Кіріспе
Металл құймаларын өндіретін зауыт – металл құймалары. Зауыт металлдарды сұйық күйге балқытып, қалыпқа құйып, салқындағаннан кейін қатып қалған соң қалыпты алып тастау арқылы металл құймаларын шығарады. Ең көп қолданылатын металдар – алюминий және шойын. Дегенмен, бронза, латунь, болат, магний және мырыш сияқты басқа металдар да құйма зауыттарында құйма жасау үшін қолданылады. Осы процесте қажетті пішін мен өлшемдегі бөлшектер жасалады. Құйма зауыттары – өндірістік қайта өңдеу қозғалысына ең үлкен үлес қосушылардың бірі, олар жыл сайын миллиондаған тонна металл қалдықтарын балқытып, қайта құйып, жаңа, берік тауарлар өндіреді. Сонымен қатар, көптеген құйма зауыттары құйма жасау процесінде құмды пайдаланады. Бұл зауыттар көбінесе құмды пайдаланып, қайта өңдеп, және қайта қолданады, бұл да қайта өңдеудің бір түрі болып табылады.
metal foundries
A foundry is a factory that produces metal castings. Metals are cast into shapes by melting them into a liquid, pouring the metal into a mold, and removing the mold material after the metal has solidified as it cools. The most common metals processed are aluminum and cast iron. However, other metals, such as bronze, brass, steel, magnesium, and zinc, are also used to produce castings in foundries. In this process, parts of desired shapes and sizes can be formed. Foundries are one of the largest contributors to the manufacturing recycling movement, melting and recasting millions of tons of scrap metal every year to create new durable goods. Moreover, many foundries use sand in their molding process. These foundries often use, recondition, and reuse sand, which is another form of recycling.
Процесс
Металл өңдеуде құю – қажетті пішіндегі қуыс кеңістігі бар қалыпқа сұйық металл құю және оның салқындалып, қатаруына рұқсат беру процесі. Қатаңдаған деталь құйма деп аталады, ол процесті аяқтау үшін қалыптан шығарылады немесе бұзылады. Құю көбінесе басқа әдістермен жасау қиын немесе тиімсіз болатын күрделі пішіндерді жасау үшін қолданылады.
Қалып жасау
Құю процесінде қажетті бөлшектің пішініне сәйкес үлгі жасалады. Қарапайым пішіндер бір бөліктен немесе қатты үлгіден жасалуы мүмкін. Күрделі пішіндер екі бөліктен тұрады, оларға бөлінген үлгілер делінеді. Бөлінген үлгінің жоғарғы бөлігі – басу, ал төменгі бөлігі – сүйреу деп аталады. Қатты және бөлінген үлгілерге соңғы бөлшектің пішінін аяқтау үшін өзектер орнатылуы мүмкін. Өзектер қалыпта басқаша жасау мүмкін емес қуыс кеңістіктерді құру үшін қолданылады. Басу мен сүйреудің арасындағы бөліну сызығы деп аталады. Үлгі жасағанда, қалыпты бұзбай үлгіні алып тастау үшін жиектерін конус тәрізді жасаған дұрыс. Бұл – қалыптан шығару бұрышы (draft) деп аталады. Қалыптан шығару бұрышына қарама-қарсы – кесу (undercut), онда үлгінің бөлігі қалып материалының астында болады, бұл қалыпты зақымдамай үлгіні алып тастауды мүмкінсіз етеді. Үлгілер балауыз, ағаш, пластик немесе металдан жасалады. Қалыптар құю цехының түріне, құйылатын металға, өндірілетін бөлшектердің санына, құйманың мөлшеріне және күрделілігіне байланысты әртүрлі процестермен құрастырылады. Осы қалып құрастыру процестеріне мыналар жатады:
Құмға құю – Жасыл немесе шайырмен байланысқан құм қалыптары.
Көпірден құю – Полистирол үлгісі және керамика мен құм қоспасынан жасалған қалып.
Инвестициялық құю – Балауыз немесе оған ұқсас құрбандық үлгісі және керамикалық қалып.
Керамикалық қалыпқа құю – Пластер қалып.
V процесіне құю – Құм қалыптарын жасау үшін вакуум және термопластикалық пластик. Ылғал, саз немесе шайыр қажет емес.
Пресс-формаға құю – Металл қалып.
Биллет (ингота) құю – Әдетте басқа құю зауыттарында қолданылатын металл биллеттерін (инготаларын) өндіруге арналған қарапайым қалып.
Сазды қалыптау – Үлкен объектілерді, мысалы, зеңбіректерді, бу машинасының цилиндрлерін және қоңырауларды құю үшін қолданылатын жиналмалы қалып.
