Esminiai būdai porėtumui štampuojant prevencijuoti

TRUMPAI

Porėtumo prevencija lyjant į formas, kuris yra sukeltas užstrigusio dujų ar metalo susitraukimo, reikalauja sistemingo požiūrio. Veiksminga prevencija priklauso nuo formos ir kanalų konstrukcijos optimizavimo, tinkamo formos vėdinimo užtikrinimo bei slėgio ir temperatūros tikslaus valdymo liejimo procese. Dalims, kurios jau paveiktos, vakuuminis impregnavimas yra patikimas metodas po liejimo visiškai užsandarinti vidaus tuštumoms ir išgelbėti komponentus.

Porėtumo priežasčių supratimas

Porėtumas, tai yra mažų ertmių ar skylių buvimas galutiniame liejinyje, yra viena iš labiausiai pastovių iššūkių formos liejime. Jis pakenkia detalės struktūrinei vientisumui, slėgio sandarumui ir paviršiaus apdorojimui. Šio defekto veiksminga prevencija prasideda aiškiai suprantant du pagrindinius jo tipus: dujų porėtumą ir susitraukimo porėtumą. Kiekvienas tipas turi skirtingas priežastis ir charakteristikas, todėl teisingai nustatyti, kuris iš jų yra esamas, yra pirmas žingsnis link tinkamo sprendimo įgyvendinimo.

Dujų porėtumas atsiranda tada, kai dujos užfiksuojamos įlydytame metale, kuris kristalizuojasi. Šios dujos gali kilti iš keleto šaltinių. Tai gali būti oras, užstrigęs šovinio rankovoje ar formos ertmėje aukštos spartos įpurškimo metu, garai, susidarantys dėl perteklinio ar drėgmės užteršto formos tepalo, ar net vandenilis, išsiskiriantis iš paties įlydyto lydinio, ypač aliuminio liejiniuose. Susidariusios tuštumos paprastai yra apvalios, su lygiomis sienelėmis, o kartais gali turėti blizgų vidinį paviršių, primenantį mažas putas. Jų vieta gali būti atsitiktinė, nors dažnai jos pasitaiko arti liejinio viršutinio paviršiaus dėl jų plūdumo.

Susitraukimo porėtumas, kita vertus, yra metalo natūralaus tūrio mažėjimo rezultatas, kai jis pereina iš skystos į kietą būseną. Jei tam tikros liejinių dalys – paprastai storesnės vietos – vėsta ir sustingsta lėčiau nei aplinkinės sritys, jos gali atsiskirti nuo tirpalo srauto dar nespėjus visiškai susti. Kol šis izoliuotas skystis toliau vėsta ir traukiasi, jis atsiskiria, sukurdamas netaisyklingas, tiesias ar į įtrūkimus panašias vidaus tuštumines. Skirtingai nuo dujų porėtumo lygių burbulų, susitraukimo defektai yra kampuoti ir dažnai seka sustingusio metalo dendritinę grūdelinę struktūrą.

Defektų tipo diagnozavimas yra būtinas efektyviai problemų šalinimui. Kruopštus apžvalgymas, dažnai reikalaujantis padidinimo, gali atskleisti tuštumų formą ir pobūdį. Supratimas, ar šaknies priežastis yra užstrigęs dujų kiekis ar nepakankamas maitinimas kristizuojantis, nurodo, ar sprendimas slypi gerinant išmetamąsias angas ir įpurškimo parametrus, ar perprojektuojant detalės geometriją bei šiluminį valdymą. Toliau pateikta lentelė aiškiai palygina šiuos du pagrindinius defektų tipus.

Pagrindinės prevencijos strategijos projektavimo ir eksploatacijos metu

Veiksmingiausias būdas kovoti su porėtumu – užkirsti kelią jo atsiradimui nuo pat pradžių. Tam reikia daugiafunkcinio požiūrio, kuris apjungia protingą detalės ir formos projektavimą su griežtu operacinių parametrų valdymu. Projektavimo ir liejimo etapu imamos proaktyvios priemonės yra žymiai ekonomiškesnės nei bandymai šalinti defektus baigtose detalese.

