vědomosti

Tento článek stručně popisuje strukturální vlastnosti, technické požadavky a výrobní obtíže těžkých odlitků z tvárné litiny. Podrobně se zabývá metodami odlévání, metodami návrhu vtokových systémů a výrobními metodami tohoto typu odlitků. Jsou představeny charakteristiky procesu, výrobní výhody a oblast použití pro odlévání do plných forem z pryskyřičného písku. Díky přísné kontrole procesu, výběru vhodných surovin, správným procesům sféroidizace a očkování a speciálním technikám předúpravy během výrobního procesu lze vyrábět vysoce kvalitní velké odlitky z tvárné litiny. To může poskytnout technické reference pro proces odlévání podobných těžkých odlitků do plných forem.

Klíčová slova: Těžké odlitky z tvárné litiny; Odlévání do plných forem; Proces odlévání

Moderní technologie odlévání urychlí svůj rozvoj a zdokonalování v několika aspektech, jako je úspora energie a materiálu, snižování znečištění, zlepšení rozměrové přesnosti odlitků, snížení vad odlitků a přizpůsobení se vývoji nových slitin pro odlévání [1]. Naše společnost má roční výrobní kapacitu 20,000 XNUMX tun litinových dílů (s výjimkou odstředivých tvárných litinových trubek). Držíme krok s rozvojem slévárenského průmyslu a postupně jsme vyvinuli proces odlévání (furanová pryskyřice písek + pěnová forma) a proces vakuového odlévání pěnových modelů, čímž jsme nahradili tradiční proces formování a montáže jádra (dřevěný model + dřevěné jádro) plnou formou pro pěnové modely.

Díl z tvárné litiny (QT500-7), který jsme zhotovili, má celkovou hmotnost 18,350 3,650 kg, rozměry hlavního tělesa (délka × šířka × výška) 1,480 1,230 mm × 100 450 mm × 100 170 mm, tloušťku stěny hlavního tělesa 70 mm a nejtlustší část dosahuje 540 mm. Tvar montážní plochy je nepravidelný a má přísné požadavky na kvalitu. Díl má pět slepých otvorů o průměru 1 mm a hloubce XNUMX mm a šest průchozích otvorů o průměru XNUMX mm a hloubce XNUMX mm. Objednávané množství jsou dva kusy a celková obtížnost odlévání je relativně vysoká. Struktura dílu je znázorněna na obrázku XNUMX. Naše společnost má výrobní kapacitu pro vakuové odlévání pěnových modelů, odlévání do pryskyřičného písku a odlévání do pěnových modelů do pevných forem. Po analýze a vyhodnocení procesu bylo rozhodnuto použít pro výrobu proces odlévání do pevných forem z furanové pryskyřice, písku a pěnových modelů, dále jen „odlévání do pevných forem“. To může zajistit dodací lhůty a snížit výrobní náklady.

Obrázek 1 Trojrozměrný strukturní diagram

-------------------------------------------------- ---------------         

1. Plán procesu odlévání pevných látek

Odlévání do plných forem se značně liší od běžného odlévání do pískových forem. Nejvýznamnějším rysem odlévání do plných forem je použití pěnového modelu místo dřevěného modelu. Během procesu návrhu modelu nemusí technici při vyjímání z formy brát v úvahu záporná čísla dělicí délky, hlavy jader, umístění a úhly úkosu. Stačí přidat pouze přídavky na obrábění a míru smrštění odlitku. Proces výroby modelu je jednoduchý. Nejprve se model rozdělí na několik kusů a poté se tyto kusy sestaví dohromady. Sestavený model má vysokou rozměrovou přesnost, v procesu výroby modelu se spotřebuje méně surovin a má mnohem kratší výrobní cyklus než dřevěný model. Zároveň se zjednodušuje proces formování, eliminuje se samostatné formování, výroba jader a montáž formy a jádra. Výrazně se zvyšuje efektivita výroby. Pokud však proces odlévání není dobře promyšlen, může dojít ke specifickým vadám odlitků z plných forem, jako je vrásnění, vměstky strusky a pórovitost.

