Lijevanje tijela ventila važan je dio procesa proizvodnje ventila, a kvaliteta odljevka ventila određuje kvalitetu ventila. U nastavku je predstavljeno nekoliko metoda lijevanja koje se obično koriste u industriji ventila:
Lijevanje u pijesak:
Lijevanje u pijesku koje se obično koristi u industriji ventila može se podijeliti na zeleni pijesak, suhi pijesak, pijesak vodenog stakla i pijesak od furanske smole koji se sam stvrdnjava prema različitim vezivima.
(1) Zeleni pijesak je proces oblikovanja u kojem se bentonit koristi kao vezivo.
Njegove karakteristike su:Gotovi pješčani kalup ne treba sušiti ili stvrdnjavati, pješčani kalup ima određenu čvrstoću u vlažnom stanju, a pješčana jezgra i ljuska kalupa imaju dobar prinos, što olakšava čišćenje i istresanje odljevaka. Učinkovitost proizvodnje kalupa je visoka, proizvodni ciklus je kratak, troškovi materijala su niski i praktično je organizirati proizvodnju na montažnoj traci.
Njegovi nedostaci su:Odljevci su skloni nedostacima poput pora, inkluzija pijeska i prianjanja pijeska, a kvaliteta odljevaka, posebno intrinzična kvaliteta, nije idealna.
Tablica udjela i performansi zelenog pijeska za čelične odljevke:
(2) Suhi pijesak je proces oblikovanja u kojem se koristi glina kao vezivo. Dodavanje malo bentonita može poboljšati njegovu čvrstoću u mokrom stanju.
Njegove karakteristike su:Pješčani kalup treba sušiti, ima dobru propusnost zraka, nije sklon nedostacima poput ispiranja pijeska, lijepljenja pijeska i pora, a inherentna kvaliteta odljevka je dobra.
Njegovi nedostaci su:Zahtijeva opremu za sušenje pijeska, a proizvodni ciklus je dug.
(3) Vodeno staklo je proces modeliranja koji koristi vodeno staklo kao vezivo. Njegove karakteristike su: vodeno staklo ima funkciju automatskog stvrdnjavanja kada je izloženo CO2 i može imati razne prednosti metode plinskog stvrdnjavanja za modeliranje i izradu jezgri, ali postoje nedostaci poput slabe sklopivosti ljuske kalupa, poteškoća u čišćenju odljevaka pijeskom te niske stope regeneracije i recikliranja starog pijeska.
Tablica udjela i performansi vodenog stakla za pijesak za stvrdnjavanje CO2:
(4) Samostvrdnjavajući pijesak za kalupljenje furanske smole je proces lijevanja u kojem se furanska smola koristi kao vezivo. Pijesak za kalupljenje skrućuje se zbog kemijske reakcije veziva pod djelovanjem sredstva za stvrdnjavanje na sobnoj temperaturi. Njegova je karakteristika da pješčani kalup ne treba sušiti, što skraćuje proizvodni ciklus i štedi energiju. Pijesak za kalupljenje smole lako se zbija i ima dobra svojstva raspadanja. Pijesak za kalupljenje odljevaka lako se čisti. Odljevci imaju visoku dimenzijsku točnost i dobru površinsku obradu, što može uvelike poboljšati kvalitetu odljevaka. Njegovi nedostaci su: visoki zahtjevi za kvalitetom sirovog pijeska, blagi oštar miris na mjestu proizvodnje i visoka cijena smole.
Omjer i postupak miješanja mješavine pijeska od furanske smole bez pečenja:
Proces miješanja samostvrdnjavajućeg pijeska od furanske smole: Najbolje je koristiti kontinuiranu miješalicu za pijesak za izradu samostvrdnjavajućeg pijeska od smole. Sirovi pijesak, smola, sredstvo za učvršćivanje itd. dodaju se redom i brzo miješaju. Može se miješati i koristiti u bilo kojem trenutku.
