Utumaji chuma: mchakato, mbinu, mbinu

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Chuma ndio msingi wa ustaarabu wote wa kisasa. Katika mwaka, ubinadamu wa kisasa hutoa na kusindika kiasi cha chuma pekee ambacho kabla ya ulimwengu wote kukichukua kwa angalau karne kadhaa. Na hitaji hili lina haki kamili, kwani ujenzi pekee unachukua kiasi cha ajabu cha chuma. Haishangazi, uwekaji chuma chini ya hali kama hii unaboreshwa kila mara.

Historia kidogo

Kipengele muhimu zaidi cha chuma kuchukua, kuimarisha, fomu "iliyopendekezwa" kwake, mtu aliona katika nyakati za kale. Leo, karibu wanasayansi wote wanadhani kwamba ujuzi wa awali wa mtu mwenye chuma ulifanyika shukrani kwa meteorites. Meteoritic iron ilikuwa rahisi kuchakatwa na kwa urahisi, kwa hivyo misingi ya utupaji ilichunguzwa na ustaarabu changa muda mrefu uliopita.

Katika nchi yetu, utengenezaji wa chuma umekuwa biashara inayoheshimika na inayoheshimika kwa karne nyingi, watu wamekuwa wakiuheshimu sana ufundi huu. "Tsar Cannon" na "Tsar Bell" zinajulikana sana, ambazo ni kazi bora za ustadi wa mabwana wa Urusi, hata ikiwa mmoja wao hajawahi kulia, na wa pili hakupiga. Wachezaji wa Ural katika utawala wa Peter Mkuualipata umaarufu fulani kama msambazaji wa silaha za kuaminika kwa jeshi. Walakini, wanabeba jina hili kwa usahihi hata sasa. Kabla ya kuangalia aina kuu za uwekaji chuma, ni muhimu kusema maneno machache kuhusu sifa zinazohitajika za malighafi.

Chuma kinafaa kuwa gani cha kutupwa

Sifa muhimu zaidi ya chuma itakayotumika kwa kurushia ni umajimaji wake. Aloi katika fomu ya kuyeyuka inapaswa kutiririka kwa urahisi iwezekanavyo kutoka kwa crucible moja hadi nyingine, huku ikijaza sehemu zake ndogo zaidi. Ya juu ya fluidity, kuta nyembamba zinaweza kufanywa katika bidhaa ya kumaliza. Kwa chuma ambacho huenea vibaya, ni vigumu zaidi. Katika hali ya kawaida, anafanikiwa kunyakua mapema zaidi kuliko kujaza mapengo yote kwenye fomu. Huu ndio ugumu wa wafanyabiashara wa viwanda wanapotengeneza aloi za chuma.

Haishangazi kwamba chuma cha kutupwa kimekuwa nyenzo inayopendwa zaidi na kiwanda. Hii ni kwa sababu aloi hii ina umajimaji bora, na kuifanya iwe rahisi kufanya kazi nayo. Chuma ni mbali na kuwa kioevu sana, na kwa hivyo, ili kujaza ukungu kabisa (ili kusiwe na mashimo na utupu), mtu lazima atumie hila anuwai.

Katika hali rahisi, wakati chuma cha nyumbani kinahitajika, malighafi huyeyushwa na kumwaga ndani ya maji kwa sehemu ndogo: hii ndio jinsi, haswa, unaweza kutengeneza sinki kwa uvuvi. Lakini njia hii inatumika sana hata katika tasnia ya silaha! Kutoka juu ya mnara maalum, unaofanana na mnara wa baridi katika muhtasari, umeyeyukachuma. Urefu wa muundo ni kwamba tone iliyoundwa kikamilifu, tayari kilichopozwa chini, hufikia chini. Hivi ndivyo risasi inavyotolewa katika kiwango cha viwanda.

