Odlievanie telesa ventilu je dôležitou súčasťou výrobného procesu ventilu a kvalita odliatku ventilu určuje kvalitu ventilu. Nasleduje niekoľko metód odlievania bežne používaných v priemysle ventilov:
Odlievanie do piesku:
Odlievanie do piesku bežne používané vo ventilovom priemysle možno podľa rôznych spojív rozdeliť na zelený piesok, suchý piesok, piesok z vodného skla a samotvrdnúci piesok z furánovej živice.
(1) Zelený piesok je proces formovania s použitím bentonitu ako spojiva.
Jeho charakteristiky sú:Hotová piesková forma sa nemusí sušiť ani kaliť, piesková forma má určitú pevnosť za mokra a pieskové jadro a plášť formy majú dobrý výťažok, čo uľahčuje čistenie a vytrasenie odliatkov. Efektivita výroby foriem je vysoká, výrobný cyklus je krátky, náklady na materiál sú nízke a je vhodné organizovať výrobu na montážnej linke.
Jeho nevýhody sú:Odliatky sú náchylné na chyby, ako sú póry, pieskové inklúzie a priľnavosť piesku, a kvalita odliatkov, najmä vnútorná kvalita, nie je ideálna.
Tabuľka pomerov a výkonnosti zeleného piesku pre oceľové odliatky:
(2) Suchý piesok je proces formovania s použitím hliny ako spojiva. Pridanie malého množstva bentonitu môže zlepšiť jeho pevnosť za mokra.
Jeho charakteristiky sú:Piesková forma sa musí sušiť, má dobrú priepustnosť vzduchu, nie je náchylná na chyby, ako je vymývanie piesku, lepenie piesku a póry, a inherentná kvalita odliatku je dobrá.
Jeho nevýhody sú:Vyžaduje si to zariadenie na sušenie piesku a výrobný cyklus je dlhý.
(3) Vodné sklo ako piesok je modelovací proces s použitím vodného skla ako spojiva. Jeho vlastnosti sú: vodné sklo má funkciu automatického vytvrdzovania pri vystavení CO2 a môže mať rôzne výhody metódy kalenia plynom na modelovanie a výrobu jadier, ale existujú aj nedostatky, ako je nízka skladateľnosť plášťa formy, ťažkosti s čistením odliatkov pieskom a nízka miera regenerácie a recyklácie starého piesku.
Tabuľka podielu a výkonu vodného skla pre kalenie CO2 pieskom:
(4) Samovytvrdzovanie furánovej živice pri formovaní do piesku je proces odlievania s použitím furánovej živice ako spojiva. Formovací piesok tuhne v dôsledku chemickej reakcie spojiva pôsobením vytvrdzovacieho činidla pri izbovej teplote. Jeho charakteristickým znakom je, že piesková forma sa nemusí sušiť, čo skracuje výrobný cyklus a šetrí energiu. Živicový formovací piesok sa ľahko zhutňuje a má dobré rozpadové vlastnosti. Formovací piesok odliatkov sa ľahko čistí. Odliatky majú vysokú rozmerovú presnosť a dobrú povrchovú úpravu, čo môže výrazne zlepšiť kvalitu odliatkov. Jeho nevýhodami sú: vysoké požiadavky na kvalitu surového piesku, mierne štipľavý zápach na mieste výroby a vysoké náklady na živicu.
Pomer a proces miešania zmesi piesku bez vypaľovania s furánovou živicou:
Proces miešania samotvrdnúceho piesku na báze furánovej živice: Na výrobu samotvrdnúceho piesku na báze živice je najlepšie použiť kontinuálny miešač piesku. Surový piesok, živica, vytvrdzovacie činidlo atď. sa pridávajú postupne a rýchlo sa miešajú. Môže sa miešať a používať kedykoľvek.
