Kum döküm - Sand casting - Wikipedia

Çekirdekler sürüklenecek şekilde yerindeyken Cope & drag (kum kalıbının üst ve alt yarımları)

Yukarıdaki kum kalıbından iki set döküm (bronz ve alüminyum)

Kum döküm, Ayrıca şöyle bilinir kum kalıplı döküm, bir metal döküm kullanılarak karakterize edilen süreç kum olarak kalıp malzeme. "Kum döküm" terimi aynı zamanda kum döküm işlemi yoluyla üretilen bir nesneyi de ifade edebilir. Kum dökümler özel olarak üretilmektedir. fabrikalar aranan dökümhaneler. Tüm metal dökümlerin% 60'ından fazlası kum döküm işlemiyle üretilmektedir.^[1]

Kumdan yapılmış kalıplar nispeten ucuzdur ve çelik dökümhanesi kullanımı için bile yeterince refrakterdir. Kuma ek olarak, kumla uygun bir bağlayıcı madde (genellikle kil) karıştırılır veya oluşur. Karışım, kilin mukavemetini ve plastisitesini geliştirmek ve agregayı kalıplamaya uygun hale getirmek için tipik olarak suyla, ancak bazen başka maddelerle nemlendirilir. Kum tipik olarak bir çerçeve sisteminde bulunur veya kalıp kutuları olarak bilinir şişe. kalıp boşlukları ve kapı sistemi kumun adı verilen modellerin etrafına sıkıştırılarak oluşturulur desenler doğrudan kumu oyarak veya 3D baskı.

Temel süreç

Bu süreçte altı adım vardır:

1. Yerleştir Desen bir kalıp oluşturmak için kumda.
2. Bir yolluk sisteminde desen ve kumu birleştirin.
3. Deseni çıkarın.
4. Kalıp boşluğunu erimiş metal ile doldurun.
5. Metalin soğumasına izin verin.
6. Kum kalıbını kırın ve kalıbı çıkarın.

Bileşenler

Desenler

Bir tasarımcı tarafından sağlanan tasarımdan, yetenekli döküm kalıpçısı, modelci inşa eder Desen ahşap, metal veya genişletilmiş polistiren gibi bir plastik kullanılarak üretilecek nesnenin Kum öğütülebilir, taranabilir veya yaralanmış şekle sokmak. Dökülecek metal katılaşma sırasında büzüşecektir ve bu, eşit olmayan soğutma nedeniyle tek tip olmayabilir. Bu nedenle, desen, bitmiş üründen biraz daha büyük olmalıdır; kasılma ödeneği. Farklı metaller için farklı ölçek kuralları kullanılır, çünkü her metal ve alaşım diğerlerinden farklı bir miktarda daralır. Kalıplar ayrıca, içine kum yerleştirilen kalıplar içinde kayıtlar oluşturan çekirdek baskılara sahiptir. çekirdek. Bazen tellerle takviye edilen bu tür çekirdekler, valflerin iç geçitleri veya motor bloklarındaki soğutma geçitleri gibi baş ve sürüklenme ile kalıplanamayan alttan kesilmiş profiller ve boşluklar oluşturmak için kullanılır.

Metalin kalıp boşluğuna giriş yolları, ray sistemini oluşturur ve şunları içerir: yolluk, iyi bir metal 'beslemesi' sağlayan çeşitli besleyiciler ve kanal sistemini döküm boşluğuna bağlayan girişler. Geçirgen kumdan veya geçiş yoluyla döküm çıkışı sırasında oluşan gaz ve buhar yükselticiler,^{[not 1]} bunlar desenin kendisinde veya ayrı parçalar olarak eklenir.

Araçlar

Kalıplara ek olarak, kum kalıpçı, delikler oluşturmak için aletler de kullanabilir.

Yaklaşık 1946 ile 1960 arasında Auckland ve Nelson Yeni Zelanda'da kullanılan Kum Kalıplama aletleri ve kitapları

Kalıp kutusu ve malzemeleri

Çok parçalı bir kalıplama kutusu ( döküm şişesi üst ve alt yarısı sırasıyla baş ve sürükleme olarak bilinen) kalıbı almaya hazırlanır. Kalıp kutuları, birbirine ve kapanışlara kilitlenebilen bölümler halinde yapılır. Basit bir nesne için - bir tarafı düz - kutunun alt tarafı kapalı olan alt kısmı kalıp kumu ile doldurulacaktır. Kum, sıkıştırma adı verilen titreşimli bir işlemle paketlenir ve bu durumda, periyodik olarak düzleştirilir. Kumun yüzeyi daha sonra bir haşıllama bileşiği ile stabilize edilebilir. Desen kumun üzerine yerleştirilir ve başka bir kalıplama kutusu segmenti eklenir. Desenin üzerine ve etrafına ek kum sıkıştırılır. Son olarak, kutunun üzerine bir kapak yerleştirilir ve döndürülerek mandalı açılır, böylece kalıbın yarıları bölünebilir ve kalıp ve oluk ve havalandırma kalıpları çıkarılabilir. Ek boyutlandırma eklenebilir ve modelin çıkarılmasıyla ortaya çıkan kusurlar düzeltilebilir. Kutu tekrar kapatıldı. Bu, sıcak metali almak için kurutulması gereken "yeşil" bir kalıp oluşturur. Kalıp yeterince kurutulmazsa, erimiş metali etrafa fırlatabilecek bir buhar patlaması meydana gelebilir. Bazı durumlarda kum nemlendirilmek yerine yağlanabilir, bu da kumun kurumasını beklemeden dökümü mümkün kılar. Kum ayrıca furan reçineleri veya aminle sertleştirilmiş reçineler gibi kimyasal bağlayıcılarla da bağlanabilir.

