Metal döküm işleminde büzülme türleri

1. giriiş

Modern imalatta, boyutsal doğruluk pazarlık edilemez.

Havacılık ve uzay gibi endüstriler, otomotiv, ve Enerji Talebi Sıkı olan hassas döküm bileşenleri toleranslar ve kusursuz mikro yapılar.

Bu hedeflere ulaşmada en kalıcı zorluklardan biri Metal Büzülme—Metallerin bir erimişten katı bir hallere geçerken ve daha sonra oda sıcaklığına geçerken hacimsel kasılması.

Metal büzülme birçok aşamada meydana gelir ve alaşım kimyasından kalıp tasarımına kadar değişen faktörlerden etkilenir.

Etkileri arasında önemli ölçüde farklılık gösterir Demir ve Demirsiz Alaşımlar, ve karmaşıklığı ile artar Tekdüzen olmayan veya karmaşık geometriler.

Boyutsal sapmaları önlemek için büzülmeyi ele almak esastır, gözeneklilik, ve mekanik arızalar.

2. Temel mekanizmalar

Metal büzülme öncelikle ortaya çıkar termal kasılma Ve Faz Dönüşüm Etkileri. Metaller serinken, Atomlar birbirine yaklaşıyor, sonuçta doğrusal ve hacimsel kasılma.

Örneğin, Alüminyum alaşımlarının doğrusal büzülme hızı 5.5% ile 6.5%, Çelikler genellikle büzülürken 2%.

Dahası, büzülme sırasında büzülme yoğunlaşır katılaşma, Özellikle duygusal bölgede-beslemenin zorlaştığı yarı katı bir durum.

The Soğutma oranı arasındaki etkileşim, alaşım kimyası, ve mikro yapı evrimi Beslemenin bu kasılmayı telafi edip etmediğini veya gözeneklilik gibi kusurların.

3. Metal dökümünde büzülmenin sınıflandırılması

Metal dökümdeki büzülme, meydana geldiği katılaşma işleminin fazına göre kategorize edilebilir., ürettiği kusurların fiziksel özellikleri, ve kök nedenleri.

Bu sınıflandırmaları anlamak, döküm mühendislerinin döküm kusurlarını azaltmak için hedeflenen tasarım ve süreç kontrollerini uygulamalarını sağlar..

Sıvı büzülme

Sıvı büzülme.

Bu tip büzülme, hacim kaybını telafi etmek ve hava aspirasyonunu veya eksik dolguları önlemek için tipik olarak yükselticilerden sürekli beslenmeyi gerektirir.

• Tipik büyüklükler: Yaklaşık olarak 1% ile 2% sıvı fazında hacim kaybı, alaşımla değişen.
• Sonuçlar: Yetersiz yükseltici tasarımı veya düşük metalostatik basınç, yanlış, soğuk kapanma, veya yüzey büzülme kusurları.

Katılaşma (Duygusal) Büzülme

Sıvıdan katıya geçiş sırasında, metal, dendritik katıların ve interdendritik sıvının bir arada bulunmasıyla karakterize edilen "duygusal" bir aşamadan geçer.

Bu aşamada hacim azaltma, azalan geçirgenlik ve beslenme kapasitesinden dolayı ele alınması en zor olan.

• Kusur türleri: Seksileştirmek için son alanlarda tipik olarak iç boşluklar ve makro-shrinaj oluşur, özellikle termal merkezlerde veya kötü beslenen bölümlerde.
• Hassas alaşımlar: Geniş bir donma aralığına sahip alaşımlar (örneğin, Bazı bakır ve alüminyum alaşımlar) özellikle savunmasızdır.

Desen yapımcısı (Sağlam) Büzülme

Tam katılaşmadan sonra, Döküm, ortam sıcaklığına kadar soğudukça daralmaya devam ediyor.

Bu daralma, desen yapımcının büzülmesi olarak bilinir, doğrusal boyutlu bir azalmadır ve tipik olarak desenlerin ve kalıpların tasarımında açıklanır.

• Büzülme oranları:

• • Gri demir: ~% 1
  • Karbon Çelik: ~% 2
  • Alüminyum Alaşımları: 4–6.5

• Mühendislik Yanıtı: CAD modelleri, boyutsal sapmayı önlemek için ampirik büzülme faktörleri kullanılarak ölçeklendirilir.

