Mikä on hiekkavalu ja miten se toimii nykyaikaisessa valmistuksessa?- Zhejiang Fantian Foundry & Trading Co., Ltd.

Hiekkavalu on laajalti käytetty metallivalutekniikka, joka on ollut olemassa tuhansia vuosia. Se on edelleen keskeinen menetelmä nykyaikaisessa valmistuksessa sen kustannustehokkuuden, monipuolisuuden ja monimutkaisten osien valmistuksen ansiosta. Hiekkavaluprosessissa sula metalli kaadetaan hiekasta valmistettuun muottiin kiinteän esineen muodostamiseksi, kun se jäähtyy ja jähmettyy. Tätä prosessia käytetään useilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien autoteollisuus, ilmailu-, rakennus- ja koneteollisuus.

1. Kuvion luominen: Hiekkavalun perusta

Kuvio on tarkka kopio lopputuotteesta, mutta yleensä hieman suurempi, jotta voidaan ottaa huomioon metallin kutistuminen jäähdytysprosessin aikana. Perinteisesti kuviot tehtiin materiaaleista, kuten vahasta, puusta tai metallista. Nykyaikaisessa hiekkavalussa 3D-tulostuksesta on kuitenkin tullut yleinen tekniikka kuvioiden luomisessa, erityisesti monimutkaisissa malleissa. 3D-tulostuksen käyttömahdollisuus vähentää perinteisiin menetelmiin liittyvää aikaa ja kustannuksia.

Kuvio luodaan viimeisen osan suunnitteluspesifikaatioiden perusteella. Korkea tarkkuus vaaditaan, jotta voidaan varmistaa, että valutuotteella on oikeat mitat ja ominaisuudet. Kuvioita voidaan tehdä myös useisiin osiin, jos osa on monimutkainen, jolloin jokainen muotin osa kootaan lopullisen muodon muodostamiseksi.

2. Muotin valmistelu: tilan luominen näyttelijälle

Kun kuvio on valmis, se asetetaan laatikkoon tai pulloon ja muotin valmistus alkaa. Itse muotti on tehty hiekan ja sideaineen, tyypillisesti saven, ja joskus veden tai kemikaalien seoksesta, jotka auttavat pitämään hiekkahiukkasia yhdessä. Tämä hiekkaseos tiivistetään kuvion ympärille kiinteän muottipesän muodostamiseksi.

2.1 Käytetyt hiekkatyypit

Valuprosessissa käytettävä hiekkatyyppi on ratkaisevaa, sillä se vaikuttaa valun laatuun. Piidihiekka on yleisimmin käytetty materiaali hiekkavalussa saatavuuden, kustannustehokkuuden ja lämmönkestävyyden vuoksi. Valuvaatimuksista riippuen käytetään kuitenkin useita muita hiekkatyyppejä, kuten oliviinihiekkaa ja zirkonihiekkaa, jotka tarjoavat paremman lämmönkestävyyden ja joita voidaan käyttää tarkempiin sovelluksiin.

2.2 Hiekan tiivistäminen

Hiekaseos tiivistetään kuvion ympärille joko käsin tai mekaanisin menetelmin. Hiekkaa tiivistäessä on huolehdittava siitä, ettei siinä ole rakoja tai ilmataskuja, koska ne voivat johtaa valuosaan vikoja. Jos muottia ei tiivistetä kunnolla, se voi saada sulan metallin virtaamaan epätasaisesti, mikä voi johtaa huokoisuuteen tai heikkoihin kohtiin lopullisessa valussa.

3. Sulaminen ja kaataminen: Prosessin sydän

Kun muotti on luotu, seuraava vaihe on sulattaa metalli, joka kaadetaan muottiin. Metalli kuumennetaan tyypillisesti uunissa sulaan tilaan. Hiekkavalussa käytettyjä tavallisia metalleja ovat alumiini, pronssi, teräs ja rauta.

3.1 Uunit ja laitteet

Metallin sulattamiseen käytetään erityyppisiä uuneja, riippuen tietystä metallista ja valukappaleen koosta. Sähköisiä induktiouuneja käytetään yleisesti ei-rautametallien, kuten alumiinin, käsittelyyn, kun taas öljy- tai kaasulämmitteisiä uuneja käytetään tyypillisesti rautametalleille, kuten teräkselle ja valuraudalle.

Metalli sulatetaan tiettyyn lämpötilaan sen tyypistä riippuen. Esimerkiksi alumiini sulatetaan tyypillisesti noin 660 °C:ssa (1220 °F), kun taas teräs vaatii yli 1370 °C:n (2500 °F) lämpötiloja. Sula metalli kaadetaan sitten muottiin kaatokupin läpi ja kanaviin, jotka tunnetaan nimellä portit ja juoksut. Nämä kanavat ohjaavat sulan metallin onteloon, josta kuvio poistettiin.