Katmanlı üretim kum kalıbı hazırlamada kullanılabilir, böylece kum kalıbı bir desen etrafında paketleme kumu ile şekillendirilmek yerine 3 boyutlu olarak yazdırılır. Bu, kalıp oluşturmayı ortadan kaldırarak döküm için hazırlık sürelerini azaltabilir.^[3] Katkı maddesi, eski yöntemlerin yerini almanın yanı sıra, geleneksel bir modelden türetilen bir oyuk için çeşitli AM baskılı göbeklerin yapılması gibi hibrit modellerde de onları tamamlayabilir.^[3]

Titreme

Metalin katılaşma yapısını kontrol etmek için metal plakalar yerleştirmek mümkündür, titreme, kalıpta. İlişkili hızlı yerel soğutma, daha ince taneli bir yapı oluşturacak ve bu yerlerde biraz daha sert bir metal oluşturabilir. Demirli dökümlerde, etki benzerdir söndürme içindeki metaller dövme iş. Bir motor silindirinin iç çapı, ürpertici bir göbek tarafından sertleştirilir. Diğer metallerde, titreme teşvik etmek için kullanılabilir yönlü katılaşma döküm. Bir dökümün donma şeklini kontrol ederken, dökümler içindeki iç boşlukları veya gözenekliliği önlemek mümkündür.

Çekirdekler

Döküm içinde boşluklar oluşturmak için - örneğin sıvı soğutma için motor bloklar ve silindir kafalar —Negatif formlar üretmek için kullanılır çekirdek. Genellikle kumla kalıplanmış maçalar, kalıbın çıkarılmasından sonra döküm kutusuna yerleştirilir. Mümkün olduğunda, ek kurulum süresi, kütle ve dolayısıyla daha yüksek maliyet nedeniyle çekirdek kullanımını önleyen tasarımlar yapılır.

Uygun nem içeriğinde tamamlanmış bir kalıpla, kum kalıbını içeren kutu daha sonra erimiş metal ile doldurmak için konumlandırılır - tipik olarak Demir, çelik, bronz, pirinç, alüminyum, magnezyum alaşımlar veya çeşitli pot metal genellikle içeren alaşımlar öncülük etmek, teneke, ve çinko. Sıvı metal ile doldurulduktan sonra, kutu, metal güçlü olmak için yeterince soğuyana kadar bir kenara bırakılır. Kum daha sonra kaldırılır ve demir veya çelik durumunda hala kırmızı renkte parlayan kaba bir döküm ortaya çıkar. Demir veya kurşun gibi döküm kumundan önemli ölçüde daha ağır olan metaller söz konusu olduğunda, döküm şişesi genellikle olarak bilinen bir sorunu önlemek için ağır bir levha ile kaplanır. kalıbı yüzer. Kalıbın yüzdürülmesi, metalin basıncı kalıp boşluğunun üzerindeki kumu şekil dışına ittiğinde meydana gelir ve bu da dökümün başarısız olmasına neden olur.

Solda: Corebox, sonuçta (telle güçlendirilmiş) çekirdekler doğrudan altında. Sağda: - Desen (çekirdekle birlikte kullanılır) ve aşağıda ortaya çıkan döküm (teller çekirdek kalıntılarından alınmıştır)

Dökümden sonra, maçalar çubuklarla kırılır veya atış yapılır ve dökümden çıkarılır. Yolluk ve yükselticilerdeki metal kaba dökümden kesilir. Çeşitli ısıl işlemler İlk soğutmadan kaynaklanan gerilimleri azaltmak ve sertlik eklemek için uygulanabilir - çelik veya demir söz konusu olduğunda, su veya yağda söndürülerek. Döküm, yüzey sıkıştırma işlemi ile daha da güçlendirilebilir. shot peening —Çekme çatlamasına direnç kazandıran ve pürüzlü yüzeyi pürüzsüzleştiren. Ve yüksek hassasiyet gerektiğinde, dökümün kritik alanlarını bitirmek için çeşitli işleme operasyonları (frezeleme veya delme gibi) yapılır. Bunun örnekleri, silindirlerin delinmesini ve bir döküm motor bloğu üzerinde güvertenin frezelenmesini içerir.

Tasarım gereksinimleri

Kalıp kumunu bozmadan kalıbı çıkarmak ve göbekleri almak ve konumlandırmak için uygun konumlara sahip olmak mümkün olması gerektiğinden, yapılacak parça ve kalıbı, sürecin her aşamasına uyum sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır. Olarak bilinen hafif bir incelme taslak Kalıptan kalıbı çıkarabilmek için ayrım hattına dik yüzeylerde kullanılması gerekir. Bu gereklilik, oluşturuldukları maça kutusundan çıkarılmaları gerektiğinden çekirdekler için de geçerlidir. Yolluk ve yükselticiler, eksik bir dökümden kaçınmak için kalıp içinde uygun bir metal ve gaz akışına izin verecek şekilde düzenlenmelidir. Bir çekirdek veya kalıp parçası yerinden çıkarsa, nihai döküm içine gömülebilir ve bir kum çukuru, bu da dökümü kullanılamaz hale getirebilir. Gaz cepleri iç boşluklara neden olabilir. Bunlar hemen görülebilir veya yalnızca kapsamlı işleme yapıldıktan sonra ortaya çıkarılabilir. Kritik uygulamalar için veya boşa harcanan çabanın maliyetinin bir faktör olduğu durumlarda, daha fazla çalışma yapılmadan önce tahribatsız test yöntemleri uygulanabilir.

Süreçler

Genel olarak, iki kum döküm yöntemi arasında ayrım yapabiliriz; ilk kullanan yeşil kum ve ikincisi hava seti yöntem.

