Metalo liejimo proceso susitraukimo tipai

1. Įvadas

Šiuolaikinėje gamyboje, matmenų tikslumas yra neginčijamas.

Pramonės šakos, tokios kaip aviacijos ir kosmoso, Automobiliai, ir energijos poreikio tikslūs komponentai, turintys sandariai Tolerancijos ir mikrostruktūros be defektų.

Vienas iš atkakliausių iššūkių siekiant šių tikslų yra Metalo susitraukimas- Metalų tūrinis susitraukimas, kai jie pereina iš išlydytos į kietą būklę ir vėliau vėsią į kambario temperatūrą.

Metalo susitraukimas įvyksta keliais etapais ir jam įtakos turi veiksniai, pradedant lydinio chemija ir baigiant pelėsių dizainu.

Jo poveikis labai skiriasi tarp geležies ir neferškieji lydiniai, ir jo sudėtingumas didėja su nevienodos ar sudėtingos geometrijos.

Susitraukimas yra būtinas norint išvengti matmenų nukrypimų, poringumas, ir mechaniniai nesėkmės.

2. Pagrindiniai mechanizmai

Metalo susitraukimas pirmiausia atsiranda iš Šiluminis susitraukimas ir Fazių transformacijos efektai. Kai metalai atvėsta, atomai juda arčiau, dėl to linijinis ir tūrinis susitraukimas.

Pavyzdžiui, Linijinis aliuminio lydinių susitraukimo greitis gali būti nuo 5.5% į 6.5%, o plienai paprastai susitraukia 2%.

Be to, Susitraukimas sustiprėja kietėjimas, Ypač švelnioje zonoje-pusiau kieta būsena, kur sunku maitinti.

The aušinimo greičio sąveika, Lydinio chemija, ir mikrostruktūros evoliucija nustato, ar šėrimas kompensuoja šį susitraukimą, ar defektus, pavyzdžiui, vystytis poringumui.

3. Metalo liejimo susitraukimo klasifikavimas

Metalo liejimo susitraukimas gali būti suskirstytas į kategorijas pagal kietėjimo proceso fazę, kurios metu jis įvyksta, Fizinės jos defektų savybės, ir jos pagrindinės priežastys.

Supratimas apie šias klasifikacijas suteikia galimybę liejyklų inžinieriams įgyvendinti tikslinį projektavimo ir proceso valdiklius, kad būtų sumažintas liejimo defektai.

Skystas susitraukimas

Skystas susitraukimas reiškia tūrinį redukciją, kuri atsiranda kaip išlydytas metalas, vėstas skysčio fazėje prieš pradedant kietėjant.

Šio tipo susitraukimui paprastai reikia nuolat maitinti iš kėlimo, norint kompensuoti tūrio praradimą ir išvengti oro siekio ar neišsamių užpildų.

• Tipiški dydžiai: Maždaug 1% į 2% tūrio praradimo skystoje fazėje, keičiantis lydinio.
• Pasekmės: Netinkamas kėlimo dizainas arba žemas metallostatinis slėgis gali sukelti klaidingai, Šaltas uždaromas, arba Paviršiaus susitraukimo defektai.

Kietėjimas (Mushy zona) Susitraukimas

Perėjimo iš skysčio į kietą, Metalas praeina per „minkštą“ fazę, kuriai būdingas dendritinių kietųjų dalelių ir tarpdendritinio skysčio sambūvis.

Apimties sumažinimas šiame etape yra sudėtingiausias sprendimas dėl mažėjančio pralaidumo ir šėrimo galimybių.

• Defektų tipai: Vidinės ertmės ir makro-shinkage paprastai susidaro paskutinėse vietose, kad būtų sukietėjusi, ypač šiluminiuose centruose arba blogai maitinami skyriai.
• Jautrūs lydiniai: Lydiniai su plačiu užšalimu (Pvz., keletas vario ir aliuminio lydinių) yra ypač pažeidžiami.

Modelių gamintojas (Kietas) Susitraukimas

Po visiško kietėjimo, Laidos ir toliau susitraukia, nes tai vėsta iki aplinkos temperatūros.

Šis susitraukimas, žinomas kaip modelininko susitraukimas, yra linijinis matmenų sumažinimas ir paprastai apskaitomas kuriant modelius ir formas.

• Susitraukimo normos:

• • Pilka geležis: ~ 1%
  • Anglies plienas: ~ 2%
  • Aliuminio lydiniai: 4–6,5%

• Inžinerinė reakcija: CAD modeliai yra keičiami naudojant empirinius susitraukimo koeficientus.