Pirmoji apsaugos linija – formos ir liejimo kanalų sistemos optimizavimas. Liejimo kanalai ir įliejimo anga turi būti suprojektuoti taip, kad sklandžiai, be turbulentiško srauto, į formos ertmę patektų lydymasis metalas. Pagal vadovą iš FLOW-3D , blogas liejimo kanalų projektavimas gali sukelti turbulentiškumą, dėl kurio oras užfiksuojamas ir in jectuojamas į detalę. Taip pat labai svarbu išlaikyti vientisą sienelės storį liejamos detalės projekte, kad būtų išvengta izoliuotų karštų taškų, sukeliančių susitraukimo porėtumą. Reikia vengti aštrių kampų, nes jie gali sutrikdyti metalo tekėjimą ir veikti kaip įtempimo koncentracijos vietos.

Tinkamas vėdinimas taip pat yra labai svarbus, kad būtų išvengta dujų porėtumo. Vėdinimo kanalai – tai maži kanalėliai, išfrezuoti į formą, kurie leidžia orui, esančiam ertmėje, ištrūkti, kai į ją įsiveržia lydinys. Jei vėdinimas yra nepakankamas, orui nėra kur išeiti, todėl jis užsitrumpina liejinyje. Kaip pastebėjo ekspertai iš Lethiguel USA, svarbu naudoti tinkamo dydžio išsiurbimo zonas, pvz., vėdinimo blokus, kad efektyviai būtų šalinamas oras. Vėdinimo kanalų vieta yra tokia pat svarbi kaip ir jų dydis; juos reikia įrengti paskutinėse užpildomose vietose bei bet kuriuose giliuose įdubimuose, kur oras gali būti įkliūti.

Temperatūros ir slėgio kontrolė yra esminė abiejų porų tipų mažinimui. Formos temperatūra veikia sukietėjimo modelį; jos valdymas gali padėti išvengti vartų pernaujo užšalimo ir užtikrinti tinkamą užpildymą storesniuose sekcijose. Slėgis, taikomas metu ir po įpylimo, yra galingas įrankis prieš susitraukimą. Kaip paaiškino Hill & Griffith, didelis intensyvinimo slėgis, taikomas sukietėjimo metu, padeda priversti papildomą lydytą metalą į susidarančias susitraukimo tuštumas, padidinant detalės tankį. Šio lygio procesų kontrolė yra kritinė svarbos pramonės šakose, tokiose kaip automobilių, kur įmonės, specializuojančiosi aukštos vientisumo liejimo komponentams, priklauso nuo rūpestingos konstrukcijos ir kokybės užtikrinimo defektų prevencijai.

Norint užtikrinti nuoseklumą, operatoriai ir inžinieriai gali laikytis sisteminės kontrolinės sąrašo prieš pradedant gamybą:

1. Patikrinkite formos projektavimą: Užtikrinkite, kad vartų ir kanalų sistema būtų suprojektuota laminariniam srautui ir kad sienelių storis būtų kiek galima tolygesnis.
2. Tikrinkite ventiliaciją: Patvirtinkite, kad visi ventiliatoriai yra švarūs, tinkamo dydžio ir išdėstyti paskutinėse užpildymo vietose.
3. Tikrinkite medžiagos kokybę: Naudokite švarius, sausus lydinius, kad būtų sumažinta vandenilio ir drėgmės patekimo galimybė.
4. Kalibruokite įrenginio parametrus: Nustatykite ir stebėkite tinkamą šovimo greitį, įpurškimo slėgį ir intensyvumo slėgį pagal technologinės procedūros nurodymus.
5. Valdykite temperatūras: Užtikrinkite, kad prieš pradedant gamybą, tiek lydymasis metalas, tiek formos būtų optimalioje darbo temperatūroje.
6. Kontroluokite formos tepimą: Taikykite minimalų tepimo kiekį, būtiną detalės išstūmimui, vengiant pertekliaus, kuris gali išsiskirti garais ir sukelti dujų porėtumą.