Yeşil kum

Bu dökümler, tipik olarak kil olarak adlandırılan, su ve organik bağlama bileşikleri içeren "ıslak" kumdan oluşturulmuş kum kalıpları kullanılarak yapılır.^[4] "Yeşil Kum" adı, kum kalıbının "sertleşmemiş" olmasından, metal kalıba döküldüğünde bile hala "yeşil" veya kürlenmemiş durumda olmasından gelmektedir. Yeşil kum yeşil renkte değil, ıslak halde kullanılması anlamında "yeşil" dir (yeşil oduna benzer). Adın önerdiğinin aksine "yeşil kum" kendi başına bir kum türü değildir (yani, Yeşil kum jeolojik anlamda), ancak aşağıdakilerin bir karışımıdır:

• silika kum (SiO₂), kromit kum (FeCr₂Ö₄) veya zirkon kum (ZrSiO₄),% 75 ila 85, bazen bir oranla olivin, stavrolit veya grafit.
• bentonit (kil ),% 5 ila 11
• su,% 2 ila 4
• hareketsiz çamur % 3 ila 5
• antrasit (% 0 ila% 1)

Kil oranı için birçok tarif vardır, ancak bunların tümü kalıplanabilirlik, yüzey bitirme ve sıcak erimiş metalin yapabilme yeteneği arasında farklı dengeler kurar. gazdan arındırmak. Kömür, tipik olarak dökümhaneler gibi deniz kömürü % 5'ten daha az bir oranda mevcut olan, erimiş metal varlığında kısmen yanarak organik buharların gazdan dışarı atılmasına yol açar. Demir dışı metaller için yeşil kum dökümünde kömür katkı maddeleri kullanılmaz, çünkü CO oluşturulan oksidasyonu engellemez. Alüminyum için yeşil kum tipik olarak kullanır olivin kum (minerallerin bir karışımı forsterit ve fayalit kırılarak yapılan dünit Kaya).

Kum seçiminin metalin döküldüğü sıcaklıkla çok ilgisi vardır. Bakır ve demirin döküldüğü sıcaklıklarda kil ısı ile inaktive olur. Montmorillonit dönüştürülür illit genişlemeyen bir kildir. Çoğu dökümhane, yanmış kili çıkarmak ve yeni kili ikame etmek için çok pahalı ekipmanlara sahip değildir, bu nedenle, bunun yerine, demir dökenler tipik olarak diğer kumlara kıyasla ucuz olan silis kumu ile çalışır. Kil yandığında, yeni karıştırılmış kum eklenir ve eski kumun bir kısmı atılır veya başka kullanımlara geri dönüştürülür. Silika, kumların en az arzu edilenidir, çünkü metamorfik silis kum tanecikleri, kalıpların dökülmesi sırasında termal olarak şoka maruz bırakıldığında mikron altı boyutlu parçacıklar oluşturma eğilimine sahiptir. Bu parçacıklar çalışma alanının havasına girer ve şunlara yol açabilir: silikoz işçilerde. Demir dökümhaneleri, bu ince silikayı yakalamak için agresif toz toplama konusunda önemli bir çaba harcar. Kum aynı zamanda dönüşümle ilişkili boyutsal kararsızlığa da sahiptir. kuvars 680 ° C'de (1250 ° F) alfa kuvarsdan beta kuvars'a. Küfü deforme etmeden tanelerin genleşmesi için boşluklar yaratmak için genellikle odun unu gibi yanıcı katkı maddeleri eklenir. Olivin, kromit vb. bu nedenle kullanılır çünkü bir faz geçişi Bu, tanelerin hızlı genişlemesine neden olur ve daha yüksek yoğunluk sunar, metali daha hızlı soğutur ve metalde daha ince tanecik yapıları üretir. Onlar olmadığı için metamorfik mineraller, sahip değiller polikristaller içinde bulunan silika ve ardından mikron altı boyutta tehlikeli parçacıklar oluşturmayın.

"Hava seti" yöntemi

hava seti yöntem, hızlı kürleme kullanarak kil dışındaki malzemelerle bağlanmış kuru kum kullanır. yapışkan. İkincisi ayrıca şu şekilde de ifade edilebilir: fırında kalıp dökümü yok. Bunlar kullanıldıklarında, "yeşil kum" dökümlerinden ayırmak için topluca "havalı" kum dökümleri olarak adlandırılırlar. İki tür kalıp kumu, doğal bağlı (banka kumu) ve sentetik (göl kumu); ikincisi, daha tutarlı bileşimi nedeniyle genellikle tercih edilir.

Her iki yöntemde de kum karışımı bir Desen, bir kalıp boşluğu oluşturan. Gerekirse, daha sonra içine döküm sıvısının dökülebileceği bir kanal oluşturmak için kuma geçici bir tıkaç yerleştirilir ve desene dokunur. Havada ayarlanmış kalıplar genellikle bir döküm şişesi üst ve alt kısma sahip olmak, başa çık ve sürükle. Kum karışımı, desenin etrafına eklendikçe sıkıştırılır ve son kalıp tertibatı bazen kumu sıkıştırmak ve kalıptaki istenmeyen boşlukları doldurmak için titreştirilir. Daha sonra kalıp, kalıp boşluğundan çıkarak kanal tıkacı ile birlikte çıkarılır. Döküm sıvısı (tipik olarak erimiş metal) daha sonra kalıp boşluğuna dökülür. Metal katılaşıp soğuduktan sonra döküm kum kalıbından ayrılır. Tipik olarak hiçbir kalıp ayırma maddesi yoktur ve kalıp genellikle çıkarma işleminde yok edilir.^[5]

Dökümün doğruluğu, kum türü ve kalıplama işlemi ile sınırlıdır. Kaba yeşil kumdan yapılan kum dökümleri, yüzeye kaba bir doku kazandırır ve bu onların tanımlanmasını kolaylaştırır. İnce yeşil kumdan yapılan dökümler, döküm olarak parlayabilir ancak modeldeki ceplerin derinlik-genişlik oranıyla sınırlıdır. Havada sertleşen kalıplar, kaba yeşil kuma göre daha pürüzsüz yüzeylere sahip dökümler üretebilir, ancak bu yöntem öncelikle, işlemde kullanılan plastiğin maliyeti nedeniyle modelde derin dar cepler gerekli olduğunda seçilir. Havada sertleşen dökümler tipik olarak yüzeydeki yanık renk ile kolayca tanımlanabilir. Dökümler genellikle bu yanmış rengi çıkarmak için kumlanır. Yüzeyler ayrıca daha sonra taşlanabilir ve cilalanabilir, örneğin büyük çan. Kalıplamadan sonra döküm, bir oksit, silikat ve diğer bileşiklerin kalıntısı ile kaplanır. Bu kalıntı, taşlama veya kumlama gibi çeşitli yollarla çıkarılabilir.