Njia ya utumaji duniani

Njia rahisi na ya zamani zaidi ni kutupa chuma ardhini. Lakini "unyenyekevu" wake ni dhana ya masharti, kwani kazi hii inahitaji maandalizi yenye uchungu sana. Ina maana gani?

Kwanza, muundo wa ukubwa kamili na wa kina zaidi wa utumaji wa siku zijazo unatengenezwa katika duka la modeli. Kwa kuongeza, saizi yake inapaswa kuwa kubwa zaidi kuliko bidhaa ambayo inapaswa kupatikana, kwani chuma kitatulia wakati kilichopozwa. Kama sheria, modeli inafanywa kuwa ya kutengana, kutoka kwa nusu mbili.

Hili likiisha, mchanga maalum wa kufinyanga hutayarishwa. Ikiwa bidhaa ya baadaye inapaswa kuwa na mashimo ya ndani na voids, basi itakuwa muhimu pia kuandaa viboko, pamoja na kiwanja cha ziada cha ukingo. Wanapaswa kujaza kwa muda maeneo hayo ambayo ni "tupu" katika sehemu ya kumaliza. Ikiwa una nia ya kutupa chuma nyumbani, hakikisha kukumbuka ukweli huu, kwa sababu vinginevyo chupa iliyojaa tayari inaweza kupasuka kwa shinikizo, na matokeo ya hii yanaweza kuwa ya kusikitisha zaidi.

Michanga ya ukingo imetengenezwa na nini?

Msingi ni madaraja mbalimbali ya mchanga na udongo, pamoja na vifunganishi. Jukumu lao linaweza kuchezwa na mafuta asilia na yalijengwa, mafuta ya kukaushia, resini, rosini na hata lami.

Ujao unakuja wakati wa viunzi, ambao kazi yao ni kutengeneza ukungu. Ikiwa unaelezearahisi zaidi, inafanywa kama hii: sanduku la mbao linachukuliwa, nusu ya mold imewekwa ndani yake (pia inaweza kutengana), na mapungufu kati ya kuta za mfano na mold yamefungwa na utungaji wa ukingo.

Vile vile hufanywa na nusu ya pili na funga sehemu zote mbili kwa pini. Ni muhimu kutambua kwamba mbegu mbili maalum huingizwa kwenye sehemu hiyo ya fomu ambayo itakuwa juu wakati inamwagika. Mojawapo hutumika kumwaga chuma kilichoyeyuka, ya pili - kutoka kwa gesi zinazopanuka.

Mwisho wa awamu ya maandalizi

Na sasa ni wakati wa pengine sehemu muhimu zaidi ya operesheni. Flasks ni makini sana kutengwa, kujaribu kuzuia ukiukaji wa uadilifu wa mchanga. Baada ya hayo, alama mbili za wazi na za kina za sehemu ya baadaye zinabaki ardhini. Baada ya hayo, hufunikwa na rangi maalum. Hii imefanywa ili chuma kilichoyeyuka kisigusane moja kwa moja na mchanga wa mchanga. Teknolojia ya urushaji chuma haipaswi kuruhusu hili, vinginevyo ubora wa bidhaa iliyokamilishwa inaweza kuzorota sana.

Ikiwa hii ni muhimu, wakati huo huo njia ya ziada ya lango hukatwa, ambayo ni muhimu kwa kumwaga kuyeyuka. Flasks zimefungwa tena na zimeunganishwa kwa nguvu iwezekanavyo. Mchanga ukishakauka kidogo, unaweza kuanza kutuma.

Anza kutuma

Kwanza, kwenye kabati, yaani, tanuru maalum, matupu ya chuma cha kutupwa huyeyushwa. Ikiwa inatakiwa kutupwa chuma, basi malighafi huyeyuka katika tanuu za mlipuko, mahali pa wazi, inverter na tanuu nyingine. Kuleta ndanikuyeyuka kwa metali zisizo na feri, tumia vifaa maalum vya kuyeyusha.

