Лиття корпусу клапана є важливою частиною процесу виробництва клапана, а якість лиття клапана визначає якість клапана в цілому. Нижче наведено кілька методів лиття, які зазвичай використовуються в клапанній промисловості:
Лиття в піщані форми:
Ливарні форми, що зазвичай використовуються в клапанній промисловості, можна розділити на зелений пісок, сухий пісок, пісок з рідкого скла та самотвердіючий пісок з фуранової смоли залежно від різних зв'язуючих речовин.
(1) Зелений пісок – це процес формування з використанням бентоніту як сполучної речовини.
Його характеристики:Готову піщану форму не потрібно сушити або гартувати, вона має певну міцність у вологому стані, а піщаний осердя та оболонка форми мають хороший вихід, що полегшує очищення та витрушування виливків. Ефективність виробництва лиття висока, виробничий цикл короткий, вартість матеріалів низька, а також зручно організовувати конвеєрне виробництво.
Його недоліки:Виливки схильні до таких дефектів, як пори, піщані включення та адгезія піску, а якість виливків, особливо внутрішня якість, не є ідеальною.
Таблиця пропорцій та продуктивності зеленого піску для сталевого лиття:
(2) Сухе піскоутворення – це процес формування з використанням глини як сполучної речовини. Додавання невеликої кількості бентоніту може покращити його міцність у вологому стані.
Його характеристики:Піщана форма потребує сушіння, має добру повітропроникність, не схильна до дефектів, таких як вимивання піску, налипання піску та пори, а також має хорошу якість виливка.
Його недоліки:це вимагає обладнання для сушіння піску, а виробничий цикл тривалий.
(3) Рідке скло для піску – це процес моделювання з використанням рідкого скла як сполучної речовини. Його характеристики такі: рідке скло має функцію автоматичного твердіння під впливом CO2 та може мати різні переваги методу газового гартування для моделювання та виготовлення стрижнів, але є й недоліки, такі як погана складність корпусу форми, труднощі з очищенням виливків від піску та низький коефіцієнт регенерації та переробки старого піску.
Таблиця пропорцій та продуктивності рідкого скла для твердіння CO2-піску:
(4) Самотвердіюча фуранова смола під час лиття у формі піску – це процес лиття з використанням фуранової смоли як сполучної речовини. Формувальна суміш твердне завдяки хімічній реакції сполучної речовини під дією затверджувача за кімнатної температури. Її особливістю є те, що піщану форму не потрібно сушити, що скорочує виробничий цикл та економить енергію. Формувальна суміш на основі смоли легко ущільнюється та має хороші властивості розпадання. Формувальна суміш для виливків легко очищається. Виливки мають високу точність розмірів та гарну обробку поверхні, що може значно покращити якість виливків. Її недоліками є: високі вимоги до якості сирого піску, легкий різкий запах на виробничому майданчику та висока вартість смоли.
Пропорція та процес змішування суміші піску на основі фуранової смоли без випікання:
Процес змішування самотвердіючого піску на основі фуранової смоли: Для приготування самотвердіючого піску на основі смоли найкраще використовувати змішувач піску безперервної дії. Сирий пісок, смола, затверджувач тощо додаються послідовно та швидко перемішуються. Його можна змішувати та використовувати будь-коли.
Порядок додавання різних сировинних матеріалів при змішуванні смоляного піску такий:
Сирий пісок + затверджувач (водний розчин п-толуолсульфонової кислоти) – (120 ~ 180°C) – смола + силан – (60 ~ 90°C) – виробництво піску
(5) Типовий процес виробництва лиття в піщані форми:
Точне лиття:
В останні роки виробники клапанів приділяють дедалі більше уваги якості зовнішнього вигляду та точності розмірів виливків. Оскільки гарний зовнішній вигляд є основною вимогою ринку, він також є орієнтиром позиціонування на першому етапі механічної обробки.
Найчастіше в клапанній промисловості використовується точне лиття за виплавлюваними моделями, яке коротко представлено наступним чином:
(1) Два методи процесу лиття розчину:
①Використання низькотемпературного воскового формоутворюючого матеріалу (стеаринова кислота + парафін), впорскування воску під низьким тиском, оболонки з рідкого скла, депарафінізації гарячою водою, атмосферного плавлення та заливання, в основному використовується для виливків з вуглецевої та низьколегованої сталі із загальними вимогами до якості. Точність розмірів виливків може досягати національного стандарту CT7~9.
② Використовуючи середньотемпературний формочний матеріал на основі смоли, впорскування воску під високим тиском, оболонку форми на основі золю кремнію, депарафінізацію парою, швидке атмосферне або вакуумне плавлення, точність розмірів виливків може досягати прецизійних виливків CT4-6.
