Opsplitsing van zand en speciale giettechnieken

De methode om gietstukken (vormstukken of onderdelen) met bepaalde vormen en eigenschappen te vormen door metaal te smelten, mallen te maken en het gesmolten metaal in de vormholte te gieten en te wachten tot het is afgekoeld en gestold, wordt gieten genoemd. Gieten wordt veel gebruikt in de machinefabricage en is een van de belangrijkste methoden voor het produceren van vormstukken of onderdelen.

Het gietvormproces heeft de volgende kenmerken:

• Geschikt voor het vervaardigen van vormstukken of onderdelen met complexe vormen, vooral die met complexe interne holtes, zoals cilinders, behuizingen, pomphuizen, klephuizen, waaiers enz.
• De grootte van gietstukken is bijna onbeperkt, van onderdelen voor elektrische instrumenten die een paar gram wegen tot frames voor staalfabrieken die honderden tonnen wegen.
• Het gietproces is eenvoudig, de gebruikte materialen zijn goedkoop en het heeft een breed scala aan toepassingen. Voor sommige materialen met een slechte plasticiteit (zoals gietijzer) is gieten het enige vormproces om vormstukken te maken.

Het productieproces van gietstukken omvat vele stappen en de factoren die de kwaliteit van gietstukken beïnvloeden zijn complex. Gietfouten zoals onvoldoende gieten, krimpholten, porositeit, zandgaten en scheuren kunnen gemakkelijk ontstaan, wat resulteert in een hoog uitvalpercentage.

Gietvormen zijn onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: zandgieten en speciaal gieten, gebaseerd op vormmaterialen, vormmethodes en gietomstandigheden. Zandgieten is een traditionele gietmethode met flexibele processen en lage kosten. Speciaal gieten verwijst naar andere gietmethoden dan zandgieten.

De gietprestaties van een legering zijn de procesprestaties van de legering tijdens het gietvormproces. De kwaliteit van de gietprestaties heeft een directe invloed op de interne en externe kwaliteit van het gietstuk. De belangrijkste aspecten van gietprestaties zijn de vloeibaarheid, krimp, oxidatie, gasabsorptie en ontmengingstendens van de gietlegering.

I. Zandgieten

De gietmethode waarbij gietzand wordt gebruikt als materiaal om de mal voor te bereiden heet zandgieten, waarbij gesmolten metaal in de holte van de zandmal wordt gegoten en het gietstuk wordt verkregen nadat het is afgekoeld en gestold.

Bij de productie van gietstukken wordt het deel dat wordt gebruikt om de externe contour van het gietstuk te vormen de mal genoemd en het deel dat wordt gebruikt om de interne holte of lokale vorm van het gietstuk te vormen de kern. Het materiaal dat gebruikt wordt om de mal te maken heet molding sand (vormzand) en het materiaal dat gebruikt wordt om de kern te maken heet core sand (kernzand). Vormzand en kernzand worden samen vormmaterialen genoemd. Het zandgietproces wordt getoond in Figuur 1.

1. Molding

Gieten is het proces van het vormen van de interne holte van de zandvorm met behulp van een patroon, dat de externe contour van het gietstuk vormt na het gieten. Het is het meest basale proces bij zandgieten en is onderverdeeld in twee categorieën: handmatig gieten en machinaal gieten. Handmatig gieten wordt vooral gebruikt voor de productie van een enkel stuk of een kleine partij, terwijl machinaal gieten vooral gebruikt wordt voor massaproductie.

(1) Handmatig vormen

Er zijn veel methodes om handmatig te mouleren. Volgens de kenmerken van de zandbak zijn er twee-vaks molding, drie-vaks molding en pit molding; volgens de kenmerken van het model zijn er solide patroon molding, split patroon molding, zand graven molding, valse doos molding, losse stuk molding, en schraper molding.

Bij gieten kunnen voor hetzelfde gietstuk verschillende gietmethodes gebruikt worden. De specifieke methode die gebruikt moet worden hangt af van factoren zoals de structurele kenmerken, de grootte, de productiebatch en de productieomstandigheden van het gietstuk.

