The tuangan besi tuang proses mengubah besi cair menjadi komponen siap melalui enam peringkat teras: membuat corak, penyediaan acuan, pencairan, penuangan, pemejalan dan penyejukan, dan operasi kemasan . Besi biasanya dicairkan dalam relau kubah atau relau aruhan pada suhu antara 1,350°C dan 1,450°C , kemudian dituangkan ke dalam pasir atau rongga acuan kekal yang dibentuk oleh corak. Selepas logam mengeras dan menyejuk—suatu proses yang boleh berlaku di mana-mana sahaja 20 minit hingga beberapa jam bergantung pada ketebalan bahagian— tuangan dikeluarkan, dibersihkan dan dimesin mengikut spesifikasi akhir. Bahagian di bawah berjalan melalui setiap peringkat secara terperinci, bersama-sama dengan pusat pemeriksaan kualiti yang memisahkan tuangan yang boleh dipercayai daripada yang rosak.
Setiap tuangan bermula dengan corak—replika bahagian akhir, tetapi bersaiz besar sedikit untuk menjelaskan pengecutan logam semasa penyejukan. Besi tuang biasanya mengecut antara 0.8% dan 1.2% kerana ia memejal dan menyejuk ke suhu bilik, jadi pembuat corak membina elaun ini terus ke dalam dimensi corak.
Corak biasanya dibuat daripada kayu, aluminium atau plastik, bergantung pada jumlah pengeluaran. Corak kayu adalah kos efektif untuk prototaip atau larian volum rendah tetapi haus selepas kira-kira 50-100 kitaran acuan . Corak aluminium atau keluli, walaupun lebih mahal di hadapan, boleh menahan puluhan ribu kitaran dan adalah standard untuk pengeluaran volum tinggi.
Jika bahagian tersebut memerlukan rongga dalaman atau bahagian berongga, kotak teras berasingan dibina untuk menghasilkan teras pasir. Teras ini dimasukkan ke dalam rongga acuan sebelum dituang dan biasanya diperbuat daripada pasir yang diikat dengan resin untuk menahan haba dan tekanan logam cair tanpa runtuh.
Setelah corak siap, ia digunakan untuk mencipta rongga acuan yang akan membentuk besi cair. Kaedah penyediaan acuan memberi kesan ketara kepada kemasan permukaan, ketepatan dimensi dan kos pengeluaran.
Kaedah yang paling banyak digunakan untuk besi tuang, tuangan pasir mengemas campuran pasir, tanah liat dan air (atau pasir berikat resin) di sekeliling corak untuk membentuk acuan dua bahagian, yang dikenali sebagai cope dan drag. Kaedah ini menjimatkan dan fleksibel untuk kedua-dua kumpulan kecil dan bahagian besar, walaupun ia biasanya menghasilkan kemasan permukaan yang lebih kasar daripada 125-250 mikroinci Ra .
Pengacuan cangkerang menggunakan pasir bersalut resin yang dipanaskan pada corak logam untuk membentuk cangkerang yang nipis dan tegar. Ini menghasilkan kemasan permukaan yang jauh lebih baik dan toleransi dimensi yang lebih ketat daripada tuangan pasir tradisional, menjadikannya sesuai untuk komponen ketepatan yang lebih kecil.
Untuk pengeluaran volum tinggi bagi geometri yang lebih ringkas, acuan logam boleh guna semula boleh menggantikan acuan pasir sepenuhnya. Acuan kekal boleh menghasilkan beribu-ribu bahagian sebelum diganti dan menghasilkan kemasan permukaan yang unggul, walaupun kos perkakas yang lebih tinggi menjadikan kaedah ini kurang menjimatkan untuk bahagian volum rendah atau berbentuk kompleks.
Semasa acuan sedang disediakan, bahan mentah—besi babi, sekerap keluli, dan bahan tambahan yang kaya dengan karbon—dicairkan dalam relau untuk menghasilkan besi cair dengan komposisi kimia yang dikehendaki.
Relau cupola, yang membakar kok bersama cas logam, kekal biasa dalam faundri tradisional kerana keupayaan lebur berterusan dan kos operasi yang lebih rendah. Relau aruhan, sebaliknya, menawarkan kawalan suhu dan kimia yang lebih tepat serta menghasilkan pelepasan yang lebih rendah, menjadikannya semakin popular di faurin moden walaupun kos elektrik yang lebih tinggi.
Sifat besi tuang sangat bergantung pada kandungan karbon dan silikon. Besi kelabu biasanya mengandungi 3.0-3.6% karbon dan 1.8-2.8% silikon , manakala besi mulur memerlukan rawatan magnesium tambahan—biasanya 0.03-0.06% sisa magnesium —untuk menghasilkan struktur grafit sferoid yang memberikannya kemuluran yang lebih baik berbanding besi kelabu.
Setelah seterika mencapai suhu dan kimia yang betul, ia dipindahkan ke senduk dan dituangkan ke dalam acuan yang disediakan melalui sistem gating yang direka untuk mengawal kadar aliran dan meminimumkan gelora.
Sistem gating—yang terdiri daripada besen tuang, sprue, runner dan gate—mengarahkan logam cair ke dalam rongga sambil meminimumkan sekatan udara dan pergolakan, kedua-duanya boleh menyebabkan kecacatan keliangan dalam tuangan siap. Penaik juga digabungkan untuk memasukkan logam cair tambahan ke dalam rongga apabila tuangan mengecut semasa pemejalan, menghalang rongga pengecutan.
