Painevaluissa esiintyvien kuplien keskeiset syyt selitettynä

TL;DR

Purskettelu painevalussa on pintavirhe, jossa esiintyy kohonneita kuplia, jotka syntyvät metallin alla jäähtyneen kaasun laajetessa. Pääasiallinen syy on kaasun tai ilman jääminen muottiin turbulentin metallivirtauksen ja riittämättömän muotin venttiiloinnin vuoksi. Muita tärkeitä tekijöitä ovat liiallinen sulan metallin tai muotin lämpötila, väärin käytetty valumuottivoide sekä epäpuhtaudet tai fyysiset virheet itse alumiiniseoksessa.

Kaasun ja ilman jäämisen rooli purskettuman muodostumisessa

Perusmuotoinen syy valssauspalloon ilmestyviin kuppiin on kaasun jääminen muottikammioon metallin ruiskutuksen aikana. Kupit ovat olennaisesti tietynlainen kaasun aiheuttama huokous, jossa jäähtynyt kaasu sijaitsee juuri valukappaleen pinnan alla. Kun sulanut metalli jähmettyy, tämä jäähtynyt kaasu on erittäin suuren paineen alaisena. Kun kappale irrotetaan muotista, ulkoinen tuki poistuu ja vielä pehmeä metallikuori voi painautua ulospäin laajenevan kaasun vaikutuksesta, mikä muodostaa selvästi erottuvan kupin.

Tämä kaasu voi syntyä useista lähteistä. Yleisin on ilma, joka on jo valmiiksi muottikammiossa ja valuradassa ennen ruiskutusta. Jos sulanut metalli ruiskutetaan liian nopeasti tai jos virtaussuuntaa ei ole optimoitu, syntyy turbulenssia. Tämä turbulentti, kaoottinen virtaus taittuu itsekseen, jolloin ilmaa jäänyt taskut eivät ehdi paeta ennen kuin metalli jähmettyy. Kuten teknisessä analyysissa yksityiskohtaisesti kerrotaan CEX-juotanto , huono portti- ja juoksupiirien suunnittelu on usein syy, joka estää metallin virtaamisen muottiin tasaisesti ja laminaarisesti.

Riittämätön ilmanpoisto on toinen kriittinen tekijä. Ilmanpoistimet ovat pieniä kanavia, jotka on suunniteltu päästämään ilman pois muottikaviteetista, kun sulanut metalli täyttää sen. Jos nämä ilmanpoistimet ovat tukossa, liian pieniä tai huonosti sijoitettuja, ilmalle ei jää paikkaa mennä, ja se jäänyy valuman sisään. Tämän seurauksena syntyy huokoisuutta ja lähellä pintaa olevissa kohdissa mahdollisesti kuplia. Ilmanpoistojärjestelmän optimointi on keskeinen askel tämän tyyppisten virheiden ehkäisemiseksi.

Kaasun ja ilman jäämisen vähentämiseksi tulisi toteuttaa useita parhaita käytäntöjä:

• Optimoi portti- ja juoksupiirien suunnittelu: Käytä muottivirtausimointiohjelmistoa suunnitellessasi järjestelmää, joka edistää tasaisen, ei-turbulentin täyttämisen muottikaviteettiin.
• Varmista riittävä ilmanpoisto: Suunnittele ja ylläpidä puhtaita, tehokkaita ilmanpoistimia ja ylivuotoporteja varmistaaksesi ilman täydellisen poistumisen.
• Hallitse ruiskutusnopeutta: Säädä ruiskutusprofiilia, erityisesti alussa hitaan ruiskutusvaiheen, jotta ilma voidaan työntää kevyesti muottikammion ulkopuolelle ennen nopeaa täyttövaihetta.
• Käytä tyhjiöavustusta: Kriittisiin komponentteihin tyhjiöpuudotusmenetelmän käyttöönotto voi aktiivisesti poistaa ilman kammioista ennen ruiskutusta, mikä käytännössä eliminoi jäänyttä kaasua aiheuttavien virheiden riskin.