Döküm sırasında kum karışımının bazı bileşenleri termal döküm sürecinde kaybolur. Kaybolan nem ve katkı maddelerini yenilemek için bileşimi ayarlandıktan sonra yeşil kum yeniden kullanılabilir. Modelin kendisi, yeni kum kalıpları üretmek için süresiz olarak yeniden kullanılabilir. Kum kalıplama işlemi, dökümleri manuel olarak üretmek için yüzyıllardır kullanılmaktadır. 1950'den beri, üretim hatları için kısmen otomatik döküm süreçleri geliştirilmiştir.

Air Set Kalıplamanın birçok avantajı vardır. Süreç, döküm tasarım mühendislerinin döküm endüstrisi için artan talebini karşılamak üzere tasarlanmıştır ve daha büyük, daha ağır ve daha karmaşık dökümler için en uygun olanıdır. Bu işlem, yüksek estetik standartlar gerektiren ürünler için mükemmel bir döküm yüzey kalitesi sağlar.^[6]

Soğuk kutu

Kuma kimyasal olarak yapışarak kalıbı güçlendiren organik ve inorganik bağlayıcılar kullanır. Bu kalıp türü, adını diğer kum kalıpları gibi fırında pişirilmemesinden alır. Bu tür kalıp, boyutsal olarak yaş kum kalıplarından daha doğrudur ancak daha pahalıdır. Bu nedenle sadece onu gerektiren uygulamalarda kullanılır.

Fırınsız kalıplar

Fırınsız kalıplar, aynı zamanda hızlı sertleşen bir sıvı içermeleri dışında, tipik kum kalıplarına benzer şekilde harcanabilir kum kalıplardır reçine ve katalizör. Sıkıştırılmak yerine, kalıplama kumu şişeye dökülür ve oda sıcaklığında oluşan reçine katılaşana kadar tutulur. Bu tip kalıplama ayrıca diğer kum kalıp türlerinden daha iyi bir yüzey kalitesi sağlar.^[7] Isı söz konusu olmadığından buna soğuk sertleştirme işlemi denir. Kullanılan yaygın şişe malzemeleri ahşap, metal ve plastiktir. Fırınsız kalıplara dökülen yaygın metaller pirinç, demirdir (demirli ) ve alüminyum alaşımları.

Vakumlu kalıplama

Vakumlu kalıplama (V-süreci) çoğu demirli ve demirsiz metaller için kum döküm işleminin bir varyasyonudur,^[8] şişede bağlanmamış kumun tutulduğu vakum. Desen, içinden bir vakum çekilebilmesi için özel olarak havalandırılmıştır. Isı ile yumuşatılmış ince bir tabaka (0,003 ila 0,008 inç (0,076 ila 0,203 mm)) plastik film desen üzerine örtülür ve bir vakum çekilir (200 ila 400 mmHg (27 ila 53 kPa)). Plastik modelin üzerine özel bir vakumlu şekillendirme şişesi yerleştirilir ve serbest akan bir kumla doldurulur. Kum, kumu sıkıştırmak için titreştirilir ve üst kısımda bir yol ve dökme kabı oluşturulur. Şişedeki kumun üstüne başka bir plastik tabaka yerleştirilir ve özel balon jojeden vakum çekilir; bu bağlanmamış kumu sertleştirir ve güçlendirir. Vakum daha sonra model üzerinde serbest bırakılır ve üst kısım çıkarılır. Sürükleme aynı şekilde yapılır (yolluk ve dökme kabı olmadan). Herhangi bir çekirdek yerine yerleştirilir ve kalıp kapatılır. Plastik buharlaştığı, ancak metal katılaşırken vakum kumun şeklini koruduğu için, erimiş metal hala vakum altındayken dökülür. Metal katılaştığında, vakum kapatılır ve kum serbestçe dışarı akar ve döküm serbest kalır.^[9][10]

V-işleminin bir taslak gerektirmediği bilinmektedir çünkü plastik film belirli bir kayganlığa sahiptir ve vakum balonda çekildiğinde hafifçe genişler. İşlem, ilk inç için ± 0,010 inç ve daha sonra ± 0,002 inç / inç toleransla yüksek boyutsal doğruluğa sahiptir. 0,090 inç (2,3 mm) kadar küçük kesitler mümkündür. Yüzey kalitesi çok iyidir, genellikle 150 ile 125 arasındadır rms. Diğer avantajlar arasında neme bağlı kusur olmaması, bağlayıcı maliyeti olmaması, mükemmel kum geçirgenliği ve bağlayıcıların yakılmasından kaynaklanan zehirli dumanların olmaması yer alır. Son olarak, kum dokunmadığı için desen yıpranmaz. Ana dezavantaj, işlemin geleneksel kum dökümünden daha yavaş olmasıdır, bu nedenle yalnızca düşük ila orta üretim hacimleri için uygundur; yılda yaklaşık 10 ila 15.000 parça. Bununla birlikte, bu onu prototip çalışması için mükemmel kılar, çünkü kalıp plastikten yapıldığı için kolayca değiştirilebilir.^[9][10][11]

Hızlı kalıp yapım süreçleri

Araba ve makine yapım endüstrisinin hızlı gelişimi ile döküm tüketen alanlar sürekli daha yüksek üretkenlik. Mekanik kalıplama ve döküm işleminin temel işlem aşamaları, manuel kum döküm işlemi altında açıklananlara benzer. Ancak teknik ve zihinsel gelişim o kadar hızlı ve derindi ki kum döküm işleminin karakteri kökten değişti.

Mekanize kum kalıplama

İlk mekanize kalıplama hatları, şişelerdeki kumu sıkıştıran kum tutuculardan ve / veya sarsma-sıkma cihazlarından oluşuyordu. Sonraki kalıp işleme, vinçler, vinçler ve kayışlar kullanılarak mekanikti. Çekirdek ayarından sonra, başlıklar ve çekmeler kılavuz pimler kullanılarak birleştirildi ve daha yakın doğruluk için kelepçelendi. Kalıplar bir merdane üzerine elle itildi konveyör döküm ve soğutma için.