         

1.1 Proces tvorby vzorů

1.1.1 Pěnový vzor

Pěnový model má přesně stejný tvar a strukturu jako odlitek. Na základě výkresu dílu se po přidání přídavku na obrábění a míry smrštění odlitku vytvoří trojrozměrný model modelu. Model se poté rozdělí do několika modulů, aby se zajistilo snadné řezání a ukládání pěnových desek pro pracovníky a také aby se usnadnila montáž a zajistila rozměrová přesnost sestaveného modelu. Použité pěnové desky se řezají a tvarují pomocí CNC gravírování a řezání elektrickým drátem a poté se sestavují lepením do modelu. Aby se zajistila dostatečná pevnost v tlaku a odolnost proti deformaci, vybírají se polystyrenové pěnové desky s hustotou 20-22 g/l. Sestavený model se umístí na 10-12 hodin do speciální sušicí pece. Teplota sušení se obvykle udržuje na 45-55 °C. Po vysušení se model nanese dvěma vrstvami litinové pěny na vodní bázi a jednou vrstvou grafitového povlaku na bázi alkoholu. Způsob nanášení je ponořování a tloušťka povlaku se udržuje na 3-3.5 mm.

                 

1.1.2 Specializovaná forma na pěnové jádro

Střední část odlitku je velká dutina. Vzhledem k velkému celkovému obrysu modelu se pro zajištění dostatečné pevnosti v této části během lisování vyrábí specializovaná forma s pěnovým jádrem, která má přesný tvar dutiny. Během lisování slouží tato specializovaná forma s pěnovým jádrem jako spodní opora pro zvýšení tuhosti celého modelu a zajišťuje, že se model během procesu pěchování nedeformuje. Po vyrobení formy se krabice otočí a forma s pěnovým jádrem se vyjme. Tuto formu s pěnovým jádrem lze znovu použít.

      

1.2 Návrh procesu

Odlitek má velký, tlustý a těžký profil. Je použit dvouvrstvý stupňovitý systém lití zespodu s otevřeným dnem. Lokální kritické oblasti jsou vybaveny vnějšími kokilami, aby se zabránilo vnitřní pórovitosti smršťování. V návrhu procesu je zohledněn princip vyváženého tuhnutí. Stoupačky a odvětrávací otvory jsou nastaveny tak, aby zajistily podávání, odstraňování strusky a odvětrávání plynů.

 

1.2.1 Návrh hradlového systému

Při výrobě silných a velkých odlitků z tvárné litiny je výhodné co nejvíce zkrátit dobu lití, aby se snížilo plovoucí grafit a hromadění vměstků [3]. Analýzou tvaru a vnitřní struktury odlitku se používá dvouskupinový otevřený stupňovitý vtokový systém, rozdělený na horní a dolní vrstvu. Vtokový systém spodní vrstvy se používá hlavně pro plnění, zatímco vtokový systém horní vrstvy se používá hlavně pro odstraňování strusky, odvětrávání plynu a přívod. Dva vtokové systémy jsou rozmístěny po obou stranách pěnového vzoru. Vtokový systém horní vrstvy je zaveden ve spodní části horního stoupací trubky, což napomáhá odvětrávání plynu a umožňuje plovoucí strusce v roztaveném železe a strusce vzniklé zplyňováním pěnového plastu plně vyplavat, čímž se zajišťuje plovoucí účinek stoupací trubky a eliminují se povrchové vady struskových vměstků odlitku.

Tento odlitek je těžká litinová součást a dobu odlévání lze vypočítat na základě odlitků ze šedé litiny:

t = S2L (1)

Ve vzorci L představuje celkovou hmotnost roztaveného kovu ve formě s vypočítanou mírou kluzu 92 %, přičemž L je uvažováno jako 19,945 2 kg; S2.2 je součinitel tloušťky stěny, uvažovaný jako 310; doba lití t = 155 sekund a pro dva licí systémy je doba lití uvažována jako 1 sekund. Dobu lití pro odlitky z tvárné litiny lze určit výpočtovou metodou pro odlitky ze šedé litiny a poté ji snížit o 3/1 na 2/1 [90], přičemž doba lití t = XNUMX sekund. Podle grafu doby lití pro velké odlitky z tvárné litiny je doba lití ověřena a je vidět, že zvolená doba lití je přiměřená.

Podle vzorce pro výpočet plochy průřezu blokujícího proudění:

∑A_blok = L / (0.31μPt) (2)

Ve vzorci: součinitel průtoku μ je uvažován jako 0.5, Hp je uvažováno jako 40 cm a L = 19945/2 = 9972.5 kg.

