Fémöntés: folyamat, módszerek, módszerek

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A fém az összes modern civilizáció alapja. A modern emberiség egy év alatt olyan mennyiségű vasat von ki és dolgoz fel önmagában, hogy az egész világ legalább pár évszázadon át szedné. Ez az igény pedig teljes mértékben indokolt, hiszen az építkezés önmagában hihetetlen mennyiségű acélt igényel. Nem meglepő, hogy az ilyen körülmények között végzett fémöntést folyamatosan fejlesztik.

Egy kis történelem

A vas legfontosabb tulajdonsága, hogy megszilárduljon, a "javasolt" formája az ókorban feltűnt. Ma szinte minden tudós azt feltételezi, hogy az ember kezdeti megismerése a fémmel a meteoritoknak köszönhető. A meteoritvas olvadó és könnyen feldolgozható volt, így az öntés alapjait néhány formálódó civilizáció már régen tanulmányozta.

Hazánkban a fémöntés évszázadok óta megbecsült és megtisztelő üzlet, az emberek mindig is nagy tisztelettel kezelték ezt a mesterséget. Széles körben ismert a "cárágyú" és a "cárharang", amelyek az orosz mesterek öntőkészségének remekei, még akkor is, ha az egyik soha nem szól alt meg, a második pedig nem lőtt. Uráli görgők Nagy Péter uralkodása idejénkülönös hírnevet szerzett a hadsereg megbízható fegyvereinek szállítójaként. Ezt a címet azonban teljesen jogosan viselik most is. Mielőtt megvizsgálnánk a fémöntvény főbb típusait, szükséges néhány szót ejteni az alapanyagok szükséges jellemzőiről.

Mi legyen a fém az öntéshez

Az öntéshez használt fém legfontosabb tulajdonsága a folyékonysága. Az olvadt formában lévő ötvözetnek a lehető legkönnyebben kell áramolnia az egyik tégelyből a másikba, miközben kitölti a legkisebb mélyedéseket. Minél nagyobb a folyékonyság, annál vékonyabb falak készíthetők a késztermékben. A rosszul terjedő fémekkel sokkal nehezebb. Normál körülmények között sokkal hamarabb sikerül megragadnia, mint ahogy kitölti a forma összes hiányosságát. Ezzel a nehézséggel szembesülnek az iparosok fémötvözetek öntésekor.

Nem meglepő, hogy az öntöttvas lett az öntöde kedvenc anyaga. Ennek az ötvözetnek ugyanis kiváló a folyékonysága, így viszonylag könnyű vele dolgozni. Az acél távolról sem olyan folyékony, ezért a forma teljes kitöltéséhez (hogy ne legyenek üregek és üregek) különféle trükköket kell bevetni.

A legegyszerűbb esetben, amikor otthoni fémöntésre van szükség, az alapanyagokat megolvasztják és kis adagokban vízbe öntik: így különösen horgászathoz készíthet süllyesztőt. De ezt a módszert viszonylag széles körben alkalmazzák még a fegyveriparban is! Egy speciális torony tetejéről, amely körvonalaiban hűtőtoronyra emlékeztet, megolvadtfém. A szerkezet magassága olyan, hogy a már kihűlt tökéletesen kialakított csepp elérje a talajt. Így készül a sörét ipari méretekben.

Földöntési módszer

A legegyszerűbb és legősibb módszer a fém földbe öntése. De az „egyszerűsége” viszonylag feltételes fogalom, hiszen ez a munka rendkívül alapos felkészülést igényel. Mit jelent ez?

Először a modellboltban készül el a jövő öntvényének teljes méretű és legrészletesebb modellje. Ezenkívül a méretének valamivel nagyobbnak kell lennie, mint a kívánt termék, mivel a fém lehűl. A modell általában két félből leszerelhető.