(2) Machinaal spuitgieten

Bij machinaal gieten worden alle bewerkingen, zoals het vullen van de mal met zand (zand vullen), het verdichten van het zand en het verwijderen van het patroon, uitgevoerd met behulp van gietmachines. Machinaal gieten heeft een lage arbeidsintensiteit, hoge productiviteit, stabiele gietkwaliteit en kleine bewerkingstoleranties. Het verdichten van het zand door machinaal gieten kan echter niet door de middelste doos dringen, dus het kan niet gebruikt worden voor gieten met drie dozen.

2. Kern maken

Het maken van kernen is het proces van het vullen van kernzand in een kernkist, verdichten, bijsnijden en andere procedures om een kern te vormen. Omdat de kern tijdens het gieten gemakkelijk wordt geraakt door gesmolten metaal en wordt omgeven door gesmolten metaal van hoge temperatuur, moet de kern sterker, doordringbaarder, vuurvaster en instortbaarder zijn.

Om de sterkte van de kern te verbeteren, kunnen tijdens het maken van de kern botjes worden toegevoegd. Kleine kernbeenderen gebruiken vaak ijzerdraad of spijkers, terwijl middelgrote en grote kernbeenderen vaak gietijzer gebruiken om een raamwerk te vormen. Om de doorlaatbaarheid van de kern te verbeteren, kunnen in het midden van de kern ventilatiekanalen worden uitgegraven die in verbinding staan met de buitenkant van de mal. Voor grotere kernen kunnen waslijnen, cokes, slakken enz. in het midden van de kern worden geplaatst.

3. Gieten

Het proces waarbij vloeibaar metaal in een mal wordt gegoten, heet gieten. Gieten is een van de belangrijke stappen om de kwaliteit van gietstukken te garanderen. Gietstukken die gesloopt worden omwille van het gieten, vertegenwoordigen 20% tot 30% van het totale aantal gesloopte gietstukken. Daarom moeten de giettemperatuur en de gietsnelheid tijdens het gieten strikt gecontroleerd worden.

4. Opschudden en schoonmaken

(1) Uitschudden

Het proces om gietstukken uit de zandvorm te halen, wordt uitschudden genoemd. Het uitschudden wordt onderverdeeld in handmatig uitschudden en machinaal uitschudden. Het eerste wordt gebruikt voor de productie van kleine series uit één stuk, terwijl het tweede wordt gebruikt voor massaproductie.

De sleutel tot het uitschudden is het juiste moment voor het openen van de mal. Als de mal te vroeg wordt geopend, is het gietstuk niet voldoende afgekoeld, waardoor defecten zoals vervorming en oppervlakteverharding ontstaan en het gietstuk interne spanningen en scheuren gaat vormen. Als de matrijs te laat wordt geopend, neemt deze productieruimte en gereedschappen in beslag, waardoor de productiviteit daalt. De uitbreektijd is gerelateerd aan de grootte en vorm van het gietstuk en het type legering.

(2) Schoonmaken

De processen van het afsnijden van het afsluitsysteem, het verwijderen van de kern, het verwijderen van uitlopers en bramen, en het schoonmaken van aangehecht zand na het uitschudden worden schoonmaken genoemd, om het oppervlak van het gietstuk aan de eisen te laten voldoen.

II. Speciaal gieten

Zandgieten heeft veel voordelen en wordt veel gebruikt, maar het heeft ook enkele nadelen, zoals een lage maatnauwkeurigheid van gietstukken, ruwe oppervlaktelage productiviteit, onstabiele kwaliteit en hoge arbeidsintensiteit.

Om de kwaliteit en productie-efficiëntie van gietstukken verder te verbeteren, zijn er enkele geavanceerde gietmethoden gevonden die aanzienlijk verschillen van gewoon zandgieten. Deze gietmethoden, die aanzienlijk verschillen van gewoon zandgieten, worden samen speciaal gieten genoemd.

Er zijn veel methoden voor speciaal gieten, zoals verlorenwasgieten, metaalgieten, drukgieten, centrifugaal gieten, lagedrukgieten, schelpgieten, keramisch vormgieten, continugieten, vacuümgieten en magnetisch vormgieten. Hier introduceren we de meer gebruikte methodes zoals verlorenwasgieten, metaalgieten, drukgieten en centrifugaal gieten.

