Ce este turnarea cu nisip și cum funcționează în producția modernă?- Zhejiang Fantian Foundry & Trading Co., Ltd.

Turnare cu nisip este o tehnică de turnare a metalelor utilizată pe scară largă, care există de mii de ani. Este încă o metodă cheie în producția modernă datorită rentabilității, versatilității și capacității sale de a produce piese complexe. În procesul de turnare cu nisip, metalul topit este turnat într-o matriță făcută din nisip pentru a forma un obiect solid odată ce se răcește și se solidifică. Acest proces este utilizat în diverse industrii, inclusiv auto, aerospațial, construcții și mașini.

1. Crearea modelului: Fundația turnării cu nisip

Modelul este o replică exactă a produsului final, dar de obicei ușor mai mare pentru a ține seama de contracția metalului în timpul procesului de răcire. În mod tradițional, modelele erau realizate din materiale precum ceara, lemnul sau metalul. Cu toate acestea, în turnarea modernă cu nisip, imprimarea 3D a devenit o tehnică comună pentru crearea de modele, în special pentru modele complicate. Capacitatea de a utiliza imprimarea 3D reduce timpul și costurile asociate cu metodele tradiționale.

Modelul este creat pe baza specificațiilor de proiectare ale piesei finale. Este necesar un grad ridicat de precizie pentru a se asigura că produsul turnat are dimensiunile și caracteristicile corecte. Modelele pot fi realizate și în mai multe piese dacă piesa este complexă, fiecare secțiune a matriței asamblată pentru a forma forma finală.

2. Pregătirea matriței: crearea spațiului pentru turnare

Odată ce modelul este pregătit, acesta este plasat într-o cutie sau un balon și începe procesul de realizare a matriței. Mucegaiul în sine este creat dintr-un amestec de nisip și un liant, de obicei argilă, și uneori apă sau substanțe chimice, care ajută la menținerea particulelor de nisip împreună. Acest amestec de nisip este compactat în jurul modelului pentru a forma o cavitate solidă a matriței.

2.1 Tipuri de nisip utilizate

Tipul de nisip folosit în procesul de turnare este crucial, deoarece are un impact asupra calității turnării. Nisipul de siliciu este cel mai des folosit material în turnarea cu nisip datorită disponibilității, rentabilității și rezistenței la căldură. Cu toate acestea, există diverse alte tipuri de nisip folosite în funcție de cerințele de turnare, precum nisipul olivin și nisipul de zircon, care oferă o rezistență mai bună la căldură și pot fi folosite pentru aplicații mai specifice.

2.2 Compactarea nisipului

Amestecul de nisip este compactat în jurul modelului fie manual, fie prin metode mecanice. La compactarea nisipului, se acordă grijă să nu existe goluri sau pungi de aer, deoarece acestea pot duce la defecte ale piesei turnate. Dacă matrița nu este compactată corespunzător, poate cauza curgerea neuniformă a metalului topit, ceea ce ar putea duce la porozitate sau zone slabe în turnarea finală.

3. Topirea și turnarea: inima procesului

După ce matrița este creată, următorul pas este topirea metalului care va fi turnat în matriță. Metalul este de obicei încălzit într-un cuptor până la starea sa topit. Metalele comune utilizate în turnarea cu nisip includ aluminiul, bronzul, oțelul și fierul.

3.1 Cuptoare și echipamente

Există diferite tipuri de cuptoare utilizate pentru topirea metalului, în funcție de metalul specific și de dimensiunea turnării. Cuptoarele electrice cu inducție sunt utilizate în mod obișnuit pentru metale neferoase, cum ar fi aluminiul, în timp ce cuptoarele cu petrol sau gaz sunt utilizate de obicei pentru metale feroase, cum ar fi oțelul și fonta.

Metalul este topit la o anumită temperatură, în funcție de tipul său. De exemplu, aluminiul este de obicei topit la aproximativ 660°C (1220°F), în timp ce oțelul necesită temperaturi peste 1370°C (2500°F). Metalul topit este apoi turnat în matriță printr-o cană de turnare și în canale cunoscute sub numele de porți și canale. Aceste canale direcţionează metalul topit în cavitatea de unde modelul a fost îndepărtat.

