धातु ढलाई प्रक्रिया में सिकुड़न के प्रकार

1. परिचय

आधुनिक विनिर्माण में, आयामी सटीकता परक्राम्य नहीं है.

एयरोस्पेस जैसे उद्योग, ऑटोमोटिव, और ऊर्जा की मांग परिशुद्धता-कास्ट घटकों के साथ तंग है सहिष्णुता और दोष-मुक्त सूक्ष्म संरचनाएँ.

इन लक्ष्यों को प्राप्त करने में सबसे लगातार चुनौतियों में से एक है धातु सिकुड़न-धातुओं का आयतनात्मक संकुचन, जब वे पिघली हुई अवस्था से ठोस अवस्था में परिवर्तित होती हैं और बाद में कमरे के तापमान पर ठंडी हो जाती हैं.

धातु का सिकुड़न कई चरणों में होता है और यह मिश्र धातु रसायन से लेकर मोल्ड डिजाइन तक के कारकों से प्रभावित होता है.

इसके प्रभाव काफी भिन्न-भिन्न होते हैं लौह और अलौह मिश्र धातुएँ, और इसकी जटिलता बढ़ती जाती है गैर-समान या जटिल ज्यामिति.

आयामी विचलन से बचने के लिए सिकुड़न को संबोधित करना आवश्यक है, सरंध्रता, और यांत्रिक विफलताएँ.

2. मौलिक तंत्र

धातु सिकुड़न मुख्य रूप से उत्पन्न होती है तापीय संकुचन और चरण परिवर्तन प्रभाव. जैसे धातुएं ठंडी होती हैं, परमाणु एक दूसरे के करीब आते हैं, जिसके परिणामस्वरूप रैखिक और आयतनात्मक संकुचन.

उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की रैखिक संकोचन दर भिन्न-भिन्न हो सकती है 5.5% को 6.5%, जबकि स्टील्स आम तौर पर सिकुड़ते हैं 2%.

इसके अतिरिक्त, के दौरान सिकुड़न तेज हो जाती है ठोस बनाना, विशेष रूप से दलदली क्षेत्र में - एक अर्ध-ठोस अवस्था जहां भोजन करना मुश्किल हो जाता है.

The शीतलन दर के बीच परस्पर क्रिया, मिश्र धातु रसायन शास्त्र, और सूक्ष्म संरचना विकास यह निर्धारित करता है कि क्या भोजन इस संकुचन की भरपाई करता है या सरंध्रता जैसे दोष विकसित होते हैं.

3. धातु ढलाई में सिकुड़न का वर्गीकरण

धातु ढलाई में सिकुड़न को जमने की प्रक्रिया के चरण के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है जिसके दौरान यह होता है, इसके द्वारा उत्पन्न दोषों की भौतिक विशेषताएँ, और इसके मूल कारण.

इन वर्गीकरणों को समझने से फाउंड्री इंजीनियरों को कास्टिंग दोषों को कम करने के लिए लक्षित डिजाइन और प्रक्रिया नियंत्रण लागू करने में मदद मिलती है.

तरल सिकुड़न

तरल सिकुड़न से तात्पर्य उस मात्रात्मक कमी से है जो जमने की शुरुआत से पहले तरल चरण के भीतर पिघली हुई धातु के ठंडा होने पर होती है।.

इस प्रकार के सिकुड़न के लिए आम तौर पर मात्रा में कमी की भरपाई करने और हवा की आकांक्षा या अधूरे भराव से बचने के लिए रिसर्स से निरंतर फीडिंग की आवश्यकता होती है.

• विशिष्ट परिमाण: लगभग 1% को 2% तरल चरण में आयतन हानि का, मिश्रधातु के अनुसार भिन्न-भिन्न.
• आशय: अपर्याप्त राइज़र डिज़ाइन या कम मेटलोस्टैटिक दबाव के कारण हो सकता है ग़लत चलाना, ठंड बंद हो जाती है, या सतह सिकुड़न दोष.

ठोस बनाना (मुशी-क्षेत्र) संकुचन

तरल से ठोस में संक्रमण के दौरान, धातु डेंड्राइटिक ठोस और इंटरडेंड्रिटिक तरल के सह-अस्तित्व की विशेषता वाले "मसीले" चरण से गुजरती है.

पारगम्यता और भोजन क्षमता में कमी के कारण इस चरण के दौरान मात्रा में कमी को संबोधित करना सबसे चुनौतीपूर्ण है.