1. Investeringsgieten

Investeringsgieten is de meest gebruikte precisiegietmethode. Het gebruikt smeltbare materialen (zoals was) om een patroon te maken (waspatroon), bedekt het patroon met verschillende lagen vuurvaste coatings en na uitharden en drogen smelt het patroon en loopt het uit de mal om een mal (omhulsel) zonder scheidingslijn te verkrijgen. Na bakken en gieten op hoge temperatuur wordt het gewenste gietstuk verkregen. Omdat was vaak wordt gebruikt om waspatronen te maken bij verlorenwasgieten, wordt het ook wel verlorenwasgieten genoemd.

Kenmerken en toepassingen van verlorenwasgieten:

• Hoogwaardige gietstukken. Het investeringsafgietsel kan afgietsels met hoge dimensionale nauwkeurigheid en lage oppervlakteruwheidswaarden verkrijgen. De algemene maatnauwkeurigheid kan IT11~IT14 bereiken en de waarde van de oppervlakteruwheid kan Ra1.6~6.3μm bereiken. Daarom kunnen onderdelen die gemaakt zijn door middel van verlorenwasgieten minder of geen bewerkingen ondergaan.
• Er kunnen verschillende legeringen worden gegoten, vooral geschikt voor hooggelegeerde staalsoorten met hoge smeltpunten en moeilijke bewerking, zoals hittebestendige legeringen, roestvrij staal en magnetisch staal.
• Complexe, dunwandige gietstukken met duidelijke contouren kunnen gegoten worden. De minimale diameter van gegoten gaten kan 0,5 mm bedragen en de minimale wanddikte 0,3 mm.
• Productiebatches zijn niet beperkt. Investeringsgieten kan tientallen of duizenden stuks produceren. In massaproductieomstandigheden kunnen gemechaniseerde assemblagelijnen worden gerealiseerd.

Investeringsgieten wordt voornamelijk gebruikt om kleine onderdelen met complexe vormen, hoge precisievereisten en moeilijke bewerkingen te produceren, zoals motorbladen, kleine onderdelen van auto's, tractoren en gereedschapsmachines. Het wordt ook veel gebruikt in de telecommunicatie-, machine-, instrumentatie- en gereedschapsindustrie.

2. Metalen gietvormen

De methode waarbij vloeibaar metaal in een mal van metaal wordt gegoten om gietstukken te verkrijgen, wordt metaalgieten genoemd. Omdat metalen mallen continu honderden tot duizenden keren hergebruikt kunnen worden, wordt metaalgieten ook wel permanent vormgieten genoemd.

Kenmerken en toepassingen van metaalgietwerk:

• Het kan "één matrijs, meerdere gietstukken" maken, wat tijd en materiaal bespaart, mechanisatie en automatisering vergemakkelijkt en de productiviteit verbetert.
• De gietstukken hebben fijne korrels, een dichte structuur en hoge mechanische eigenschappen.
• De gietstukken hebben een hoge maatnauwkeurigheid en een goede oppervlaktekwaliteit. De maatnauwkeurigheid kan IT12~IT14 bereiken en de waarde van de oppervlakteruwheid kan Ra6.3~12.5μm bereiken.

Het afgietsel van de metaalvorm is hoofdzakelijk geschikt voor massaproduktie van middelgrote en kleine non-ferro metaal (zoals aluminium, magnesium, koper, enz.) legeringsafgietsels met vrij eenvormige muurdikte, zoals aluminiumzuigers, cilinderblokken, cilinderkoppen van auto's, tractoren, en interne verbrandingsmotoren, motorhuisvesting, verbindingsdoosdekking, de ringen van de koperlegering, en kokers. Het kan ook eenvoudig gevormde ferrometaalafgietsels produceren.

3. Drukgieten

Drukgieten (ook wel spuitgieten genoemd) is een methode waarbij vloeibaar metaal onder hoge druk snel in een metalen mal wordt geperst en onder druk wordt gestold om gietstukken te verkrijgen. Spuitgieten is een zich snel ontwikkelend, snijarm en niet snijdend vormproces in de moderne metaalverwerkingstechnologie.