Poradie pridávania rôznych surovín pri miešaní živicového piesku je nasledovné:
Surový piesok + tvrdidlo (vodný roztok kyseliny p-toluénsulfónovej) – (120 ~ 180S) – živica + silán – (60 ~ 90S) – výroba piesku
(5) Typický výrobný proces odlievania do piesku:
Presné odlievanie:
V posledných rokoch výrobcovia ventilov venujú čoraz väčšiu pozornosť kvalite vzhľadu a rozmerovej presnosti odliatkov. Keďže dobrý vzhľad je základnou požiadavkou trhu, je tiež referenčným bodom pre prvý krok obrábania.
Bežne používaným presným odlievaním vo ventilovom priemysle je investičné odlievanie, ktoré je stručne predstavené takto:
(1) Dva spôsoby odlievania roztoku:
①Použitie nízkoteplotného materiálu na formovanie na báze vosku (kyselina stearová + parafín), nízkotlakové vstrekovanie vosku, škrupina z vodného skla, odparafínovanie horúcou vodou, atmosférický proces tavenia a odlievania, používané hlavne na odliatky z uhlíkovej ocele a nízkolegovanej ocele so všeobecnými požiadavkami na kvalitu, Rozmerová presnosť odliatkov môže dosiahnuť národnú normu CT7~9.
② Použitím strednoteplotného materiálu na formovanie na báze živice, vysokotlakového vstrekovania vosku, plášťa formy s obsahom silikového sólu, odparafínovania parou, rýchleho atmosférického alebo vákuového tavenia môže rozmerová presnosť odliatkov dosiahnuť presné odliatky CT4-6.
(2) Typický postup odlievania vytavených materiálov:
(3) Charakteristiky odlievania vytavených materiálov:
①Odliatok má vysokú rozmerovú presnosť, hladký povrch a dobrý vzhľad.
② Je možné odlievať diely so zložitými štruktúrami a tvarmi, ktoré je ťažké spracovať inými procesmi.
③ Materiály na odlievanie nie sú obmedzené, rôzne legované materiály ako: uhlíková oceľ, nehrdzavejúca oceľ, legovaná oceľ, hliníková zliatina, vysokoteplotná zliatina a drahé kovy, najmä legované materiály, ktoré sa ťažko kujú, zvárajú a režú.
④ Dobrá flexibilita výroby a vysoká prispôsobivosť. Možno ho vyrábať vo veľkých množstvách a je vhodný aj na výrobu kusov alebo malých sérií.
⑤ Presné liatie má tiež určité obmedzenia, ako napríklad: ťažkopádny proces a dlhý výrobný cyklus. Vzhľadom na obmedzené techniky odlievania, ktoré je možné použiť, jeho tlaková únosnosť nemôže byť veľmi vysoká, keď sa používa na odlievanie tenkovrstvových ventilových odliatkov pod tlakom.
Analýza chýb odliatkov
Každý odliatok bude mať vnútorné chyby, existencia týchto chýb predstavuje veľké skryté nebezpečenstvo pre vnútornú kvalitu odliatku a opravy zváraním na odstránenie týchto chýb vo výrobnom procese tiež predstavujú veľkú záťaž pre výrobný proces. Najmä ventily sú tenkovrstvové odliatky, ktoré odolávajú tlaku a teplote a kompaktnosť ich vnútorných štruktúr je veľmi dôležitá. Preto sa vnútorné chyby odliatkov stávajú rozhodujúcim faktorom ovplyvňujúcim kvalitu odliatkov.
Medzi vnútorné chyby odliatkov ventilov patria najmä póry, troskové inklúzie, pórovitosť spôsobená zmršťovaním a praskliny.
(1) Póry:Póry sa tvoria pôsobením plynu, povrch pórov je hladký a vznikajú vo vnútri alebo v blízkosti povrchu odliatku a ich tvar je väčšinou okrúhly alebo podlhovastý.
Hlavné zdroje plynu, ktoré vytvárajú póry, sú:
① Dusík a vodík rozpustené v kove sú počas tuhnutia odliatku obsiahnuté v kove a vytvárajú uzavreté kruhové alebo oválne vnútorné steny s kovovým leskom.
②Vlhkosť alebo prchavé látky vo formovacom materiáli sa v dôsledku zahrievania premenia na plyn a vytvoria póry s tmavohnedými vnútornými stenami.