„Macro-Shinkage“ vs.. „Micro-Shinkage“

• „Macro-Shinkage“: Tai yra dideli, Matomos susitraukimo ertmės, Dažnai lokalizuota šalia pakilo, Šilumos centrai, arba storose dalyse.
  Jie žymiai susilpnina struktūrinį vientisumą ir paprastai yra atmetami kritinėmis reikmėmis.
• „Micro-Shinkage“: Tai yra išsklaidytos poros mikroskopinio lygio, Dažnai atsirandantys dėl nepakankamo šėrimo tarpdendritinių ar lokalių šiluminių gradientų.
  Nors jie gali būti nematomi išorėje, Jie pablogina nuovargio atsparumą, Slėgio sulaikymas, ir mechaninės savybės.

Vamzdynai ir atidarytas susitraukimas

Vamzdynai nurodo būdingą piltuvo formos susitraukimo ertmę, kuri susidaro liejimo viršuje arba pakilimo viršuje dėl laipsniško sukietėjimo iš periferijos į vidų.
Atviras susitraukimas yra susijusi su paviršiumi sujungta ertmė, nurodanti šėrimo gedimą.

• Paveiktos pramonės šakos: Vamzdynai yra paplitę Plieniniai liejiniai konstrukciniams ir slėgio komponentams, kai šėrimo reikalavimai yra dideli.
• Kontrolės priemonės: Tinkamas kėlimo dizainas, įskaitant izoliacinių rankovių ir egzoterminių medžiagų naudojimą, gali žymiai sumažinti arba pašalinti šiuos trūkumus.

4. Metalurginė perspektyva

Kietėjimo elgesys priklauso nuo lydinio ir daro įtaką susitraukimo charakteristikoms:

Eutektinis kietėjimas

Lydiniai, tokie kaip pilka geležis ir al-Si. Kietėjimas vyksta beveik tuo pačiu metu per liejimą, mažinant šėrimo poreikius, tačiau padidėja dujų poringumo rizika.

Kryptinis kietėjimas

Pirmenybė teikiama konstrukciniams liejiniams (Pvz., plienuose ar NI pagrindu), Tai leidžia nuspėjamus maitinimo kelius.

Kontroliuojant šiluminį gradientą, Tvirtinimas progresuoja nuo plonesnių iki storesnių skyrių.

Equiaxed kietėjimas

Paplitusi bronzose ir kai kuriuose Al lydiniuose, Tai apima atsitiktinį grūdų branduolį, kurie gali sutrikdyti maitinimo kanalus ir padidinti poringumą.

Metalurgijos požiūriu, grūdų tobulinimas, inokuliacija, ir lydinio dizainas Atlikite kritinius vaidmenis mažindami susitraukimą, skatindami vienodą kietėjimą ir pagerindami maitinamumą.

5. Dizainas & Inžinerinė perspektyva

Dizaino ir inžinerijos požiūriu, Susitraukimo kontrolė prasideda nuo intelektualios geometrijos ir tikslinių šėrimo strategijų.

Veiksmingos dalys ne tik atspindi metalurgijos supratimą, bet ir įkūnija geriausią skyrių praktiką, modelio mastelio keitimas, ir šiluminis valdymas.

Skyriaus storis & Šiluminiai gradientai

Storesnės sekcijos ilgiau sulaiko šilumą, Sukurti „karštų taškų“, kurie sukuria paskutinį.

Pavyzdžiui, a 50 mm storio plieno siena gali atvėsti 5 ° C/min, kadangi a 10 mm skyrius atvėsta 20 ° C/min. Norėdami tai sušvelninti:

• Vienodas sienos storis Sumažina ekstremalius nuolydžius.
• Suapvalinti perėjimai (Minimalus filė spindulys = 0,5 × sienos storis) Užkirsti kelią lokaliam šiluminiam stresui.
• Kai storis kinta daugiau nei 3:1, Įtraukite vidinius šaltkrėčius ar lokalizuotus pakėlimus.

Modelio mastelio keitimas & Regioninės išmokos

Pasaulinės susitraukimo pašalpos paprastai svyruoja nuo 2.4% anglies plienams 6.0% Aliuminio lydiniams. Tačiau, Sudėtingos liejinių poreikis Konkretaus regiono mastelio keitimas:

• Ploni tinklai (≤ 5 mm): Taikyti 0,8 × visuotinę pašalpą (pvz. 1.9% plienui).
• Stori bosai (≥ 30 mm): Padidinkite 1,2 × (pvz. 2.9% plienui).
  Šiuolaikiniai CAD įrankiai palaiko kelių faktorių mastelį, Leidžiant tiesiogiai žemėlapių žemėlapiui žemėlapiui iki modelio geometrijos.

