Hlavní příčiny puchýřkování při tlakovém lití vysvětleny

SHRNUTÍ

Vlití v lití stroje je povrchová vada charakterizovaná zvednutými bublinami způsobenými rozpínáním uvíznutého plynu těsně pod kovovou kůží. Hlavní příčinou je zachycení plynu nebo vzduchu v důsledku turbulentního toku kovu a nedostatečného odpružení plísně. Dalšími kritickými faktory jsou nadměrné teploty roztaveného kovu nebo destičky, nesprávné použití maziv na destičku a kontaminanty nebo fyzikální nedokonalosti v samotné slitině hliníku.

Úloha plynů a vzduchových zachycení při tvorbě puchýřů

Nejzákladnější příčinou vzniku puchýřů při tlakovém lití je zachycení plynu uvnitř dutiny formy během vstřikování kovu. Puchýře jsou v podstatě určitou formou plynové pórovitosti, kdy se zachycený plyn nachází těsně pod povrchem odlitku. Když se roztavený kov tuhne, je tento zachycený plyn vystaven obrovskému tlaku. Po vysunutí dílu z formy odpadá vnější podpora a stále měkký kovový povrch může být rozpínajícím se plynem vytlačen směrem ven, čímž vznikne charakteristický puchýř.

Tento plyn může pocházet z několika zdrojů. Nejběžnějším zdrojem je vzduch, který se již před vstřikováním nachází v dutině formy a v systému tvarovek. Pokud je roztavený kov vstřikován příliš rychle nebo pokud není tok optimálně navržen, vzniká turbulence. Tento turbulentní, chaotický tok se přelomí sám do sebe, čímž uzavře bubliny vzduchu, které nemohou uniknout dříve, než kov ztuhne. Jak je podrobně popsáno v technické analýze od CEX Casting , špatný návrh vtokového systému a kanálů je častou příčinou, protože nezajistí hladký laminární tok kovu do formy.

Dalším důležitým faktorem je nedostatečné odvzdušnění. Odvzdušňovací kanály jsou malé drážky navržené tak, aby umožnily uniknout vzduchu z dutiny, když je zaplňována taveninou. Pokud jsou tyto kanály ucpané, příliš malé nebo špatně umístěné, nemá vzduch kam uniknout a uvízne uvnitř odlitku. Výsledkem je pórovitost a v blízkosti povrchu i puchýře. Optimalizace odvzdušňovacího systému je klíčovým krokem pro prevenci tohoto typu vady.

Pro minimalizaci zachycení plynu a vzduchu je třeba uplatnit několik osvědčených postupů:

• Optimalizujte návrh vtokového systému a kanálů: Použijte simulační software proudění do formy k navržení systému, který zajistí hladké, neturbulentní plnění dutiny formy.
• Zajistěte dostatečné odvzdušnění: Navrhněte a udržujte čisté a účinné odvzdušňovací kanály a přelivové věnce, aby bylo zajištěno úplné odstranění vzduchu.
• Kontrolujte rychlost vstřikování: Upravte profil vstřiku, zejména počáteční fázi pomalého vstřiku, aby se jemně odstranil vzduch z dutiny ještě před zahájením rychlého plnění.
• Využijte podporu podtlakem: U kritických součástí může být proces lití do forem s podtlakem aktivně odstraňovat vzduch z dutiny před vstřikováním, čímž se téměř úplně eliminuje riziko vad způsobených zachyceným plynem.

Provozní parametry: Jak teplota a maziva způsobují puchýře

Kromě fyzického zachycení vzduchu mají na tvorbu podmínek pro vznik puchýřů významný vliv i provozní parametry procesu. Řízení teploty a aplikace maziva jsou dvěma nejdůležitějšími oblastmi, které je třeba spravovat. Příliš vysoké teploty, ať už v tavenině nebo v samotné formě, mohou problémy související s plyny zhoršit. Podle přehledu od Sunrise Metal , vysoké teploty mohou zvýšit tlak par v tavenině slitiny a způsobit rozklad maziv používaných na formu, při kterém se uvolňují plyny, jež se následně zachytí.

Tvarové mazivo, nebo také uvolňovací prostředky, jsou nezbytné k tomu, aby odlitek nepřilnul ke formě, ale jejich nesprávné použití je hlavní příčinou pórů z plynu a puchýřů. Pokud se použije příliš mnoho maziva nebo pokud se aplikuje nerovnoměrně, může se nadbytečná kapalina hromadit ve formě. Při kontaktu s horkou taveninou kovu se toto nadbytečné mazivo okamžitě odpaří, čímž vznikne velké množství plynu, které nemá čas uniknout ventilačními kanály. Jak je uvedeno ve zprávě společnosti The Hill & Griffith Company , mazivo pístu je často největším jednotlivým přispěvatelem, zejména pokud se používá navíc k vyrovnání opotřebovaného hrotu pístu.