Kila kitu, unaweza kuanza kutuma. Ikiwa kuna fomu moja tu, basi kuyeyuka hutiwa ndani yake na ladi, mmoja mmoja. Katika hali nyingine, kama sheria, conveyor imepangwa: ama ukanda ulio na tupu huenda chini ya ladle, au ladle hutembea juu ya safu za flasks. Yote inategemea tu juu ya shirika la uzalishaji. Wakati unakuja na chuma hupungua, huondolewa kwenye mold. Kimsingi, njia hii ni bora katika hali ambapo kutupwa kwa chuma kunahitajika nyumbani (kwa kughushi, kwa mfano). Chochote bora zaidi chini ya masharti kama haya hakitapatikana hata hivyo.

Mashine za kulipua mchanga au kusaga huondoa mizani na kuambatana na mchanga wa kufinyanga kutoka kwa bidhaa iliyokamilishwa. Kwa njia, njia hii ilitumika kikamilifu katika utengenezaji wa mizinga wakati wa Vita Kuu ya Patriotic. Hivi ndivyo minara ya kutupwa ilitolewa, na unyenyekevu na utengenezaji wa mchakato huu ulifanya iwezekane kutoa idadi kubwa ya magari ya kijeshi ambayo mbele ilihitaji sana. Je, ni aina gani nyingine za urushaji chuma zilizopo?

Die casting

Lakini sasa wanatumia mbinu za hali ya juu zaidi na za kiteknolojia kwa ajili ya utengenezaji wa bidhaa za kutupwa. Kwa mfano, akitoa chuma katika mold baridi. Kimsingi, njia hii kwa njia nyingi inafanana na ile iliyoelezwa hapo juu, kwani katika kesi hii molds za kutupwa hutumiwa pia. Wakati huo huo wao ni chuma, ambayo hurahisisha sana mchakato wa uzalishaji wa kiwango kikubwa.

Kwa hivyo, koni na vijiti huingizwa katika nusu mbili (kwa kumwaga chuma na kutengeneza utupu), nakisha zifungeni kwa uthabiti. Kila kitu, unaweza kupata kazi. Upekee wa njia hii ni kwamba hapa chuma kilichoyeyuka kinaimarisha haraka sana, kuna uwezekano wa baridi ya kulazimishwa ya molds, na kwa hiyo mchakato wa kutolewa ni kasi zaidi. Ukiwa na ukungu mmoja tu, unaweza kupata mamia, ikiwa sio maelfu, ya kutupwa, huku hutumii muda mwingi katika utayarishaji wa ukungu na mchanga.

Baadhi ya hasara za mbinu

Ubaya wa njia hii ya utupaji ni ukweli kwamba ni aina zile tu za metali ambazo zina sifa ya kuongezeka kwa umajimaji katika umbo la kuyeyuka ndizo zinazofaa kwa ajili yake. Kwa mfano, kutupwa kwa shinikizo tu kunafaa kwa chuma (kuhusu hilo chini), kwani nyenzo hii haina fluidity nzuri kabisa. Chini ya hatua ya hewa iliyoshinikizwa, hata darasa la "ductile" zaidi ya chuma huchukua sura inayohitajika bora zaidi. Jambo baya ni kwamba ukungu wa kawaida wa baridi hauwezi kuhimili hali mbaya kama hiyo ya uzalishaji na itaanguka. Kwa hivyo, itabidi utumie mbinu maalum ya uzalishaji, ambayo tutaijadili hapa chini.

Ukingo wa sindano

Je, urushaji wa metali - chini ya shinikizo - wa metali hufanywaje? Tayari tumezingatia baadhi ya vipengele hapo juu, lakini bado ni muhimu kufichua suala hili kwa undani zaidi. Kila kitu ni rahisi sana. Kwanza, ukungu wa kutupwa uliotengenezwa na darasa la chuma bora inahitajika, ambayo inaweza kuwa ya hatua nyingi, sura ngumu ya ndani. Pili, tunahitaji vifaa vya kusukuma maji vyenye uwezo wa kutoa kuanzia MP mia saba hadi saba.

