Критичні характеристики, що впливають на обробку поверхні виливків

2022-10-13

Точність розмірів, з якою зараз можна виготовляти виливки з піску, наблизилася до точності виливків по моделлю. Технології тривимірного піщаного друку значно підвищили точність розмірів форм і стрижнів, але не змогли зрівнятися з гладкістю поверхні звичайних піщаних відливок, не кажучи вже про виплавлені моделі.

Лиття за моделлю забезпечує дуже гладкі деталі з чудовою роздільною здатністю та точністю розмірів. Тривимірні друковані піщані форми та стрижні можуть стати економічно ефективною альтернативою литтю за виплавленими моделями, якщо процес відповідає вимогам як до розмірів, так і до поверхні.

Незважаючи на те, що в області витратних матеріалів для ливарного виробництва було зроблено багато змін і вдосконалень, пісок є єдиним матеріалом, який залишився певною мірою незмінним. Після видобутку і промивання, якщо це необхідно, ливарні піски класифікують на окремі або двосіткові групи і зберігають. Вони об’єднуються в звичайні дистрибутиви для доставки замовнику ливарного виробництва. Незважаючи на те, що існує багато різних дистрибуцій шахт, пісок із подібним числом зернистості AFS поставляється в подібних дистрибуціях. Оздоблення поверхні є невід’ємною частиною специфікацій якості литва. Шорстка внутрішня поверхня виливків може спричинити втрату ефективності як рідин, так і високошвидкісних газів. Це стосується компонентів турбокомпресора та впускного колектора. Університет Північної Айови досліджує характеристики матеріалу форми, які впливають на гладкість поверхні виливків. Дослідження проводилися на алюмінієвих виливках, але мають застосування та актуальність для чорних сплавів, які не мають таких дефектів, як проникнення або дефекти розплавленого піску. Дослідження вивчає вплив характеристик формовочного середовища, таких як тонкість піску, тип матеріалу та вибір вогнетривкого покриття. Мета проекту полягала в тому, щоб виконати фінішну обробку поверхні деталей, відлитих з піску.

Результати проникності та площі поверхні

Проникність AFS визначається як час, необхідний для проходження відомого об’єму повітря через стандартний зразок при висоті 10 см вод. Простіше кажучи, проникність AFS являє собою кількість відкритих просторів між зернами заповнювача, які пропускають повітря. GFN матеріалу суттєво змінює проникність до 80 GFN, де тенденція вирівнюється.

Дані показують, що однакова шорсткість поверхні може бути досягнута з будь-якою формою частинок з різною швидкістю. Сферичні та круглозернисті матеріали покращують плавність лиття з прискореною швидкістю порівняно з кутовими та підкутовими заповнювачами.

Результати контактного кута галію

Вимірювання контактного кута проводили для вимірювання відносної змочуваності пов’язаних формованих заповнювачів рідким металом за допомогою тесту на рідкий галій. Керамічний пісок мав найвищий кут контакту, тоді як циркон і олівін мали аналогічний менший кут контакту. Галій демонстрував гідрофобну поведінку на всіх піщаних поверхнях. Подібний AFS-GFN використовувався для всіх зразків. Результати показують, що кут контакту для типів піску значною мірою залежав від форми зерна заповнювача, як показано на вторинній осі, а не від основного матеріалу. Керамічні піски мали найбільш круглу форму, а олівінові піски мали дуже кутасту форму. Хоча поверхнева змочуваність основного заповнювача може відігравати важливу роль у обробці поверхні лиття, діапазон вимірювання контактного кута в серії випробувань підпорядковувався формі зерна.

Шорсткість поверхні за результатами випробувань відливок

Результати шорсткості поверхні вимірювали за допомогою контактного профілометра. Відбулося значне покращення гладкості поверхні від кремнезему з трьома ситами 44 GFN до кремнезему з чотирма ситами 67 GFN. Зміни понад 67 GFN не вплинули на шорсткість поверхні, незважаючи на зміну ширини розподілу. Дотримується порогове значення 185 RMS.