Vlhkost je dalším klíčovým faktorem. Jakákoli zbytková vlhkost v formě – z netěsných vodních trubek, kapajících postřikovačů nebo dokonce z uvolňovacího prostředku samotného – se při vstřikování změní na páru. Tato pára se chová stejně jako jakýkoli jiný zachycený plyn, vytváří tlak pod povrchem odlitku, který může vést k vzniku puchýřů. Udržování suchého prostředí formy je proto naprosto zásadní.

Aby se předešlo puchýřům způsobeným procesními parametry, měli by operátoři dodržovat následující nápravná opatření:

1. Dodržujte přísnou kontrolu teploty: Zajistěte, aby roztavená slitina i forma byly udržovány v rámci stanovených teplotních rozmezí, aby nedošlo k přehřátí a nadměrnému vzniku plynu.
2. Nanášejte mazivo šetrně a rovnoměrně: Používejte automatické postřikovací systémy k nanášení minimálního, rovnoměrného povlaku vysoce kvalitního separačního prostředku s nízkým obsahem reziduí.
3. Zajistěte dostatečný čas na vypaření: Ujistěte se, že po postřiku je dostatečná prodleva, aby veškerá voda nebo rozpouštědla obsažená v mazivu úplně odpařila, než je forma uzavřena.
4. Provádějte pravidelnou údržbu: Pravidelně kontrolujte a opravujte netěsnosti vodních nebo hydraulických potrubí a zajistěte, že postřikovací trysky nekapou.

Materiálové a fyzikální vady jako kořenové příčiny

Poslední kategorie příčin souvisí s integritou odlévaného materiálu a výskytem fyzických nespojitostí uvnitř toku kovu. Puchýřky mohou vzniknout z kontaminantů přítomných v samotné slitině. Například prvky s nízkým bodem varu, jako je olovo nebo kadmium, se mohou odpařovat během procesu lití nebo následné tepelné úpravy, čímž vytvářejí vnitřní tlak plynu. Podobně slitiny hliníku mohou během tavení absorbovat vodík, který se snaží uniknout během tuhnutí, což vede k pórovitosti a tvorbě puchýřků.

Fyzické vady vnesené během procesu plnění jsou rovněž velmi nepříznivé. Výzkum publikovaný v Engineering Failure Analysis uvádí, že studené lupiny – polozmrazené kusy kovu, které se odlamují ze stěn vstřikovacího pláště – jsou hlavní příčinou velkých puchýřů, zejména v oblastech blízko litího systému. Tyto lupiny vytvářejí nespojitosti ve struktuře odlitku. Plyn přítomný v těchto dutinách se během tepelného zpracování roztahuje a vytváří významné povrchové puchýře. Mezi další podobné vady patří studené kapky, studené vstřiky a oxidové fólie, které všechny narušují homogenitu kovu a slouží jako místa zrodu puchýření.

Zabránění těmto vadám souvisejícím s materiálem vyžaduje přísnou kontrolu celého procesu, od manipulace s výchozími materiály až po konečnou výrobu. Je klíčové spolupracovat s dodavatelem, který prokazuje pevné závazky v oblasti kontroly kvality. Například výrobci součástí pro automobilový průmysl s vysokým výkonem často využívají certifikované procesy, jako je IATF16949, a interní kontrolu kvality, aby zajistili integritu materiálu od začátku do konce, což je zásadní postup pro prevenci takovýchto vad.

Pro lepší pochopení těchto různých příčin následující tabulka porovnává puchýře vzniklé pórovitostí plynu s těmi, které mají fyzický nebo chemický původ:

Řešení zahrnují předehřátí a důkladné usušení surovin, použití slitin vysoké čistoty a efektivní odplyňování pomocí dusíku nebo argonu za účelem odstranění rozpuštěného vodíku před odléváním.

Nejčastější otázky o puchýřích při tlakovém lití

1. Jaká je hlavní příčina puchýřů při tlakovém lití?

Hlavní příčinou puchýřů je zachycený plyn, nejčastěji vzduch z dutiny formy, který se uzavře kvůli turbulentnímu toku taveniny a nedostatečnému odvzdušnění. Tento plyn, umístěný těsně pod povrchem odlitku, se rozpíná a vytláčí měkkou kovovou kůži ven, čímž vzniká bublina.

2. Může tepelné zpracování způsobit vznik puchýřů na tlakově odlité součásti?

Ano, tepelné zpracování je běžnou příčinou vzniku puchýřů. Součást může vypadat v dokonalém stavu hned po odlití, ale pokud je pod povrchem zachycený plyn nebo fyzické nespojení, vysoké teploty při tepelném zpracování způsobí výrazné roztažení plynu, čímž se vadа projeví jako povrchový puchýř.

3. Jak rozlišit puchýř od obecné pórovitosti?

Puchýře jsou povrchová nebo téměř povrchová vada, která se projevuje jako vyvýšené vydutiny na povrchu odlitku. Obecná pórovitost naopak označuje dutiny, které se mohou nacházet kdekoli uvnitř odlitku, včetně hlubokých vnitřních částí. I když oba typy vad vznikají kvůli zachycenému plynu, puchýře jsou specificky ty póry, které jsou dostatečně blízko povrchu, aby jej deformovaly.