• दोष के प्रकार: आंतरिक गुहाएँ और स्थूल-संकोचन आम तौर पर जमने के लिए अंतिम क्षेत्रों में बनते हैं, विशेष रूप से थर्मल केंद्रों या खराब भोजन वाले क्षेत्रों में.
• संवेदनशील मिश्र धातु: विस्तृत हिमीकरण सीमा वाली मिश्रधातुएँ (उदा।, कुछ तांबे और एल्यूमीनियम मिश्र धातुएँ) विशेष रूप से असुरक्षित हैं.

पैटर्नमेकर का (ठोस) संकुचन

पूरी तरह जमने के बाद, परिवेश के तापमान तक ठंडा होने पर कास्टिंग सिकुड़ती रहती है.

यह संकुचन, पैटर्नमेकर सिकुड़न के रूप में जाना जाता है, एक रैखिक आयामी कमी है और आमतौर पर पैटर्न और मोल्ड के डिजाइन में इसका ध्यान रखा जाता है.

• सिकुड़न दर:

• • सलेटी लोहा: ~1%
  • कार्बन स्टील: ~2%
  • एल्यूमीनियम मिश्र धातु: 4-6.5%

• इंजीनियरिंग प्रतिक्रिया: सीएडी मॉडल को आयामी विचलन को रोकने के लिए अनुभवजन्य सिकुड़न कारकों का उपयोग करके स्केल किया जाता है.

मैक्रो-संकोचन बनाम. सूक्ष्म संकोचन

• मैक्रो-संकोचन: ये बड़े हैं, दृश्यमान सिकुड़न गुहाएँ, अक्सर रिसर्स के पास स्थानीयकृत, थर्मल केंद्र, या मोटे खंडों में.
  वे संरचनात्मक अखंडता को काफी कमजोर करते हैं और आमतौर पर महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में खारिज कर दिए जाते हैं.
• सूक्ष्म संकोचन: ये सूक्ष्म स्तर पर बिखरी हुई छिद्र हैं, अक्सर अपर्याप्त अंतर-डेंड्रिटिक फीडिंग या स्थानीय थर्मल ग्रेडिएंट्स के परिणामस्वरूप होता है.
  जबकि वे बाहरी रूप से दिखाई नहीं दे सकते हैं, वे थकान प्रतिरोध को कम कर देते हैं, दबाव नियंत्रण, और यांत्रिक गुण.

पाइपिंग और खुला संकोचन

पाइपिंग विशिष्ट फ़नल-आकार की सिकुड़न गुहा को संदर्भित करती है जो परिधि से अंदर की ओर प्रगतिशील जमने के कारण कास्टिंग या राइजर के शीर्ष पर बनती है।.
खुला सिकुड़न एक संबंधित सतह से जुड़ी गुहा है जो भोजन विफलता का संकेत देती है.

• उद्योग प्रभावित: पाइपिंग आम बात है स्टील कास्टिंग संरचनात्मक और दबाव घटकों के लिए जहां भोजन की आवश्यकताएं अधिक हैं.
• नियंत्रण के उपाय: उचित राइज़र डिज़ाइन, जिसमें इंसुलेटिंग स्लीव्स और एक्ज़ोथिर्मिक सामग्री का उपयोग शामिल है, इन दोषों को महत्वपूर्ण रूप से कम या समाप्त कर सकता है.

4. धातुकर्म परिप्रेक्ष्य

जमने का व्यवहार मिश्रधातु पर निर्भर होता है और सिकुड़न विशेषताओं को प्रभावित करता है:

गलनक्रांतिक ठोसीकरण

ग्रे आयरन और अल-सी जैसी मिश्र धातुएँ संकीर्ण हिमांक सीमा प्रदर्शित करती हैं. कास्टिंग के दौरान जमना लगभग एक साथ होता है, भोजन की जरूरतें कम हो रही हैं लेकिन गैस सरंध्रता का खतरा बढ़ रहा है.

दिशात्मक ठोसकरण

संरचनात्मक कास्टिंग के लिए पसंदीदा (उदा।, स्टील्स या नी-आधारित सुपरअलॉय में), यह पूर्वानुमानित फीडिंग पथों की अनुमति देता है.

तापीय प्रवणता को नियंत्रित करके, जमना पतले से मोटे भागों की ओर बढ़ता है.

समअक्षीय जमना

कांस्य और कुछ अल मिश्र धातुओं में आम, इसमें अनाज का यादृच्छिक न्यूक्लिएशन शामिल है, जो फीडिंग चैनलों को बाधित कर सकता है और सरंध्रता बढ़ा सकता है.