Miután ez megtörtént, elkészül a speciális formázóhomok. Ha a jövőbeli terméknek belső üregekkel és üregekkel kell rendelkeznie, akkor a rudakat, valamint egy további formázóanyagot is elő kell készíteni. Ideiglenesen ki kell tölteniük azokat a területeket, amelyek a kész részben „üresek”. Ha érdekel az otthoni fémöntés, ezt mindenképpen tartsa szem előtt, mert különben a már megtöltött lombik nyomás hatására egyszerűen szétszakadhat, és ennek a legszomorúbb következményei lehetnek.

Miből készül a fröccsöntő homok?

Az alap különböző minőségű homok és agyag, valamint kötőanyagok. Szerepüket betölthetik a természetes és szintetikus olajok, szárítóolajok, gyanták, gyanta és még a kátrány is.

Következik a formálók ideje, akiknek a feladata a formák készítése. Ha elmagyarázodegyszerűbb, ez így történik: kiveszünk egy fadobozt, belehelyezzük a forma felét (az is levehető), és a modell falai és a forma közötti réseket eltömítjük öntőanyaggal.

Ugyanezt kell tenni a második felével is, és rögzítse mindkét részt csapokkal. Fontos megjegyezni, hogy két speciális kúpot helyeznek be a forma azon részébe, amely kiöntéskor a tetején lesz. Az egyiket olvadt fém öntésére, a másodikat a táguló gázok elhagyására használják.

Az előkészítő szakasz vége

És most eljött az ideje a művelet talán legdöntőbb részének. A lombikok nagyon óvatosan vannak elválasztva, megpróbálva megakadályozni a homok integritásának megsértését. Ezt követően a leendő rész két egyértelmű és részletes lenyomata marad a földben. Ezt követően speciális festékkel vonják be. Ezt úgy kell megtenni, hogy az olvadt fém ne kerüljön közvetlenül érintkezésbe a talajjal. A fémöntési technológia ezt nem engedheti meg, ellenkező esetben a késztermék minősége jelentősen romolhat.

Ha szükséges, ezzel egyidejűleg egy további kapunyílást is vágunk, ami az olvadék kiöntéséhez szükséges. A lombikokat ismét össze kell hajtani, és a lehető legszigorúbban össze kell kötni. Ha a homok kissé megszáradt, elkezdheti az öntést.

Átküldés indítása

Először kupolákban, azaz speciális kemencékben olvasztják meg az öntöttvas nyersdarabokat. Ha acél öntésére van szükség, akkor az alapanyagokat kohókban, kandallóban, inverteres és egyéb kemencékben olvasztják. Behozniszínesfémek olvadékállapota esetén használjon speciális olvasztóberendezéseket.

Minden, elkezdheti az átküldést. Ha csak egy forma van, akkor egy-egy merőkanállal beleöntjük az olvadékot. Más esetekben általában egy szállítószalagot szerveznek: vagy egy üres szalag megy az üst alá, vagy az üst mozog a lombiksorokon. Mindez kizárólag a termelés megszervezésétől függ. Amikor eljön az ideje, és a fém kihűl, eltávolítják a formából. Ez a módszer elvileg ideális olyan esetekben, amikor otthoni fémöntésre van szükség (például kovácshoz). Ilyen körülmények között tökéletesebbet úgysem lehet elérni.

A homokfúvó vagy csiszológépek eltávolítják a lerakódást és a rátapadt fröccsöntő homokot a késztermékről. Egyébként ezt a módszert a Nagy Honvédő Háború alatt aktívan használták a tankok gyártásában. Így készültek az öntött tornyok, és ennek az eljárásnak az egyszerűsége és gyárthatósága tette lehetővé, hogy hatalmas számú katonai jármű készüljön, amire a frontnak annyira szüksége volt. Milyen más típusú fémöntvény létezik?

