Η χύτευση είναι μία από τις πρώτες μεθόδους διαμόρφωσης μετάλλων-γνωστές στους ανθρώπους. Γενικά σημαίνει ότι χύνεται λιωμένο μέταλλο σε ένα πυρίμαχο καλούπι με κοιλότητα του σχήματος που πρέπει να κατασκευαστεί και αφήνεται να στερεοποιηθεί. Όταν στερεοποιηθεί, το επιθυμητό μεταλλικό αντικείμενο αφαιρείται από το πυρίμαχο καλούπι είτε με σπάσιμο του καλουπιού είτε με διάσπαση του καλουπιού. Το στερεοποιημένο αντικείμενο ονομάζεται χύτευση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επίσης ίδρυση
1. Ιστορία της διαδικασίας χύτευσης
Η διαδικασία χύτευσης πιθανώς ανακαλύφθηκε γύρω στο 3500 π.Χ. στη Μεσοποταμία. Σε πολλά μέρη του κόσμου εκείνη την περίοδο, χάλκινα τσεκούρια και άλλα επίπεδα αντικείμενα στράφηκαν σε ανοιχτά καλούπια από πέτρα ή ψημένο πηλό. Αυτά τα καλούπια ήταν ουσιαστικά σε μονοκόμματα. Αλλά σε μεταγενέστερες περιόδους, όταν απαιτούνταν να κατασκευαστούν στρογγυλά αντικείμενα, τέτοια καλούπια χωρίστηκαν σε δύο ή περισσότερα μέρη για να διευκολυνθεί η απόσυρση των στρογγυλών αντικειμένων. Η εποχή του Χαλκού (γύρω στο 2000 π.Χ.) έφερε πολύ περισσότερη φινέτσα στη διαδικασία χύτευσης. Για πρώτη φορά ίσως εφευρέθηκε ένας πυρήνας για την κατασκευή κοίλων τσέπες στα αντικείμενα. Αυτοί οι πυρήνες ήταν φτιαγμένοι από ψημένο πηλό.
Επίσης, η διαδικασία cire perdue ή χαμένου κεριού χρησιμοποιήθηκε εκτενώς για την κατασκευή στολιδιών και λεπτών εργασιών.
Η τεχνολογία χύτευσης έχει βελτιωθεί πολύ από τους Κινέζους από περίπου το 1500 π.Χ. Πριν από αυτό, δεν υπάρχουν στοιχεία για δραστηριότητα χύτευσης που βρέθηκε στην Κίνα. Δεν φαίνεται να ήταν πολύ εξοικειωμένοι με τη διαδικασία cire perdue ούτε να τη χρησιμοποιούσαν εκτενώς, αλλά εξειδικεύτηκαν σε καλούπια πολλών-κομματιών για την κατασκευή εξαιρετικά περίπλοκων εργασιών. Ξόδεψαν πολύ χρόνο για να τελειοποιήσουν το καλούπι μέχρι την τελευταία λεπτομέρεια, έτσι ώστε να μην απαιτούνταν σχεδόν καθόλου εργασίες φινιρίσματος στη χύτευση από τα καλούπια. Πιθανότατα έφτιαχναν καλούπια κομματιών που περιείχαν προσεκτικά τοποθετημένα κομμάτια, που αριθμούν τριάντα ή περισσότερα. Στην πραγματικότητα, πολλά τέτοια καλούπια έχουν ανακαλυφθεί σε αρχαιολογικές ανασκαφές σε διάφορα μέρη της Κίνας.
Ο πολιτισμός της κοιλάδας του Ινδού είναι επίσης γνωστός για την εκτεταμένη χρήση χύτευσης χαλκού και μπρούτζου για στολίδια, όπλα, εργαλεία και σκεύη. Αλλά δεν υπήρξε μεγάλη βελτίωση στην τεχνολογία. Από τα διάφορα αντικείμενα και ειδώλια που ανασκάφηκαν από τις τοποθεσίες της κοιλάδας του Ινδού, φαίνεται ότι ήταν εξοικειωμένοι με όλες τις γνωστές μεθόδους χύτευσης όπως το ανοιχτό καλούπι, το καλούπι τεμαχίων και τη διαδικασία cire perdue.