Riseris, Vartai & Chill strategijos

Skatinti kryptinis kietėjimas reikalauja strateginio tiekėjų ir temperatūros kontrolės išdėstymo:

• Riserio apimtis turėtų būti lygus 30–40% iš zonos masės, kurią ji maitina.
• Padėties pakėlimai tiesiai virš šiluminių karštųjų dėmių, identifikuotas kietėjimo modeliavimu arba šilumine analize.
• Izoliacinės rankovės Maž, pratęsimo laikas.
• Šaltkrėtis Pagaminta iš vario arba geležies pagreitins vietinį kietėjimą, nukreipdamas kietėjimo priekį link kilimo.

Gaminamumo dizainas

Ankstyvas dizaino ir liejyklų bendradarbiavimas sumažina susitraukimo riziką.

Integruodamas DFM gairės—Such kaip vienodas skyrius, Tinkami grimzlės kampai (> 2° smėlio liejimui), ir supaprastintos šerdys - vartotojai gali:

• Mažesnės laužo normos 20–30%
• Sutrumpinkite pristatymo laiką, išvengdami kelių modelių iteracijų
• Užtikrinkite pirmojo pralaidumo sėkmę didelio tikslumo komponentams, tokių kaip variklių korpusai su ± 0,2 mm tolerancijos reikalavimai

6. Modeliavimas & Nuspėjamasis modeliavimas

Šiuolaikinės liejimo operacijų svertas CFD pagrįsti šiluminiai ir skysčių modeliavimas prevenciškai nustatyti susitraukiančių sričių sritis.

Naudojant tokius įrankius kaip „Magmasoft®“, „Flow-3D®“, arba „Procast®“, liejyklos gali:

• Numatyti karštos vietos ir pašaro keliai
• Įvertinkite lydinio pasirinkimo poveikį, Pelėsio dizainas, ir pilti parametrus
• Imituokite kelis liejimo scenarijus prieš fizinę gamybą

Integruoti modeliavimą su CAD/CAM sistemos Įgalinamas tikslesnis įrankių dizainas, žymiai sumažėja Tyrimo ir klaidos iteracijos, švaistyti, ir švino laikas.

7. Kokybės kontrolė & Tikrinimas

Defektų aptikimas yra labai svarbus tikrinant liejimo vientisumą. Dažniausiai naudojamas Neardomieji bandymai (Ndt) Metodai apima:

• Radiografinis patikrinimas (Rentgeno spindulys): Nustato vidines susitraukimo ertmes ir makro defektus
• Ultragarsinis bandymas (UT): Idealiai tinka aptikti poringumą ir vidinius netolygumus tankiuose lydiniuose
• Matmenų analizė (Cmm, 3D Lazerio nuskaitymas): Patvirtina susitraukimo pašalpas ir atitikimą specifikacijoms

Liejyklos taip pat įgyvendina Statistinis proceso valdymas (SPC) Stebėti susitraukimo pokyčius partijose ir nuolat tobulinti proceso galimybes.

8. Apytiksliai linijiniai susitraukimo pašalpos bendroms lydiniams liejimo lydiniams.

Žemiau yra konsoliduota apytikslių linijinių susitraukimų leidimų lentelė, skirta įvairiems dažniausiai liejamiems lydiniams.

Naudokite juos kaip atskaitos taškus modelio ar CAD masteliuose - tada patvirtinkite modeliavimo ir prototipo bandymus, kad surinktumėte galutinius matmenis.

9. Išvada

Supratimas apie įvairius metalo liejimo susitraukimų tipus - nelygus, kietėjimas, ir kietojo kūno-yra būtina norint sukurti struktūriškai garso ir matmenų tikslus komponentus.

Kai lydiniai ir dalis geometrija tampa sudėtingesnės, Taip pat ir mūsų strategijos turi vystytis.

Susitaikyti reikia sušvelninti susitraukimą Daugiadalykinis požiūris apima metalurgiją, dizainas, Modeliavimas, ir kokybės kontrolė.

Liejyklos, kurios apima Nuspėjamasis modeliavimas, realiojo laiko kontrolė, ir Bendradarbiavimo projektavimo procesai yra geriau pasirengę sumažinti atliekas, Optimizuokite kainą, ir pristatyti komponentus, kurie atitinka aukščiausius našumo ir patikimumo standartus.

At Tai, Džiaugiamės galėdami aptarti jūsų projektą projektavimo proceso pradžioje, kad užtikrintume, jog pasirinktas visas lydinys ar taikomas gydymas po kaupimo, Rezultatas atitiks jūsų mechanines ir našumo specifikacijas.

Aptarti jūsų reikalavimus, el. Paštas [email protected].