(2) Типовий технологічний процес лиття за моделями виплавлюваних моделей:
(3) Характеристики лиття за виплавлюваними моделями:
①Виливок має високу точність розмірів, гладку поверхню та гарний зовнішній вигляд.
② Можна відливати деталі зі складними структурами та формами, які важко обробляти іншими процесами.
③ Матеріали для лиття не обмежуються, різні леговані матеріали, такі як: вуглецева сталь, нержавіюча сталь, легована сталь, алюмінієві сплави, жароміцні сплави та дорогоцінні метали, особливо леговані матеріали, які важко кувати, зварювати та різати.
④ Гарна гнучкість виробництва та висока адаптивність. Може вироблятися у великих кількостях, а також підходить для виробництва поштучних або дрібних партій.
⑤ Лиття за виплавлюваними моделями також має певні обмеження, такі як: громіздкий технологічний процес та тривалий виробничий цикл. Через обмежені можливості лиття, його несуча здатність під тиском не може бути дуже високою, коли його використовують для лиття тонкооболоночних клапанних виливків, що працюють під тиском.
Аналіз дефектів лиття
Будь-яке лиття матиме внутрішні дефекти, наявність цих дефектів створює значні приховані небезпеки для внутрішньої якості виливка, а зварювальний ремонт для усунення цих дефектів у процесі виробництва також створює значне навантаження на виробничий процес. Зокрема, клапани - це тонкооболоночні виливки, які витримують тиск і температуру, і компактність їхньої внутрішньої структури є дуже важливою. Тому внутрішні дефекти виливків стають вирішальним фактором, що впливає на якість виливків.
Внутрішні дефекти виливків клапанів включають переважно пори, шлакові включення, усадочну пористість та тріщини.
(1) Пори:Пори утворюються газом, поверхня пор гладка, вони утворюються всередині або поблизу поверхні виливка, а їхня форма здебільшого кругла або довгаста.
Основними джерелами газу, що утворюють пори, є:
① Азот і водень, розчинені в металі, містяться в металі під час затвердіння виливка, утворюючи замкнуті круглі або овальні внутрішні стінки з металевим блиском.
②Волога або леткі речовини у формувальному матеріалі під час нагрівання перетворюються на газ, утворюючи пори з темно-коричневими внутрішніми стінками.
③ Під час процесу заливання металу, через нестабільний потік, повітря залучається до утворення пор.
Метод профілактики дефекту продиху:
① Під час плавлення слід використовувати якомога менше або взагалі не використовувати іржаву металеву сировину, а інструменти та ковші слід обпалювати та сушити.
②Розлив розплавленої сталі слід проводити за високої температури, а розливати за низької температури, а розплавлену сталь слід належним чином заспокоїти, щоб полегшити вивільнення газу.
③ Конструкція процесу заливного стояка повинна збільшувати тиск розплавленої сталі, щоб уникнути захоплення газу, та створювати штучний газовий шлях для розумного відведення газу.
④Матеріали для формування повинні контролювати вміст води та об'єм газу, збільшувати повітропроникність, а піщану форму та піщаний стрижень слід максимально випікати та сушити.
(2) Усадкова порожнина (вільна):Це зв'язна або некогерентна кругла або неправильна порожнина (порожнина), що виникає всередині виливка (особливо в гарячій точці), з шорсткою внутрішньою поверхнею та темнішим кольором. Грубі кристалічні зерна, переважно у формі дендритів, зібрані в одному або кількох місцях, схильні до витоків під час гідравлічних випробувань.
Причина усадки порожнини (розпушення):Об'ємне усадження відбувається, коли метал переходить з рідкого у твердий стан. Якщо в цей момент недостатньо поповнюється розплавленою сталлю, неминуче утворюється усадочна порожнина. Усадочна порожнина сталевих виливків в основному спричинена неправильним контролем процесу послідовного затвердіння. Причинами можуть бути неправильне налаштування стояка, занадто висока температура заливання розплавленої сталі та велика усадка металу.
Методи запобігання усадочним порожнинам (розпушенням):① Науково спроектувати систему заливання виливків для досягнення послідовного затвердіння розплавленої сталі, причому деталі, що затвердівають першими, слід поповнювати розплавленою сталлю. ②Правильно та обґрунтовано встановити стояк, додачу, внутрішнє та зовнішнє холодне залізо для забезпечення послідовного затвердіння. ③Під час заливання розплавленої сталі верхнє впорскування зі стояка є корисним для забезпечення температури розплавленої сталі та подачі, а також для зменшення виникнення усадочних порожнин. ④ Що стосується швидкості заливання, то низькошвидкісне заливання більше сприяє послідовному затвердінню, ніж високошвидкісне заливання. ⑸Температура заливання не повинна бути занадто високою. Розплавлену сталь виймають з печі при високій температурі та заливають після седації, що сприяє зменшенню усадочних порожнин.