Αν και η Ινδία θα μπορούσε να πιστωθεί με την εφεύρεση του χάλυβα χωνευτηρίου, δεν ήταν εμφανές στην Ινδία πολλά σιδερένια θεμέλια. Υπάρχουν ενδείξεις ότι η ίδρυση του σιδήρου ξεκίνησε γύρω στο 1000 π.Χ. στη Συρία και την Περσία. Φαίνεται ότι η τεχνολογία χύτευσης σιδήρου στην Ινδία χρησιμοποιήθηκε από την εποχή της εισβολής του Μεγάλου Αλεξάνδρου, περίπου το 300 π.Χ.
Ο διάσημος σιδερένιος πυλώνας που βρίσκεται επί του παρόντος κοντά στο μινάρ Qutb στο Δελχί είναι ένα παράδειγμα των μεταλλουργικών δεξιοτήτων των αρχαίων Ινδών. Έχει μήκος 7,2 m και είναι κατασκευασμένο από καθαρό ελατό σίδηρο. Υποτίθεται ότι είναι της περιόδου Chandragupta II (375-413 μ.Χ.) της δυναστείας Gupta. Ο ρυθμός σκουριάς αυτής της κολόνας, που στέκεται έξω στην ύπαιθρο είναι πρακτικά μηδενικός και ακόμη και το θαμμένο τμήμα σκουριάζει με εξαιρετικά αργό ρυθμό. Αυτό πρέπει να χυτεύτηκε πρώτα και μετά να σφυρηλατήθηκε στο τελικό σχήμα.
2. Πλεονεκτήματα και Περιορισμοί
Η διαδικασία χύτευσης χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων της. Το λιωμένο υλικό ρέει σε οποιοδήποτε μικρό τμήμα στην κοιλότητα του καλουπιού και ως εκ τούτου, οποιοδήποτε περίπλοκο σχήμα--εσωτερικό ή εξωτερικό-- μπορεί να κατασκευαστεί με τη διαδικασία χύτευσης. Είναι δυνατή η χύτευση πρακτικά οποιουδήποτε υλικού είτε είναι σιδηρούχο είτε μη σιδηρούχο. Επιπλέον, τα απαραίτητα εργαλεία που απαιτούνται για τη χύτευση καλουπιών είναι πολύ απλά και φθηνά. Ως αποτέλεσμα, για δοκιμαστική παραγωγή ή παραγωγή μικρής παρτίδας, είναι ιδανική μέθοδος. Είναι δυνατό στη διαδικασία χύτευσης, να τοποθετηθεί η ποσότητα του υλικού όπου ακριβώς απαιτείται. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να επιτευχθεί μείωση βάρους στο σχεδιασμό. Τα χυτά ψύχονται γενικά ομοιόμορφα από όλες τις πλευρές και επομένως δεν αναμένεται να έχουν κατευθυντικές ιδιότητες. Υπάρχουν ορισμένα μέταλλα και μερίδες που μπορούν να υποστούν επεξεργασία μόνο με χύτευση και όχι με οποιαδήποτε άλλη διαδικασία όπως σφυρηλάτηση λόγω των μεταλλουργικών θεωρήσεων. Μπορούν να γίνουν χυτά οποιουδήποτε μεγέθους και βάρους, ακόμη και μέχρι 200 τόνους.
