Odlewanie korpusu zaworu jest ważną częścią procesu produkcji zaworu, a jakość odlewu zaworu określa jakość zaworu.Poniżej przedstawiono kilka metod procesu odlewania powszechnie stosowanych w przemyśle zaworów:
Odlewanie piasku:
Odlewy piaskowe powszechnie stosowane w przemyśle zaworów można podzielić na piasek zielony, piasek suchy, piasek ze szkła wodnego i piasek samoutwardzalny na bazie żywicy furanowej, według różnych spoiw.
(1) Zielony piasek to proces formowania z wykorzystaniem bentonitu jako spoiwa.
Jego cechy to:gotowa forma piaskowa nie musi być suszona ani utwardzana, forma piaskowa ma pewną wytrzymałość na mokro, a rdzeń piaskowy i skorupa formy mają dobrą wydajność, co ułatwia czyszczenie i wytrząsanie odlewów.Wydajność produkcji formowania jest wysoka, cykl produkcyjny jest krótki, koszt materiału jest niski i wygodnie jest organizować produkcję na linii montażowej.
Jego wady to:odlewy są podatne na wady, takie jak pory, wtrącenia piasku i przyczepność piasku, a jakość odlewów, zwłaszcza jakość wewnętrzna, nie jest idealna.
Tabela proporcji i wydajności świeżego piasku do odlewów staliwnych:
(2) Suchy piasek to proces formowania z wykorzystaniem gliny jako spoiwa.Dodanie odrobiny bentonitu może poprawić jego wytrzymałość na mokro.
Jego cechy to:forma piaskowa wymaga wysuszenia, ma dobrą przepuszczalność powietrza, nie jest podatna na wady, takie jak wymywanie piasku, przyklejanie się piasku i pory, a wewnętrzna jakość odlewu jest dobra.
Jego wady to:wymaga sprzętu do suszenia piasku, a cykl produkcyjny jest długi.
(3) Piasek ze szkła wodnego to proces modelowania wykorzystujący szkło wodne jako spoiwo.Jego właściwości są następujące: szkło wodne ma funkcję automatycznego utwardzania pod wpływem CO2 i może mieć różne zalety metody hartowania gazowego do modelowania i wykonywania rdzeni, ale istnieją wady, takie jak słaba zapadalność skorupy formy, trudności w czyszczeniu piaskiem odlewów oraz niski stopień regeneracji i recyklingu starego piasku.
Tabela proporcji i wydajności piasku do utwardzania szkła wodnego CO2:
(4) Formowanie w piasku samoutwardzalnym żywicą furanową to proces odlewania z wykorzystaniem żywicy furanowej jako spoiwa.Masa formierska krzepnie w wyniku reakcji chemicznej spoiwa pod działaniem utwardzacza w temperaturze pokojowej.Charakteryzuje się tym, że formy piaskowej nie trzeba suszyć, co skraca cykl produkcyjny i oszczędza energię.Żywiczna masa formierska jest łatwa do zagęszczenia i ma dobre właściwości rozdrabniające.Masa formierska z odlewów jest łatwa w czyszczeniu.Odlewy charakteryzują się dużą dokładnością wymiarową i dobrym wykończeniem powierzchni, co może znacznie poprawić jakość odlewów.Jego wadami są: wysokie wymagania jakościowe wobec surowego piasku, lekko ostry zapach w miejscu produkcji i wysoki koszt żywicy.
Proporcje i proces mieszania mieszanki piasku bez wypalania żywicy furanowej:
Proces mieszania piasku samoutwardzalnego na bazie żywicy furanowej: Do wytworzenia piasku samoutwardzalnego na bazie żywicy najlepiej jest używać mieszalnika ciągłego.Surowy piasek, żywica, utwardzacz itp. dodaje się kolejno i szybko miesza.Można go mieszać i używać w dowolnym momencie.