(3) Піщані включення (шлак):Піщані включення (шлак), зазвичай відомі як пухирі, являють собою переривчасті круглі або неправильної форми отвори, що з'являються всередині виливків. Отвори змішані з формувальним піском або сталевим шлаком, мають неправильні розміри та накопичуються в них. В одному або кількох місцях, часто більше у верхній частині.
Причини потрапляння піску (шлаку):Включення шлаку спричиняється потраплянням окремих частинок сталевого шлаку у виливок разом із розплавленою сталлю під час процесу плавки або заливання. Включення піску спричиняється недостатньою герметичністю порожнини форми під час формування. Коли розплавлена сталь заливається у порожнину форми, формувальний пісок вимивається розплавленою сталлю та потрапляє всередину виливка. Крім того, причинами включення піску також є неправильна робота під час обрізки та закриття коробки, а також явище висипання піску.
Методи запобігання включенням піску (шлаку):① Під час виплавлення розплавленої сталі слід якомога ретельніше видалити вихлопні гази та шлак. ② Намагайтеся не перевертати мішок для розливу розплавленої сталі, а використовуйте мішок-чайник або нижній мішок для розливу, щоб запобігти потраплянню шлаку над розплавленою сталлю в порожнину для ливарні разом із розплавленою сталлю. ③ Під час розливу розплавленої сталі слід вжити заходів, щоб запобігти потраплянню шлаку разом із розплавленою сталлю в порожнину форми. ④Щоб зменшити ймовірність потрапляння піску, забезпечте герметичність піщаної форми під час моделювання, будьте обережні, щоб не втратити пісок під час обрізки, та продуйте порожнину форми, перш ніж закривати коробку.
(4) Тріщини:Більшість тріщин у виливках є гарячими тріщинами неправильної форми, проникаючими або непроникаючими, безперервними або періодичними, а метал у тріщинах темний або має поверхневе окислення.
причини появи тріщин, а саме високотемпературне напруження та деформація рідкої плівки.
Високотемпературне напруження – це напруження, що виникає внаслідок усадки та деформації розплавленої сталі за високих температур. Коли напруження перевищує межу міцності або пластичної деформації металу за цієї температури, виникають тріщини. Деформація рідкої плівки – це утворення рідкої плівки між кристалічними зернами під час процесу затвердіння та кристалізації розплавленої сталі. Зі зростанням затвердіння та кристалізації рідка плівка деформується. Коли величина деформації та швидкість деформації перевищують певну межу, утворюються тріщини. Температурний діапазон термічних тріщин становить приблизно 1200~1450℃.
Фактори, що впливають на тріщини:
① Елементи S та P у сталі є шкідливими факторами для утворення тріщин, а їх евтектики із залізом знижують міцність та пластичність литої сталі за високих температур, що призводить до утворення тріщин.
② Включення та сегрегація шлаку в сталі збільшують концентрацію напружень, тим самим збільшуючи схильність до гарячих тріщин.
③ Чим більший коефіцієнт лінійної усадки типу сталі, тим більша схильність до гарячого розтріскування.
④ Чим більша теплопровідність типу сталі, тим більший поверхневий натяг, тим кращі механічні властивості за високих температур і тим менша схильність до гарячого розтріскування.
⑤ Структурна конструкція виливків погана в технологічності, наприклад, занадто малі закруглені кути, велика різниця в товщині стінок та сильна концентрація напружень, що призводить до тріщин.
⑥Піщана форма занадто щільна, а низька текучість стрижня перешкоджає усадці виливка та збільшує схильність до утворення тріщин.
⑦Інші фактори, такі як неправильне розташування стояка, занадто швидке охолодження виливка, надмірне напруження, спричинене різанням стояка та термічною обробкою тощо, також впливатимуть на утворення тріщин.
Відповідно до причин та факторів впливу вищезазначених тріщин, можна вжити відповідних заходів для зменшення та запобігання виникненню дефектів, пов'язаних з тріщинами.
На основі вищезазначеного аналізу причин дефектів ливарних виробів, виявлення існуючих проблем та вжиття відповідних заходів щодо покращення, ми можемо знайти рішення проблеми дефектів ливарних виробів, що сприятиме покращенню якості ливарних виробів.
Час публікації: 31 серпня 2023 р.