Ωστόσο, η ακρίβεια διαστάσεων και το φινίρισμα της επιφάνειας που επιτυγχάνονται με την κανονική διαδικασία χύτευσης με άμμο{0}}δεν θα ήταν επαρκή για την τελική εφαρμογή σε πολλές περιπτώσεις. Για να ληφθούν υπόψη αυτές οι περιπτώσεις, έχουν αναπτυχθεί ορισμένες ειδικές διεργασίες καστίνης, όπως η χύτευση με χύτευση, οι λεπτομέρειες των οποίων δίνονται σε επόμενα κεφάλαια. Επίσης, η διαδικασία χύτευσης άμμου-είναι εντατική σε κάποιο βαθμό εργασίας και ως εκ τούτου στοχεύουν πολλές βελτιώσεις, όπως η χύτευση με μηχανήματα και η μηχανοποίηση χυτηρίου. Με ορισμένα υλικά είναι συχνά δύσκολο να αφαιρεθούν τα ελαττώματα που προκύπτουν από την υγρασία που υπάρχει στα χυτά άμμου
3. Όροι χύτευσης
Στα επόμενα κεφάλαια θα φανούν οι λεπτομέρειες της χύτευσης άμμου-, που αντιπροσωπεύει τη βασική διαδικασία χύτευσης. Πριν προχωρήσετε στις λεπτομέρειες της διαδικασίας, θα ήταν σκόπιμο να ορίσετε έναν αριθμό λέξεων στο λεξιλόγιο.
Φιάλη -Μια φιάλη καλουπώματος είναι αυτή που κρατά ανέπαφο το καλούπι άμμου. Ανάλογα με τη θέση της φιάλης στη δομή του καλουπιού, αναφέρεται με διάφορα ονόματα όπως drag, cope και μάγουλο. Αποτελείται από ξύλο για προσωρινές εφαρμογές ή γενικότερα από μέταλλο για μακροχρόνια χρήση.
Σύρετε -Κάτω φιάλη χύτευσης
Αντιμετώπιση -Άνω φιάλη χύτευσης
Μάγουλο -Ενδιάμεση φιάλη χύτευσης που χρησιμοποιείται σε χύτευση τριών- τεμαχίων.
Μοτίβο -Το μοτίβο είναι ένα αντίγραφο του τελικού αντικειμένου που πρόκειται να γίνει με ορισμένες τροποποιήσεις. Η κοιλότητα του καλουπιού γίνεται με τη βοήθεια του σχεδίου.
Γραμμή χωρισμού -Αυτή είναι η διαχωριστική γραμμή μεταξύ των δύο φιαλών χύτευσης που συνθέτουν το καλούπι άμμου. Σε χωρισμένο σχέδιο είναι επίσης η διαχωριστική γραμμή μεταξύ των δύο μισών του σχεδίου
Κάτω σανίδα- Αυτή είναι μια σανίδα συνήθως κατασκευασμένη από ξύλο, η οποία χρησιμοποιείται στην αρχή της κατασκευής του καλουπιού. Το μοτίβο διατηρείται πρώτα στον κάτω πίνακα, πασπαλίζεται με άμμο και στη συνέχεια το έμβολο γίνεται στο σύρσιμο
Αντιμετωπίζοντας άμμο- Η μικρή ποσότητα ανθρακούχου υλικού που πασπαλίζεται στην εσωτερική επιφάνεια της κοιλότητας καλουπώματος για να δώσει καλύτερο φινίρισμα επιφάνειας στα χυτά υλικά
Άμμος καλουπώματος -Είναι το φρεσκοπαρασκευασμένο πυρίμαχο υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή της κοιλότητας του καλουπιού. Είναι ένα μείγμα πυριτικού αργίλου και υγρασίας σε κατάλληλες αναλογίες για να έχετε τα επιθυμητά αποτελέσματα και περιβάλλει το σχέδιο κατά την κατασκευή του καλουπιού.
Πίσω άμμος -Είναι αυτό που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του πυρίμαχου υλικού που βρίσκεται στο καλούπι. Αυτό αποτελείται από χρησιμοποιημένη και καμένη άμμο.
Πυρήνας -Χρησιμοποιείται για την κατασκευή κοίλων κοιλοτήτων στα χυτά.
