Litje telesa ventila je pomemben del proizvodnega procesa ventila, kakovost ulitka ventila pa določa kakovost ventila. V nadaljevanju je predstavljenih več metod litja, ki se pogosto uporabljajo v industriji ventilov:
Litje v pesek:
Litje v pesek, ki se pogosto uporablja v industriji ventilov, lahko glede na različna veziva razdelimo na zeleni pesek, suhi pesek, pesek iz vodnega stekla in samoutrjujoč pesek iz furanove smole.
(1) Zeleni pesek je postopek oblikovanja, pri katerem se kot vezivo uporablja bentonit.
Njegove značilnosti so:Končnega peščenega kalupa ni treba sušiti ali utrjevati, peščeni kalup ima določeno mokro trdnost, peščeno jedro in lupina kalupa pa imata dober izkoristek, kar omogoča enostavno čiščenje in stresanje ulitkov. Učinkovitost proizvodnje kalupov je visoka, proizvodni cikel je kratek, stroški materiala so nizki, organizacija proizvodnje na tekočem traku pa je priročna.
Njegove slabosti so:Ulitki so nagnjeni k napakam, kot so pore, vključki peska in oprijem peska, kakovost ulitkov, zlasti notranja kakovost, pa ni idealna.
Tabela razmerij in zmogljivosti zelenega peska za jeklene ulitke:
(2) Suhi pesek je postopek oblikovanja z uporabo gline kot veziva. Dodatek malo bentonita lahko izboljša njegovo mokro trdnost.
Njegove značilnosti so:Peščeni kalup je treba posušiti, ima dobro prepustnost zraka, ni nagnjen k napakam, kot so pranje peska, lepljenje peska in pore, kakovost ulitka pa je dobra.
Njegove slabosti so:Zahteva opremo za sušenje peska in proizvodni cikel je dolg.
(3) Pesek za vodno steklo je postopek modeliranja, pri katerem se kot vezivo uporablja vodno steklo. Njegove značilnosti so: vodno steklo se samodejno strdi, ko je izpostavljeno CO2, in ima lahko različne prednosti metode utrjevanja s plinom za modeliranje in izdelavo jeder, vendar obstajajo tudi pomanjkljivosti, kot so slaba zložljivost lupine kalupa, težave pri čiščenju ulitkov s peskom ter nizka stopnja regeneracije in recikliranja starega peska.
Tabela razmerij in zmogljivosti vodnega stekla za utrjevanje s CO2 peskom:
(4) Samoutrjujoča se furanova smola za litje v pesku je postopek litja, pri katerem se furanova smola uporablja kot vezivo. Pesek za litje se strdi zaradi kemične reakcije veziva pod vplivom trdilca pri sobni temperaturi. Njegova značilnost je, da peščenega kalupa ni treba sušiti, kar skrajša proizvodni cikel in prihrani energijo. Pesek za litje smole se enostavno stiska in ima dobre lastnosti razpadanja. Pesek za litje ulitkov je enostaven za čiščenje. Ulitki imajo visoko dimenzijsko natančnost in dobro površinsko obdelavo, kar lahko močno izboljša kakovost ulitkov. Njegove pomanjkljivosti so: visoke zahteve glede kakovosti surovega peska, rahlo oster vonj na mestu proizvodnje in visoki stroški smole.
Razmerje in postopek mešanja mešanice peska iz furanske smole brez pečenja:
Postopek mešanja samotrdljivega peska iz furanove smole: Za pripravo samotrdljivega peska iz smole je najbolje uporabiti neprekinjeni mešalnik peska. Surovi pesek, smola, sredstvo za utrjevanje itd. se dodajajo zaporedno in hitro mešajo. Mešanje in uporaba sta mogoča kadar koli.
