Investicinio liejimo lydinio plieno svirtis

1. Santrauka

Svirties rankena yra maža, labai įtemptas variklio komponentas, kuris skirstomojo veleno judesį paverčia vožtuvo judesiu (arba į hidraulinius keltuvus, stūmikliai, kt.).

Investicijų liejimas (Pamiršta vaškas) iš legiruotojo plieno leidžia beveik tinklinio pavidalo gaminti sudėtingas svirties geometrijas – integruojant alyvos kanalus, Plonos sienos, filė ir lengvosios svorinės savybės – kartu pasiekiamos mechaninės ir nuovargio savybės, kurių reikalaujama eksploatuojant.

Sėkmė priklauso nuo tinkamo lydinių šeimos pasirinkimo, lydymosi ir gliaudymo etapų valdymas švarumui užtikrinti, projektavimas numatomam kietėjimui, taikant tinkamą terminį apdorojimą ir apdailą, ir vykdyti griežtą tikrinimo ir bandymų režimą.

Šiame straipsnyje išsamiai analizuojami šie elementai ir pateikiamos veiksmingos gairės medžiagų inžinieriams, liejimo dizaineriai ir pirkimo komandos.

2. Kas yra svirtis ir kodėl verta rinktis investicinį liejimą?

Funkcija & pabrėžia. Svirtis perkelia ciklines apkrovas ir kontaktinius įtempius; jis yra lenkiamas, susisiekti (riedėjimas/slydimas) kumštelio ir vožtuvo antgalio susidėvėjimas, vietinės tempimo/gniuždymo smailės, ir didelio ciklo nuovargis.

Geometrija ir masė yra labai svarbios dinaminei reakcijai ir efektyvumui.

Kodėl investicijų liejimas?

• Sudėtingos beveik tinklinės formos: vidiniai alyvos kanalai, ploni tinklai, o sudėtines kreives lengva realizuoti.
• Griežta matmenų tolerancija & pakartojamumas: Investicinis liejimas užtikrina gerą paviršiaus apdailą ir sumažina apdirbimo poreikį.
• Lengvas & medžiagų efektyvumas: Sudėtingi tuščiaviduriai pjūviai ir pagal topologiją optimizuotos formos sumažina inerciją.
• Mažas- į vidutinės apimties ekonomiką: vaško štampų įrankių sąnaudos yra nedidelės ir gerai amortizuojamos daugeliui automobilių ir pramoninių eksploatacijų.

Investicinis liejimas pasirenkamas ten, kur geometrija ir tikslumas nusveria absoliučiai didžiausią įmanomą kaltinių komponentų stiprumą ir kur modernus legiruotojo plieno apdorojimas gali užtikrinti reikiamą nuovargį ir nusidėvėjimą..

3. Tipiški legiruotojo plieno kandidatai

Už legiruotasis plienas rokerių rankos, renkantis medžiagą dominuoja tvirtumo reikalavimai, Nuovargio atsparumas, kontaktinių paviršių atsparumas dilimui, ir terminio apdorojimo atsakas.

Trumpas atrankos vadovas

• Jei kumštelio / vožtuvo kontakto susidėvėjimas yra pagrindinis gedimo režimas → pasirinkite karbiuravimo / korpuso sukietėjimo būdą (8620 / 20MnCr šeima) arba planuokite patikimą vietinį indukcinį grūdinimą.
• Jei tūrinis nuovargio stiprumas / tvirtumas yra svarbiausias (didelio galingumo ar našumo varikliai) → pasirinkite Ni–Cr–Mo kietėjančius lydinius (Pvz., 4340) arba itin švarūs liejiniai su VIM/VAR + Hip.
• Jei reikalingas atsparumas korozijai (specialios aplinkos) → apsvarstykite 17-4PH arba nerūdijančio plieno sprendimus, tačiau patikrinkite nusidėvėjimą ir kainą.
• Visada suderinkite lydinio pasirinkimą su liejimo galimybėmis – kritinėms dalims nurodykite lydymosi kelią (VIM/VAR/ESR), po liejimo HIP (Jei reikia), ir aiškūs priėmimo kriterijai (poringumas, mechaniniai, Ndt).