Faida kuunjia hii ya kuyeyusha ina tija kubwa. Nini kingine hutoa ukingo wa sindano? Katika kesi hii, chuma kidogo hutumiwa, na ubora wa uso wa bidhaa ya kumaliza ni nzuri sana. Hali ya mwisho ina maana ya kukataa kwa tata na badala ya dreary kusafisha na kusaga utaratibu. Ni nyenzo gani ni nyenzo bora kwa njia hii ya uzalishaji ili kuzalisha bidhaa na sehemu zilizokamilishwa?

Aloi zinazotumika zaidi ni alumini, zinki, shaba na risasi ya bati (kutupwa kwa metali zisizo na feri). Joto lao la kuyeyuka ni la chini, na kwa hiyo utengenezaji wa juu sana wa mchakato mzima unapatikana. Kwa kuongeza, malighafi hii ina sediment ndogo wakati wa baridi. Hii ina maana kwamba inawezekana kuzalisha sehemu zenye uvumilivu mdogo sana, ambayo ni muhimu sana katika uzalishaji wa teknolojia ya kisasa.

Utata wa njia hii ni kwamba wakati bidhaa zilizokamilishwa zinatenganishwa na ukungu, zinaweza kuharibiwa. Kwa kuongeza, njia hii inafaa tu kwa ajili ya utengenezaji wa sehemu na unene wa ukuta mdogo. Ukweli ni kwamba safu nene ya chuma itakuwa ngumu sana kwa usawa, ambayo itaamua mapema uundaji wa makombora na mashimo.

Aina za usakinishaji wa kutuma shinikizo

Mashine zote zinazotumika katika njia hii ya kutengenezea bidhaa za chuma zimegawanywa katika vikundi viwili vikubwa: vyenye chumba cha kutupia moto na baridi. Aina ya "moto" mara nyingi inaweza kutumika tu kwa aloi za zinki. Katika kesi hiyo, chumba cha kutupwa yenyewe kinaingizwa kwenye chuma cha moto. Chini ya shinikizohewa au bastola maalum, inapita ndani ya tundu la kutupa.

Kama sheria, nguvu ya sindano haihitajiki, shinikizo hadi MPa 35-70 inatosha. Kwa hiyo, katika kesi hii, molds kwa ajili ya kutupwa chuma inaweza kuwa rahisi zaidi na ya bei nafuu, ambayo ina athari nzuri zaidi kwa gharama ya mwisho ya bidhaa. Katika uvunaji baridi wa kutupwa, chuma kilichoyeyuka kinapaswa "kusukumwa" ndani kabisa ya chumba cha kutupwa kwa shinikizo la juu sana. Wakati huo huo, inaweza kufikia MPa 700.

Sehemu zilizoungwa sindano zinatumika wapi?

Zipo kila mahali. Katika simu, kompyuta, kamera na mashine za kuosha, kila mahali kuna maelezo yaliyopatikana kwa kutumia njia hii maalum. Inatumiwa sana na uhandisi wa mitambo, ikiwa ni pamoja na yale yanayohusiana moja kwa moja na anga na hata viwanda vya anga. Uzito wa sehemu za kutupwa zinaweza kutofautiana kutoka kwa gramu chache hadi kilo 50 (na hata zaidi). Je! "usindikaji" mwingine wa metali kwa kutupwa unaweza kutumika? Ndiyo, na kuna njia nyingi zaidi.

Umwagaji nta uliopotea

Kama katika kisa cha kwanza tulichozingatia, tangu nyakati za kale wanadamu wamejua kuhusu mbinu ya kumwaga chuma kilichoyeyushwa katika muundo uliotayarishwa awali wa parafini au nta. Imewekwa tu kwenye chupa na mapengo yanajazwa na mchanga wa ukingo. Kuyeyuka huyeyusha nta na kwa hakika hujaza kiasi kizima cha kazi ya msingi. Njia hii ni nzuri kwa sababu mfano hauhitaji kuchukuliwa nje ya chupa. Kwa kuongeza, inawezekana kupata sehemu za ubora kamili tu, mchakato huu wa kutupametali ni rahisi kujiendesha kiotomatiki.