Összeöntés

De most sokkal fejlettebb és technológiailag fejlettebb módszereket alkalmaznak az öntött termékek gyártásához. Például fémöntés hűtőformában. Ez a módszer elvileg sok tekintetben hasonlít a fent leírthoz, mivel ebben az esetben öntőformákat is alkalmaznak. Csak ugyanakkor fémek, ami nagyban leegyszerűsíti a nagyüzemi gyártás folyamatát.

Tehát a kúpokat és rudakat két félbe helyezik (a fém öntéséhez és az üregek kialakításához), ésmajd erősen rögzítse őket egymáshoz. Minden, mehet dolgozni. Ennek a módszernek az a sajátossága, hogy itt az olvadt fém rendkívül gyorsan megszilárdul, lehetőség van a formák kényszerhűtésére, így a kioldási folyamat sokkal gyorsabb. Egyetlen formával több száz, ha nem több ezer öntvényt készíthet, miközben nem kell sok időt fordítani a formák és homok egyedi előkészítésére.

A módszer néhány hátránya

Ennek az öntési módszernek az a hátránya, hogy csak azok a fémek alkalmasak rá, amelyekre olvadt formában fokozott folyékonyság jellemző. Például acélhoz csak a nyomás alatti öntés alkalmas (erről alább), mivel ennek az anyagnak egyáltalán nincs jó folyékonysága. A sűrített levegő hatására még a leginkább „képlékeny” acélfajták is sokkal jobban felveszik a kívánt formát. A rossz az, hogy egy közönséges hűtőforma egyszerűen nem bírja az ilyen szélsőséges gyártási körülményeket, és szétesik. Ezért speciális gyártási módszert kell alkalmaznia, amelyet az alábbiakban tárgyalunk.

Fröccsöntés

Hogyan történik a fémek nyomás alatti présöntése? A fentiekben már megvizsgáltunk néhány szempontot, de ezt a kérdést még részletesebben fel kell fedni. Minden nagyon egyszerű. Elsősorban minőségi acélminőségekből készült öntőformára van szükség, amely lehet többlépcsős, összetett belső forma. Másodszor olyan szivattyúberendezésre van szükségünk, amely hét-hétszáz MP-re képes.

Fő előnyez az olvasztási módszer nagy termelékenységet biztosít. Mi biztosítja még a fröccsöntést? Ebben az esetben sokkal kevesebb fémet használnak fel, és a késztermék felületi minősége nagyon jó. Ez utóbbi körülmény egy bonyolult és meglehetősen sivár tisztítási és csiszolási eljárás elutasítását jelenti. Mely anyagok a legjobb anyagok ehhez a gyártási módszerhez a késztermékek és alkatrészek előállításához?

A leggyakrabban használt ötvözetek alumínium, cink, réz és ón-ólom alapúak (színesfémek öntése). Olvadáspontjuk viszonylag alacsony, így a teljes folyamat nagyon magas gyárthatósága érhető el. Ezen túlmenően ez a nyersanyag lehűléskor viszonylag kis üledéket tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy nagyon kis tűréshatárokkal lehet alkatrészeket gyártani, ami rendkívül fontos a modern technológia gyártásában.

A módszer összetettsége abban rejlik, hogy amikor a késztermékeket leválasztják a formákról, azok megsérülhetnek. Ezenkívül ez a módszer csak viszonylag kis falvastagságú alkatrészek gyártására alkalmas. A tény az, hogy egy vastag fémréteg rendkívül egyenetlenül keményedik meg, ami előre meghatározza a héjak és üregek kialakulását.

Változatos berendezések nyomás alatti öntéshez

A fémtermékek öntésének ebben a módszerében használt összes gép két nagy csoportra osztható: meleg- és hidegöntőkamrával. A "forró" változat leggyakrabban csak cink alapú ötvözetekhez használható. Ebben az esetben maga az öntőkamra forró fémbe merül. Nyomás alattlevegő vagy speciális dugattyú, az öntőüregbe áramlik.