Prosessiparametrit: Miten lämpötila ja voitelut aiheuttavat kuplia

Ilman fyysistä kertymistä prosessiparametrit vaikuttavat merkittävästi siihen, millaiset olosuhteet kuplien muodostumiselle syntyvät. Lämpötilan säätö ja voiteluiden käyttö ovat kaksi tärkeintä aluetta, joita on hallittava. Liiallisen korkea lämpötila, olipa se sulassa metallissa tai itse muotissa, voi pahentaa kaasuun liittyviä ongelmia. Yleiskatsauksen mukaan Sunrise Metal , korkea lämpötila voi lisätä höyrynpainetta sulassa metalliseoksessa ja saada muottivoitelut hajoamaan, vapauttaen näin kaasua, joka jäänyt kappaleeseen.

Muovinvoitelut tai irrotusaineet ovat välttämättömiä estämään valuman tarttumisen muottiin, mutta niiden väärinkäyttö on merkittävä syy kaasun aiheuttamaan huokoisuuteen ja kuppiin. Kun voiteluainetta käytetään liikaa tai sitä levitetään epätasaisesti, ylimääräinen neste voi kertyä muottiin. Kun se tulee kosketuksiin kuuman sulan metallin kanssa, ylimääräinen voiteluaine haihtuu välittömästi, luoden suuren määrän kaasua, jolla ei ole aikaa poistua venttiileistä. Kuten raportissa todetaan The Hill & Griffith Company , sinkkupumpun voiteluaine on usein yksittäinen suurin tekijä, erityisesti kun ylimääräistä voiteluainetta käytetään kuluneen pumpun kärjen kompensoimiseksi.

Kosteus on toinen keskeinen tekijä. Kaikki muotissa oleva jäännöskosteus vuotavista vesiputkista, tippuvista suihkuttimista tai jopa itse irrotusaineesta muuttuu höyryksi injektoinnin yhteydessä. Tämä höyry käyttäytyy kuten mikä tahansa muu jumittunut kaasu, luoden painetta valuman alla olevaan kerrokseen, mikä voi johtaa kuppiin. Siksi kuivan muottiympäristön ylläpitäminen on ratkaisevan tärkeää.

Istuen aiheutuvien kuplien ehkäisemiseksi prosessiparametrien osalta operaattorien tulee noudattaa seuraavia korjaavat toimenpiteitä:

1. Ylläpidä tiukkaa lämpötilan säätöä: Varmista, että sekä sulanut metalliseos että muotti pidetään määritellyssä lämpötila-alueessa ylikuumenemisen ja liiallisen kaasunmuodostuksen estämiseksi.
2. Käytä voiteluainetta vähän ja tasaisesti: Käytä automatisoituja suihkutusjärjestelmiä levittämään vähimmäismäärä tehokasta, vähäjäämäistä irrotusainetta.
3. Varoita haihtumisajalle: Varmista riittävä viive suihkuttamisen jälkeen, jotta voiteluaineen vesi- tai liuotinliuotteet ehtivät haihtua täysin ennen kuin muotti suljetaan.
4. Suorita säännöllistä huoltoa: Tarkista säännöllisesti vuotavat vesilinjat ja hydraulijohdot ja varmista, että suihkutuspäästä ei tippu.

Materiaali- ja fysikaaliset virheet juurisyikinä

Viimeinen syyryhmä liittyy valumateriaalin eheyteen ja fyysisten epäjatkuvuuksien läsnäoloon metallivirrassa. Rakkulat voivat syntyä seosteen sisältämistä epäpuhtauksista. Esimerkiksi alhaisen kiehumispisteen alkuaineet, kuten lyijy tai kadmium, voivat haihtua valuprosessin aikana tai sen jälkeisen lämpökäsittelyn yhteydessä, mikä luo sisäistä kaasupainetta. Vastaavasti alumiiniseokset voivat imeytyttää vetyä sulatettaessa, joka pyrkii poistumaan kiinteytyessä, mikä johtaa huokoisuuteen ja rakkuloitumiseen.