Otomatik yüksek basınçlı kum kalıplama hatları

Artan kalite gereksinimleri, şişelerdeki kum için sürekli olarak daha yüksek sıkıştırma basıncı ve modern sıkıştırma yöntemleri uygulayarak kalıp stabilitesini artırmayı gerekli kılmıştır. 50'lerin başında yüksek basınç kalıplama geliştirildi ve mekanik ve daha sonra otomatik şişe hatlarında uygulandı. İlk çizgiler, şişelerdeki kumu önceden sıkıştırmak için sarsıntı ve titreşimler kullanıyordu ve sıkıştırılmış hava kalıpları sıkıştırmak için güçlendirilmiş pistonlar.

Yatay kum şişesi kalıplama

İlk otomatik yatay şişe hatlarında kum, bir şişedeki desene doğru fırlatıldı veya aşağıya sarkıtıldı ve 140'a kadar hidrolik basınçla sıkıştırıldı. Barlar. Bir konveyör üzerinde çevirme, montaj, itme dahil olmak üzere sonraki kalıp işleme, manuel veya otomatik olarak gerçekleştirildi. Ellili yılların sonlarında hidrolik olarak Şişelerde kum sıkıştırması için elektrikli pistonlar veya çok pistonlu sistemler kullanıldı. Bu yöntem, elle veya manuel olarak mümkün olandan çok daha kararlı ve hassas kalıplar üretti. pnömatik olarak. Altmışlı yılların sonlarında hızlı hava basıncı ile kalıp sıkıştırma veya gaz basıncı önceden sıkıştırılmış kum kalıbı üzerine damla geliştirildi (kum itici ve gaz çarpması). Yatay şişe hattı sistemlerinin çoğu için genel çalışma prensibi aşağıdaki çizimde gösterilmektedir.

Bugün, otomatik yatay şişe kalıplama hatlarının birçok üreticisi var. Bu sistemlerin en büyük dezavantajları, çok sayıda hareketli parça nedeniyle yüksek yedek parça tüketimi, şişelerin depolanması, taşınması ve bakımı ihtiyacı ve saatte yaklaşık 90-120 kalıpla sınırlı verimliliktir.

Dikey kum şişesiz kalıplama

1962'de Dansk Industri Syndikat A / S (DISA-AYRICALIKLI ) dikey olarak bölünmüş ve dökülmüş kalıplar kullanarak derecesiz bir kalıplama işlemi icat etti. İlk hat saatte 240 tam kum kalıbı üretebilir. Günümüzde kalıplama hatları, saatte 550 kum kalıbı kalıplama hızına ulaşabilmektedir ve yalnızca bir izleme operatörü gerektirir. İki kalıp yarısının maksimum uyumsuzluğu 0,1 mm'dir (0,0039 inç). Çok hızlı olmasına rağmen, dikey olarak ayrılmış kalıplar, bu makinelerde çalışmak için gereken özel aletler nedeniyle tipik olarak iş yapan dökümhaneler tarafından kullanılmamaktadır. Çekirdeklerin elle yerine bir göbek maskesi ile ayarlanması ve ayırma yüzeyine yerleştirilmesinin aksine kalıpta asılı olması gerekir.

Eşleştirme plakası kum kalıplama

Kibrit plakası prensibi, yani aynı plakanın her iki tarafında iki desen bulunan desen plakaları anlamına gelir ve 1910 yılında, gelecekteki kum kalıplama iyileştirmeleri için perspektifleri teşvik ederek geliştirildi ve patentlendi. Bununla birlikte, ilk olarak, altmışlı yılların başlarında, Amerikan şirketi Hunter Automated Machinery Corporation, eşleştirme plakası teknolojisini uygulayan ilk otomatik derecesiz, yatay kalıplama hattını başlattı.

DISA'lara benzer yöntem (AYRICALIKLI ) Dikey kalıplama derecesiz, ancak yataydır. Eşleştirme plakası kalıplama teknolojisi günümüzde yaygın olarak kullanılmaktadır. En büyük avantajı, ucuz kalıp takımları, kalıp takımlarının değiştirilmesinin kolaylığı ve böylece dökümhaneler için çok tipik olan kısa serilerde döküm imalatı için uygunluğudur. Modern eşleştirme plakası kalıplama makinesi, yüksek kalıplama kalitesi, makine kalıbı uyumsuzluğuna bağlı olarak daha az döküm kayması (bazı durumlarda 0,15 mm'den (0,0059 inç) daha az), daha az taşlama için tutarlı bir şekilde stabil kalıplar ve daha iyi ayırma hattı tanımına sahiptir. Ayrıca makineler, operatörün güvenlik risklerine veya hizmetle ilgili sorunlara daha az maruz kalmasına neden olan daha temiz, daha sessiz bir çalışma ortamı için kapatılmıştır.

Güvenlik standartları

Otomatik kalıp üretimi ile ek işyeri güvenliği gereksinimleri ortaya çıktı. Farklı gönüllü teknik standartlar makinenin kullanılacağı jeopolitik yargı yetkisine bağlı olarak geçerlidir.

Kanada

Kanada, kum kalıbı üretim makineleri için makineye özgü isteğe bağlı bir teknik standarda sahip değildir. Bu tür makineler aşağıdakiler kapsamındadır:

Makinelerin korunması, CSA Z432. Kanada Standartları Derneği. 2016.

Ek olarak, elektriksel güvenlik gereksinimleri aşağıdakiler tarafından kapsanmaktadır:

Endüstriyel Elektrik Makinaları, CSA C22.2 No. 301. 2016.

Avrupa Birliği

AB'de kum kalıbı üretim ekipmanı için birincil standart şudur: Dökümhane kalıplama ve maça yapım makineleri ve tesisle ilgili ekipman için güvenlik gereksinimleri, EN 710. Avrupa Standardizasyon Komitesi (CEN).

EN 710'un aşağıdakilerle birlikte kullanılması gerekecektir: EN 60204-1 elektrik güvenliği için ve EN ISO 13849-1 ve EN ISO 13849-2 veya EN 62061 fonksiyonel güvenlik için. Kalıp yapım ekipmanının çalışmasını desteklemek için ihtiyaç duyulabilecek konveyörler, robotikler veya diğer ekipmanlar için ek C tipi standartlar da gerekli olabilir.