Redoslijed dodavanja različitih sirovina pri miješanju smolnog pijeska je sljedeći:
Sirovi pijesak + sredstvo za učvršćivanje (vodena otopina p-toluensulfonske kiseline) – (120 ~ 180S) – smola + silan – (60 ~ 90S) – proizvodnja pijeska
(5) Tipičan proizvodni proces lijevanja u pijesku:
Precizno lijevanje:
Posljednjih godina proizvođači ventila sve više pažnje posvećuju kvaliteti izgleda i dimenzijskoj točnosti odljevaka. Budući da je dobar izgled osnovni zahtjev tržišta, on je ujedno i mjerilo pozicioniranja za prvi korak strojne obrade.
Najčešće korišteno precizno lijevanje u industriji ventila je lijevanje po principu tlačnog lijevanja, koje je ukratko predstavljeno na sljedeći način:
(1) Dvije procesne metode lijevanja otopine:
①Korištenjem materijala za kalupe na bazi voska na niskim temperaturama (stearinska kiselina + parafin), ubrizgavanjem voska pod niskim tlakom, ljuskom vodenog stakla, odvoštavanjem vrućom vodom, atmosferskim taljenjem i postupkom lijevanja, uglavnom se koristi za odljevke od ugljičnog čelika i niskolegiranog čelika s općim zahtjevima kvalitete, dimenzijska točnost odljevaka može doseći nacionalni standard CT7~9.
② Korištenjem materijala za kalupe na bazi smole srednje temperature, ubrizgavanjem voska pod visokim tlakom, ljuskom kalupa silicijevog dioksida, odvoštavanjem parom, brzim atmosferskim ili vakuumskim postupkom taljenja, dimenzijska točnost odljevaka može doseći precizne odljevke CT4-6.
(2) Tipičan tijek procesa lijevanja preciznim lijevanjem:
(3) Karakteristike lijevanja u tijeku:
①Odljevak ima visoku dimenzijsku točnost, glatku površinu i dobar izgled.
② Moguće je lijevati dijelove složenih struktura i oblika koje je teško obraditi drugim postupcima.
③ Materijali za lijevanje nisu ograničeni, razni legirani materijali kao što su: ugljični čelik, nehrđajući čelik, legirani čelik, aluminijske legure, legure otporne na visoke temperature i plemeniti metali, posebno legirani materijali koje je teško kovati, zavarivati i rezati.
④ Dobra fleksibilnost proizvodnje i velika prilagodljivost. Može se proizvoditi u velikim količinama, a pogodan je i za pojedinačnu ili malu serijsku proizvodnju.
⑤ Lijevanje metodom prešanja također ima određena ograničenja, kao što su: nezgrapan procesni tijek i dugi proizvodni ciklus. Zbog ograničenih tehnika lijevanja koje se mogu koristiti, njegova nosivost tlaka ne može biti vrlo visoka kada se koristi za lijevanje odljevaka ventila s tankom ljuskom koji podnose tlak.
Analiza nedostataka odljevaka
Svaki odljevak imat će unutarnje nedostatke, postojanje tih nedostataka donijet će velike skrivene opasnosti za unutarnju kvalitetu odljevka, a popravak zavarivanjem radi uklanjanja tih nedostataka u proizvodnom procesu također će donijeti veliko opterećenje proizvodnom procesu. Konkretno, ventili su tankoslojni odljevci koji podnose tlak i temperaturu, a kompaktnost njihovih unutarnjih struktura je vrlo važna. Stoga unutarnji nedostaci odljevaka postaju odlučujući faktor koji utječe na kvalitetu odljevaka.
Unutarnji nedostaci odljevaka ventila uglavnom uključuju pore, inkluzije troske, poroznost uslijed skupljanja i pukotine.
(1) Pore:Pore nastaju djelovanjem plina, površina pora je glatka, nastaju unutar ili blizu površine odljevka, a njihovi oblici su uglavnom okrugli ili duguljasti.
Glavni izvori plina koji stvaraju pore su:
① Dušik i vodik otopljeni u metalu sadržani su u metalu tijekom skrućivanja odljevka, tvoreći zatvorene kružne ili ovalne unutarnje stijenke s metalnim sjajem.