Kenmerken en toepassingen van spuitgieten:

• Goede gietkwaliteit. De maatnauwkeurigheid van gietstukken bereikt over het algemeen IT11 tot IT13, met als hoogste IT8 tot IT9. De waarde van de oppervlakteruwheid kan Ra0.8 tot 3.2μm bereiken, zodat kunnen sommige matrijzenafgietsels zonder machinale bewerking worden geassembleerd en worden gebruikt.
• Hoge sterkte en oppervlaktehardheid van gietstukken. Door de snelle kristallisatie van de metaalvloeistof onder druk is de oppervlaktestructuur van het gietstuk dicht en zijn de interne korrels fijn, zodat de treksterkte van het gietstuk 25% tot 40% hoger is dan die van zandgietstukken, maar de rek is kleiner.
• Complexe dunwandige onderdelen of gietstukken met kleine gaatjes en schroefdraad kunnen direct worden gegoten, zoals gietstukken van aluminiumlegeringen met een wanddikte tot 0,5 mm, een minimale gietgatdiameter van 0,7 mm en een minimale schroefdraadafstand van 0,75 mm.
• Onderdelen met andere ingebedde materialen kunnen worden gegoten om kostbare materialen en verwerkingstijd te besparen, de prestaties van onderdelen te verbeteren en de inbeddingstechnologie kan het assemblageproces van sommige onderdelen vervangen.
• Hoge productiviteit en het productieproces is gemakkelijk te mechaniseren en te automatiseren.

Het matrijzenafgietsel wordt wijd gebruikt in de productieindustrieën van auto's, tractoren, instrumenten, elektronische instrumenten, de defensieindustrie, medische apparatuur, enz., zoals motorcilinderblokken, cilinderkoppen, transmissiebehuizingen, motordeksels, instrument en camerabehuizingen en steunen, pijpverbindingen, toestellen, enz.

Momenteel wordt het vooral gebruikt voor kleine (minder dan 10 kg) non-ferrometaalafgietsels in massaproductie, waarbij zinklegeringen en aluminiumlegeringen het meest worden gebruikt.

4. Centrifugaal gieten

Centrifugaal gieten is een gietmethode waarbij vloeibaar metaal in een met hoge snelheid roterende mal wordt gegoten, waarbij de mal wordt gevuld en stolt onder invloed van de centrifugale kracht.

Kenmerken en toepassingen van centrifugaal gieten:

• Goede gietkwaliteit. Onder invloed van de centrifugale kracht stolt en vormt het gietstuk, wat resulteert in een dichte structuur met minder defecten zoals krimpholten, poriën en insluitingen. Bovendien resulteert de snelle afkoeling van de metaalvorm in fijne korrels en hogere mechanische eigenschappen.
• Bij de productie van holle cilindrische gietstukken is geen kern nodig, wat tijd en materiaal bespaart. Er is ook geen afsluitsysteem nodig, wat resulteert in een hoger metaalgebruik.
• De metaalvloeistof heeft een goed vormvullend vermogen, waardoor dunwandige gietstukken en legeringen met een slechte vloeibaarheid gegoten kunnen worden.
• Het kan bimetaalafgietsels met verschillende eigenschappen gieten, zoals met staal beklede koperbeklede lagers (ook bekend als koperbeklede lagers). De productiemethode bestaat uit het plaatsen van een voorverwarmde stalen huls in de mal, het gieten van gesmolten vloeistof van een koperlegering en het afkoelen en stollen om een bimetalen gietstuk te verkrijgen met een stalen buitenstructuur en een koperen binnenstructuur.

Centrifugaalgieten wordt voornamelijk gebruikt om holle gietstukken van roterende lichamen te maken, zoals cilindervoeringen en bussen. Daarnaast kan het diverse dichte en met hoge sterkte gevormde gietstukken gieten, zoals kleine waaiers en gevormde snijgereedschappen. Centrifugaalgieten is geschikt voor verschillende metalen materialen en produceert gietstukken met een gewicht tot enkele tonnen of met een minimale gatdiameter van 7 mm.