Általában nincs szükség nagy befecskendezési erőre, elegendő 35-70 MPa nyomásig. Tehát ebben az esetben a fémöntéshez használt formák sokkal egyszerűbbek és olcsóbbak lehetnek, ami a legkedvezőbb hatással van a termék végső költségére. A hidegöntő formákban az olvadt fémet különösen nagy nyomás alatt kell mélyen az öntőkamrába „hajtani”. Ugyanakkor elérheti a 700 MPa-t.

Hol használják a fröccsöntött alkatrészeket?

Mindenhol ott vannak. A telefonokban, számítógépekben, fényképezőgépekben és mosógépekben mindenhol megtalálhatók az ezzel a módszerrel nyert részletek. Különösen széles körben használják a gépiparban, beleértve azokat is, amelyek közvetlenül kapcsolódnak a repüléshez, sőt az űriparhoz is. Az öntött alkatrészek tömege néhány grammtól 50 kilogrammig (és még ennél is magasabb) változhat. Alkalmazható-e a fémek egyéb "feldolgozása" öntéssel? Igen, és még sok más módszer létezik.

Elveszett viaszöntés

Ahogyan az első esetben, az emberiség ősidők óta ismeri azt a módszert, amellyel olvadt fémet öntenek egy előre elkészített paraffinból vagy viaszból készült modellbe. Egyszerűen a lombikba helyezzük, és a réseket öntőhomokkal töltjük ki. Az olvadék feloldja a viaszt, és ideális esetben kitölti az elsődleges munkadarab teljes térfogatát. Ez a módszer azért jó, mert a modellt nem kell kivenni a lombikból. Ezen kívül lehetőség van egyszerűen tökéletes minőségű alkatrészek beszerzésére, ezzel az öntési eljárássala fémek viszonylag könnyen automatizálhatók.

Shell-öntés

Ha az öntés viszonylag egyszerű, és a készterméktől nincs szükség "térszilárdságra", akkor a héjformákba öntés módszere használható. Ősidők óta gyártják, alapként finom kvarchomokot és gyantát használnak. Ma már természetesen ez utóbbiként különféle szintetikus vegyületeket használnak.

Ezután összecsukható fémmodelleket veszünk, amelyek két félből állnak, és körülbelül 300 Celsius-fokra melegített felületre helyezzük őket. Ezután a formázókeveréket (homokból és száraz gyantából) ugyanoda öntik úgy, hogy az teljesen lefedje a fémmodellek felületét. Hő hatására a gyanta megolvad, és egy meglehetősen erős „lombik” jelenik meg a homok vastagságában.

Amint egy kicsit kihűl, a fémrudak eltávolíthatók, a homok pedig a sütőbe kerülhet „pörkölésre”. Ezt követően kellően erős formákat kapunk: a két felük összekapcsolásával olvadt fémet lehet önteni beléjük. Milyen egyéb fémöntési módszerek léteznek?

Centrifugális öntés

Ebben az esetben az olvadékot speciális formába öntik, amely vízszintes vagy függőleges vetületben nagyon nagy sebességgel forog. Az erőteljes, egyformán kifejtett centrifugális erők hatására a fém egyenletesen áramlik a forma minden résébe, ezáltal a késztermék kiváló minősége érhető el. Ez az öntési módszer ideális különféle típusú csövek gyártásához. Sokkal egyenletesebb vastagság kialakítását teszi lehetővéfalak, amit „statikus” módszerekkel rendkívül nehéz elérni.

Elektro-salaköntés

Van-e olyan fémöntési mód, amelyet joggal nevezhetünk modernnek? Elektrolagos öntés. Ebben az esetben a folyékony fémet először úgy nyerik ki, hogy a korábban elkészített nyersanyagot erőteljes elektromos ívkisülésekkel hatnak. Használható az ívmentes módszer is, amikor a salak által felhalmozott hőből olvasztják a vasat. De az utolsót erős kisülések befolyásolják.