Täyttöprosessin aikana syntyneet fysikaaliset virheet ovat myös erittäin haitallisia. Julkaisussa julkaistu tutkimus Engineering Failure Analysis korostaa, että kylmät lastut – puolikiinteitä metallipaloja, jotka irtoavat ruiskutussylinterin seiniä – ovat ensisijainen syy suuriin kuppiin, erityisesti alueilla, jotka ovat lähellä valujärjestelmää. Nämä lastut aiheuttavat epäjatkuvuuksia valun mikrorakenteessa. Näissä onteloissa oleva kaasu laajenee lämpökäsittelyn aikana, mikä johtaa merkittäviin pintakuppiin. Muita samankaltaisia virheitä ovat kylmät pisarat, kylmät ruiskutukset ja hapettumat, joista kaikki häiritsevät metallin homogeenisuutta ja toimivat kuppien muodostumisen aloituskohtina.

Näiden materiaalipohjaisten vikojen estämiseksi vaaditaan tiukkaa valvontaa koko prosessin ajan, raaka-aineiden käsittelystä lopputuotantoon asti. On olennaista tehdä yhteistyötä toimittajan kanssa, joka osoittaa vahvan sitoutumisen laadunvalvontaan. Esimerkiksi suorituskykyisten autoteologioiden valmistajat usein luottavat sertifioituihin prosesseihin, kuten IATF16949:ään, sekä sisäiseen laadunvalvontaan varmistaakseen materiaalin eheyden alusta loppuun, mikä on keskeinen käytäntö tällaisten vikojen ehkäisemiseksi.

Näiden erilaisten syiden paremman ymmärtämiseksi seuraava taulukko vertailee kaasunporomuodostuksesta peräisin olevia kuplia ja niitä, jotka johtuvat fysikaalisista tai kemiallisista vioista:

Ratkaisuihin kuuluu raaka-aineiden esilämmitys ja kuivatus huolellisesti, korkealaatuisten seosten käyttö sekä tehokas kaasunpoisto typen tai argonin avulla ennen valua, jotta liuenut vety poistetaan.

Usein kysyttyjä kysymyksiä valumuotokuplista

1. Mikä on tärkein syy valumuotokuplien syntymiseen?

Pääasiallinen syy kuplien muodostumiseen on jäädytetty kaasu, useimmiten ilmasta muottikammiossa, joka jää umpiin turbulentin sulan metallivirtauksen ja riittämättömän venttiiloinnin vuoksi. Tämä kaasu sijaitsee juuri valukappaleen pinnan alla, laajenee ja työntää pehmeää metallikuorta ulospäin, muodostaen kuplan.

2. Voiko lämpökäsittely aiheuttaa kuplien muodostumista painevalukappaleeseen?

Kyllä, lämpökäsittely on yleinen syy kuplien muodostumiseen. Kappale voi näyttää täydelliseltä valumuotoina, mutta jos sen alle on jäänyt kaasua tai on olemassa fyysinen epäjatkuvuus, lämpökäsittelyn korkeat lämpötilat saavat kaasun laajenemaan merkittävästi, mikä paljastaa virheen pintakuplana.

3. Miten erottaa kupla yleisestä huokoisuudesta?

Kuplat ovat pintatasolla tai lähes pinnan tasolla olevia virheitä, jotka ilmenevät kappaleen ulkopinnalla olevina pullistumina. Yleinen huokoisuus puolestaan viittaa onteloihin, jotka voivat sijaita missä tahansa kappaleen sisällä, myös syvällä osan sisuosassa. Vaikka molemmat johtuvat jääneestä kaasusta, kuplat ovat nimenomaan ne huokoset, jotka ovat riittävän lähellä pintaa aiheuttaakseen sen muodonmuutoksen.