Makro-Shrinaj Vs. Mikro-büzülme

• Makro-büzülme: Bunlar büyük, Görünür büzülme boşlukları, genellikle yakın yükselticiler, termal merkezler, veya kalın bölümlerde.
  Yapısal bütünlüğü önemli ölçüde zayıflatırlar ve kritik uygulamalarda tipik olarak reddedilirler.
• Mikro-büzülme: Bunlar mikroskobik düzeyde dağınık gözeneklerdir, Genellikle yetersiz dendritik besleme veya lokalize termal gradyanlardan kaynaklanan.
  Dışarıdan görünmese de, Yorgunluk direncini bozarlar, basınç içermesi, ve mekanik özellikler.

Boru ve açık büzülme

Borulama, çevre içe doğru ilerleyici katılaşma nedeniyle bir döküm veya yükselticinin üstünde oluşan karakteristik huni şeklindeki büzülme boşluğunu ifade eder..
Açık Büzülme.

• Etkilenen endüstriler: Borulama yaygındır çelik döküm Besleme gereksinimlerinin yüksek olduğu yapısal ve basınç bileşenleri için.
• Kontrol Önlemleri: Uygun yükseltici tasarımı, yalıtım kolları ve ekzotermik malzemelerin kullanımı dahil, bu kusurları önemli ölçüde azaltabilir veya ortadan kaldırabilir.

4. Metalurjik bakış açısı

Katılım davranışı alaşım bağımlıdır ve büzülme özelliklerini etkiler:

Eutektik katılaşma

Gri Demir ve Al-Si gibi alaşımlar dar donma aralıkları sergiler. Katılaşma, döküm boyunca neredeyse aynı anda meydana gelir, beslenme ihtiyaçlarını azaltmak ancak gaz gözenekliliği riskini arttırmak.

Yönlendirme

Yapısal dökümler için tercih edilir (örneğin, Çeliklerde veya NI tabanlı süper alaşımlarda), Bu, öngörülebilir besleme yollarına izin verir.

Termal gradyanı kontrol ederek, katılaşma incelticiden daha kalın bölümlere ilerler.

Equiaxed katılaşma

Bronzlarda ve bazı allaylarda yaygın, Bu, tahılların rastgele çekirdeklenmesini içerir, besleme kanallarını bozabilir ve gözenekliliği artırabilir.

Metalurjik bir bakış açısından, tahıl arıtma, aşılama, Ve alaşım tasarımı Tekdüze katılaşmayı teşvik ederek ve beslenebilirliği artırarak büzülmeyi en aza indirmede kritik roller oynayın.

5. Tasarım & Mühendislik perspektifi

Bir tasarım ve mühendislik açısından, Büzülmeyi kontrol etmek akıllı geometri ve hedefli beslenme stratejileri ile başlar.

Etkili parçalar sadece metalurji anlayışını yansıtmakla kalmaz, aynı zamanda bölümlemedeki en iyi uygulamaları da somutlaştırır, desen ölçeklendirme, ve termal yönetim.

Bölüm kalınlığı & Termal gradyanlar

Daha kalın bölümler ısıyı daha uzun süre tutar, En son katılaşan ve erimiş metali daha ince bölgelerden uzaklaştıran “sıcak noktalar” oluşturmak.

Örneğin, A 50 MM kalınlığında çelik duvar 5 ° C/dakika, oysa bir 10 mm bölümü soğur 20 Aynı koşullar altında ° C/dk. Bunu hafifletmek için:

• Tek tip duvar kalınlığı aşırı gradyanları en aza indirir.
• Yuvarlak geçişler (Minimum fileto yarıçapı = 0,5 × duvar kalınlığı) lokalize termal stresi önleyin.
• Kalınlık daha fazla değiştiğinde 3:1, Dahili titreme veya lokalize yükselticiler dahil edin.

Desen ölçeklendirme & Bölgesel ödenekler

Global büzülme ödenekleri tipik olarak 2.4% karbon çelikleri için 6.0% alüminyum alaşımlar için. Fakat, Karmaşık döküm talebi bölgeye özgü ölçeklendirme:

• İnce ağlar (≤ 5 mm): 0.8 × Global Ödenek uygulayın (örneğin. 1.9% çelik için).
• Kalın patronlar (≥ 30 mm): 1.2 × arttırıcı (örneğin. 2.9% çelik için).
  Modern CAD araçları çok faktörlü ölçeklendirmeyi destekliyor, Yerel ödeneklerin desen geometrisine doğrudan eşlenmesine izin vermek.