धातुकर्म की दृष्टि से, अनाज शोधन, टीकाकरण, और मिश्र धातु डिजाइन समान ठोसकरण को बढ़ावा देकर और फ़ीडेबिलिटी में सुधार करके सिकुड़न को कम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाएं.

5. डिज़ाइन & इंजीनियरिंग परिप्रेक्ष्य

डिज़ाइन और इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, संकोचन को नियंत्रित करना स्मार्ट ज्यामिति और लक्षित फीडिंग रणनीतियों से शुरू होता है.

प्रभावी हिस्से न केवल धातुकर्म समझ को दर्शाते हैं बल्कि सेक्शनिंग में सर्वोत्तम प्रथाओं को भी दर्शाते हैं, पैटर्न स्केलिंग, और थर्मल प्रबंधन.

धारा मोटाई & थर्मल ग्रैडिएंट्स

मोटे हिस्से लंबे समय तक गर्मी बरकरार रखते हैं, "हॉट स्पॉट" बनाना जो अंततः जम जाता है और पिघली हुई धातु को पतले क्षेत्रों से दूर खींचता है.

उदाहरण के लिए, ए 50 मिमी-मोटी स्टील की दीवार ठंडी हो सकती है 5 डिग्री सेल्सियस/मिनट, जबकि ए 10 मिमी अनुभाग ठंडा हो जाता है 20 समान परिस्थितियों में डिग्री सेल्सियस/मिनट. इसे कम करने के लिए:

• समान दीवार की मोटाई अत्यधिक ग्रेडियेंट को न्यूनतम करता है.
• गोल संक्रमण (न्यूनतम पट्टिका त्रिज्या = 0.5× दीवार की मोटाई) स्थानीय तापीय तनाव को रोकें.
• जब मोटाई से अधिक भिन्न होती है 3:1, आंतरिक ठंडक या स्थानीय राइजर को शामिल करें.

पैटर्न स्केलिंग & क्षेत्रीय भत्ते

वैश्विक सिकुड़न भत्ते आम तौर पर होते हैं 2.4% कार्बन स्टील्स के लिए 6.0% एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए. तथापि, जटिल कास्टिंग की मांग क्षेत्र-विशिष्ट स्केलिंग:

• पतले जाले (≤ 5 मिमी): 0.8× वैश्विक भत्ता लागू करें (उदाहरण के लिए:. 1.9% स्टील के लिए).
• मोटे मालिक (≥ 30 मिमी): 1.2× की वृद्धि (उदाहरण के लिए:. 2.9% स्टील के लिए).
  आधुनिक सीएडी उपकरण बहु-कारक स्केलिंग का समर्थन करते हैं, पैटर्न ज्यामिति के लिए स्थानीय भत्ते की सीधी मैपिंग की अनुमति देना.

रिसर, गेटिंग & शांत रणनीतियाँ

को बढ़ावा दिशात्मक ठोसकरण फीडरों और तापमान नियंत्रण की रणनीतिक नियुक्ति की आवश्यकता है:

• रिज़र वॉल्यूम बराबर होना चाहिए 30-40% जिस क्षेत्र को यह खिलाता है उसके द्रव्यमान का.
• राइजर को सीधे थर्मल हॉट स्पॉट के ऊपर रखें, ठोसीकरण सिमुलेशन या थर्मल विश्लेषण के माध्यम से पहचाना गया.
• इन्सुलेट आस्तीन आसपास के रिसर्स अपनी शीतलन गति को 15-20% तक धीमा कर देते हैं, भोजन का समय बढ़ाना.
• ठंड लगना तांबे या लोहे से बने पदार्थ स्थानीय जमने में तेजी लाते हैं, जमने के अग्रभाग को रिसर की ओर मोड़ना.

विनिर्माण क्षमता के लिए डिज़ाइन

डिज़ाइन और फाउंड्री टीमों के बीच प्रारंभिक सहयोग से सिकुड़न का जोखिम कम हो जाता है.

एकीकृत करके डीएफएम दिशानिर्देश-जैसे एकसमान सेक्शनिंग, पर्याप्त ड्राफ्ट कोण (> 2रेत ढलाई के लिए °), और सरलीकृत कोर-इंजीनियर कर सकते हैं:

• द्वारा कम स्क्रैप दरें 20-30%
• एकाधिक पैटर्न पुनरावृत्तियों से बचकर लीड समय कम करें
• उच्च परिशुद्धता घटकों में प्रथम-पास सफलता सुनिश्चित करें, जैसे कि इंजन हाउसिंग के साथ ±0.2 मिमी सहनशीलता की आवश्यकताएँ

6. सिमुलेशन & पूर्वानुमानित मॉडलिंग

आधुनिक कास्टिंग ऑपरेशन का लाभ सीएफडी-आधारित थर्मल और द्रव सिमुलेशन सिकुड़न-प्रवण क्षेत्रों की पहले से पहचान करना.