Λεκάνη εκχύσεως -Μια μικρή κοιλότητα σε σχήμα χοάνης-στο επάνω μέρος του καλουπιού μέσα στην οποία χύνεται το λιωμένο μέταλλο.
Spure - Tτο πέρασμα από το οποίο το λιωμένο μέταλλο από τη λεκάνη έκχυσης φτάνει στην κοιλότητα του καλουπιού. Σε πολλές περιπτώσεις ελέγχει τη ροή του μετάλλου στο καλούπι.
Δρομέας -Οι δίοδοι στο επίπεδο διαχωρισμού μέσω των οποίων ρυθμίζεται η ροή του λιωμένου μετάλλου πριν φτάσουν στην κοιλότητα του καλουπιού.
Πύλη -Το πραγματικό σημείο εισόδου μέσω του οποίου το λιωμένο μέταλλο εισέρχεται στην κοιλότητα του καλουπιού.
Παρεκκλήσι -Τα τετράγωνα χρησιμοποιούνται για τη στήριξη των πυρήνων μέσα στην κοιλότητα του καλουπιού για να φροντίσει το βάρος του και να ξεπεράσει τις μεταλλοστατικές δυνάμεις.
Χαλαρώστε -Οι ψύκτες είναι μεταλλικά αντικείμενα, τα οποία τοποθετούνται στο καλούπι για να αυξήσουν τον ρυθμό ψύξης των χυτών για να παρέχουν ομοιόμορφο ή επιθυμητό ρυθμό ψύξης.
Riser -Είναι μια δεξαμενή λιωμένου μετάλλου που παρέχεται στη χύτευση έτσι ώστε το θερμό μέταλλο να μπορεί να ρέει πίσω στην κοιλότητα του καλουπιού όταν υπάρχει μείωση του όγκου του μετάλλου λόγω στερεοποίησης
4. Διαδικασία κατασκευής καλουπιών με άμμο
Η διαδικασία για την κατασκευή ενός τυπικού καλουπιού άμμου περιγράφεται στα ακόλουθα βήματα
Αρχικά, τοποθετείται μια κάτω σανίδα είτε στην πλατφόρμα χύτευσης είτε στο πάτωμα, κάνοντας την επιφάνεια ομοιόμορφη. Η φιάλη χύτευσης με έλξη διατηρείται ανάποδα στον κάτω πίνακα μαζί με το τμήμα έλξης του σχεδίου στο κέντρο της φιάλης στον πίνακα. Θα πρέπει να υπάρχει αρκετή απόσταση μεταξύ του σχεδίου και των τοιχωμάτων της φιάλης που θα πρέπει να είναι της τάξης των 50 έως 100 mm. Η ξηρή άμμος με όψη πασπαλίζεται πάνω από τον πίνακα και το σχέδιο για να παρέχει ένα μη κολλώδες στρώμα. Η φρεσκοπαρασκευασμένη άμμος χύτευσης της απαιτούμενης ποιότητας χύνεται τώρα στην έλξη και στο σχέδιο σε πάχος 30 έως 50 mm. Η υπόλοιπη φιάλη έλξης είναι πλήρως γεμάτη με την εφεδρική άμμο και τυλιγμένη ομοιόμορφα για να συμπυκνωθεί η άμμος. Το χτύπημα της άμμου πρέπει να γίνεται σωστά για να μην συμπιέζεται πολύ σκληρά, γεγονός που δυσχεραίνει τη διαφυγή των αερίων, ούτε πολύ χαλαρό, ώστε το καλούπι να μην έχει αρκετή αντοχή. Μετά το πέρας του εμβολιασμού, η περίσσεια άμμου στη φιάλη ξύνεται εντελώς χρησιμοποιώντας μια επίπεδη ράβδο μέχρι το επίπεδο των άκρων της φιάλης.