4. Investicinio liejimo proceso etapai, būdingi legiruotajam plienui

Investicinis legiruotojo plieno svirties liejimas atliekamas pagal standartinį prarasto vaško srautą, bet su proceso pakeitimais, kad būtų galima apdoroti aukštesnę plieno lydymosi temperatūrą ir jautrumą užterštumui.:

1. Šablonas & „Gating Design“: Vaško raštai, pagaminti iš metalinių štampų; vartai ir pakyla suprojektuoti plieno kietėjimo charakteristikoms.
2. Susirinkimas & apvalkalo pastatas: Užtepami keli ploni keraminio apvalkalo sluoksniai ir išdžiovinami; korpuso storis yra didesnis, kad plienas atlaikytų aukštesnę liejimo temperatūrą ir šiluminį šoką.
3. Dewaxing: Kontroliuojamas autoklavas arba vaško pašalinimas garais, tada išdžiovinkite ir pašildykite apvalkalą.
4. Įkaitinkite & pilti: Korpusai pašildomi iki aukštos temperatūros, kad būtų sumažintas šiluminis gradientas; pilti plieną naudojant kontroliuojamos liejimo temperatūros režimus. Kritinėms dalims, vakuuminis arba kontroliuojamos atmosferos pilimas yra naudojamas.
5. Aušinimas & nokautas: Kontroliuojamas aušinimas, siekiant sumažinti šiluminį įtampą; apvalkalo pašalinimas ir užtvarų atjungimas.
6. Terminis apdorojimas & apdirbimas: Normalizavimas, gesinti & temperamentas, arba angliavandenių ciklų, kaip nurodyta. Galutinis apdirbimas iki kritinio pritemdymo, paviršiaus apdaila ir surinkimas.

Pagrindiniai skirtumai, palyginti su spalvotųjų metalų liejimu: keraminio apvalkalo sudėtis ir storis, aukštesnė pašildymo ir užpylimo temperatūra, ir agresyvesnė metalo valymo ir deoksidacijos praktika.

5. Tirpimas, plieno pašalinimo iš dujų ir lydalo valymo praktika

Plieninėms svirtims reikalingas didelis vidinis švarumas, kad būtų išvengta susitraukimo poringumo, inkliuzai ir heterogeniškumas, kurie tampa nuovargio pradžios vietomis. Rekomenduojama lydymosi praktika:

• Lydymosi maršrutai: Vakuuminis indukcinis lydymas (VIM) lydinio kontrolei; po to Vakuuminis lankinis perlydymas (MŪSŲ) arba elektrinis šlako perlydymas (ESR) švara ir sumažinta makrosegregacija kritinėse operacijose.
  Mažiau svarbiems komponentams, gali pakakti aukštos kokybės indukcinio lydymo su tinkamu srautu ir kontrole.
• Degazavimas & deoksidacija: Tinkama deoksidacijos strategija, siekiant išvengti įstrigusio šlako / suvirinimo tipo intarpų; vakuuminis degazavimas arba inertinio argono maišymas padeda pašalinti ištirpusias dujas.
• Įtraukimo kontrolė: Mažas sieros kiekis, kontroliuojamas manganas ir tinkamas srautas sumažina sulfidų inkliuzų susidarymą.
• Lydinių priedai & chemijos kontrolė: Papildymai turėtų būti atliekami kontroliuojama seka, kad būtų išvengta reakcijų, kurios sudaro kenksmingus intarpus. Būtina griežta įkrovos kontrolė ir spektrometrinė patikra.
• Liejimo aplinka: Vakuuminis arba inertinės atmosferos išpylimas sumažina pakartotinę oksidaciją ir dujų surinkimą; specialiai plienams karbonizuoti, apriboti deguonies poveikį prieš karbiuravimą.

Švarūs lydalai sumažina liejimo defektus ir žymiai pagerina nuovargio tarnavimo laiką.

