Lití do formy z tvárné litiny: OEM moderní slévárna

1. Zavedení

Lití do formy z tvárné litiny představuje techniku ​​přesného lití, která spojuje vynikající mechanické vlastnosti tvárné litiny s rozměrovou přesností a kvalitou povrchu technologie tvarování skořepin.

Protože průmyslová odvětví stále více vyžadují složité geometrie, přísnější tolerance, a nákladově efektivní výrobní metody, tento proces se prosadil v odvětvích, jako je automobilový průmysl, hydraulika, stroje, a elektrické zařízení.

2. Co je tvárná litina?

Složení a mikrostruktura

Tvárná litina je slitina železa, uhlík, a křemík, s obsahem uhlíku obvykle v rozmezí od 3.0% na 4.0% a kolem křemíku 1.8% na 3.0%.

Charakteristickým znakem tvárné litiny je její struktura sféroidního grafitu.

Během procesu lití, malé množství hořčíku (obvykle 0.03% - 0.06%) nebo se do roztaveného železa přidává cer.

Tyto prvky transformují grafitové vločky, charakteristické pro šedou litinu, do kulovitých uzlů. Tato změna v morfologii grafitu má hluboký dopad na vlastnosti materiálu.

Klíčové mechanické vlastnosti

• Vysoká síla: Tvárná litina může dosáhnout pevnosti v tahu v rozmezí od 400 MPA (pro třídy jako ASTM A536 60-40-18) do konce 800 MPA (jako je ASTM A536 120-90-02).
  Díky této pevnosti je vhodný pro aplikace, kde je zásadní strukturální integrita při velkém zatížení.
• Tažnost: Vykazuje výraznou tažnost, s hodnotami prodloužení, které mohou dosáhnout až 18% v některých ročnících.
  To umožňuje, aby se součásti z tvárné litiny deformovaly pod napětím bez lomu, zvýšení jejich spolehlivosti v podmínkách dynamického zatížení.
• Odolnost vůči dopadu: Nodulární grafitová struktura působí v matrici jako drobné tlumiče nárazů. V důsledku toho, tvárná litina má dobrou odolnost proti nárazu, mnohem lepší než šedá litina.
  Tato vlastnost je zásadní pro aplikace, kde mohou být součásti vystaveny náhlým nárazům nebo vibracím.

Společné standardy

• ASTM A536: Široce používaný v Severní Americe, tato norma specifikuje požadavky na různé třídy tvárné litiny.
  Například, stupeň 60-40-18 označuje minimální pevnost v tahu 60 KSI (414 MPA), minimální mez kluzu 40 KSI (276 MPA), a minimálním prodloužením 18%.
• EN-GJS: V Evropě, řada norem EN-GJS definuje vlastnosti a charakteristiky tvárné litiny.
  Každá třída v této normě je také specifikována svými požadavky na mechanické vlastnosti, zajištění konzistentní kvality v celém odvětví.
• ISO 1083 – Globální označení pro železo s kuličkovým grafitem

3. Co je lití do skořepinových forem?

Základy lití do forem

Odlévání skořepinových forem je proces odlévání do forem, který používá k vytvoření formy písek pokrytý pryskyřicí. Proces začíná zahřátým kovovým vzorem, obvykle vyrobené z hliníku nebo litiny.

Vzor se zahřeje na teplotu v rozmezí 200 – 300 °C. Písek potažený pryskyřicí, obvykle směs jemného křemičitého písku a termosetové fenolové pryskyřice, se pak zavede do vyhřívaného vzoru.

Teplo ze vzoru způsobuje roztavení pryskyřice a spojení částic písku dohromady, tvořící tvrdý, tenká skořápka kolem vzoru. Jakmile skořápka ztvrdne, je odstraněn ze vzoru.

Forma se obvykle skládá ze dvou polovin, známý jako cope and drag, které jsou sestaveny tak, aby vytvořily dutinu, do které se bude nalévat roztavený kov.

Postupný proces odlévání skořepin z tvárné litiny

Příprava vzoru:

Kovový vzor je navržen s přesností, aby odpovídal požadovanému tvaru konečného odlitku.
Přídavky na smrštění, obvykle kolem 1.5% - 2.5% pro tvárnou litinu, jsou začleněny do návrhu vzoru, aby zohlednily smršťování kovu během tuhnutí.
Úhly ponoru, obvykle v rozmezí 0,5° – 1°, jsou přidány pro zajištění snadného odstranění skořepiny ze vzoru.