MAGMASOFT® जैसे टूल का उपयोग करना, प्रवाह-3D®, या प्रोकास्ट®, फाउंड्रीज़ कर सकते हैं:

• भविष्यवाणी करना हॉट स्पॉट और फ़ीड पथ
• मिश्र धातु चयन के प्रभाव का मूल्यांकन करें, साँचे का डिज़ाइन, और पैरामीटर डालना
• भौतिक उत्पादन से पहले एकाधिक कास्टिंग परिदृश्यों का अनुकरण करें

सिमुलेशन को इसके साथ एकीकृत करना सीएडी/सीएएम सिस्टम अधिक सटीक टूलींग डिज़ाइन सक्षम बनाता है, उल्लेखनीय रूप से कम करना परीक्षण-और-त्रुटि पुनरावृत्तियाँ, बरबाद करना, और नेतृत्व समय.

7. गुणवत्ता नियंत्रण & निरीक्षण

कास्टिंग अखंडता की पुष्टि करने में दोष का पता लगाना महत्वपूर्ण है. आमतौर पर इस्तेमाल हुआ गैर विनाशकारी परीक्षण (एनडीटी) तरीकों में शामिल हैं:

• रेडियोग्राफिक निरीक्षण (एक्स-रे): आंतरिक सिकुड़न गुहाओं और स्थूल दोषों का पता लगाता है
• अल्ट्रासोनिक परीक्षण (केन्द्र शासित प्रदेशों): सघन मिश्रधातुओं में सरंध्रता और आंतरिक असाततता का पता लगाने के लिए आदर्श
• आयामी विश्लेषण (सीएमएम, 3डी लेजर स्कैनिंग): सिकुड़न भत्ते और विशिष्टताओं के अनुरूपता को मान्य करता है

फाउंड्रीज़ भी लागू करते हैं सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण (छठे वेतन आयोग) बैचों में सिकुड़न भिन्नताओं की निगरानी करना और प्रक्रिया क्षमता में लगातार सुधार करना.

8. सामान्य कास्टिंग मिश्र धातुओं के लिए अनुमानित रैखिक संकोचन भत्ते.

नीचे आमतौर पर डाली जाने वाली मिश्र धातुओं की एक श्रृंखला के लिए अनुमानित रैखिक संकोचन भत्ते की एक समेकित तालिका दी गई है.

इन्हें पैटर्न या सीएडी स्केलिंग में शुरुआती बिंदुओं के रूप में उपयोग करें - फिर अंतिम आयामों में डायल करने के लिए सिमुलेशन और प्रोटोटाइप परीक्षणों के साथ मान्य करें.

9. निष्कर्ष

धातु ढलाई-तरल में विभिन्न प्रकार के संकोचन को समझना, ठोस बनाना, और ठोस अवस्था—संरचनात्मक रूप से सुदृढ़ और आयामी रूप से सटीक घटकों के उत्पादन के लिए आवश्यक है.

जैसे-जैसे मिश्र धातुएँ और भाग ज्यामिति अधिक जटिल होती जाती हैं, इसलिए हमारी रणनीतियाँ भी विकसित होनी चाहिए.

सिकुड़न को कम करने के लिए एक की आवश्यकता होती है बहु-विषयक दृष्टिकोण धातुकर्म शामिल है, डिज़ाइन, सिमुलेशन, और गुणवत्ता नियंत्रण.

फाउंड्रीज़ जो गले लगाती हैं पूर्वानुमानित मॉडलिंग, वास्तविक समय नियंत्रण, और सहयोगात्मक डिज़ाइन प्रक्रियाएँ अपशिष्ट को कम करने के लिए बेहतर ढंग से सुसज्जित हैं, लागत का अनुकूलन करें, और ऐसे घटक प्रदान करते हैं जो प्रदर्शन और विश्वसनीयता के उच्चतम मानकों को पूरा करते हैं.

पर यह, हमें यह सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन प्रक्रिया की शुरुआत में आपके प्रोजेक्ट पर चर्चा करने में खुशी होगी कि जो भी मिश्र धातु चुना गया है या कास्टिंग के बाद का उपचार लागू किया गया है, परिणाम आपके यांत्रिक और प्रदर्शन विनिर्देशों को पूरा करेगा.

अपनी आवश्यकताओं पर चर्चा करने के लिए, ईमेल [email protected].