Pažangios technikos ir liejimo pabaigos sprendimai

Net ir taikant geriausias prevencines priemones, tam tikras mikroporėtumas gali būti būdingas liejimo forma proceso dalis, ypač sudėtingiems komponentams. Ten, kur reikalinga absoliučiai slėgio sandarumas yra nepriimtinas arba aukštos vertės detalių, kurių porėtumas pasireiškia, gelbėjimui naudojamos pažangios technikos ir liejimo pabaigos apdorojimo metodai. Išskirtinė ir veiksmingiausia iš jų yra vakuumo impregnavimas.

Vakuumo impregnavimas yra procesas, skirtas nuolat užsandarinti porėtą struktūrą, kuri galėtų sukurti nutekėjimo takus baigtame gaminyje. Šis procesas neprideda konstrukcinės stiprybės, tačiau labai veiksmingas padarant liejinius slėgiui atsparius. Procesas susideda iš kelių pagrindinių etapų. Pirmiausia porėti liejiniai dedami į kamerą, kur sukuriamas vakuumas, kad būtų pašalintas visas oras iš vidinių tuštumų. Toliau į kamerą įleidžiamas skystas sandariklis, kuris slėgiu įstumiamas giliai į mikroporus. Galiausiai detalių paviršiuje esantis perteklinis sandariklis nuplaunamas, o porose esantis sandariklis sukietinamas (dažnai naudojant šilumą), kad susidarytų kietas, inertinis polimeras, nuolat užsandarinantis nutekėjimo takus. Šis metodas vertinamas dėl gebėjimo užsandarinti detales, nekeičiant jų matmenų tikslumo ar išvaizdos.

Kitas pažangus metodas, taikomas liejimo metu, yra vakuumo pagalbos sistemos naudojimas. Šis procesas apima vakuumo siurblio prijungimą prie formos ir aktyvų oro šalinimą iš ertmės tiesiog prieš ir metu įliejant lydytą metalą. Sukuriant dalinį vakuumą, žymiai mažiau oras gali užstrigti, kas labai sumažina dujų poringumą. Tai prevencinis veiksmas, priešingai impregnavimo taisomajam pobūdžiui. Tarp vakuumo pagalbos sistemos ir po liejimo impregnavimo pasirinkimas dažnai priklauso nuo detalės specifinių reikalavimų, gamybos apimties ir sąnaudų svarstymo.

Sprendžiant, kada naudoti po liejimo sprendimą, tokį kaip vakuumo impregnavimas, priklauso nuo programinės įrangos svarbos. Apsvarstykite šiuos scenarijus:

• Slėgiui atsparios detalės: Detalėms, kurios turi turėti skysčius ar dujas, pvz., kuro sistemos komponentams, variklio blokams ar hidrauliniams voztuvams, būtina užsandarinti visas galimas nutekėjimo vietas.
• Aukštos vertės liejinių gelbėjimas: Jei po apdorojimo būdama paaiškėja, kad sudėtingas ir brangus liejinių turi porėtumą, impregnavimas gali būti ekonomiškai naudingas būdas išgelbėti detalę nuo išmetimo į šiukšles.
• Galvaninių dengimų ar dengčių kokybės gerinimas: Aklų paviršiaus porų užsandarinimas neleidžia valymo tirpalams ir rūgštims įstrigti per išankstinį apdorojimą, kas vėliau gali išsiskirti ir sukelti defektus ar burbulus galutiniame paviršiuje.

Porėtumo priimtinumo standartų nustatymas ir matavimas

Nors tikslas yra sumažinti porėtumą iki minimumo, pasiekti nulinio porėtumo kiekviename liejinyje dažnai būna techniškai neįmanoma ir ekonomiškai neprotinga. Todėl svarbiausias kokybės kontrolės aspektas liejant į formas yra aiškių ir realizuojamų porėtumo priimtinumo standartų nustatymas. Šie standartai apibrėžia maksimaliai leistiną porėtumo kiekį, dydį ir tipą konkrečiam komponentui, atsižvelgiant į jo paskirtį ir našumo reikalavimus. Toks praktinis požiūris užtikrina, kad detalės atitiktų savo paskirtį, nekildinant pernelyg didelių sąnaudų, susijusių su siekimu pasiekti absoliučią tobulystę.