Formace skořápky:

Předehřátý vzor se umístí do stroje, kde se nanáší písek potažený pryskyřicí.
Toho lze dosáhnout metodami, jako je ponoření vzoru do násypky s pískem nebo použití techniky pískování k nastříkání písku na vzor..
Teplo ze vzoru vytvrzuje pryskyřici uvnitř 10 - 30 sekundy, vytvoření skořepiny s tloušťkou typicky mezi 3 - 10 mm.

Sestava plísní:

Dvě poloviny pláště (zvládnout a přetáhnout) jsou pečlivě zarovnány a spojeny dohromady. Toho lze dosáhnout pomocí lepidel, mechanické spojovací prvky, nebo upnutím.
Pro složité díly, další jádra vyrobená ze stejného písku potaženého pryskyřicí se vkládají do formy, aby se vytvořily vnitřní dutiny nebo prvky.

Nalití kovu:

Roztavená tvárná litina, zahřátý na teplotu kolem 1320 – 1380 °C, se nalije do sestavené formy.
Hladký vnitřní povrch skořepinové formy umožňuje účinné vyplnění dutiny, minimalizace turbulencí a tvorby defektů, jako je poréznost nebo vměstky.

Chlazení a konečná úprava:

Po nalití, odlitek se nechá vychladnout ve formě.
Vysoká tepelná vodivost skořepinové formy (kolem 1 - 2 W/m · k) urychluje proces chlazení, který může vzít odkudkoli 5 - 15 minuty pro malé části.
Po vychladnutí, křehká skořápka se odstraní, často vibracemi nebo tryskáním vzduchem. Odlitek pak může podstoupit úpravu po odlití.

Ošetření po odlévání:

To může zahrnovat operace, jako je tepelné zpracování, obrábění, a povrchová úprava.
Tepelné zpracování, jako je žíhání při 600 – 650 °C, může dále zlepšit mechanické vlastnosti tvárné litiny.
Pro dosažení konečných rozměrů a povrchové úpravy může být nutné opracování, i když potřeba obrábění je ve srovnání s jinými metodami odlévání výrazně snížena.

Charakteristika odlévání do forem Shell

4. Proč používat lití do skořepinových forem pro tvárnou litinu?

Odlévání do skořepinových forem nabízí významné výhody při výrobě součástí z tvárné litiny, které vyžadují vysokou rozměrovou přesnost, Vynikající povrchová úprava, a vynikající mechanickou integritu.

Tento proces překlenuje propast mezi tradičním litím do písku a litím na vytavitelný model – přináší výsledky téměř čistého tvaru s vyšší účinností a konzistentností..

Rozměrová přesnost a přesnost

Odlévání skořepinových forem dodává úzké rozměrové tolerance, obvykle v rozmezí ±0,2 až ±0,5 mm, což je podstatně lepší než konvenční lití do zeleného písku (±1,0–2,0 mm).

Tato úroveň přesnosti snižuje potřebu sekundárního obrábění, zejména u kritických prvků, jako jsou montážní otvory, těsnící plochy, a složité spojované geometrie.

Špičková povrchová úprava

Skořepinové formy poskytují a hladký povrch dutiny který propůjčuje odlitkům jemný povrch, obvykle Ra 3,2–6,3 μm.

To snižuje nebo eliminuje potřebu povrchového broušení nebo leštění, což může být pracné a nákladné při velkoobjemové výrobě.

Složitá geometrie a tenké stěny

Díky tuhosti a jemné zrnitosti písku skořepiny, proces je vhodný pro lití složité tvary, Tenké stěny (na 2,5-4 mm), a ostré vnitřní rysy.

Rozměrová stabilita během tuhnutí

Pevná skořepinová forma odolává deformaci během lití kovu a tuhnutí, snížení běžných vad, jako je deformace, otok, nebo posun formy.

Efektivita procesu a snížení odpadu

Odlévání skořepinových forem je vysoce kompatibilní s automatizace a sériová výroba, zejména pro vážení dílů ≤30–50 kg.