Yükseltici, Kaplama & Soğuk Stratejiler

Tanıtma yönlendirme Besleyicilerin ve sıcaklık kontrollerinin stratejik yerleştirilmesini gerektirir:

• Yükseltici hacmi Eşit olmalı 30–40 Beslediği bölgenin kütlesinin.
• Yükselticileri doğrudan termal sıcak noktaların üzerinde konumlandırın, katılaşma simülasyonu veya termal analiz yoluyla tanımlandı.
• Yalıtım kolları Çevresinde yükselenler soğutmalarını% 15-20 yavaşlatır, Besleme süresini uzatma.
• Titreme Bakır veya demirden yapılmış yerel katılaşmayı hızlandırır, katılaşma cephesini yükselticiye doğru yönlendirmek.

Üretilebilirlik için tasarım

Tasarım ve Foundry ekipleri arasındaki erken işbirliği büzülme riskini azaltır.

Entegre ederek DFM Yönergeleri- Tekdüzen bölüm gibi, Yeterli taslak açılar (> 2Kum dökümü için °), ve basitleştirilmiş çekirdekler - mühendisler:

• Daha düşük hurda oranları 20–30
• Birden çok desen yinelemesinden kaçınarak teslim sürelerini kısaltın
• Yüksek hassasiyetli bileşenlerde birinci geçiş başarısını sağlayın, ile motor gövdeleri gibi ± 0.2 mm Tolerans Gereksinimleri

6. Simülasyon & Öngörücü modelleme

Modern Döküm İşlemleri Kaldıraç CFD tabanlı termal ve sıvı simülasyonları büzülmeye eğilimli alanları önceden belirlemek için.

Magmasoft® gibi araçları kullanma, Flow-3d®, veya Procast®, Dökümhaneler:

• Tahmin etmek Sıcak noktalar Ve yem yolları
• Alaşım seçiminin etkisini değerlendirin, kalıp tasarımı, ve dökme parametreleri
• Fiziksel üretimden önce birden fazla döküm senaryosunu simüle edin

Simülasyonu entegre etmek CAD/CAM Sistemleri Daha doğru takım tasarımı sağlar, önemli ölçüde azalıyor deneme yanılma yinelemeleri, atık, ve teslim süresi.

7. Kalite Kontrol & Denetleme

Döküm bütünlüğünü doğrulamada kusur tespiti çok önemlidir. Yaygın olarak kullanılmış Tahribatsız test (NDT) yöntemler içerir:

• Radyografik inceleme (röntgen): Dahili büzülme boşluklarını ve makro kusurları tespit eder
• Ultrasonik Test (UT): Yoğun alaşımlarda gözeneklilik ve iç süreksizlikleri tespit etmek için ideal
• Boyutsal analiz (CMM, 3D lazer taraması): Büzülme ödeneklerini ve spesifikasyonlara uygunluğu doğrular

Dökümhaneler de uygular İstatistiksel Süreç Kontrolü (SPC) parti boyunca büzülme varyasyonlarını izlemek ve süreç kapasitesini sürekli iyileştirmek için.

8. Ortak döküm alaşımları için yaklaşık doğrusal büzülme ödenekleri.

Aşağıda, yaygın olarak dökülen alaşımlar için yaklaşık doğrusal büzülme ödenekleri konsolide bir tablo bulunmaktadır..

Bunları desen veya CAD ölçeklendirmesinde başlangıç ​​noktaları olarak kullanın - daha sonra son boyutlarda araştırmak için simülasyon ve prototip denemeleriyle doğrulayın.

9. Çözüm

Metal dökümünde çeşitli büzülme türlerini anlamak -, katılaşma, ve katı hal-yapısal olarak ses ve boyutsal olarak doğru bileşenler üretmek için gereklidir.

Alaşımlar ve parça geometrileri daha karmaşık hale geldikçe, Stratejilerimiz de gelişmeli.

Büzülmeyi azaltmak bir çok disiplinli yaklaşım metalurji dahil, tasarım, simülasyon, ve kalite kontrol.

Kucaklayan dökümhaneler öngörücü modelleme, Gerçek Zamanlı Kontrol, Ve İşbirlikçi tasarım süreçleri atığı azaltmak için daha donanımlı, Maliyeti optimize et, ve en yüksek performans ve güvenilirlik standartlarını karşılayan bileşenler sunmak.

Şu tarihte: BU, Alaşımın seçildiği veya döküm sonrası tedavinin uygulandığından emin olmak için projenizi tasarım sürecinin başlarında tartışmaktan mutluluk duyuyoruz, Sonuç, mekanik ve performans özelliklerinizi karşılayacaktır.

Gereksinimlerinizi tartışmak için, e -posta [email protected].