Kolejność dodawania różnych surowców podczas mieszania piasku żywicznego jest następująca:
Piasek surowy + utwardzacz (roztwór wodny kwasu p-toluenosulfonowego) – (120 ~ 180S) – żywica + silan – (60 ~ 90S) – produkcja piasku
(5) Typowy proces produkcji odlewów piaskowych:
Odlewanie precyzyjne:
W ostatnich latach producenci zaworów zwracają coraz większą uwagę na jakość wyglądu i dokładność wymiarową odlewów.Ponieważ dobry wygląd jest podstawowym wymaganiem rynku, jest także punktem odniesienia dla pierwszego etapu obróbki.
Powszechnie stosowanym odlewem precyzyjnym w przemyśle zaworów jest odlewanie metodą traconą, które pokrótce przedstawiono w następujący sposób:
(1) Dwie metody procesowe odlewania roztworu:
① Stosowanie niskotemperaturowego materiału formy na bazie wosku (kwas stearynowy + parafina), niskociśnieniowego wtrysku wosku, powłoki ze szkła wodnego, odparafinowania gorącą wodą, procesu topienia i zalewania w atmosferze, stosowanego głównie do odlewów ze stali węglowej i stali niskostopowej z ogólnymi wymaganiami jakościowymi , Dokładność wymiarowa odlewów może osiągnąć normę krajową CT7 ~ 9.
② Stosując średniotemperaturowy materiał formy na bazie żywicy, wtrysk wosku pod wysokim ciśnieniem, skorupę formy z zolu krzemionkowego, odparafinowanie parowe, szybki proces odlewania w atmosferze lub w topieniu próżniowym, dokładność wymiarowa odlewów może osiągnąć odlewy precyzyjne CT4-6.
(2) Typowy przebieg procesu odlewania metodą traconego paliwa:
(3) Charakterystyka odlewów metodą traconą:
①Odlew ma wysoką dokładność wymiarową, gładką powierzchnię i dobrą jakość wyglądu.
② Możliwe jest odlewanie części o skomplikowanych strukturach i kształtach, które są trudne do obróbki innymi procesami.
③ Materiały odlewnicze nie są ograniczone, różne materiały stopowe, takie jak: stal węglowa, stal nierdzewna, stal stopowa, stop aluminium, stopy wysokotemperaturowe i metale szlachetne, zwłaszcza materiały stopowe, które są trudne do kucia, spawania i cięcia.
④ Dobra elastyczność produkcji i duże zdolności adaptacyjne.Może być produkowany w dużych ilościach i nadaje się również do produkcji pojedynczych sztuk lub małych partii.
⑤ Casting inwestycyjny ma również pewne ograniczenia, takie jak: uciążliwy przebieg procesu i długi cykl produkcyjny.Ze względu na ograniczone techniki odlewania, które można zastosować, jego nośność nie może być bardzo wysoka, gdy jest stosowany do odlewania cienkościennych odlewów zaworów nośnych pod ciśnieniem.
Analiza wad odlewniczych
Każdy odlew będzie miał wady wewnętrzne, istnienie tych wad spowoduje ogromne ukryte zagrożenia dla wewnętrznej jakości odlewu, a naprawa spawalnicza mająca na celu wyeliminowanie tych wad w procesie produkcyjnym również spowoduje duże obciążenie procesu produkcyjnego.W szczególności zawory są odlewami cienkościennymi, które wytrzymują ciśnienie i temperaturę, a zwartość ich konstrukcji wewnętrznych jest bardzo ważna.Decydującym czynnikiem wpływającym na jakość odlewów stają się zatem wady wewnętrzne odlewów.
Wady wewnętrzne odlewów zaworów obejmują głównie pory, wtrącenia żużla, porowatość skurczową i pęknięcia.
(1) Pory:Pory powstają pod wpływem gazu, powierzchnia porów jest gładka i powstają wewnątrz lub w pobliżu powierzchni odlewu, a ich kształty są przeważnie okrągłe lub podłużne.
Głównymi źródłami gazu wytwarzającymi pory są:
① Azot i wodór rozpuszczone w metalu są zawarte w metalu podczas krzepnięcia odlewu, tworząc zamknięte okrągłe lub owalne ścianki wewnętrzne z metalicznym połyskiem.
②Wilgoć lub substancje lotne w materiale formierskim pod wpływem ogrzewania zamienią się w gaz, tworząc pory o ciemnobrązowych ściankach wewnętrznych.