Τώρα, με ένα σύρμα εξαερισμού, το οποίο είναι ένα σύρμα διαμέτρου 1 έως 2 mm με μυτερό άκρο, δημιουργούνται οπές εξαερισμού στην έλξη σε όλο το βάθος της φιάλης καθώς και στο σχέδιο για να διευκολυνθεί η απομάκρυνση των αερίων κατά τη στερεοποίηση χύτευσης. Αυτό ολοκληρώνει την προετοιμασία του σύρματος.
Η τελική φιάλη έλξης τυλίγεται τώρα στον κάτω πίνακα εκθέτοντας το σχέδιο όπως φαίνεται στη φωτογραφία. Χρησιμοποιώντας μια κηλίδα, οι άκρες της άμμου γύρω από το μοτίβο επισκευάζονται και το μισό του μοτίβου τοποθετείται πάνω από το μοτίβο έλξης, ευθυγραμμίζοντάς το με τη βοήθεια καρφίτσες με πείρους. Η φιάλη αντιστάθμισης πάνω από το σύρσιμο βρίσκεται και πάλι ευθυγραμμισμένη με τη βοήθεια των ακίδων. Η ξηρή χωρίστρα άμμος πασπαλίζεται σε όλη την έλξη και στο σχέδιο
Σε μικρή απόσταση περίπου 50 mm από το σχέδιο βρίσκεται ένας πείρος για την κατασκευή του περάσματος sprue. Επίσης, ο πείρος ανύψωσης, εάν απαιτείται, φυλάσσεται σε κατάλληλο μέρος και πασπαλίζεται φρεσκοπαρασκευασμένη άμμος χύτευσης παρόμοια με αυτή της έλξης μαζί με την άμμο στήριξης. Η άμμος χύνεται καλά, η περίσσεια άμμος ξύνεται και ανοίγονται τρύπες εξαερισμού σε όλη την επιφάνεια όπως και στην έλξη.
Ο πείρος sprue και ο e riser pin αφαιρούνται προσεκτικά από τη φιάλη. Αργότερα, η λεκάνη έκχυσης κόβεται κοντά στην κορυφή του σπρέι. Το όργανο διαχωρίζεται από το σύρσιμο και τυχόν χαλαρή άμμος στη διεπαφή όψεως και έλξης του σύρματος αφαιρείται με τη βοήθεια φυσητήρων. Τώρα, τα μισά του καλουπιού και του σχεδίου έλξης αφαιρούνται χρησιμοποιώντας τις αιχμές έλξης και χτυπώντας το σχέδιο γύρω-γύρω για να μεγεθύνετε ελαφρώς την κοιλότητα του καλουπιού, έτσι ώστε τα τοιχώματα του καλουπιού να μην αλλοιωθούν από το σχέδιο απόσυρσης. Οι δρομείς και οι πύλες κόβονται στο καλούπι προσεκτικά χωρίς να χαλάσουν το καλούπι. Οποιαδήποτε περίσσεια ή χαλαρή άμμος βρίσκεται στους δρομείς και στην κοιλότητα της μούχλας απομακρύνεται με τη βοήθεια της φυσούνας. Τώρα, η επιφανειακή άμμος σε μορφή πάστας εφαρμόζεται σε όλη την κοιλότητα του καλουπιού και τους δρομείς, γεγονός που θα έδινε στο τελικό χυτό ένα καλό φινίρισμα επιφάνειας.
Ένας ξηρός πυρήνας άμμου παρασκευάζεται χρησιμοποιώντας ένα κουτί πυρήνα. Μετά από κατάλληλο ψήσιμο, τοποθετείται στην κοιλότητα της φόρμας όπως φαίνεται στη φωτογραφία. Το όργανο αντικαθίσταται στο σύρσιμο φροντίζοντας για την ευθυγράμμιση των δύο μέσω των ακίδων. Ένα κατάλληλο βάρος διατηρείται στο όργανο για να φροντίζει την ανοδική μεταλλοστατική δύναμη κατά την έκχυση του λιωμένου μετάλλου. Το καλούπι τώρα, όπως φαίνεται στη φωτογραφία είναι έτοιμο για έκχυση.