Sand castingGreen or resin bonded sand mold. Lost foam castingPolystyrene pattern with a mixture of ceramic and sand mold. Investment castingWax or similar sacrificial pattern with a ceramic mold. Ceramic mold castingPlaster mold. V process castingVacuum with thermoformed plastic to form sand molds. No moisture, clay or resin required. Die castingMetal mold. Billet (ingot) castingSimple mold for producing ingots of metal, normally for use in other foundries. Loam moldinga built up mold used for casting large objects, such as cannon, steam engine cylinders, and bells.
Құю
Құю зауытында балқытылған металл қалыптарға құйылады. Құю гравитация күшімен немесе вакуум немесе қысымды газдың көмегімен жүзеге асырылуы мүмкін. Көптеген қазіргі заманғы құю зауыттары балқытылған металлды құю үшін роботтарды немесе автоматты құю машиналарын пайдаланады. Бұрын қалыптарға металлді қолмен, қазандықтар арқылы құйған.
Қалтасы
Содан кейін қатып қалған металл компоненті қалыптан шығарылады. Егер қалып құм негізді болса, оны шайқау арқылы немесе домалату арқылы жасауға болады. Бұл құйманы құмнан босатады, ол әлі де металл жүргіштерге және қақпаларға жабысқан күйде қалады – бұл балқытылған металл компонентке жеткенге дейін өткен арналар.
Ауыстыру
Дегация – құймадан бас, тарамдар, қақпалар және көтерілгіштерді алып тастау процесі. Тарамдар, қақпалар және көтерілгіштерді кесу шамдары, ленталы аралар немесе керамикалық кескіштер арқылы жоюға болады. Кейбір металл түрлері үшін және қақпалар жүйесінің ерекше конструкцияларында, құймадан шприцтерді, тарамдарды және қақпаларды соққылы балғамен немесе арнайы жасалған нокаут машинасымен сындырып алып тастау мүмкін. Көтерілгіштерді әдетте кесу әдісімен (жоғарыда көрсетілгендей) жою қажет, бірақ көтерілгіштерді жоюдың кейбір жаңа әдістері көтерілгіш мойнының геометриясына енгізілген арнайы конструкциялы нокаут машиналарын пайдаланады, бұл көтерілгішті дұрыс жерден сындыруға мүмкіндік береді. Қалыпта құйма жасау үшін қажетті қақпалар жүйесі бас, көтерілгіштер және шприцтерді (кейде жиынтығында шприц деп аталады) қамтитын металл қалдықтарын тудырады, бұл толық қалыпты құю үшін қажетті металлдың 50% -ынан асып түсуі мүмкін. Бұл металл қайта балқытылуы керек болғандықтан, нақты қақпа конфигурациясының өнімділігі әртүрлі қақпа схемаларын жобалау кезінде маңызды экономикалық фактор болып табылады, артық шприцтің құнын және осылайша жалпы балқыту шығындарын азайту мақсатында.
Жылумен өңдеу
Жылумен өңдеу – материалдың физикалық және кейде химиялық қасиеттерін өзгерту үшін қолданылатын өнеркәсіптік және металл өңдеу процестерінің жиынтығы. Ең көп тараған қолданысы – металлургия саласында. Жылумен өңдеу шыны сияқты көптеген басқа материалдарды дайындауда қолданылады. Жылумен өңдеу материалды қатайту немесе жұмсарту сияқты белгілі бір нәтижеге қол жеткізу үшін, әдетте, жоғары температурада қыздыруды немесе салқындатуды қамтиды. Жылумен өңдеу техникаларына кернеуді кетіру, беттік қатайту, бекіту арқылы күшейту, темперлеу және сөндіру жатады. "Жылумен өңдеу" термині қасиеттерді өзгерту мақсатында ғана қыздыру мен салқындату жүргізілетін процестерге ғана қатысты болғанымен, қыздыру мен салқындату көбінесе ыстық деформациялау немесе дәнекерлеу сияқты өндірістік процестер кезінде қосымша болып кездеседі.