Vrstni red dodajanja različnih surovin pri mešanju smolnega peska je naslednji:
Surov pesek + sredstvo za utrjevanje (vodna raztopina p-toluensulfonske kisline) – (120 ~ 180S) – smola + silan – (60 ~ 90S) – proizvodnja peska
(5) Tipičen postopek izdelave ulitka v pesek:
Precizno litje:
V zadnjih letih so proizvajalci ventilov vse več pozornosti namenili videzu in dimenzijski natančnosti ulitkov. Ker je dober videz osnovna zahteva trga, je tudi merilo pozicioniranja za prvi korak obdelave.
Pogosto uporabljeno precizno litje v industriji ventilov je investicijsko litje, ki je na kratko predstavljeno takole:
(1) Dve metodi litja raztopine:
①Uporaba nizkotemperaturnega materiala za kalupe na osnovi voska (stearinska kislina + parafin), nizkotlačno vbrizgavanje voska, lupina vodnega stekla, razvoskavanje z vročo vodo, atmosfersko taljenje in ulivanje, ki se uporablja predvsem za ulitke iz ogljikovega jekla in nizko legiranega jekla s splošnimi zahtevami glede kakovosti, dimenzijska natančnost ulitkov lahko doseže nacionalni standard CT7~9.
② Z uporabo materiala za kalupe na osnovi srednjetemperaturne smole, visokotlačnega vbrizgavanja voska, lupine kalupa s silicijevim dioksidom, parnega razvoskanja, hitrega atmosferskega ali vakuumskega taljenja lahko dimenzijska natančnost ulitkov doseže precizne ulitke CT4-6.
(2) Tipičen procesni potek litja v plastiko:
(3) Značilnosti litja z visokotlačno obdelavo:
①Ulitek ima visoko dimenzijsko natančnost, gladko površino in dober videz.
② Možno je ulivati dele s kompleksnimi strukturami in oblikami, ki jih je težko obdelati z drugimi postopki.
③ Materiali za litje niso omejeni, na voljo so različni legirani materiali, kot so: ogljikovo jeklo, nerjaveče jeklo, legirano jeklo, aluminijeve zlitine, visokotemperaturne zlitine in plemenite kovine, zlasti legirani materiali, ki jih je težko kovati, variti in rezati.
④ Dobra proizvodna fleksibilnost in velika prilagodljivost. Lahko se proizvaja v velikih količinah, primeren pa je tudi za posamezno ali majhno serijsko proizvodnjo.
⑤ Litje po metodi tlačnega litja ima tudi določene omejitve, kot so: neroden procesni potek in dolg proizvodni cikel. Zaradi omejenih tehnik litja, ki jih je mogoče uporabiti, njegova tlačna nosilnost ne more biti zelo visoka, ko se uporablja za litje tlačno odpornih ulitkov ventilov s tanko lupino.
Analiza napak pri ulivanju
Vsak ulitek bo imel notranje napake, prisotne so velike skrite nevarnosti za notranjo kakovost ulitka, popravila z varjenjem za odpravo teh napak v proizvodnem procesu pa bodo prav tako močno obremenila proizvodni proces. Zlasti ventili so tankoplastni ulitki, ki prenesejo tlak in temperaturo, zato je kompaktnost njihovih notranjih struktur zelo pomembna. Zato so notranje napake ulitkov odločilni dejavnik, ki vpliva na kakovost ulitkov.
Notranje napake ulitkov ventilov vključujejo predvsem pore, vključke žlindre, poroznost zaradi krčenja in razpoke.
(1) Pore:Pore nastanejo zaradi plina, površina por je gladka in nastanejo znotraj ali blizu površine ulitka, njihove oblike pa so večinoma okrogle ali podolgovate.
Glavni viri plina, ki ustvarjajo pore, so:
① Dušik in vodik, raztopljena v kovini, se med strjevanjem ulitka zadržita v kovini in tvorita zaprte krožne ali ovalne notranje stene s kovinskim sijajem.
②Vlaga ali hlapne snovi v materialu za oblikovanje se zaradi segrevanja spremenijo v plin, pri čemer nastanejo pore s temno rjavimi notranjimi stenami.