Pak A_blok = 9972.5 / (0.31 × 0.5 × 90) ≈ 113 cm². Protože minimální průřez omezující průtok v otevřeném vtokovém systému je vtokový kanál, je pro výpočet průchodu vtokovým kanálem zvolena keramická trubice o průměru Φ120 mm. Poměr ploch průřezu každé komponenty vtokového systému je nastaven jako A_vtokový kanál : A_příčný : A_vstupní = 1 : (1.2 - 2.0) : (1.5 - 2.0). Proto je průřez příčného kanálu zvolen jako 150 mm × 120 mm; průřez vstupního kanálu je zvolen jako lichoběžníkový tvar se dvěma jednotlivými skupinami, přičemž horní základna lichoběžníku je 110 mm, spodní základna je 140 mm a výška je 80 mm. Skutečný poměr plochy průřezu vtokového systému je přibližně A_vtok : A_příčný : A_vstup ≈ 1 : 1.6 : 1.8. Schéma uspořádání vtokového systému je znázorněno na obrázku. 2.

Obrázek 2 Schéma uspořádání licího systémut

 

1.2.2 Návrh vnějších chladicích clonek

U odlitků s tlustými stěnami se v kritických a tlustých oblastech používají vnější kokily, aby se zabránilo vadám pórovitosti smršťování a dosáhlo se rovnoměrného tuhnutí. Během výroby by měla být frekvence používání kokil přísně kontrolována. Povrch kokil musí být hladký, bez rzi a děr [4]. Před každým použitím by měly být otryskány a potaženy vrstvou nátěru na bázi alkoholu. Měly by těsně přiléhat k povrchu odlitku bez mezer.

1.2.3 Návrh stoupaček a odvětrávání

Princip konstrukce: Zajistit účinnou kompenzaci smrštění v tlustých oblastech. Vzhledem k tomu, že odlitek je tlustý a velký kus, používají se pro kompenzaci smrštění kompenzační stoupačky, aby se dosáhlo kvalitních odlitků [5]. Deset kompenzačních stoupaček o průměru 280 mm a výšce 400 mm je umístěno na obou stranách horního povrchu odlitku. Horní vodorovný kanál a vnitřní kanál procházejí stoupačkami, což umožňuje shromažďování horké roztavené litiny ve stoupačkách a zajišťuje, že struska může plavat a být vypouštěna, čímž se dosahuje kombinovaného účinku kompenzace, odstraňování strusky a odvětrávání.

Vnitřní odvzdušňovací kanály pěnového modelu a vnější odvzdušňovací kanály formy jsou dvě procesní opatření ke zlepšení podmínek zplyňování modelu a urychlení úplného úniku plynů z formy. U silných a velkých odlitků lze kromě umístění stoupacích trubek na horní ploše odlitku instalovat i několik vnějších odvzdušňovacích kanálů uvnitř formy a podél vnější strany pěnového modelu. Před uzavřením horního boxu se uvnitř modelu v silných oblastech horní části odlitku otevřou odvzdušňovací kanály, aby se zajistilo, že zplyněné plyny z dutiny formy mohou být včas odvedeny během počáteční fáze lití.

2 Řízení procesu vstřikování

Přidávání pryskyřice se reguluje na 0.9 % až 1.2 %, s horní hranicí pro velké odlitky a jádra. Nejprve se na formovací plošinu upevní speciální pěnové jádro a na něj se umístí pěnový model pro vytvoření spodní formy. Po úplném vytvrzení se krabice otočí a speciální pěnové jádro se před výrobou horní formy vyjme.

Pro slepé otvory a dlouhé průchozí otvory na předním konci odlitku jsou do každého otvoru předem zality speciálně vyrobené jádrové tyče tvořící otvory. Jádrové tyče tvořící otvory se vyrábějí spojením keramických trubek o velikosti ekvivalentní slepým a dlouhým průchozím otvorům, jejich vyplněním pryskyřičným pískem, vložením ocelových tyčí do středu, jejich zhutněním a vnějším potažením grafitovým povlakem na bázi alkoholu. Po úplném vytvrzení se vloží do každého otvoru pěnoplastového modelu. Aby se zabránilo posunu keramických trubek během procesu zplyňování plného modelu, vloží se do středu závitové ocelové tyče o průměru Φ16 mm, které je upevní k pískové formě, a na vnější konec závitového ocelového jádra se přidá konstrukce ve tvaru T, která pevně upevní jádrové tyče s pryskyřičným pískem vně. Po vyrobení spodní formy se krabice otočí a k vyražení odvzdušňovacích kanálů v silných oblastech pěnového modelu se použijí kulaté ocelové tyče o průměru Φ10 mm. Několik externích odvětrávacích kanálů o průměru Φ30 mm je umístěno 40 mm od vnější strany pěnového vzoru a hloubka odvětrávacích kanálů je v podstatě stejná jako výška pěnového vzoru.