Shell casting

Ikiwa utumaji ni rahisi kiasi, na nguvu ya "nafasi" kutoka kwa bidhaa iliyokamilishwa haihitajiki, mbinu ya kutupwa kwenye ukungu wa ganda inaweza kutumika. Wamefanywa tangu zamani, na mchanga mwembamba wa quartz na resin hutumiwa kama msingi. Leo, bila shaka, misombo mbalimbali ya syntetisk inatumika kama mwisho.

Kisha, miundo ya chuma inayokunjwa huchukuliwa, inayojumuisha nusu mbili, na kuwekwa juu ya uso uliopashwa joto hadi takriban digrii 300 za Selsiasi. Kisha mchanganyiko wa ukingo (kutoka mchanga na resin kavu) hutiwa kwenye sehemu moja ili inashughulikia kabisa uso wa mifano ya chuma. Chini ya ushawishi wa joto, resini huyeyuka, na "chupa" kali huonekana kwenye unene wa mchanga.

Mara tu yote yanapopoa kidogo, ingo za chuma zinaweza kutolewa, na mchanga unaweza kutumwa kwenye oveni kwa "kuchomwa". Baada ya hayo, fomu zenye nguvu za kutosha zinapatikana: kwa kuunganisha nusu zao mbili, chuma kilichoyeyuka kinaweza kumwagika ndani yao. Je, kuna mbinu gani zingine za urushaji chuma?

Centrifugal casting

Katika kesi hii, kuyeyuka hutiwa katika fomu maalum, ambayo huzunguka kwa kasi ya juu sana katika makadirio ya usawa au wima. Kama matokeo ya hatua ya nguvu ya nguvu ya centrifugal inayotumika kwa usawa, chuma hutiririka sawasawa ndani ya mapungufu yote ya ukungu, na hivyo kufikia ubora wa juu wa bidhaa iliyokamilishwa. Njia hii ya kutupa ni bora kwa ajili ya uzalishaji wa aina mbalimbali za mabomba. Inaruhusu kuunda unene zaidi sarekuta, ambayo ni vigumu sana kufikiwa kwa kutumia mbinu "tuli".

Electro-slag casting

Je, kuna njia zozote za kutengenezea vyuma ambazo zinaweza kuitwa za kisasa? Electroslag akitoa. Katika kesi hiyo, chuma kioevu hupatikana kwanza kwa kutenda juu ya malighafi iliyoandaliwa hapo awali na kutokwa kwa arc yenye nguvu ya umeme. Njia ya bure ya arc pia inaweza kutumika, wakati chuma kinapoyeyuka kutoka kwenye joto lililokusanywa na slag. Lakini ya mwisho huathiriwa na majimaji yenye nguvu.

Baada ya hapo, chuma kioevu, ambacho hakijawahi kuguswa na hewa katika mchakato mzima, huingia kwenye chemba ya fuwele, ambayo "kwa pamoja" pia ni ukungu wa kutupwa. Njia hii inatumika kwa uigizaji rahisi na mkubwa, kwa utengenezaji ambao hali nyingi hazihitaji kuzingatiwa.

Kujaza ombwe

Hutumika kwa nyenzo "za hali ya juu" pekee kama vile dhahabu, titani, chuma cha pua. Katika kesi hiyo, chuma kinayeyuka chini ya hali ya utupu, na kisha haraka (chini ya hali sawa) inasambazwa kwenye molds. Njia hiyo ni nzuri kwa kuwa inapotumiwa, uundaji wa cavities hewa na cavities katika bidhaa ni kivitendo kutengwa, kwa kuwa kiasi cha gesi sasa kuna ndogo. Ni muhimu kukumbuka kuwa uzito wa castings katika kesi hii hauwezi kuzidi kilo mia moja au mbili.

