, nu pot fi obținute prin forjare, laminare sau sudare.

Viitorul turnării metalelor

Industria de turnătorie continuă să evolueze. Tendințele actuale cer turnări cu:

• Performanță generală și precizie superioară.

• Masă redusă și finisaje de suprafață mai netede.

• Eficiență energetică crescută și sustenabilitate ecologică.

Pentru a răspunde acestor cerințe, industria se concentrează pe dezvoltarea unor aliaje noi, perfecționarea proceselor metalurgice și introducerea automatizării. Robotica și proiectarea și fabricarea asistate de calculator (CAD/CAM) devin din ce în ce mai răspândite în producție și management.

Datorită îmbunătățirilor continue în domeniul testărilor electronice și al controlului calității, inginerii din domeniul turnătoriei obțin informații tot mai detaliate despre cristalizarea metalelor, ceea ce conduce la o calitate internă superioară. Ca urmare, turnurile metalice sunt pregătite pentru o dezvoltare și mai mare și o aplicare mai largă în viitor.