Menuang terlalu perlahan berisiko pemejalan pramatang sebelum acuan terisi sepenuhnya, mengakibatkan tuangan tidak lengkap yang dikenali sebagai "tutup sejuk." Menuang terlalu cepat meningkatkan pergolakan dan terperangkap gas. Faundri biasanya menyasarkan suhu yang mencurah-curah 1,300-1,400°C untuk besi kelabu, dilaraskan berdasarkan ketebalan bahagian dan kerumitan acuan.
Selepas menuang, besi cair mula memejal dari dinding acuan ke dalam. Kadar penyejukan secara langsung mempengaruhi struktur mikro tuangan dan sifat mekanikal, menjadikan peringkat ini kritikal kepada kualiti bahagian akhir.
| Kadar Penyejukan | Struktur Terhasil | Kesan Biasa |
|---|---|---|
| Penyejukan perlahan | Serpihan grafit kasar | Kekuatan yang lebih rendah, kebolehmesinan yang lebih baik |
| Penyejukan sederhana | Struktur grafit yang halus dan seragam | Kekuatan dan kebolehmesinan yang seimbang |
| Penyejukan pantas | Struktur besi putih (kaya karbida). | Kekerasan tinggi, rapuh, kebolehmesinan yang lemah |
Ketebalan dinding memainkan peranan utama dalam masa penyejukan. Pemutus dengan Ketebalan dinding 25mm boleh menjadi pepejal sepenuhnya dalam masa 30-45 minit, manakala bahagian yang lebih tebal melebihi 100mm boleh mengambil masa beberapa jam untuk menyejukkan sepenuhnya. Ketebalan dinding yang tidak rata pada satu bahagian boleh menyebabkan kadar penyejukan yang berbeza, yang membawa kepada tegasan dalaman atau meledingkan jika tidak diurus dengan betul melalui reka bentuk acuan.
Setelah pepejal dan disejukkan kepada suhu pengendalian yang selamat, tuangan dikeluarkan daripada acuan dan menjalani beberapa operasi kemasan sebelum ia sedia untuk digunakan.
Dalam tuangan pasir, acuan dipecahkan—biasanya menggunakan peralatan goncangan bergetar—untuk membebaskan tuangan daripada pasir sekeliling. Pasir tebus guna sering disaring dan digunakan semula, dengan faundri moden pulih 90% atau lebih pasir untuk acuan seterusnya.
Pagar, pelari dan penaik—logam berlebihan daripada sistem gating—dipotong menggunakan gergaji jalur, roda pemotong yang kasar atau pemotongan plasma, bergantung pada ketebalan bahagian dan volum pengeluaran.
Letupan tembakan atau letupan pasir membuang sisa pasir, skala dan pengoksidaan permukaan, menyediakan tuangan untuk pemeriksaan dan pemesinan. Langkah ini juga meningkatkan keseragaman permukaan sebelum sebarang proses salutan atau pengecatan.
Kebanyakan tuangan memerlukan pemesinan sekunder untuk mencapai toleransi dimensi akhir pada permukaan kritikal seperti muka mengawan atau diameter lubang. Di mana sifat yang dipertingkatkan diperlukan, rawatan haba seperti penyepuhlindapan, penormalan, atau austempering boleh digunakan untuk melegakan tekanan dalaman atau mencapai sasaran kekerasan dan kekuatan tertentu.
Pusat pemeriksaan kawalan kualiti disepadukan sepanjang proses penuangan dan bukannya digunakan hanya pada penghujungnya, kerana kecacatan yang diperkenalkan lebih awal selalunya mustahil untuk diperbetulkan kemudian.
Memahami kecacatan biasa membantu pengecoran dan pembeli sama-sama mengenali di mana dalam proses itu, isu kualiti biasanya berasal.
| Kecacatan | Punca Bersama | Kaedah Pencegahan |
|---|---|---|
| Keliangan | Gas terperangkap semasa menuang | Reka bentuk gating yang dipertingkatkan, penyahgas |
| Rongga pengecutan | Pemberian riser yang tidak mencukupi | Saiz dan penempatan riser yang betul |
| Tutup sejuk | Logam memejal sebelum acuan penuh | Suhu tuang lebih tinggi, isi lebih cepat |
| Kemasukan pasir | Hakisan acuan semasa menuang | Kekuatan pasir yang lebih baik, kawalan gating |
Proses tuangan besi tuang ialah urutan peringkat yang saling bergantung, di mana keputusan yang dibuat semasa reka bentuk corak dan penyediaan acuan secara langsung mempengaruhi hasil penuangan, pemejalan dan kemasan. Proses yang dikawal dengan baik—daripada elaun pengecutan yang tepat kepada komposisi kimia yang tepat dan pengurusan kadar penyejukan—menghasilkan tuangan dengan sifat mekanikal yang konsisten dan kecacatan yang minimum. Bagi jurutera dan pembeli yang menilai rakan kongsi faundri, memahami enam peringkat ini menyediakan rangka kerja praktikal untuk menilai keupayaan proses dan mengenal pasti di mana risiko kualiti paling mungkin muncul.