6. Šablonas, įrankius ir keraminį apvalkalą (dizainas liejimui)

Dizainas investiciniam liejimui (DFIC) svirties svirtys turi suderinti geometriją su tvirta liejimo praktika:

• Sienelės storis: Jei įmanoma, siekkite vienodo sienelės storio; venkite staigių sekcijų keitimų, dėl kurių susitraukimas susitraukia arba susidaro karštos vietos. Kur reikalingi storio perėjimai, naudokite gausius spindulius ir filė.
• Filė & spinduliai: Didelės filė nešančiosiose sandūrose sumažina įtempių koncentraciją. Liejiniai su aštriais kampais yra linkę į mikro susitraukimą ir įtrūkimus; spinduliuoti perėjimai taip pat palengvina vaško tekėjimą.
• Vartai & kylanti: Padėkite vartus, kad paskatintumėte kryptingą sukietėjimą nuo kritinių paviršių link stovų; sumažinkite vartų dydį, kad sumažintumėte perdirbimą, tačiau užtikrintumėte tinkamą metalo tiekimą. Jei reikia, naudokite egzoterminius stovus arba izoliacines movas.
• Šerdies atspaudai & vidiniai praėjimai: Užtikrinkite stabilias šerdies vietas ir tinkamus šerdies spaudinius. Šerdys turi būti tvirtos, kad būtų galima valdyti ir atlaikyti išankstinį įkaitimą.
• Juodraštis & atsisveikinimas: Investiciniams liejimo vaško modeliams dažnai reikia minimalios traukos, bet įrankiai turėtų palengvinti vaško pašalinimą ir mažą iškraipymą.
• Paviršiaus apdaila & Tolerancijos: Investicinis liejimas užtikrina gerą paviršiaus apdailą; nurodykite kritinių sąsajų paviršių leistinus nuokrypius, kad būtų galima atlikti minimalų apdirbimą.
  Kontaktiniams veidams (kumštelio/kontaktiniai paviršiai), nurodyti paviršiaus apdailos tikslus ir leistinus vėlesniam grūdinimui / apdailai.

7. Kietėjimas, šėrimo ir poringumo kontrolės strategijos

Poringumas yra pagrindinis nuovargio komponentų priešas. Pagrindinės strategijos:

• Kryptinis kietėjimas: Suprojektuokite užtvarų ir stovų sistemas taip, kad išlydytas metalas padėtų paskutiniam kietėjimui. Naudokite šaltkrėtis, egzoterminės pakylos rankovės, arba izoliuoti stovai strategiškai.
• Kietėjimo greičio kontrolė: Venkite pernelyg greito aušinimo, kuris gali sulaikyti dujas; taip pat venkite karštų taškų, dėl kurių susidaro susitraukiančios ertmės. Padeda iš anksto pašildyti korpusą ir kontroliuoti aušinimo grafikus.
• Vandenilio / dujų valdymas: Lydymosi ir išpylimo kontrolė, siekiant sumažinti ištirpusio vandenilio ir deguonies kiekį. Jei įmanoma, naudokite vakuuminį degazavimą ir inertinių dujų pylimą.
• Karštas izostatinis presavimas (Hip): Aukšto vientisumo bėgimui, HIP po liejimo gali sumažinti vidinį susitraukimo poringumą ir pagerinti nuovargio tarnavimo laiką homogenizuodamas mikrostruktūrą. HIP ypač vertingas saugumui svarbiems variklio komponentams.
• Pakylos išdėstymas & dydis: Negabaritiniai stovai padidina tiekimą, bet prideda apdirbimo pertvarkymą; optimizuoti su modeliavimu.
  Naudokite liejimo modeliavimo įrankius (CFD / kietėjimo modeliavimas) prognozuoti susitraukimą ir patobulinti atitvarą.

Šių strategijų įgyvendinimas sumažina defektų skaičių ir pagerina mechaninį patikimumą.

8. Terminis apdorojimas, paviršiaus grūdinimas ir mechaninių savybių pritaikymas

Terminis apdorojimas ir paviršiaus grūdinimas pagrindiniai svertai, skirti pritaikyti investicinio lydinio ir plieno svirties svirties veikimui.

Liejimas apibrėžia geometriją, būtent terminis apdorojimas lemia stiprumą, Tvirtumas, Nuovargio atsparumas, dėvėjimo elgesys, ir matmenų stabilumas.

Kadangi svirties svirtys veikia esant ciklinei apkrovai ir dideliam kontaktiniam įtempimui, terminis apdorojimas turi būti nurodytas ir tiksliai kontroliuojamas.