②Vlaga ili hlapljive tvari u materijalu za oblikovanje pretvorit će se u plin zbog zagrijavanja, stvarajući pore s tamnosmeđim unutarnjim stijenkama.
③ Tijekom procesa lijevanja metala, zbog nestabilnog toka, zrak je uključen u stvaranje pora.
Metoda prevencije stomatalnog defekta:
① Pri taljenju treba što manje koristiti zahrđale metalne sirovine ili ih uopće ne koristiti, a alate i lončanice treba peći i sušiti.
②Izlijevanje rastaljenog čelika treba se obavljati na visokoj temperaturi, a izlijevati na niskoj temperaturi, a rastaljeni čelik treba biti pravilno sediran kako bi se olakšalo plutanje plina.
③ Projektiranje procesa uspinjače za izlijevanje trebalo bi povećati tlak rastaljenog čelika kako bi se izbjeglo zarobljavanje plina i postaviti umjetni put plina za razumno ispuštanje.
④Materijali za kalupljenje trebaju kontrolirati sadržaj vode i volumen plina, povećati propusnost zraka, a pješčani kalup i pješčana jezgra trebaju se peći i sušiti što je više moguće.
(2) Šupljina skupljanja (labava):To je koherentna ili nekoherentna kružna ili nepravilna šupljina (udubljenje) koja se javlja unutar odljevka (osobito na vrućoj točki), s hrapavom unutarnjom površinom i tamnijom bojom. Gruba kristalna zrna, uglavnom u obliku dendrita, skupljena na jednom ili više mjesta, sklona su propuštanju tijekom hidrauličkog ispitivanja.
Razlog šupljine skupljanja (labavosti):Do skupljanja volumena dolazi kada se metal skrućuje iz tekućeg u kruto stanje. Ako u tom trenutku nema dovoljno rastaljenog čelika, neizbježno će se pojaviti šupljina skupljanja. Šupljina skupljanja čeličnih odljevaka u osnovi je uzrokovana nepravilnom kontrolom procesa sekvencijalnog skrućivanja. Razlozi mogu uključivati netočne postavke uspona, previsoku temperaturu izlijevanja rastaljenog čelika i veliko skupljanje metala.
Metode za sprječavanje šupljina uslijed skupljanja (labavosti):① Znanstveno osmisliti sustav izlijevanja odljevaka kako bi se postiglo sekvencijalno skrućivanje rastaljenog čelika, a dijelovi koji se prvi skrućivaju trebaju se nadopuniti rastaljenim čelikom. ②Ispravno i razumno postaviti usponski vod, dovod, unutarnje i vanjsko hladno lijevanje kako bi se osiguralo sekvencijalno skrućivanje. ③Prilikom izlijevanja rastaljenog čelika, ubrizgavanje odozgo iz usponskog voda korisno je za osiguranje temperature rastaljenog čelika i dovoda te smanjenje pojave šupljina uzrokovanih skupljanjem. ④ Što se tiče brzine lijevanja, lijevanje pri maloj brzini pogodnije je za sekvencijalno skrućivanje od lijevanja pri velikoj brzini. ⑸Temperatura izlijevanja ne smije biti previsoka. Rastaljeni čelik se vadi iz peći na visokoj temperaturi i izlijeva nakon stabiliziranja, što je korisno za smanjenje šupljina uzrokovanih skupljanjem.
(3) Uključci pijeska (zgura):Uključci pijeska (troska), obično poznati kao mjehurići, su diskontinuirane kružne ili nepravilne rupe koje se pojavljuju unutar odljevaka. Rupe su pomiješane s pijeskom za kalupljenje ili čeličnom troskom, nepravilnih su veličina i nakupljene su u njima. Na jednom ili više mjesta, često više na gornjem dijelu.
Uzroci uključivanja pijeska (troske):Uključivanje troske uzrokovano je ulaskom diskretne čelične troske u odljevak zajedno s rastaljenim čelikom tijekom procesa taljenja ili lijevanja. Uključivanje pijeska uzrokovano je nedovoljnom nepropusnošću šupljine kalupa tijekom oblikovanja. Kada se rastaljeni čelik ulije u šupljinu kalupa, rastaljeni čelik ispire pijesak za oblikovanje i ulazi u unutrašnjost odljevka. Osim toga, nepravilan rad tijekom obrezivanja i zatvaranja kutije te pojava ispadanja pijeska također su razlozi za uključavanje pijeska.