③ Podczas procesu zalewania metalu, ze względu na niestabilny przepływ, powietrze tworzy pory.
Metoda zapobiegania wadom szparkowym:
① Podczas wytapiania zardzewiałych surowców metalowych należy używać jak najmniej lub wcale, a narzędzia i chochle należy wypalać i suszyć.
②Wylewanie roztopionej stali powinno odbywać się w wysokiej temperaturze i wylewać w niskiej temperaturze, a roztopiona stal powinna być odpowiednio uspokojona, aby ułatwić unoszenie się gazu.
③ Projekt procesu rury wznośnej powinien zwiększać wysokość ciśnienia roztopionej stali, aby uniknąć uwięzienia gazu, i stworzyć sztuczną ścieżkę gazu dla rozsądnego odsysania.
④Materiały formierskie powinny kontrolować zawartość wody i objętość gazu, zwiększać przepuszczalność powietrza, a formę piaskową i rdzeń piaskowy należy wypalić i wysuszyć w jak największym stopniu.
(2) Wnęka skurczowa (luźna):Jest to spójna lub niespójna okrągła lub nieregularna wnęka (wnęka), która występuje wewnątrz odlewu (szczególnie w gorącym miejscu), o chropowatej powierzchni wewnętrznej i ciemniejszym kolorze.Grube ziarna kryształów, przeważnie w postaci dendrytów, zebrane w jednym lub kilku miejscach, podatne na wycieki podczas próby hydraulicznej.
Przyczyna wnęki skurczowej (luźności):Skurcz objętościowy występuje, gdy metal zestala się ze stanu ciekłego do stałego.Jeśli w tym czasie nie będzie wystarczającego uzupełnienia stopionej stali, nieuchronnie wystąpi wnęka skurczowa.Wnęka skurczowa odlewów stalowych jest zasadniczo spowodowana niewłaściwą kontrolą procesu sekwencyjnego krzepnięcia.Przyczynami mogą być nieprawidłowe ustawienia pionu, zbyt wysoka temperatura zalewania roztopionej stali oraz duży skurcz metalu.
Metody zapobiegania ubytkom skurczowym (luźnościom):① Naukowo zaprojektuj system zalewania odlewów, aby uzyskać sekwencyjne krzepnięcie roztopionej stali, a części, które krzepną jako pierwsze, należy uzupełnić stopioną stalą.② Prawidłowo i rozsądnie ustawić pion, dotację, wewnętrzne i zewnętrzne zimne żelazo, aby zapewnić sekwencyjne krzepnięcie.③Po wylaniu roztopionej stali korzystne jest wtryskiwanie od góry z rury pionowej, aby zapewnić temperaturę roztopionej stali i podawania oraz zmniejszyć występowanie ubytków skurczowych.④ Jeśli chodzi o prędkość zalewania, zalewanie z małą prędkością bardziej sprzyja sekwencyjnemu zestalaniu niż odlewanie z dużą prędkością.⑸Temperatura zalewania nie powinna być zbyt wysoka.Roztopiona stal jest wyjmowana z pieca w wysokiej temperaturze i wylewana po sedacji, co korzystnie wpływa na zmniejszenie ubytków skurczowych.
(3) Wtrącenia piasku (żużel):Wtrącenia piasku (żużel), powszechnie znane jako pęcherze, to nieciągłe, okrągłe lub nieregularne dziury pojawiające się wewnątrz odlewów.Otwory miesza się z piaskiem formierskim lub żużlem stalowym o nieregularnych rozmiarach i zagregowuje w nich.Jedno lub więcej miejsc, często więcej w górnej części.
Przyczyny włączenia piasku (żużla):Wtrącenia żużla powstają w wyniku przedostania się dyskretnego żużla stalowego do odlewu wraz z roztopioną stalą podczas procesu wytapiania lub zalewania.Wtrącenie piasku spowodowane jest niedostateczną szczelnością wnęki formy podczas formowania.Po wlaniu roztopionej stali do gniazda formy, piasek formierski zostaje wypłukany przez roztopioną stal i przedostaje się do wnętrza odlewu.Dodatkowo przyczyną wtrącania się piasku jest także niewłaściwa obsługa podczas przycinania i zamykania skrzynki oraz zjawisko wypadania piasku.