③ Med postopkom ulivanja kovine zaradi nestabilnega toka pride do vdora zraka, ki tvori pore.
Metoda preprečevanja stomatalne okvare:
① Pri taljenju je treba čim manj ali sploh ne uporabljati zarjavelih kovinskih surovin, orodja in zajemalke pa je treba žgati in sušiti.
②Ulivanje staljenega jekla je treba izvajati pri visoki temperaturi in ulivati pri nizki temperaturi, staljeno jeklo pa je treba ustrezno umiriti, da se olajša plavanje plina.
③ Zasnova postopka izlivalnega dvižnega voda mora povečati tlačno višino staljenega jekla, da se prepreči ujetje plina, in vzpostaviti umetno pot plina za razumen izpuh.
④Materiali za kalupe morajo nadzorovati vsebnost vode in količino plina, povečati prepustnost zraka, peščeni kalup in peščeno jedro pa je treba čim bolj peči in sušiti.
(2) Krčna votlina (ohlapen prostor):Gre za koherentno ali nekoherentno krožno ali nepravilno votlino (votlino), ki se pojavi znotraj ulitka (zlasti na vroči točki), z grobo notranjo površino in temnejšo barvo. Groba kristalna zrna, večinoma v obliki dendritov, zbrana na enem ali več mestih, so nagnjena k puščanju med hidravličnim preskusom.
Razlog za krčenje votline (ohlapnost):Do krčenja volumna pride, ko se kovina strdi iz tekočega v trdno stanje. Če v tem času ni dovolj staljenega jekla, se neizogibno pojavi votlina zaradi krčenja. Votlina zaradi krčenja jeklenih ulitkov je v osnovi posledica nepravilnega nadzora nad zaporednim procesom strjevanja. Razlogi so lahko nepravilne nastavitve dvižnega voda, previsoka temperatura ulivanja staljenega jekla in veliko krčenje kovine.
Metode za preprečevanje votlin zaradi krčenja (razrahljanosti):① Znanstveno zasnujte sistem ulivanja ulitkov za doseganje postopnega strjevanja staljenega jekla, pri čemer je treba dele, ki se najprej strdijo, dopolniti s staljenim jeklom. ② Pravilno in razumno nastavite dvižni vod, podaljšek, notranje in zunanje hladno železo, da zagotovite zaporedno strjevanje. ③ Pri ulivanju staljenega jekla je vbrizgavanje od zgoraj iz dvižnega voda koristno za zagotovitev temperature staljenega jekla in dovajanja ter zmanjšanje pojava krčnih votlin. ④ Kar zadeva hitrost ulivanja, je ulivanje pri nizki hitrosti bolj ugodno za zaporedno strjevanje kot ulivanje pri visoki hitrosti. ⑸ Temperatura ulivanja ne sme biti previsoka. Staljeno jeklo se vzame iz peči pri visoki temperaturi in se ulije po sedaciji, kar je koristno za zmanjšanje krčnih votlin.
(3) Vključki peska (žlindra):Vključki peska (žlindra), splošno znani kot mehurji, so neprekinjene okrogle ali nepravilne luknje, ki se pojavijo v notranjosti ulitkov. Luknje so pomešane s peskom za kalupe ali jekleno žlindro, z nepravilnimi velikostmi in se v njih zgostijo. Na enem ali več mestih, pogosto več na zgornjem delu.
Vzroki za vključitev peska (žlindre):Vključek žlindre nastane zaradi diskretne jeklene žlindre, ki vstopi v ulitek skupaj s staljenim jeklom med postopkom taljenja ali ulivanja. Vključek peska nastane zaradi nezadostne tesnosti kalupne votline med oblikovanjem. Ko se staljeno jeklo vlije v kalupno votlino, staljeno jeklo izpere kalupni pesek in ta vstopi v notranjost ulitka. Poleg tega sta vzroka za vključek peska tudi nepravilno delovanje med obrezovanjem in zapiranjem škatle ter pojav padanja peska.