Metode za sprječavanje uključaka pijeska (zgure):① Prilikom topljenja rastaljenog čelika, ispušne plinove i trosku treba što temeljitije ispustiti. ② Pokušajte ne okretati vreću za izlijevanje rastaljenog čelika, već upotrijebite vrećicu za čajnik ili donju vreću za izlijevanje kako biste spriječili da troska iznad rastaljenog čelika uđe u šupljinu kalupa zajedno s rastaljenim čelikom. ③ Prilikom izlijevanja rastaljenog čelika treba poduzeti mjere kako bi se spriječio ulazak troske u šupljinu kalupa s rastaljenim čelikom. ④Kako biste smanjili mogućnost ulaska pijeska, prilikom modeliranja osigurajte nepropusnost pješčanog kalupa, pazite da ne izgubite pijesak prilikom obrezivanja i prije zatvaranja kutije ispuhajte šupljinu kalupa.
(4) Pukotine:Većina pukotina u odljevcima su vruće pukotine, nepravilnih oblika, prodiruće ili neprodiruće, kontinuirane ili povremene, a metal na pukotinama je taman ili ima površinsku oksidaciju.
razlozi za pukotine, naime naprezanje visoke temperature i deformacija tekućeg filma.
Visokotemperaturno naprezanje je naprezanje nastalo skupljanjem i deformacijom rastaljenog čelika na visokim temperaturama. Kada naprezanje prijeđe granicu čvrstoće ili plastične deformacije metala na toj temperaturi, doći će do pukotina. Deformacija tekućeg filma je stvaranje tekućeg filma između kristalnih zrna tijekom procesa skrućivanja i kristalizacije rastaljenog čelika. S napredovanjem skrućivanja i kristalizacije, tekući film se deformira. Kada količina deformacije i brzina deformacije prijeđu određenu granicu, nastaju pukotine. Temperaturni raspon termalnih pukotina je oko 1200~1450 ℃.
Čimbenici koji utječu na pukotine:
① S i P elementi u čeliku štetni su čimbenici za pukotine, a njihovi eutektici sa željezom smanjuju čvrstoću i plastičnost lijevanog čelika na visokim temperaturama, što rezultira pukotinama.
② Uključivanje i segregacija troske u čeliku povećavaju koncentraciju naprezanja, čime se povećava sklonost vrućim pukotinama.
③ Što je veći koeficijent linearnog skupljanja vrste čelika, to je veća sklonost vrućim pukotinama.
④ Što je veća toplinska vodljivost vrste čelika, veća je površinska napetost, bolja su mehanička svojstva na visokim temperaturama i manja je sklonost vrućim pukotinama.
⑤ Strukturni dizajn odljevaka je loš u pogledu proizvodljivosti, kao što su premali zaobljeni kutovi, velika razlika u debljini stijenke i jaka koncentracija naprezanja, što će uzrokovati pukotine.
⑥Kompaktnost pješčanog kalupa je prevelika, a slabo popuštanje jezgre ometa skupljanje odljevka i povećava sklonost pukotinama.
⑦Ostali čimbenici, poput nepravilnog rasporeda uspona, prebrzog hlađenja odljevka, prekomjernog naprezanja uzrokovanog rezanjem uspona i toplinskom obradom itd., također će utjecati na nastanak pukotina.
Ovisno o uzrocima i utjecajnim čimbenicima gore navedenih pukotina, mogu se poduzeti odgovarajuće mjere za smanjenje i izbjegavanje pojave pukotina.
Na temelju gore navedene analize uzroka nedostataka odljevaka, utvrđivanja postojećih problema i poduzimanja odgovarajućih mjera za poboljšanje, možemo pronaći rješenje za nedostatke odljevaka, što će pogodovati poboljšanju kvalitete odljevaka.
Vrijeme objave: 31. kolovoza 2023.