Amerika Birleşik Devletleri

Kum kalıbı üretim ekipmanı için makineye özgü bir standart yoktur. ANSI B11 standartlar ailesi, bu tür makinelere uygulanabilecek bazı genel takım tezgahı standartlarını içerir:

Makine Güvenliği, ANSI B11.0. Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI). 2020.^[12]
Risk Azaltma Önlemleri için Performans Gereklilikleri: Koruma ve Riski Azaltmanın Diğer Yolları, ANSI B11.19. Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI). 2019.
Makinelerin Bir Sisteme Entegrasyonu için Güvenlik Gereklilikleri, ANSI B11.20. Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI). 2017.
Transfer Makineleri için Güvenlik Gereklilikleri, ANSI B11.24. Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI). 2002 (R2020).
Ekipman için Fonksiyonel Güvenlik (Elektrik / Akışkan Güç Kontrol Sistemleri) ISO 13849-1, ANSI B11.26 Kullanarak Güvenlik Kontrol Sistemlerinin Tasarımı için Genel Prensipler. Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI). 2018.
Ses Seviyesi Ölçüm Yönergeleri, ANSI B11.TR5. Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI). 2006 (R2017).

Kalıp malzemeleri

Bir kum döküm kalıbı yapmak için dört ana bileşen vardır: temel kum, bir bağlayıcı, katkı maddelerive bir ayrılık bileşiği.

Kalıp kumları

Kalıp kumları, Ayrıca şöyle bilinir döküm kumları, sekiz özellik ile tanımlanır: refrakterlik, kimyasal inertlik, geçirgenlik, yüzey bitirme, koheziflik, akışkanlık, çökebilirlik ve kullanılabilirlik / maliyet.^[13]

Refrakterlik - Bu, kumun dökülen sıvı metalin sıcaklığına parçalanmadan dayanma kabiliyetini ifade eder. Örneğin, alüminyum alaşımları dökülürken bazı kumların yalnızca 650 ° C'ye (1.202 ° F) dayanması gerekirken, çeliğin 1.500 ° C'ye (2.730 ° F) dayanacak bir kuma ihtiyacı vardır. Refrakterliği çok düşük olan kum eriyecek ve dökümde kaynaşacaktır.^[13]

Kimyasal inertlik - Kum, dökülen metal ile reaksiyona girmemelidir. Bu, özellikle yüksek derecede reaktif metaller için önemlidir. magnezyum ve titanyum.^[13]

Geçirgenlik - Bu, kumun gazları boşaltma kabiliyetini ifade eder. Bu önemlidir çünkü dökme işlemi sırasında birçok gaz üretilir. hidrojen, azot, karbon dioksit, ve buhar aksi takdirde kalıbı terk etmesi gerekir döküm hataları örneğin üfleme delikleri ve gaz delikleri dökümde meydana gelir. Kalıba eklenen her santimetre küp (cc) su için 16.000 cc buhar üretildiğine dikkat edin.^[13]

Yüzey - Kum partiküllerinin boyutu ve şekli, daha iyi bir finiş sağlayan daha ince partiküller ile elde edilebilecek en iyi yüzey kalitesini tanımlar. Bununla birlikte, parçacıklar daha ince hale geldikçe (ve yüzey kalitesi iyileştikçe) geçirgenlik kötüleşir.^[13]

Uyumluluk (veya bağ) - Bu, kumun desen çıkarıldıktan sonra belirli bir şekli koruma yeteneğidir.^[14]

Akıcılık - Kumun özel işlemler veya ekipman olmadan karmaşık ayrıntılara ve dar köşelere akma yeteneği.^[15]

Katlanabilirlik - Bu, kumun katılaştıktan sonra dökümden kolayca sıyrılma yeteneğidir. Zayıf çökebilirliğe sahip kumlar, döküm üzerine güçlü bir şekilde yapışacaktır. Soğutma sırasında veya uzun donma sıcaklık aralıklarında çok daralan metalleri dökerken, çökebilirliği zayıf bir kum çatlamaya neden olur ve sıcak gözyaşları dökümde. Çökebilirliği iyileştirmek için özel katkı maddeleri kullanılabilir.^[15]

Kullanılabilirlik / maliyet - Kumun mevcudiyeti ve maliyeti çok önemlidir çünkü dökülen her ton metal için 3-6 ton kum gereklidir.^[15] Kum elenip yeniden kullanılabilse de, parçacıklar sonunda çok ince hale gelir ve düzenli aralıklarla taze kumla değiştirilmesi gerekir.^[16]

Büyük dökümlerde iki farklı kum kullanmak ekonomiktir, çünkü kumun çoğu döküm ile temas halinde olmayacağından herhangi bir özel özelliğe ihtiyaç duymaz. Döküm ile temas halinde olan kuma karşı karşıya gelen kumve eldeki döküm için tasarlanmıştır. Bu kum, desen etrafında 30 ila 100 mm (1,2 ila 3,9 inç) kalınlığa kadar oluşturulacaktır. Karşılık gelen kumun etrafını dolduran kuma destek kumu. Bu kum, sadece az miktarda bağlayıcı içeren ve hiçbir özel katkı maddesi içermeyen silis kumudur.^[17]

Baz kum çeşitleri

Temel kum Kalıp veya maçayı bağlayıcı olmadan yapmak için kullanılan tiptir. Bağlayıcısı olmadığı için birbirine bağlanmaz ve bu durumda kullanılamaz.^[15]

Silika kumu

Panavally'de silis kumu

Silika (SiO₂) Kum, sahilde bulunan kumdur ve aynı zamanda en çok kullanılan kumdur. Ya ezilerek yapılır kumtaşı veya plajlar ve nehir yatakları gibi doğal olarak oluşan yerlerden alınır. füzyon noktası Saf silika oranı 1.760 ° C'dir (3.200 ° F), ancak kullanılan kumlar kirlilikler nedeniyle daha düşük bir erime noktasına sahiptir. Çelikler gibi yüksek erime noktalı dökümler için minimum% 98 saf silis kumu kullanılmalıdır; ancak daha düşük erime noktalı metaller için dökme demir ve demirsiz daha düşük saflıkta bir kum kullanılabilir (% 94 ile% 98 arasında saf).^[15]