Ezután a folyékony fém, amely a teljes folyamat során soha nem érintkezett levegővel, belép a kristályosító kamrába, amely "kombinációban" egyben öntőforma is. Ezt a módszert viszonylag egyszerű és masszív öntvényeknél alkalmazzák, amelyek gyártásához sok feltételt nem kell betartani.

Vákuumos töltés

Csak a "csúcskategóriás" anyagokra vonatkozik, mint például arany, titán, rozsdamentes acél. Ebben az esetben a fémet vákuum alatt megolvasztják, majd gyorsan (ugyanolyan körülmények között) formákba osztják. A módszer annyiban jó, hogy alkalmazásakor gyakorlatilag kizárt a légüregek, üregek kialakulása a termékben, hiszen ott minimális a gázok mennyisége. Fontos megjegyezni, hogy az öntvények tömege ebben az esetben nem haladhatja meg a száz-két kilogrammot.

Lehet kapni nagyobb alkatrészeket?

Igen, létezik ilyen technológia. De csak olyan esetekben használható, amikor száz tonna acélt dolgoznak fel egyszerre.és több. Először a fémet vákuumkörülmények között megolvasztják, majd nem formákba, hanem speciális formázóüstökbe öntik, amelyek szintén védettek az üregükbe jutó levegőtől.

Ezt követően a kész olvadékot formákba lehet osztani, amelyekből előzőleg szivattyúval ki is pumpálták a levegőt. Az ilyen technológiai eljárás eredményeként kapott acél meglehetősen drága. Kovácsoláshoz, valamint azonos öntvénytípusokhoz használják, amikor a legjobb minőségű nyersdarabokat és alkatrészeket kell előállítani.

Gázosodott (kiégett) minták öntése

Az öntési minőség és egyszerűség szempontjából ez a módszer az egyik legjövedelmezőbb, ezért a modern iparban egyre szélesebb körben alkalmazzák. Az ilyen fémöntvények, amelyek gyártása évről évre növekszik, különösen népszerű a KNK-ban és az USA-ban, mivel e két ország ipari bázisait jellemzi a legnagyobb igény a kiváló minőségű acél iránt. Ennek a módszernek az az előnye, hogy lehetővé teszi az öntvények gyártását súly- és méretkorlátozás nélkül.

Ez a módszer sok tekintetben hasonlít a fent leírtakhoz: például ebben az esetben az elsődleges modellt nem viaszból vagy gyurmából, hanem a ma már elterjedt habból használják. Mivel ennek az anyagnak megvannak a sajátosságai, a kötőanyag-homokkeveréket körülbelül 50 kPa nyomás alatt töltik a lombikba. Ezt a módszert leggyakrabban olyan esetekben alkalmazzák, amikor 100 grammtól két tonnáig kell gyártani az alkatrészeket.

Azonban már mondtuk, hogy néhány szigorú korlátozástméret adatok sz. Így ezzel az öntési módszerrel akár hajómotorokhoz is előállíthatók olyan alkatrészek, amelyek mérete soha nem volt „szerény”. Minden tonna fém nyersanyaghoz a következő mennyiségű további anyag kerül felhasználásra:

• Finom homokkvarc - 50 kg.
• Speciális tapadásmentes bevonat – 25 kg.
• Granulált polisztirolhab - 6 kg.
• Sűrű polietilén fólia - 10 négyzetméter m.

Minden fröccsöntő homok tiszta kvarchomok, további adalékanyagok és adalékanyagok nélkül. Körülbelül 95-97%-ban újrafelhasználható, ami nagymértékben javítja a gazdaságosságot és csökkenti a folyamat költségeit.

Így a fémöntés (a folyamat fizikáját részben mi is figyelembe vettük) „sokoldalú” jelenség, hiszen ma már rengeteg új módszer létezik. Ugyanakkor a modern ipar több ezer éve alkalmazott módszereket alkalmaz, némileg a jelenlegi valósághoz igazítva azokat.