5. Omezení a výzvy lití do forem z tvárné litiny

Omezení velikosti a hmotnosti

Skořepinové formy jsou obvykle omezeny na vážení dílů do 30-50 kg díky relativně tenké struktuře skořepiny a mechanické pevnosti samotné formy.

U větších nebo těžších součástí hrozí poškození plísní při manipulaci nebo lití kovu.

Vyšší počáteční náklady na nástroje a vzory

V porovnání s tradičním litím do písku, odlévání skořepinových forem vyžaduje precizně opracované kovové vzory, které musí odolat opakovaným zahřívacím cyklům (200–300 ° C.).

Použití písku potaženého pryskyřicí a automatizovaného zařízení také zvyšuje počáteční kapitálové výdaje.

Tepelná omezení a tvorba horkých míst

Tenká skořepinová forma má omezenou tepelnou hmotnost, což může vést k nerovnoměrným rychlostem chlazení a lokalizovaným horkým místům, zejména v tlustých částech odlitku. To může způsobit závady jako např:

• Horké trhání
• Neúplné ztuhnutí
• Zvýšená vnitřní napětí
• Dopad: Výzvy při odlévání složitých dílů s proměnlivou tloušťkou stěny.
• Zmírnění: Pokročilý design forem, řízené chlazení, a optimalizace hradlování jsou zásadní.

Ovládání tloušťky pláště

Příliš tenké (≤3 mm) a skořápka může během lití prasknout; příliš tlustý (≥10 mm) a chlazení se zpomalí, hrubnoucí uzliny.

Řešení: Optimalizujte obsah pryskyřice (3-4%) a dobu ohřevu vzoru (60-90 sekundy) dosáhnout uniformity 5-8 mm mušle.

Omezená možnost opětovného použití formy

Skořápkové formy jsou na jedno použití a po odlití se musí odlomit.

Ačkoli písek potažený pryskyřicí lze často regenerovat a recyklovat, součásti formy nelze znovu použít, zvýšení spotřeby materiálů.

6. Chování materiálu při lití do formy

Metalurgické úvahy

• Kontrola počtu a tvaru uzlů: Rychlé ochlazení při odlévání skořepinových forem může ovlivnit počet nodulů a tvar v tvárné litinu.
  Pro zajištění dostatečného počtu dobře vytvořených uzlů (mířící na 15 - 25 uzliny/mm²),
  je nutná pečlivá kontrola procesu očkování. Inokulanty, jako je ferrosilicium, se přidávají do roztaveného železa, aby podpořily tvorbu grafitových uzlů.
  Množství a načasování přidávání očkovací látky musí být optimalizováno, aby se zohlednilo rychlejší chlazení při odlévání skořepinových forem.
• Zamezení tvorby karbidů: V některých případech, vysoké rychlosti chlazení mohou způsobit tvorbu karbidů v matrici z tvárné litiny.
  Karbidy jsou tvrdé a křehké fáze, které mohou snížit tažnost materiálu. Aby se zabránilo tvorbě karbidů, do roztaveného železa mohou být přidány legující prvky, jako je nikl.
  Nikl pomáhá stabilizovat fázi austenitu během chlazení, snížení pravděpodobnosti srážení karbidu.
• Zajištění správného očkování a ošetření hořčíkem: Přídavek hořčíku je rozhodující pro nodularizaci grafitu v tvárné litině.
  V lití do skořepinových forem, ošetření hořčíkem je třeba pečlivě kontrolovat, aby bylo zajištěno, že v roztaveném železe je přítomno správné množství hořčíku.
  Příliš málo hořčíku může vést k neúplné nodularizaci, zatímco příliš mnoho může vést k dalším vadám.
  Podobně, správné očkování je nezbytné pro podporu tvorby pokuty, rovnoměrné rozložení grafitových uzlů.

Chování tuhnutí v tenkých skořápkách

Tenká skořepinová forma ovlivňuje chování tuhnutí tvárné litiny. Vysoká tepelná vodivost pláště způsobuje rychlé tuhnutí roztaveného kovu od povrchu směrem ke středu.

To může vést k jemnější struktuře zrna blízko povrchu odlitku. Rychlost tuhnutí také ovlivňuje tvorbu feritovo-perlitové matrice v tvárné litině.