• Normalizavimas: Sumažina liejimo įtempius ir, kur reikia, patobulina grūdelių struktūrą.
• Užgesinti & temperamentas (kietėjančiam plienui): Pasiekia didelį stiprumą ir tvirtumą; grūdinimo temperatūra parenkama taip, kad būtų subalansuotas tvirtumas ir kietumas.
• Carburizing / korpuso grūdinimas (dėvimiems paviršiams): Skirta angliavandenių klasėms, kontroliuojamas karbiuravimas, po kurio seka gesinimas ir atšilimas, sukuria tvirtą korpusą ir tvirtą šerdį.
  Labai svarbus kumštelio skilties kontaktiniams paviršiams. Proceso valdymas: bylos gylis, anglies profilis, ir liekamojo streso valdymas yra būtini.
• Indukcinis grūdinimas arba vietinis paviršiaus apdorojimas: Greitai sukietina skilčių ar galiukų paviršius su minimaliais iškraipymais; dažnai naudojamas, kai tik kontaktinis paviršius reikalauja atsparumo dilimui.
• Azotavimas / nitrokarbonizavimas: Alternatyvus paviršiaus grūdinimas, užtikrinantis atsparumą dilimui ir mažesnius iškraipymus; priklauso nuo lydinio suderinamumo.
• Streso mažinimas & galutinis nusiteikimas: Po apdirbimo ir surinkimo, įtempių mažinimas sumažina liekamuosius įtempius, atsirandančius dėl apdirbimo arba vietinio grūdinimo.

Nurodykite terminius ciklus po liejimo ir proceso langus (temperatūra, aušinimo normos, gesinimo terpė) yra būtinas norint užtikrinti lydinio veikimą.

9. Apdirbimas, apdaila, surinkimas ir paviršiaus apdorojimas

Net ir beveik neto investiciniams liejiniams paprastai reikia apdirbti guolių paviršius, varžtų skylės ir sandarinimo paviršiai.

• Aparatas: Legiruotojo plieno liejinius galima apdirbti, tačiau tam tikroms mikrostruktūroms gali prireikti griežtesnių įrankių ir mažesnio greičio. Dažnai naudojamos karbido įrankių ir aušinimo skysčio strategijos.
• Kritinė paviršiaus apdaila: Kumštelių kontaktiniams paviršiams ir sukimosi paviršiams reikalinga puiki apdaila ir tiksli geometrija; šlifavimas, plakimas, arba gali būti taikomas šveitimas.
• Šūvis peening: Sukelia teigiamą liekamąjį gniuždymo įtempį, kad pailgėtų kritinių paviršių nuovargio tarnavimo laikas. Turi būti kontroliuojamas, kad būtų išvengta pernelyg didelio išsipūtimo ar iškraipymo.
• Surinkimas tinka & terminio apdorojimo seka: Paprastai, masinis terminis apdorojimas atliekamas prieš galutinį šlifavimą ir svarbiausių paviršių apdirbimą; po grubaus apdirbimo gali būti atliktas vietinis grūdinimas.
  Surinkimo leistinus nuokrypius suderinkite su terminio apdorojimo iškraipymų leidimais.
• Dangos ir tepimas: Kur korozija ar trintis kelia susirūpinimą, užtepkite atitinkamas dangas (fosfatas, PVD, plonos kietos dangos) ir nurodyti tepimo režimus aptarnavimui.

Gerai suplanuotas gamybos srautas sumažina perdirbimo poreikį ir užtikrina eksploatacijos patvarumą.

10. Kaina, pristatymo laikas ir tiekimo grandinės aspektai, palyginti su kalimu ir apdirbimu

• Išlaidų struktūra: Investicinio liejimo įrankiai (Vaškas miršta) turi nedideles išankstines sąnaudas, bet mažesnės detalės apdirbimo, palyginti su kalimu + sudėtingų formų apdirbimas.
  Labai dideliems kiekiams, kalimas gali tapti ekonomiškesnis dėl mažesnės vienetinės medžiagos kainos ir aukštesnių mechaninių savybių.
• Pristatymo laikas: Investicinio liejimo įrankiai gali būti greitesni nei kalimo štampai; Tačiau, apšaudyti, pilimo ir terminio apdorojimo ciklai prideda proceso laiką.
  Mažiems ir vidutiniams kiekiams ir dažniems dizaino keitimams, dažnai pirmenybė teikiama investiciniam liejimui.
• Tiekimo grandinė: Pasirinkite liejyklas, turinčias pademonstruotas plieno liejimo galimybes (VIM/VAR/HIP) ir patirtis dirbant su variklio dalimis. Nurodykite atsekamumą ir dvigubą šaltinį, kai reikia apimties / rizikos.
• Tvarumas & laužas: Investicinio liejimo metu gaunama mažiau drožlių laužo, tačiau kevalų atliekos ir keramikos šalinimas turi būti tvarkomos; plieno laužas yra labai perdirbamas.
  Vykdant gyvavimo ciklo sąnaudų analizę, įskaitant degalų vartojimo efektyvumo padidėjimą dėl lengvesnių svirties svirčių, dažnai pasirenkamas tam tikrų konstrukcijų liejimo būdas..