Metody zapobiegania wtrąceniom piasku (żużlu):① Podczas wytapiania roztopionej stali należy jak najdokładniej usunąć spaliny i żużel.② Staraj się nie przewracać worka do wylewania roztopionej stali, ale użyj worka do wylewania z czajnikiem lub dolnego worka do wylewania, aby zapobiec przedostawaniu się żużla znad roztopionej stali do wgłębienia odlewniczego wraz ze stopioną stalą.③ Podczas zalewania roztopionej stali należy podjąć środki zapobiegające przedostawaniu się żużla do wnęki formy wraz z roztopioną stalą.④Aby zmniejszyć możliwość wtrącenia się piasku, podczas modelowania należy zadbać o szczelność formy piaskowej, uważać, aby nie stracić piasku podczas przycinania, a przed zamknięciem pudełka przedmuchać wnękę formy do czysta.
(4) Pęknięcia:Większość pęknięć w odlewach to pęknięcia gorące, o nieregularnych kształtach, penetrujące lub niepenetrujące, ciągłe lub przerywane, a metal w miejscu pęknięć jest ciemny lub ma utlenienie powierzchniowe.
przyczyny pęknięć, mianowicie naprężenia wysokotemperaturowe i odkształcenie filmu cieczy.
Naprężenie wysokotemperaturowe to naprężenie powstające w wyniku skurczu i odkształcenia stopionej stali w wysokich temperaturach.Kiedy naprężenie przekroczy granicę wytrzymałości lub odkształcenia plastycznego metalu w tej temperaturze, pojawią się pęknięcia.Odkształcenie filmu cieczy polega na tworzeniu się filmu cieczy pomiędzy ziarnami kryształów podczas procesu krzepnięcia i krystalizacji roztopionej stali.Wraz z postępem krzepnięcia i krystalizacji warstwa cieczy ulega deformacji.Kiedy wielkość odkształcenia i prędkość odkształcenia przekraczają pewien limit, powstają pęknięcia.Zakres temperatur pęknięć termicznych wynosi około 1200 ~ 1450 ℃.
Czynniki wpływające na pęknięcia:
① Pierwiastki S i P w stali są czynnikami szkodliwymi dla pęknięć, a ich eutektyka z żelazem zmniejsza wytrzymałość i plastyczność staliwa w wysokich temperaturach, czego skutkiem są pęknięcia.
② Wtrącenie i segregacja żużla w stali zwiększają koncentrację naprężeń, zwiększając w ten sposób tendencję do pękania na gorąco.
③ Im większy współczynnik skurczu liniowego gatunku stali, tym większa tendencja do pękania na gorąco.
④ Im większa przewodność cieplna rodzaju stali, tym większe napięcie powierzchniowe, tym lepsze właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach i mniejsza tendencja do pękania na gorąco.
⑤ Konstrukcja odlewów ma słabą zdolność produkcyjną, na przykład zbyt małe zaokrąglone narożniki, duże różnice w grubości ścianek i duża koncentracja naprężeń, co powoduje pęknięcia.
⑥Zwartość formy piaskowej jest zbyt duża, a niska wydajność rdzenia utrudnia kurczenie się odlewu i zwiększa skłonność do pęknięć.
⑦Inne, takie jak niewłaściwe ułożenie pionu, zbyt szybkie chłodzenie odlewu, nadmierne naprężenia spowodowane przecięciem pionu i obróbką cieplną itp. również będą miały wpływ na powstawanie pęknięć.
W zależności od przyczyn i czynników wpływających na powyższe pęknięcia, można podjąć odpowiednie środki w celu ograniczenia i uniknięcia występowania uszkodzeń pęknięć.
Na podstawie powyższej analizy przyczyn wad odlewów, poznania istniejących problemów i podjęcia odpowiednich działań doskonalących, możemy znaleźć rozwiązanie wad odlewów, które będzie sprzyjać poprawie jakości odlewów.
Czas publikacji: 31 sierpnia 2023 r