③ Počas procesu odlievania kovu sa v dôsledku nestabilného toku dostáva vzduch, ktorý vytvára póry.
Metóda prevencie stomatálnej chyby:
① Pri tavení by sa hrdzavé kovové suroviny mali používať čo najmenej alebo vôbec a nástroje a naberačky by sa mali vyprážať a sušiť.
②Odlievanie roztavenej ocele by sa malo vykonávať pri vysokej teplote a odlievanie pri nízkej teplote a roztavená oceľ by mala byť riadne usadená, aby sa uľahčilo vznášanie plynu.
③ Návrh procesu lejacej stúpačky by mal zvýšiť tlakovú výšku roztavenej ocele, aby sa zabránilo zachytávaniu plynu, a vytvoriť umelú cestu plynu pre primerané odsávanie.
④Tvarovacie materiály by mali regulovať obsah vody a objem plynu, zvyšovať priepustnosť vzduchu a piesková forma a pieskové jadro by mali byť čo najviac vypálené a vysušené.
(2) Zmršťovacia dutina (voľná):Je to súdržná alebo nesúdržná kruhová alebo nepravidelná dutina (priehlbina), ktorá sa nachádza vo vnútri odliatku (najmä v horúcom mieste), s drsným vnútorným povrchom a tmavšou farbou. Hrubé kryštalické zrná, väčšinou vo forme dendritov, zhromaždené na jednom alebo viacerých miestach, sú náchylné na únik počas hydraulickej skúšky.
Dôvod zmršťovacej dutiny (uvoľnenosti):K objemovému zmršťovaniu dochádza pri tuhnutí kovu z kvapalného do tuhého stavu. Ak v tomto čase nie je dostatok roztavenej ocele, nevyhnutne sa vytvorí zmršťovacia dutina. Zmršťovacia dutina oceľových odliatkov je v podstate spôsobená nesprávnym riadením procesu postupného tuhnutia. Medzi príčiny môže patriť nesprávne nastavenie stúpačky, príliš vysoká teplota odlievania roztavenej ocele a veľké zmršťovanie kovu.
Metódy na zabránenie zmršťovania (uvoľnenia):① Vedecky navrhnúť systém odlievania odliatkov tak, aby sa dosiahlo postupné tuhnutie roztavenej ocele, a časti, ktoré tuhnú ako prvé, by sa mali dopĺňať roztavenou oceľou. ② Správne a primerane nastaviť stúpačku, dotáciu, vnútorné a vonkajšie studené železo, aby sa zabezpečilo postupné tuhnutie. ③ Pri odlievaní roztavenej ocele je vstrekovanie zhora zo stúpačky prospešné na zabezpečenie teploty roztavenej ocele a jej podávania a zníženie výskytu zmršťovacích dutín. ④ Pokiaľ ide o rýchlosť odlievania, nízkorýchlostné odlievanie je pre postupné tuhnutie priaznivejšie ako vysokorýchlostné odlievanie. ⑸ Teplota odlievania by nemala byť príliš vysoká. Roztavená oceľ sa vyberá z pece pri vysokej teplote a odlieva sa po upokojení, čo je prospešné na zníženie zmršťovacích dutín.
(3) Prímesi piesku (troska):Pieskové inklúzie (troska), bežne známe ako pľuzgiere, sú nespojité kruhové alebo nepravidelné otvory, ktoré sa objavujú vo vnútri odliatkov. Tieto otvory sú zmiešané s formovacím pieskom alebo oceľovou troskou, majú nepravidelné rozmery a sú v nich zhlukované. Na jednom alebo viacerých miestach, často viac v hornej časti.
Príčiny pridania piesku (trosky):Príčinou vnášania trosky je vnášanie jednotlivých kusov oceľovej trosky do odliatku spolu s roztavenou oceľou počas procesu tavenia alebo odlievania. Vnášanie piesku je spôsobené nedostatočnou tesnosťou dutiny formy počas formovania. Keď sa roztavená oceľ naleje do dutiny formy, formovací piesok je vyplavený roztavenou oceľou a vstupuje do vnútra odliatku. Okrem toho sú príčinou vnášania piesku aj nesprávna obsluha počas orezávania a zatvárania boxu a jav vypadávania piesku.