Je, inawezekana kupata sehemu kubwa zaidi?

Ndiyo, teknolojia kama hii ipo. Lakini inaweza kutumika tu katika kesi ambapo tani mia moja ya chuma ni kusindika kwa wakati mmoja.na zaidi. Kwanza, chuma huyeyushwa chini ya hali ya utupu, na kisha hutiwa sio kwenye molds, lakini ndani ya ladi maalum za ukingo, ambazo pia zinalindwa kutokana na hewa inayoingia kwenye cavity yao.

Baada ya hapo, kuyeyuka kumalizika kunaweza kusambazwa kuwa ukungu, ambayo hewa pia ilitolewa hapo awali na pampu. Chuma kilichopatikana kutokana na mchakato huo wa kiteknolojia ni ghali kabisa. Inatumika kwa kughushi, na pia aina zingine za utumaji sawa, inapohitajika kupata nafasi zilizo wazi na sehemu za ubora wa juu zaidi.

Kutuma mifumo iliyotiwa gesi (iliyochomwa)

Kwa upande wa ubora na urahisi wa utumaji, njia hii ni mojawapo ya faida zaidi, na kwa hivyo inatumika zaidi na zaidi katika tasnia ya kisasa. Utupaji kama huo wa chuma, ambao uzalishaji wake unaongezeka mwaka hadi mwaka, ni maarufu sana katika PRC na USA, kwani besi za viwandani za nchi hizi mbili zinatofautishwa na hitaji kubwa la chuma cha hali ya juu. Faida ya njia hii ni kwamba inaruhusu utengenezaji wa castings bila vikwazo vyovyote juu ya uzito na ukubwa.

Kwa njia nyingi, njia hii ni sawa na zile zilizoelezwa hapo juu: kwa mfano, katika kesi hii, mfano wa msingi hautumiwi kutoka kwa nta au plastiki, lakini kutoka kwa povu iliyoenea sasa. Kwa kuwa nyenzo hii ina maelezo yake mwenyewe, mchanganyiko wa mchanga wa binder umejaa kwenye chupa chini ya shinikizo la karibu 50 kPa. Mara nyingi, njia hii hutumiwa katika hali ambapo ni muhimu kutengeneza sehemu zenye uzito kutoka gramu 100 hadi tani mbili.

Hata hivyo, tayari tumeshasema kuwa kuna vikwazo vikalimaelezo ya ukubwa no. Kwa hiyo, kwa kutumia njia hii ya kutupa, hata vipengele vya injini za meli vinaweza kuzalishwa, ambazo hazijawahi kuwa "kawaida" kwa ukubwa. Kwa kila tani ya malighafi ya chuma, kiasi kifuatacho cha nyenzo za ziada hutumiwa:

• Faini ya quartz ya mchanga - kilo 50.
• Mipako maalum isiyo ya fimbo - kilo 25.
• povu ya polystyrene iliyokatwa - kilo 6.
• Filamu mnene ya polyethilini - sq 10. m.

Mchanga wote wa ukingo ni mchanga wa quartz safi bila viongeza na viongezi vyovyote vya ziada. Inaweza kutumika tena kwa takriban 95-97%, hali ambayo inaboresha sana uchumi na kupunguza gharama ya mchakato huo.

Kwa hivyo, utupaji wa chuma (fizikia ya mchakato ilizingatiwa na sisi) ni jambo la "multifaceted", kwani leo kuna mbinu nyingi mpya. Wakati huo huo, tasnia ya kisasa inatumia mbinu ambazo zimekuwa zikitumika kwa maelfu kadhaa ya miaka iliyopita, kwa kiasi fulani kuzirekebisha kulingana na hali halisi ya sasa.