Metode za preprečevanje vključkov peska (žlindre):① Ko se staljeno jeklo tali, je treba izpušne pline in žlindro čim bolj temeljito izsesati. ② Vrečke za ulivanje staljenega jekla ne obračajte, temveč uporabite vrečko v obliki čajnika ali spodnjo vrečko za ulivanje, da preprečite, da bi žlindra nad staljenim jeklom skupaj s staljenim jeklom vstopila v livarsko votlino. ③ Pri ulivanju staljenega jekla je treba sprejeti ukrepe, da preprečite, da bi žlindra skupaj s staljenim jeklom vstopila v votlino kalupa. ④Da bi zmanjšali možnost vdora peska, med modeliranjem zagotovite tesnost peščenega kalupa, pazite, da pri obrezovanju ne izgubite peska, in pred zaprtjem škatle izpihnite votlino kalupa.
(4) Razpoke:Večina razpok v ulitkih je vročih razpok, nepravilnih oblik, prodornih ali neprodornih, neprekinjenih ali občasnih, kovina na mestih razpok pa je temna ali ima površinsko oksidacijo.
vzroki za razpoke, in sicer visokotemperaturne napetosti in deformacije tekočega filma.
Visokotemperaturna napetost je napetost, ki nastane zaradi krčenja in deformacije staljenega jekla pri visokih temperaturah. Ko napetost preseže mejo trdnosti ali plastične deformacije kovine pri tej temperaturi, se pojavijo razpoke. Deformacija tekočega filma je nastanek tekočega filma med kristalnimi zrni med procesom strjevanja in kristalizacije staljenega jekla. Z napredovanjem strjevanja in kristalizacije se tekoči film deformira. Ko količina in hitrost deformacije presežeta določeno mejo, nastanejo razpoke. Temperaturno območje termičnih razpok je približno 1200~1450 ℃.
Dejavniki, ki vplivajo na razpoke:
① Elementa S in P v jeklu sta škodljiva dejavnika za nastanek razpok, njuna evtektika z železom pa pri visokih temperaturah zmanjšuje trdnost in plastičnost litega jekla, kar povzroča razpoke.
② Vključevanje in segregacija žlindre v jeklu povečata koncentracijo napetosti, s čimer se poveča nagnjenost k vročim razpokam.
③ Večji kot je linearni koeficient krčenja vrste jekla, večja je nagnjenost k vročim razpokam.
④ Večja kot je toplotna prevodnost vrste jekla, večja je površinska napetost, boljše so mehanske lastnosti pri visokih temperaturah in manjša je nagnjenost k vročim razpokam.
⑤ Strukturna zasnova ulitkov je slaba glede izdelave, kot so premajhni zaobljeni vogali, velike razlike v debelini sten in huda koncentracija napetosti, kar lahko povzroči razpoke.
⑥ Kompaktnost peščenega kalupa je prevelika, slab tečenje jedra pa ovira krčenje ulitka in povečuje nagnjenost k razpokam.
⑦Na nastanek razpok vplivajo tudi drugi dejavniki, kot so nepravilna razporeditev dvižnega kanala, prehitro hlajenje ulitka, prekomerna napetost zaradi rezanja dvižnega kanala in toplotne obdelave itd.
Glede na vzroke in vplivne dejavnike zgoraj navedenih razpok je mogoče sprejeti ustrezne ukrepe za zmanjšanje in preprečevanje nastanka razpok.
Na podlagi zgornje analize vzrokov napak pri ulivanju, ugotavljanja obstoječih težav in sprejemanja ustreznih ukrepov za izboljšanje lahko najdemo rešitev za napake pri ulivanju, kar bo prispevalo k izboljšanju kakovosti ulitkov.
Čas objave: 31. avg. 2023