Metódy na zabránenie vkladania piesku (trosky):① Po roztavení roztavenej ocele by sa mali výfukové plyny a troska čo najdôkladnejšie odsať. ② Neotáčajte vrecko na odlievanie roztavenej ocele, ale použite vrecko typu čajník alebo vrecko so spodným odlievaním, aby ste zabránili vniknutiu trosky nad roztavenou oceľou do odlievacej dutiny spolu s roztavenou oceľou. ③ Pri odlievaní roztavenej ocele by sa mali prijať opatrenia, aby sa zabránilo vniknutiu trosky do dutiny formy spolu s roztavenou oceľou. ④Aby sa znížilo riziko vniknutia piesku, pri modelovaní zabezpečte tesnosť pieskovej formy, dávajte pozor, aby ste pri orezávaní nestratili piesok, a pred zatvorením boxu dutinu formy vyfúknite.
(4) Trhliny:Väčšina trhlín v odliatkoch sú horúce trhliny s nepravidelnými tvarmi, prenikajúce alebo neprenikajúce, súvislé alebo prerušované a kov v mieste trhlín je tmavý alebo má povrchovú oxidáciu.
dôvody vzniku trhlín, a to vysokoteplotné napätie a deformácia kvapalného filmu.
Vysokoteplotné napätie je napätie vznikajúce zmršťovaním a deformáciou roztavenej ocele pri vysokých teplotách. Keď napätie prekročí medzu pevnosti alebo plastickej deformácie kovu pri tejto teplote, vznikajú trhliny. Deformácia tekutého filmu je tvorba tekutého filmu medzi kryštálovými zrnami počas procesu tuhnutia a kryštalizácie roztavenej ocele. S postupom tuhnutia a kryštalizácie sa tekutý film deformuje. Keď množstvo a rýchlosť deformácie prekročia určitú hranicu, vznikajú trhliny. Teplotný rozsah tepelných trhlín je približne 1200 až 1450 ℃.
Faktory ovplyvňujúce trhliny:
① Prvky S a P v oceli sú škodlivými faktormi pre vznik trhlín a ich eutektické zlúčenia so železom znižujú pevnosť a plasticitu liatej ocele pri vysokých teplotách, čo vedie k vzniku trhlín.
② Vloženie a segregácia trosky v oceli zvyšujú koncentráciu napätia, a tým zvyšujú tendenciu k tvorbe horúcich trhlín.
③ Čím väčší je lineárny koeficient zmršťovania daného typu ocele, tým väčšia je tendencia k tvorbe trhlín za tepla.
④ Čím väčšia je tepelná vodivosť typu ocele, tým väčšie je povrchové napätie, tým lepšie sú mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách a tým menší je sklon k tvorbe trhlín za tepla.
⑤ Konštrukcia odliatkov má slabú vyrobiteľnosť, napríklad príliš malé zaoblené rohy, veľké rozdiely v hrúbke stien a silná koncentrácia napätia, čo môže spôsobiť praskliny.
⑥Kompaktnosť pieskovej formy je príliš vysoká a nízke výťažnosť jadra bráni zmršťovaniu odliatku a zvyšuje tendenciu k prasklinám.
⑦Vznik trhlín ovplyvnia aj iné faktory, ako napríklad nesprávne usporiadanie stúpačky, príliš rýchle chladnutie odliatku, nadmerné namáhanie spôsobené rezaním stúpačky a tepelným spracovaním atď.
Podľa príčin a faktorov ovplyvňujúcich vyššie uvedené trhliny je možné prijať zodpovedajúce opatrenia na zníženie a zabránenie výskytu trhlín.
Na základe vyššie uvedenej analýzy príčin chýb odliatkov, zistenia existujúcich problémov a prijatia zodpovedajúcich zlepšovacích opatrení môžeme nájsť riešenie chýb odliatkov, ktoré prispeje k zlepšeniu kvality odliatkov.
Čas uverejnenia: 31. augusta 2023