3.2 Procesul de turnare

Turnarea corectă a metalului este crucială pentru a evita defectele. Metalul trebuie turnat la temperatura potrivită și la o viteză controlată pentru a preveni turbulențele, care pot introduce pungi de aer sau pot determina solidificarea prematură a metalului.

4. Răcire și solidificare: de la lichid la solid

Odată ce metalul topit umple cavitatea, acesta este lăsat să se răcească și să se solidifice. Timpul de răcire variază în funcție de dimensiunea și materialul turnării. Pe măsură ce metalul se răcește, se contractă ușor. Pentru a se adapta la aceasta, modelul este făcut puțin mai mare decât piesa finală dorită și se fac rezerve în proiectare pentru a preveni crăparea sau deformarea turnării.

Răcirea și solidificarea sunt etape cruciale. Dacă metalul se răcește prea repede, poate cauza fisuri sau puncte slabe în turnare. Dacă se răcește prea încet, metalul poate forma modele de cristalizare sau incluziuni nedorite. Gestionarea vitezei de răcire este esențială pentru producerea de piese turnate de înaltă calitate.

4.1 Controlul ratei de răcire

Răcirea este uneori controlată prin utilizarea unor tehnici speciale de răcire, cum ar fi adăugarea de friguri (piese metalice plasate strategic în matriță pentru a absorbi căldura și a controla viteza de răcire). În turnarea modernă cu nisip, simulările sunt adesea folosite pentru a prezice modul în care metalul topit se va comporta pe măsură ce se răcește și se solidifică, permițând un control mai bun asupra procesului.

5. Finisare: Rafinarea turnării

Odată ce metalul s-a răcit și s-a solidificat, matrița este ruptă pentru a dezvălui turnarea brută. Turnarea necesită de obicei pași suplimentari pentru a o rafina într-un produs finit. Acești pași pot include:

5.1 Curățarea și îndepărtarea nisipului

Primul pas este îndepărtarea oricărui nisip rămas de pe suprafața turnării. Acest lucru se poate face prin diferite metode, cum ar fi sablare, finisare prin vibrare sau jeturi de apă. Procesul de curățare îndepărtează orice material de mucegai care ar fi putut adera la suprafața turnării în timpul fazei de răcire.

5.2 Prelucrare

Prelucrarea este utilizată pentru a îndepărta excesul de material și pentru a obține dimensiunile finale și finisarea suprafeței piesei. Procesele de frezare, strunjire și șlefuire sunt utilizate în mod obișnuit în turnarea cu nisip pentru a produce toleranțele și calitatea suprafeței necesare.

5.3 Tratament termic

Anumite piese turnate pot necesita tratament termic pentru a-și îmbunătăți proprietățile mecanice, cum ar fi rezistența și duritatea. Aceasta poate implica procese precum recoacere, călire sau revenire, în funcție de material și de caracteristicile dorite ale piesei finale.

Avantajele turnării cu nisip

Turnarea cu nisip are câteva avantaje semnificative, care o fac alegerea preferată pentru multe aplicații de producție:

Avantaj	Explicație
Cost-eficiență	Turnare cu nisip is inexpensive compared to other casting methods. The materials, such as sand and clay, are low-cost, and the process is highly adaptable for both small and large quantities of parts.
Versatilitate	Poate fi folosit pentru turnarea unei game largi de metale și aliaje, inclusiv aluminiu, bronz, oțel și fier. Acest lucru îl face aplicabil în multe industrii, de la auto până la aerospațial.
Complexitatea	Turnare cu nisip can create parts with complex geometries, such as intricate internal passages, which would be difficult to produce with other methods.
Prototiparea la costuri reduse	Turnare cu nisip is ideal for prototyping and low-volume production runs because the molds can be made quickly and at a lower cost compared to other methods like investment casting.
Gama de dimensiuni	Poate fi folosit pentru turnarea pieselor de diferite dimensiuni, de la componente mici la piese industriale mari, oferind flexibilitate în producție.