Vyšší rychlosti ochlazování mají tendenci podporovat tvorbu většího množství perlitu, což může zvýšit pevnost materiálu, ale může mírně snížit jeho tažnost.

Dynamika přenosu tepla a vliv na strukturu zrna

Přenos tepla z roztavené tvárné litiny do skořepinové formy hraje klíčovou roli při určování struktury zrna odlitku..

Rychlý přenos tepla při odlévání skořepinové formy má za následek strmý teplotní gradient mezi roztaveným kovem a formou.

Tento gradient způsobuje vytvoření sloupcové struktury zrna blízko povrchu odlitku, kde zrna rostou kolmo k povrchu formy.

Jak se vzdálenost od povrchu zvětšuje, struktura zrna se stává více rovnoosou.

Struktura zrna má významný vliv na mechanické vlastnosti tvárné litiny, s jemnějšími zrny, což obecně vede ke zlepšení pevnosti a houževnatosti.

7. Aplikace skořepinových odlitků z tvárné litiny

Odlitky z tvárné litiny kombinují vynikající mechanické vlastnosti tvárné litiny s rozměrovou přesností a povrchovou úpravou technologie skořepinových forem.

Tato synergie je činí ideálními pro aplikace vyžadující úzké tolerance, složité geometrie,
a vysoký výkon při mechanickém namáhání nebo tepelném cyklování.

Automobilový průmysl

• Závorky & Držáky: Závěsné držáky, čepy řízení, a držáky alternátoru vyžadují pevnost,
  odolnost proti únavě, a přesnost – kvalita dodávaná odlitky do forem z tvárné litiny.
• Přenos & Pouzdra hnacího ústrojí: Odlitky se složitou geometrií a vnitřními průchody těží z vynikající povrchové úpravy a rozměrové přesnosti skořepinových forem.
• Výfukové potrubí (v tvárné litině s vysokým obsahem niklu): Odolává teplotním cyklům až do 600 °C v systémech přeplňovaných motorů.

Výhody: Odlehčení díky téměř síťovému designu, snížené dodatečné obrábění, a zlepšenou palivovou účinnost díky přesným tolerancím.

Hydraulické a kapalinové energetické systémy

• Tělesa ventilů & Pouzdra: Rozhodující pro řízení průtoku kapaliny ve vysokotlakém prostředí (NAPŘ., 3000+ hydraulické systémy psi).
• Komponenty čerpadla: Oběžná kola, svitky, a tělesa zubových čerpadel těží z vynikající vnitřní povrchové úpravy a opakovatelnosti rozměrů.

Výhody: Těsná montáž, hladké dráhy toku, tolerance vysokého tlaku, a minimalizovanou poréznost lití.

Průmyslové a zemědělské stroje

• Opotřebitelné díly & Vložky: Skořápkové odlitky s třídami z tvárné litiny odolnými proti opotřebení se používají v abrazivních prostředích, jako je zpracování půdy, hornictví, a konstrukce.
• Přesné polotovary ozubených kol & Kladky: Vyžaduje soustřednost a vyvážení pro rotační stabilitu – dosahované s tolerancemi skořepinových forem (typicky ±0,3 mm nebo lepší).

Výhody: Dlouhá životnost, konzistentní geometrie, a vhodnost pro vysokou zátěž, podmínky vysokého opotřebení.

Elektrické a energetické zařízení

• Motor & Kryty generátorů: Vyžadujte elektromagnetickou kompatibilitu (EMC stínění) a mechanickou odolností.
• Rámy spínacích přístrojů & Podpěry přípojnic: Odlévání složitých součástí s minimální potřebou sekundárního obrábění.

Výhody: Nejiskřící, tepelně stabilní, a odolný proti korozi (s vhodnými povlaky nebo variantami slitiny).