Значне поліпшення гладкості можна спостерігати між матеріалами 101 і 106 GFN. Пісок 106 GFN має більш ніж на 17% більше матеріалу 200 меш у розподілі сита. Матеріали з двома екранами 115 і 118 GFN призвели до зниження гладкості. Пісок 143 GFN дав подібні показання до циркону 106 GFN. Порогове значення становить 200 RMS.

Постійне покращення гладкості поверхні спостерігалося від хроміту 49 GFN із чотирма екранами до хроміту 73 GFN із трьома екранами, незважаючи на те, що розподіл частинок став вужчим. У хроміті 73 GFN було помічено збільшення на 19% утримання сита 140 меш порівняно з 49 GFN. Було продемонстровано значне збільшення гладкості лиття від хромітового піску 73 GFN із трьома ситами до пісків із чотирма ситами 77 GFN, незалежно від їхньої схожої зернистості. Жодних змін у гладкості між хромітовими матеріалами 77 GFN і 99 GFN не спостерігалося. Цікаво, що два піски мали дуже схоже утримання на ситі 200 меш. Порогове значення становить 250 RMS.

Існує значне покращення гладкості лиття від олівіну 78 GFN до олівіну 84 GFN, незважаючи на більш вузький розподіл. Збільшення на 15% утримування на ситі 140 меш спостерігалося в олівіні 84 GFN. Існує значення між 84 і 85 GFN олівін. Олівін 85 GFN покращив гладкість на 50. Олівін 85 GFN — це пісок із трьома ситами з майже 10% утримуванням на ситі 200 меш, тоді як олівін 84 GFN — це просто двопросіковий матеріал. Постійне покращення гладкості можна спостерігати від олівіну 85 GFN до олівіну 98 GFN. Розподіл сита показує збільшення на 5% утримання на ситі 200 меш. Жодної зміни від 98 GFN до 114 GFN олівіну не спостерігалося, незважаючи на збільшення утримання 200 меш майже на 7%.

Можна спостерігати порогове значення 244 RMS.

Результати шорсткості поверхні для виливків, отриманих із керамічних стрижнів, демонструють незначне покращення між матеріалами 32 GFN та 41 GFN. Спостерігалося збільшення утримування сита 70 меш на 34% у піску 41 GFN. Значне збільшення гладкості спостерігалося між керамікою 41 GFN і 54 GFN. Матеріал 54 GFN мав більш ніж на 19% більше утримування на ситі 100 меш порівняно з матеріалом 41 GFN. Це покращення відбулося, незважаючи на звуження розподілу в матеріалі 54 GFN. Найбільший вплив на керамічні результати спостерігався між пісками 54 GFN і 68 GFN. Пісок 68 GFN мав на 15% більше утримання на ситі 140 меш, що розширило розподіл. Незважаючи на збільшення більш ніж на 40% утримування на ситі 140 меш, незначне покращення спостерігалося між матеріалами 68 GFN і 92 GFN. Порогове значення становить 236 RMS.

Поверхня, створена 3-D друкованим піском, значно шорсткіша, ніж поверхня утрамбованого піску з використанням того самого заповнювача. Зразки, надруковані в орієнтації XY, забезпечили найгладкішу поверхню тестового лиття, тоді як зразки, надруковані в орієнтації XZ і YZ, дали найшорсткішу.