        

3 Sferoidizace a inokulace

Sféroidizační úprava je jedním z klíčových procesů při výrobě tvárné litiny a její technologie zpracování přímo ovlivňuje výkon tvárné litiny [6]. Používá se sféroidizační a inokulační úprava v pytlích s použitím sféroidizačního činidla ZFCR-7 v dávce 1.2 % a inokulantu YFY-150 v dávce 0.6 %. Sféroidizační a inokulační účinek je zajištěn zvýšením dávky inokulantu a vícenásobným inokulováním.

Vzhledem k velké hmotnosti odlitků, aby se splnily požadavky na různé výkonnostní ukazatele a zvýšila se odolnost roztavené litiny proti degradaci, se na základě zkušeností mnoha výrobců provádí předúprava roztavené litiny. To znamená, že před sféroidizací se do roztavené litiny přidávají předúpravné látky, obvykle 0.8 % SiC, s cílem zvýšit nukleační jádra a zlepšit vnitřní kvalitu a tekutost roztavené litiny.  

4 Řízení procesu lití

Používá se simultánní lití do dvou paketů. Během procesu lití je vyžadován vysoký průtok a kontinuální lití bez přerušení. Teplota lití pro model ztracené pěny je obvykle o 30 až 50 stupňů Celsia vyšší než u běžných pískových forem. Pro relativně silné a těžké díly se teplota lití volí na 1410 až 1420 stupňů Celsia. Před sféroidizací je složení roztavené litiny 3.5 % až 3.7 % C, 1.2 % až 1.4 % Si, Mn ≤ 0.5 %, P ≤ 0.06 %, S ≤ 0.04 % a 0.5 % Cu. Po sféroidizaci je složení kontrolováno na 3.4 % až 3.6 % C, 2.3 % až 2.5 % Si, Mn ≤ 0.5 %, P ≤ 0.06 %, S ≤ 0.012 %, 0.5 % Cu a 0.04 % až 0.06 % zbytkového Mg. Během celého procesu odlévání probíhá průběžné přivádění přes licí kalíšek, přičemž rychlost přivádění je kontrolována na 0.08 % až 0.1 %.

5 Přirozené chlazení

Po dokončení odlévání se využije vynikající tepelná izolace a srážlivost pryskyřičného písku, aby se odlitek mohl pomalu a volně chladnout ve formě, čímž se dosáhne cíle odlehčení pnutí a žíhání proti stárnutí [7]. Na základě předchozích zkušeností s velkými odlitky se těsnicí systém odstraní 8 hodin po odlévání, lisovací litina se odstraní o 24 hodin později a forma se otevře a písek se odstraní o 96 hodin později, přičemž se odstraní horní vtokový a stoupací systém.

6 Mikrostruktura a vlastnosti odlitku

Na zkušebních tyčích byly provedeny výkonnostní testy. Metalografické výsledky odlitku jsou znázorněny na obrázku. 3. ​​​​​​​

Obrázek 3 Mikrostruktura          

 

Závěr 7

Výrobou prvního kusu těžké tvárné litiny byla během výrobního procesu ověřena účinnost a racionalita systému vtoků a stoupacích potrubí. Konstrukce systému vtoků, která integruje plnění, odsávání, odstraňování strusky a podávání, byla dále vylepšena. Byly vyřešeny problémy s povrchovým vměstnáním strusky, vrásněním a smršťovací pórovitostí, ke kterým dochází při procesu formování skořepin. Vzhledem k silné stěně odlitku, dlouhé době tuhnutí a vysokým požadavkům na výkon existují ve výrobním procesu velké obtíže. Díky přísné kontrole procesu, výběru vhodných surovin, vhodným procesům sféroidizace a očkování a speciálním technikám předúpravy je zcela možné vyrábět vysoce kvalitní velké tvárné litinové odlitky.

 

Vigor má více než 20 let zkušeností a profesionální tým v oblasti slévárenských a kovacích procesů. Pokud vám s něčím můžeme pomoci nebo potřebujete vyvinout produkty, neváhejte nás kontaktovat na adrese info@castings-forging.com