8. Kontrola kvality a testování odlévání do forem z tvárné litiny

Nedestruktivní testování (Ndt)

• Radiografické testování: Tato metoda využívá rentgenové nebo gama paprsky k pronikání do odlitku a detekci vnitřních defektů, jako je pórovitost, praskliny, nebo inkluze.
  Analýzou rentgenového snímku, případné vady v odlitku lze identifikovat a vyhodnotit.
• Ultrazvukové testování: Ultrazvukové vlny jsou přenášeny odlitkem, a odrazy jsou analyzovány za účelem zjištění defektů.
  Tato technika je zvláště užitečná pro detekci vnitřních vad v tlustých částech odlitku.
• Testování penetrantu barviva: Na povrch odlitku se nanese barevné barvivo. Pokud se vyskytnou nějaké povrchové vady, barvivo prosákne do prasklin.
  Po odstranění přebytečného barviva, přítomnost defektů je prozrazena barvivem zbývajícím v trhlinách.

Rozměrová inspekce

• Souřadnicové měřicí stroje (Cmm): Souřadnicové měřicí stroje se používají k přesnému měření rozměrů odlitku.
  Porovnáním naměřených rozměrů s konstrukčními specifikacemi, lze identifikovat jakékoli odchylky.
  Souřadnicové měřicí stroje mohou dosahovat přesnosti v rozsahu ±0,01 mm, zajišťuje, že odlitky splňují přísné tolerance vyžadované v mnoha aplikacích.
• Optické skenování: Tato technika využívá lasery nebo strukturované světlo k vytvoření 3D modelu odlitku.
  3D model lze poté porovnat s CAD modelem součásti, aby bylo možné detekovat jakékoli rozměrové odchylky. Optické skenování je rychlý a efektivní způsob kontroly složitých geometrií.

Metalurgická analýza

• Mikrostrukturní vyšetření: Vzorky odlitku jsou vyleštěny a vyleptány, aby se odhalila mikrostruktura.
  Zkoumáním mikrostruktury pod mikroskopem, počet uzlíků, tvar uzlíku, a lze určit podíl feritu a perlitu v matrici.
  Tyto informace pomáhají posoudit kvalitu tvárné litiny a její shodu s požadovanými normami.
• Testování tvrdosti: Zkoušky tvrdosti, jako je Brinell, Rockwell, nebo Vickersovy testy, se používají k měření tvrdosti odlitku.
  Tvrdost souvisí s mechanickými vlastnostmi materiálu, a odchylky od očekávaných hodnot tvrdosti mohou naznačovat problémy, jako je nesprávné tepelné zpracování nebo nevhodné složení slitiny.
• Zkoušky tahem: Z odlitku jsou opracovány tahové vzorky a testovány pro stanovení pevnosti v tahu, výnosová síla, a prodloužení materiálu.
  Tyto mechanické vlastnosti jsou klíčové pro zajištění toho, aby odlitek vydržel zamýšlené zatížení při jeho aplikaci.

Strategie prevence a řešení defektů lití

Aby se zabránilo vadám odlitku, je nezbytná přísná kontrola parametrů procesu. To zahrnuje pečlivé sledování teploty během tvorby skořápky, nalévání, a chlazení.

Kvalita písku potaženého pryskyřicí a kovu používaného při odlévání musí být také pečlivě kontrolována.

Pokud jsou zjištěny závady, strategie, jako je přetavení a přetavení, nebo provádění lokalizovaných oprav pomocí technik, jako je svařování, může být zaměstnán.

Však, Prevence je vždy upřednostňována před opravou, aby byla zajištěna nejvyšší kvalita odlitků.

9. Shell Mold vs. Jiné metody lití (pro tvárnou litinu)

10. Jaká je maximální velikost součásti pro odlévání skořepin z tvárné litiny?

The maximální velikost dílu pro lití do formy z tvárné litiny obvykle závisí na schopnosti slévárny, ale obecně:

• Hmotnostní rozsah: Až do 20– 30 kg (44-66 liber) je běžné pro tvarování skořepin.
• Rozměry: Části jsou obecně omezeny na malé až střední velikosti, obvykle s maximální rozměry kolem 500 mm (20 palce) na stranu, i když některé slévárny mohou zpracovávat o něco větší díly.
• Tloušťka stěny: Lisování skořepin vyniká při výrobě dílů s tenké stěny a jemné detaily, obvykle 2.5 mm do 6 mm tlustý.

Proč toto omezení?

Použití skořepinových forem pískové formy potažené pryskyřicí které jsou vypáleny na vyhřívané kovové vzory.