Утрамбований кварцевий пісок без покриття 83 GFN дав значення шорсткості 185 RMS. Хоча виливки виглядали більш гладкими, вогнетривкі покриття збільшили шорсткість поверхні, виміряну профілометром. Покриття з глинозему на спиртовій основі продемонструвало найкращі характеристики, тоді як покриття з циркону на основі спирту показало найвищу шорсткість. 83 GFN 3-D надруковані зразки показали протилежний ефект. Хоча зразок без покриття друкувався в найбільш сприятливій орієнтації XY, зразок без покриття демонстрував шорсткість лиття 943 RMS. Покриття суттєво згладили поверхню від фінішної поверхні без покриття від низького 339 до високого 488 RMS. Здається, обробка поверхні піску з покриттям дещо не залежить від шорсткості піску підкладки та сильно залежить від складу вогнетривкого покриття. Незважаючи на те, що надрукований на 3-D пісок має набагато шорсткішу поверхню, його можна значно покращити за допомогою вогнетривких покриттів.

Висновки

Доступні на даний момент формувальні агрегати мають здатність досягати значень шорсткості поверхні менше 200 RMS мікродюймів. Ці значення трохи знаходяться в межах значень, пов'язаних з виплавленим литтям. Що стосується протестованих матеріалів, кожен демонстрував зменшення шорсткості лиття зі збільшенням дрібності зерна заповнювача AFS. Це було вірно для всіх матеріалів до порогового значення, за якого не спостерігалося подальшого зменшення шорсткості лиття зі збільшенням AFS-GFN. Це було підтверджено раніше проведеними дослідженнями.

У всіх групах матеріалів вплив AFS-GFN був вторинним як щодо розрахункової площі поверхні, так і щодо проникності заповнювача. Хоча можна вважати, що проникність описує відкриті ділянки ущільненого піску, площа поверхні краще описує розподіл піску та відповідної кількості дрібних частинок. Як проникність, так і площа поверхні були безпосередньо пов'язані з гладкістю поверхні лиття. Слід зазначити, що це було вірно для агрегатів у групі форм. Хоча кутові та підкутові заповнювачі мали велику площу поверхні, їхня проникність була високою і вказувала на відкриту поверхню. Сферичні та округлі заповнювачі демонстрували найгладкіші поверхні, поєднуючи низьку проникність із високою площею поверхні.

Спочатку вважалося, що поверхнева змочуваність, виміряна контактним кутом між рідким металом і зв’язаним заповнювачем, є критичним фактором кінцевої обробки поверхні лиття. Хоча було показано, що кут контакту для різних матеріалів при подібних AFS-GFN не був пропорційним шорсткості відливки, було підтверджено, що форма зерна була головним фактором. Відсутність зв’язку між кутом контакту та шорсткістю поверхні лиття можна пояснити тим фактом, що форма зерна вважалася основним впливом на шорсткість поверхні. Існує значна ймовірність того, що на кут контакту різних матеріалів більше впливала форма зерна та гладкість поверхні, ніж змочуваність матеріалу.

Як і у випадку з усіма вимірювальними приладами, артефакти методу тестування можуть певною мірою впливати на результати. Збільшення шорсткості виливків, хоча візуально виливки виглядають більш гладкими з нанесенням вогнетривкого покриття, може бути пов’язано з формою піків і западин, створених за допомогою покриттів. За визначенням і вимірюванням, вогнетривкі покриття лише збільшували шорсткість поверхні порівняно зі зразками без покриття. Усі вогнетривкі покриття були дуже успішними у покращенні шорсткості поверхні тривимірного надрукованого піску. Виявилося, що обробка поверхні тестових виливків із зразків із покриттям була дещо незалежною від вихідного піску підкладки. Покриття мали значний вплив на обробку поверхні, але потрібна додаткова робота для перегляду покриттів, щоб покращити обробку лиття.

Під редакцією Сантоса Ванга з Ningbo Zhiye Mechanical Components Co., Ltd.

https://www.zhiyecasting.com

santos@zy-casting.com

86-18958238181

Попередній:ЛИТВО З НЕРЖАВІЮЧОЇ СТАЛІ: ВСЕ, ЩО ВАМ ПОТРІБНО ЗНАТИ

Далі:Зелене лиття є напрямком розвитку ливарної промисловості Нінбо Чжіє