Silika kumu, bolluğu ve dolayısıyla düşük maliyeti nedeniyle (en büyük avantajı) en yaygın kullanılan kumdur. Dezavantajları yüksek termal Genleşme yüksek erime noktalı metallerde döküm hatalarına neden olabilir ve düşük termal iletkenlik, bu da hatalı yayınlamaya yol açabilir. Ayrıca kesin olarak kullanılamaz temel metaller, çünkü metalle kimyasal olarak etkileşime girerek yüzey kusurları oluşturacaktır. Son olarak, dökme sırasında silika partiküllerini serbest bırakarak silikoz dökümhane işçilerinde.^[18]

Olivin kumu

Olivin karışımı ortosilikatlar mineralden demir ve magnezyum dünit. Başlıca avantajı silika içermemesidir, bu nedenle manganlı çelikler gibi temel metallerle kullanılabilir. Diğer avantajlar arasında düşük termal genleşme, yüksek termal iletkenlik ve yüksek füzyon noktası bulunur. Son olarak, kullanımı silikaya göre daha güvenlidir, bu nedenle Avrupa'da popülerdir.^[18]

Kromit kumu

Kromit kum bir kesin çözüm nın-nin Spinels. Avantajları, düşük bir silika yüzdesi, çok yüksek bir füzyon noktası (1.850 ° C (3.360 ° F)) ve çok yüksek termal iletkenliktir. Dezavantajı maliyetidir, bu nedenle sadece pahalı alaşımlı çelik döküm ve maça yapmak.^[18]

Zirkon kumu

Zirkon kum yaklaşık üçte ikilik bir bileşiktir zirkonyum oksit (Zr₂O) ve üçte bir silika. 2,600 ° C'de (4,710 ° F) tüm baz kumları arasında en yüksek füzyon noktasına, çok düşük bir termal genleşmeye ve yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir. Bu iyi özelliklerinden dolayı, genellikle alaşımlı çelikleri ve diğer pahalı alaşımları dökerken kullanılır. Aynı zamanda bir kalıp yıkama (kalıp boşluğuna uygulanan bir kaplama) yüzey kalitesini iyileştirmek için. Bununla birlikte, pahalıdır ve hemen bulunmaz.^[18]

Şamot kumu

Şamot tarafından yapılmıştır kireçleme ateş kili (Al₂Ö₃-SiO₂) 1,100 ° C'nin (2,010 ° F) üzerinde. Füzyon noktası 1.750 ° C'dir (3.180 ° F) ve düşük termal genleşmeye sahiptir. İkinci en ucuz kumdur, ancak yine de silikadan iki kat daha pahalıdır. Dezavantajları, çok iri tanelerdir, bu da zayıf bir yüzey kalitesi ile sonuçlanır ve aşağıdakilerle sınırlıdır kuru kum kalıplama. Yüzey bitirme sorunlarının üstesinden gelmek için kalıp yıkamaları kullanılır. Bu kum genellikle büyük çelik iş parçalarını dökerken kullanılır.^[18][19]

Diğer materyaller

Modern döküm üretim yöntemleri, yumurta kartonlarında kullanılanlar gibi yüzeysel olarak kağıt hamuru andıran, ancak doğası gereği refrakter olan bir malzemeden ince ve doğru kalıplar üretebilir; bunlar daha sonra kuru kum gibi bazı yollarla desteklenir. kutu, döküm işlemi sırasında. Daha yüksek doğruluktan dolayı, daha ince ve dolayısıyla daha hafif dökümler yapmak mümkündür, çünkü kalıplarda değişikliklere izin vermek için ekstra metalin mevcut olması gerekmez. Bu ince kalıp döküm yöntemleri, 1960'lardan beri otomotiv uygulamaları için dökme demir motor blokları ve silindir kafalarının imalatında kullanılmaktadır.^{[kaynak belirtilmeli ]}

Bağlayıcılar

Bağlayıcılar kum parçacıklarını birbirine bağlamak için bir taban kumuna eklenir (yani kalıbı bir arada tutan yapıştırıcıdır).

Kil ve su

Karışımı kil ve sudur en yaygın olarak kullanılan bağlayıcıdır. Yaygın olarak kullanılan iki tür kil vardır: bentonit ve kaolinit ilki en yaygın olanıdır.^[20]

Sıvı yağ

Gibi yağlar Keten tohumu yağı, diğer sebze yağları ve deniz yağları, eskiden bağlayıcı olarak kullanılmaktaydı, ancak artan maliyetlerinden dolayı çoğunlukla kullanımdan kaldırıldılar. Yağ ayrıca sertleşmesi için 100 ila 200 ° C'de (212 ila 392 ° F) dikkatli pişirme gerektiriyordu (aşırı ısınırsa, yağ kırılgan hale gelir ve kalıbı boşa harcar).^[21]

Reçine

Reçine bağlayıcılar doğal veya sentetik yüksek erime noktasıdır diş etleri. Kullanılan iki yaygın tür şunlardır: üre formaldehit (UF) ve fenol formaldehit (PF) reçineler. PF reçineleri, UF reçinelere göre daha yüksek ısı direncine sahiptir ve maliyeti daha düşüktür. There are also cold-set resins, which use a katalizör instead of a heat to cure the binder. Resin binders are quite popular because different properties can be achieved by mixing with various additives. Other advantages include good collapsibility, low gassing, and they leave a good surface finish on the casting.^[21]

MDI (methylene diphenyl diisocyanate) is also a commonly used binder resin in the foundry core process.

Sodyum silikat

Sodyum silikat [Na₂SiO₃ or (Na₂O)(SiO₂)] is a high strength binder used with silica molding sand. To cure the binder, karbon dioksit gas is used, which creates the following reaction:

${displaystyle {ce {{Na2O(SiO2)}+ CO2 <=> {Na2CO3}+ {2SiO2}+ Heat}}}$

The advantage to this binder is that it can be used at room temperature and is fast. The disadvantage is that its high strength leads to shakeout difficulties and possibly hot tears in the casting.^[21]

Katkı maddeleri

Additives are added to the molding components to improve: surface finish, dry strength, refractoriness, and "cushioning properties".