Tento proces nabízí vysokou rozměrovou přesnost a povrchovou úpravu, ale má omezení při manipulaci s velkými objemy roztavené tvárné litiny kvůli:

• Pevnost formy: Tenké skořepinové formy mohou pod tíhou velmi velkých odlitků prasknout nebo se zdeformovat.
• Tepelné namáhání: Větší díly produkují více tepla, zvyšuje riziko defektů, jako jsou horké slzy nebo inkluze.
• Zacházení & nalévání logistiky: Zařízení skořepinových forem je optimalizováno pro menší součásti.

11. Závěr

Lití skořepin z tvárné litiny překlenuje mezeru mezi přesností a pevností.

Je ideální pro středně až velkosériovou výrobu geometricky složitých součástí vyžadujících vysokou přesnost a stálou kvalitu.

Zatímco náklady na nástroje jsou vyšší, dlouhodobé úspory při obrábění, materiálové využití, a zajištění kvality z něj činí nákladově efektivní řešení ve správných kontextech.

TOTO nabízí služby lití z tvárné litiny

Na TENTO, specializujeme se na dodávky vysoce výkonných odlitků z tvárné litiny s využitím celého spektra pokročilých technologií odlévání.

Ať už váš projekt vyžaduje flexibilitu lití do zeleného písku, přesnost skořepinová forma nebo Investiční obsazení, pevnost a konzistenci kovová forma (trvalé plísně) obsazení, nebo hustota a čistota poskytovaná odstředivý a odlitek ztracené pěny,

TENTO má technické znalosti a výrobní kapacitu, aby splnila vaše přesné specifikace.

Naše zařízení je vybaveno tak, aby zvládlo vše od vývoje prototypů až po velkosériovou výrobu, podpořeno přísným Kontrola kvality, sledovatelnost materiálu, a metalurgický rozbor.

Z automobilový a energetický sektor na infrastruktury a těžké techniky,

TENTO dodává zakázková řešení odlévání, která kombinují metalurgickou dokonalost, rozměrová přesnost, a dlouhodobý výkon.

Kontaktujte nás!

 

Časté časté

Jak ovlivňuje odlévání skořepinových forem cenu součástí z tvárné litiny?

Odlévání skořepinových forem má vyšší vstupní náklady na nástroje ($5,000– 20 000) než lití do písku, ale snižuje náklady na obrábění o 50–70 % díky lepší kvalitě povrchu a tolerancím.

Pro objemy >10,000 díly, celkové náklady životního cyklu jsou obvykle o 10–15 % nižší než u lití do písku.

Může být skořepinová litina z tvárné litiny tepelně zpracována?

Ano. Mezi běžné tepelné úpravy patří žíhání (600–650 ° C.) pro zlepšenou tažnost a izotermické kalení (320–380 °C) k produkci ADI s vysokou pevností (temperovaná tvárná litina) s pevností v tahu až 1,200 MPA.

Co způsobuje studené uzávěry u odlitků skořepinových forem, a jak se jim brání?

Studené uzávěry nastávají, když roztavený kov proudí v samostatných proudech a nedochází k jeho roztavení, často kvůli nízkým licím teplotám nebo neadekvátnímu vtoku.

Prevence zahrnuje udržování teploty lití 1 320–1 380 °C a navrhování vtokových systémů s minimálními turbulencemi (rychlost <1.5 paní).

Je odlévání skořepinových forem vhodné pro díly z tvárné litiny odolné proti korozi?

Ano, ale odolnost proti korozi závisí na slitině, ne metodou lití.

Přidání 1–3 % niklu do tvárné litiny zlepšuje odolnost proti korozi ve sladké vodě, při potahování (NAPŘ., epoxid) je vyžadován pro mořské prostředí.

Jak ovlivňuje odlévání skořepinových forem únavovou životnost součástí z tvárné litiny?

Rychlé chlazení ve skořepinových formách zušlechťuje grafitové noduly (5– 10 μm) a snižuje poréznost, zvýšení únavové pevnosti o 10–15 % ve srovnání s litím do písku.

Odlitky ze skořepinových forem obvykle dosahují únavové pevnosti 250–350 MPa při 10⁷ cyklech, vhodné pro dynamické aplikace, jako jsou ozubená kola.