Priimtinas poringumo lygis labai priklauso nuo detalės paskirties. Grynai dekoratyviniam tikslui naudojama detalė gali toleruoti didesnį vidinio poringumo laipsnį nei struktūrinė detalė, veikiama didelės apkrovos, ar hidraulinė detalė, kuri turi būti sandari slėgiui. Kritinės sritys, tokios kaip sandarinimo paviršiai, srieginiai skylės ar sekcijos, patiriančios didelę mechaninę apkrovą, turi būti vertinamos pagal daug griežtesnius reikalavimus nei nekritinės sritys. Kokybės inžinieriai kartu su konstruktoriais ir klientais nustato šias zonas detalei ir apibrėžia specifinius kiekvienos zonos priėmimo kriterijus.

Pramonės standartai, tokie kaip ASTM nurodyti, suteikia pagrindą porėtumui klasifikuoti pagal jo dydį ir pasiskirstymą, kaip matoma rentgeno nuotraukose (rentgeno spinduliuose). Pavyzdžiui, standarte gali būti nurodyta, kad sandaros zonoje ant aliuminio liejimo forma vieno poros skersmuo neturi viršyti 0,5 mm, o grandininės poros yra draudžiamos. Palyginti, tame pačiame komponente esančioje nekritinėje zonoje gali būti leidžiami didesni porai arba tankesnis mažų porų tankis. Tai užtikrina, kad kokybės kontrolės pastangos būtų sutelktos ten, kur jos svarbiausios.

Kaštų ir naudos analizė yra svarbi šiai diskusijai. Siekiant beveik nulinės porėtumo reikšmės, reikalingi sudėtingesni įrankiai, lėtesni ciklo laikai, aukštesnės kokybės medžiagos ir galbūt pažangūs procesai, tokie kaip vakuumo pagalba, visi šie veiksniai padidina vieno gaminio gamybos kaštus. Nustačius priimtinus standartus, gamintojai gali subalansuoti gamybos kaštus su galutinio produkto reikiamu našumu ir patikimumu. Tai reikalauja bendradarbiavimo, kad šie standartai aiškiai būtų dokumentuojami detalių brėžiniuose ir kokybės kontrolės planuose, užtikrinant, kad tiek gamintojas, tiek klientas turėtų bendrą supratimą apie tai, kas laikoma priimtinu gaminiu.

Dažniausiai užduodami klausimai apie liejimo formavimo porėtumą

1. Kaip lieti be porėtumo?

Pasiekti liejinių, visiškai laisvų nuo poringumo, yra labai sunku. Tačiau galima labai artėti prie to, derinant kelias strategijas. Tai apima detalės ir formos konstrukcijos optimizavimą sklandžiam metalo tekėjimui, išsamų ir tinkamai išdėstytą formos ventiliaciją, vakuumo pagalbos sistemą ertmėje esančiam orui pašalinti, taip pat tikslų injekcijos greičio, slėgio ir temperatūrų kontrolę. Svarbiems taikymams dažnai naudojama po liejimo vakuumo impregnavimas, kad būtų užsandarintas bet koks likęs mikroporingumas.

2. Kaip sumažinti poringumą?

Poriningumą galima ženkliai sumažinti sistemingai. Pagrindiniai metodai apima: užtikrinimą, kad lydytas metalas būtų švarus ir laisvas nuo dujų; įtekėjimo ir kanalų sistemos optimizavimą, kad būtų sumažintas turbulentiškumas; ventilių pridėjimą ar padidinimą, kad galėtų ištrūkti sučiuptas oras; intensyvumo slėgio didinimą, kad būtų galima maitinti susitraukimui linkusias zonas; taip pat formos ir metalo temperatūrų kontrolę, skatinančią tolygią kristalizaciją.

3. Kiek poringumo yra leistina liejiniuose?

Leistinas poringumas visiškai priklauso nuo detalės paskirties. Nekritinės, nestruktūrinės detalės gali toleruoti gana didelį vidinį poringumą. Tačiau detalėms, kurios turi būti sandarios slėgiui ar atlaikyti didelius mechaninius apkrovimus, reikalavimai yra žymiai griežtesni. Priėmimo kriterijai, dažnai nustatomi pagal pramonės standartus, nurodo maksimalų leistinų porų dydį, kiekį ir vietą kritinėse ir nekritinėse liejinių zonose.