3.2 Kaatoprosessi

Metallin oikea kaataminen on ratkaisevan tärkeää vikojen välttämiseksi. Metalli on kaadettava oikeassa lämpötilassa ja säädetyllä nopeudella, jotta vältetään turbulenssi, joka voi aiheuttaa ilmataskuja tai saada metallin jähmettymään ennenaikaisesti.

4. Jäähdytys ja jähmettyminen: nesteestä kiinteäksi

Kun sula metalli täyttää ontelon, sen annetaan jäähtyä ja jähmettyä. Jäähdytysaika vaihtelee valun koosta ja materiaalista riippuen. Kun metalli jäähtyy, se supistuu hieman. Tämän huomioon ottamiseksi kuvio tehdään hieman haluttua loppuosaa isommaksi ja suunnitteluun on tehty varauksia valun halkeilun tai vääntymisen estämiseksi.

Jäähtyminen ja jähmettyminen ovat tärkeitä vaiheita. Jos metalli jäähtyy liian nopeasti, se voi aiheuttaa halkeamia tai heikkoja kohtia valukappaleeseen. Jos se jäähtyy liian hitaasti, metalli voi muodostaa ei-toivottuja kiteytyskuvioita tai sulkeumia. Jäähdytysnopeuden hallinta on välttämätöntä korkealaatuisten valukappaleiden valmistuksessa.

4.1 Jäähdytysnopeuden säätö

Jäähdytystä ohjataan joskus käyttämällä erityisiä jäähdytystekniikoita, kuten jäähdytysten lisäämistä (metallikappaleet, jotka on sijoitettu strategisesti muottiin lämmön imemiseksi ja jäähdytysnopeuden säätelemiseksi). Nykyaikaisessa hiekkavalussa simulaatioita käytetään usein ennustamaan, kuinka sula metalli käyttäytyy sen jäähtyessä ja jähmettyessään, mikä mahdollistaa prosessin paremman hallinnan.

5. Viimeistely: Valun hiominen

Kun metalli on jäähtynyt ja jähmettynyt, muotti hajotetaan, jotta raakavalu paljastaa. Valu vaatii yleensä lisävaiheita sen jalostamiseksi valmiiksi tuotteeksi. Näitä vaiheita voivat olla:

5.1 Puhdistus ja hiekan poisto

Ensimmäinen vaihe on valun pinnalta jääneiden hiekan poistaminen. Tämä voidaan tehdä useilla eri menetelmillä, kuten hiekkapuhalluksella, tärinäviimeistelyllä tai vesisuihkulla. Puhdistusprosessi poistaa kaikki muottimateriaalit, jotka ovat mahdollisesti tarttuneet valun pintaan jäähdytysvaiheen aikana.

5.2 Koneistus

Työstöllä poistetaan ylimääräistä materiaalia ja saavutetaan kappaleen lopulliset mitat ja pintakäsittely. Jyrsintä-, sorvaus- ja hiontaprosesseja käytetään yleisesti hiekkavalussa vaadittujen toleranssien ja pinnan laadun tuottamiseksi.

5.3 Lämpökäsittely

Tietyt valukappaleet saattavat vaatia lämpökäsittelyä niiden mekaanisten ominaisuuksien, kuten lujuuden ja kovuuden, parantamiseksi. Tämä voi sisältää prosesseja, kuten hehkutusta, karkaisua tai karkaisua, riippuen materiaalista ja loppuosan halutuista ominaisuuksista.

Hiekkavalun edut

Hiekkavalulla on useita merkittäviä etuja, jotka tekevät siitä suositellun valinnan moniin valmistussovelluksiin:

Etu	Selitys
Kustannustehokkuus	Hiekkavalu 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.
Monipuolisuus	Sitä voidaan käyttää monenlaisten metallien ja metalliseosten, mukaan lukien alumiinin, pronssin, teräksen ja raudan, valumiseen. Tämä tekee siitä käyttökelpoisen monilla teollisuudenaloilla autoteollisuudesta ilmailuteollisuuteen.
Monimutkaisuus	Hiekkavalu can create parts with complex geometries, such as intricate internal passages, which would be difficult to produce with other methods.
Edullinen prototyyppivalmistus	Hiekkavalu 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.
Kokoalue	Sitä voidaan käyttää erikokoisten osien valamiseen pienistä komponenteista suuriin teollisuusosiin, mikä tarjoaa joustavuutta tuotannossa.