Жер бетін тазалау
Дегациялаудан және жылумен өңдеуден кейін құм немесе басқа қалыптау материалдары құйма бетіне жабысып қалуы мүмкін. Қалдықтарды жою үшін беті абразивті тазалау арқылы тазартылады. Бұл, құйма бетіне жабысқан құмды механикалық түрде кетіру үшін ұсақ бөлшекті материалдармен соққы жасауды білдіреді. Материалдар қысылған ауамен ұшырылуы немесе ату дөңгелегі арқылы лақтырылуы мүмкін. Тазалау материалы құйма бетіне жоғары жылдамдықпен тиіп, құйма бетінен қалып қалдықтарын (мысалы, құм, шлак) бөліп шығарады. Құйма бетін тазалау үшін болат, темір, басқа металл қорытпалары, алюминий оксидтері, шыны бұрандалары, жаңғақ қабықтары, разрыхлитель және тағы да басқа көптеген материалдар қолданылуы мүмкін. Абразивті материал құйма бетінің түсі мен жылтырлығын арттыру үшін таңдалады. Бұл процесті сипаттау үшін тазалау, гранулятпен ұшыру және құммен ұшыру терминдері қолданылады. Бетті қосымша қатайту және өңдеу үшін доғармалау (shot peening) қолданылуы мүмкін.
Аяқтау
Құю процесінің соңғы қадамы әдетте қажетті өлшемдік дәлдікке, физикалық пішінге және беткі өңдеуге жету үшін компонентті ұнтақтау, тегістеу немесе механикалық өңдеуді қамтиды. Қалған қақпа материалдарын, яғни қақпаның қалдығын, әдетте ұнтақтағыш немесе тегістеу машинасымен алып тастайды. Бұл процестер материалды алу жылдамдығы материалдың алынып тасталу мөлшерін бақылау үшін жеткілікті баяу болғандықтан қолданылады. Бұл қадамдар кез келген соңғы механикалық өңдеуден бұрын жасалады. Ұнтақтағаннан кейін, қатаң өлшемдік бақылауды қажет ететін кез келген беттер механикалық өңдеуге жіберіледі. Көптеген құймалар CNC фрезерлік орталықтарында өңделеді. Бұның себебі - бұл процестер көптеген құю процестеріне қарағанда жақсы өлшемдік мүмкіндіктерге және қайталанатындыққа ие. Алайда, қазіргі кезде құймаларды механикалық өңдеусіз пайдалану да жиі кездеседі. Кейбір құю фабрикалары өз клиенттеріне құйылған өнімдерді жөнелтуден бұрын қосымша қызметтер ұсынады. Құймаларды коррозиядан қорғау және сыртқы түрін жақсарту үшін бояу жиі қолданылады. Кейбір құю орындары құймаларды толық машиналарға немесе кіші жиынтықтарға құрастырады. Басқалары бірнеше құймаларды немесе иленген металдарды біріктіріп, дайын өнім жасайды. Көбінесе, өңдеу процестері роботтармен орындалады, бұл адамның жеке-жеке бөлшектеу желілерін, қақпа материалдарын немесе қоректендіргіштерді ұнтақтау немесе бұзу қажеттілігін жояды. Машиналар жұмысшылардың жарақат алу қаупін азайтады және материалдық шығындарды төмендетеді, сонымен қатар өнімділікті арттырады. Олар адам қателіктерінің ықтималдығын да шектейді және ұнтақтау сапасының қайталанатындығын арттырады.
Құю процесін симуляциялау
Құю процестерін модельдеу қалыпты толтыру, қатаю және салқындатуды ескере отырып, құйылған бөлшектердің сапасын есептеу үшін сандық әдістерді пайдаланады және құюдың механикалық қасиеттерін, жылулық кернеулерді және деформацияны сандық түрде болжауға мүмкіндік береді. Модельдеу өндіріс басталғанға дейін құйма бөлшектің сапасын дәл сипаттайды. Құю жүйесін қажетті бөлшек қасиеттеріне сәйкес жобалауға болады. Бұл өндіріске дейінгі сынамаларды азайтудан асып түсетін пайда әкеледі, себебі толық құю жүйесінің дұрыс орналасуы энергияны, материалды және құрал-жабдықты үнемдеуге ықпал етеді. Бағдарламалық құрал пайдаланушыға бөлшектерді жобалауда, қорыту процесін анықтауда, қалыпты жасаудан бастап, жылулық өңдеуге және аяқтауға дейін құю әдісін таңдауға көмектеседі. Бұл құю өндірісінің барлық кезеңінде шығындарды қысқартады. Құю процесін модельдеу алғаш рет 1970-ші жылдардың басында, негізінен Еуропа мен АҚШ-тағы университеттерде әзірленді және соңғы 50 жылдың ішінде құю технологиясындағы ең маңызды жаңалық ретінде танылды. 1980-ші жылдардың соңынан бері PoligonSoft, AutoCAST және Magma сияқты коммерциялық бағдарламалар қолжетімді, олар құю цехтарына қалыптың ішінде немесе құю процесінде қандай өзгерістер болып жатқанын жаңаша түсінуге мүмкіндік береді.