11. Išvada

Investicinio liejimo legiruotojo plieno svirties svirties atstovauja a brandus, tačiau nuolat optimizuojamas gamybos sprendimas šiuolaikiniams varikliams ir mechaninėms sistemoms.

Sujungiant geometrinę prarasto vaško proceso laisvę su kruopščiai atrinktu legiruotu plienu ir griežtai kontroliuojama metalurgijos praktika, gamintojai gali pagaminti svirties svirtis, kurios atitinka griežtus stiprumo reikalavimus, nuovargio gyvenimas, atsparumas nusidėvėjimui, ir matmenų tikslumas.

Iš techninės pusės, našumą reguliuoja ne vien atliejimas, bet pagal visa proceso grandinė: lydinio pasirinkimas, Lydykite švarą, korpuso ir vartų dizainas, kietėjimo kontrolė, terminis apdorojimas, paviršiaus grūdinimas, apdirbimas, ir patikrinimas.

Kai šie elementai yra tinkamai integruoti, investicinio lydinio ir plieno svirties svirtys gali pasiekti patikimumą, prilygstančią kaltinėms detalėms, tuo pačiu suteikiant dizaino lankstumo pranašumus, svorio optimizavimas, ir ekonomiškas sudėtingų geometrijų efektyvumas.

 

DUK

Kodėl svirties svirtims naudoti investicinį liejimą, o ne kalimą?

Investicijų liejimas yra pageidautinas, kai sudėtinga geometrija, integruotos funkcijos, ir beveik tinklinė forma būtini.

Tai sumažina apdirbimą, leidžia sukurti lengvą dizainą, ir yra ekonomiškas mažoms ir vidutinėms gamybos apimtims. Kalimas vis dar yra tinkamas labai dideliems kiekiams arba kai reikalingas maksimalus kryptinis grūdų srautas.

Ar investicinės svirties svirtys yra pakankamai tvirtos didelės apkrovos varikliams?

Taip – ​​kai tinkamas lydinys, lydymosi praktika, terminis apdorojimas, ir tikrinimo režimas.

Su Ni-Cr-Mo arba karbonizuoti legiruoti plienai, ir pasirinktinai HIP, Lietos svirties svirtis gali atitikti didelius nuovargio ir stiprumo reikalavimus.

Koks yra labiausiai paplitęs gedimo režimas liejo legiruotojo plieno svirties svirtyse?

Dažniausias gedimas yra nuovargio įtrūkimai, atsiradę nuo vidinio poringumo arba paviršiaus įtempių koncentratorių.

Tai sušvelnina lydalo švara, kietėjimo kontrolė, Hip, dosnios filė, ir paviršiaus apdorojimas, pvz., šveitimas.

Kuris legiruotasis plienas yra geriausias dėl kumštelio ar vožtuvo kontakto atsparumo dilimui?

Karbiuruojantys plienai (Pvz., 8620-tipo lydiniai) arba pirmenybė teikiama lokaliai indukcija grūdintam plienui. Jie suteikia kietą, dilimui atsparus paviršius išlaikant tvirtą šerdį.

Ar HIP visada reikalingas investicinėms svirtims?

Ne. HIP rekomenduojamas didelio našumo arba saugai svarbioms programoms kur reikalingas maksimalus nuovargio tarnavimo laikas. Daugeliui standartinių programų, tinkami vartai, lydalo kokybė, ir NDT pakanka be HIP.

Kaip terminis apdorojimas veikia svirties veikimą?

Terminio apdorojimo kontrolė stiprybė, Tvirtumas, Nuovargio atsparumas, ir dėvėti elgseną.

Neteisingas gesinimas, temperamentas, arba angliavandenių ciklai gali sukelti iškraipymus, trapumas, arba priešlaikinis gedimas, todėl proceso kontrolė yra būtina.