Up to 5% of indirgeme ajanları, such as coal powder, Saha, kreozot, ve akaryakıt, may be added to the molding material to prevent wetting (prevention of liquid metal sticking to sand particles, thus leaving them on the casting surface), improve surface finish, decrease metal penetration, and burn-on defects. These additives achieve this by creating gases at the surface of the mold cavity, which prevent the liquid metal from adhering to the sand. Reducing agents are not used with steel casting, because they can carburize the metal during casting.^[22]

Up to 3% of "cushioning material", such as wood flour, saw dust, pudralı husks, turba, ve Saman, can be added to reduce kabuklanma, hot tear, ve hot crack casting defects when casting high temperature metals. These materials are beneficial because burn-off when the metal is poured creates tiny voids in the mold, allowing the sand particles to expand. They also increase collapsibility and reduce shakeout time.^[22]

Up to 2% of cereal binders, gibi dekstrin, nişasta, sulphite kül suyu, ve Şeker kamışı, can be used to increase dry strength (the strength of the mold after curing) and improve surface finish. Cereal binders also improve collapsibility and reduce shakeout time because they burn off when the metal is poured. The disadvantage to cereal binders is that they are expensive.^[22]

Up to 2% of Demir oksit powder can be used to prevent mold cracking and metal penetration, essentially improving refractoriness. Silica flour (fine silica) and zircon flour also improve refractoriness, especially in ferrous castings. The disadvantages to these additives is that they greatly reduce permeability.^[22]

Parting compounds

To get the pattern out of the mold, prior to casting, a parting compound is applied to the pattern to ease removal. They can be a liquid or a fine powder (particle diameters between 75 and 150 micrometres (0.0030 and 0.0059 in)). Common powders include talk, grafit, and dry silica; common liquids include Mineral yağ and water-based silicon solutions. The latter are more commonly used with metal and large wooden patterns.^[23]

Tarih

Clay molds were used in ancient China since the Shang Hanedanı (c. 1600 to 1046 BC). Ünlü Houmuwu ding (c. 1300 BC) was made using clay molding.

Asur kral Sennacherib (704–681 BC) cast massive bronzes of up to 30 tonnes, and claims to have been the first to have used clay molds rather than the "lost-wax" method:^[24]

Whereas in former times the kings my forefathers had created bronze statues imitating real-life forms to put on display inside their temples, but in their method of work they had exhausted all the craftsmen, for lack of skill and failure to understand the principles they needed so much oil, wax and tallow for the work that they caused a shortage in their own countries—I, Sennacherib, leader of all princes, knowledgeable in all kinds of work, took much advice and deep thought over doing that work. Great pillars of bronze, colossal striding lions, such as no previous king had ever constructed before me, with the technical skill that Ninushki brought to perfection in me, and at the prompting of my intelligence and the desire of my heart I invented a technique for bronze and made it skillfully. I created clay moulds as if by divine intelligence....twelve fierce lion-colossi together with twelve mighty bull-colossi which were perfect castings... I poured copper into them over and over again; I made the castings as skillfully as if they had only weighed half a shekel each

Sand casting molding method was recorded by Vannoccio Biringuccio in his book published around 1540.

1924'te Ford automobile company set a record by producing 1 million cars, in the process consuming one-third of the total casting production in the U.S. As the automobile industry grew the need for increased casting efficiency grew. The increasing demand for castings in the growing araba and machine building industry during and after World War I and World War II, stimulated new inventions in mekanizasyon ve sonra otomasyon of the sand casting process technology.

There was not one darboğaz to faster casting production but rather several. Improvements were made in molding speed, molding sand preparation, sand karıştırma, çekirdek manufacturing processes, and the slow metal erime rate in kupol fırınları. In 1912, the sand slinger was invented by the Amerikan company Beardsley & Piper. In 1912, the first sand mixer with individually mounted revolving sabanlar was marketed by the Simpson Company. In 1915, the first experiments started with bentonit clay instead of simple fire clay as the bonding additive to the molding sand. This increased tremendously the green and dry strength of the molds. In 1918, the first fully automated foundry for fabricating hand el bombaları için Amerikan ordusu went into production. In the 1930s the first high-frequency coreless electric fırın was installed in the U.S. In 1943, eğilebilir Demir was invented by adding magnesium to the widely used gri demir. In 1940, thermal sand reclamation was applied for molding and core sands. In 1952, the "D-process" was developed for making shell molds with fine, pre-coated sand. In 1953, the hotbox core sand process in which the cores are thermally cured was invented. In 1954, a new core binder—water glass (sodium silicate), hardened with CO₂ from ambient air, came out

In the 2010s, additive manufacturing began to be applied to sand mold preparation in commercial production; instead of the sand mold being formed via packing sand around a pattern, it is 3D-printed.

Ayrıca bakınız

• Döküm – Manufacturing process in which a liquid is poured into a mold to solidify
• Damarlanma (metalurji), common sand casting defect
• Dökümhane kum testi
• Hand mould
• Sand rammer
• Juutila Dökümhane (Finlandiya ), est. 1881, specialized in sand casting
• voxeljet (Almanya ), 3D baskı,

Referanslar

Notlar

Kaynakça

• Degarmo, E. Paul; Siyah, J T .; Kohser, Ronald A. (2003), İmalatta Malzemeler ve Süreçler (9. baskı), Wiley, ISBN  0-471-65653-4.
• Todd, Robert H .; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Üretim Süreçleri Başvuru Kılavuzu, Industrial Press Inc., ISBN  0-8311-3049-0.
• Rao, T. V. (2003), Metal Casting: Principles and Practice, New Age International, ISBN  978-81-224-0843-0.

Dış bağlantılar

• Sand Molding at Hopewell Furnace (18th-19th century techniques) - U.S. National Park Service (YouTube video)
• Different Types of Metal Casting Processes