Porėtumas aliuminio presavimo liejime: priežastys ir sprendimai

TRUMPAI

Porėtumas aliuminio lydyme apibūdina mažus tuštumų arba ertmių susidarymą metalo kristalizuojantis. Šis dažnas gamybos defektas pagrindžiai skirstomas į dvi rūšis: dujų porėtumą, kurį sukelia užstrigusios dujos, ir traukos porėtumą, atsirandantį dėl tūrio sumažėjimo auštant. Porėtumas pablogina detalės konstrukcinį vientisumą, slėgio sandarumą ir paviršiaus kokybę, galėdamas sukelti komponento gedimą. Tačiau jį galima efektyviai kontroliuoti ir sumažinti tiksliai reguliuojant medžiagos kokybę, formos projektavimą ir liejimo procesą. Priežasčių supratimas yra pirmasis žingsnis prevencijai.

Porėtumo apibrėžimas aliuminio die casting

Aukšto slėgio liejimo srityje tobulas, vientisas komponentas yra galutinis tikslas. Tačiau gamintojams dažnai kyla iššūkis – porėtumas. Paprastai tariant, porėtumas reiškia mažus, nereikalingus tuštumų, skylių ar oro kišenių buvimą užbaigto liejinio viduje. Gamybos ekspertų teigimu, šis defektas yra pagrindinė problema, nes jis tiesiogiai pakenkia galutinio produkto mechaninėms savybėms ir našumui. Šios tuštumos gali žymiai sumažinti detalės stiprumą, ilgaamžiškumą ir atsparumą nuovargiui.

Porėtumas nėra vienintelė defekto forma; jis pasireiškia įvairiais būdais, kurie veikia komponento naudingumą. Šios formos paprastai klasifikuojamos pagal jų vietą ir sujungiamumą:

• Aklasis porėtumas: Tai yra ertmės, atviros liejinių paviršiui, tačiau neįsiterpusios visiškai per visą detalę. Nors jos struktūriškai gali nedaryti įtakos detalei, jos gali užfiksuoti skysčius ar valymo chemikalus iš apdorojimo etapų po liejimo, tokių kaip anodizavimas, dėl ko ilgainiui gali atsirasti paviršiaus defektų ir korozija.
• Skersinė porėtis: Šis tipas sukuria nuolatinį nutekėjimo kelią nuo vieno liejinio paviršiaus iki kito. Detalėms, kurios turi būti slėgiui atsparios, pvz., skysčių talpykloms ar pneumatinėms dėžutėms, skersinė porėtis yra kritiškas gedimo taškas, darantis detalę nepanaudojamą.
• Visiškai uždara porėtis: Tai vidinės ertmės, visiškai užsandarintos sienose tarp liejinio sienų. Jos išorėje nematomos ir nebūtinai kelia problemų, nebent būtų atskleistos vėlesnių apdirbimo operacijų metu, tuo metu tampa aklosios arba skersinės angos.

Porų pasekmės yra rimtos, ypač kritinėse srityse, tokiuose kaip automobilių ir aviacijos komponentai. Porėtas detalė gali sulūžti esant apkrovai, nutekėti skysčius ar dujas, arba po apdirbimo turėti prastą paviršiaus apdorojimą. Todėl suprantant jos atsiradimo priežastis yra būtina siekiant aukštos kokybės gamybos.

Pagrindiniai tipai: dujų ir susitraukimo pora

Nors įvairūs veiksniai gali sukelti porą, defektai beveik visada siejami su viena iš dviejų pagrindinių priežasčių: užstrigusios dujos ar metalo susitraukimas. Skirtumas tarp šių dviejų yra labai svarbus efektyviai problemų diagnostikai ir prevencijai, kadangi jų išvaizda ir šakninės priežastys skiriasi. Kiekvienas tipas kelia unikalius iššūkius ir reikalauja skirtingų sprendimų.

Dujų pora

Dujų porėtumas atsiranda dėl dujų užteršimo lydytuose aliuminyje injekcijos ir kristalizacijos metu. Pagrindiniai kaltininkai yra vandenilis, kuris labai tirpus lydytame aliuminyje, tačiau netirpus jo kietoje būsenoje, bei oras, kuris įstręsta formos ertmėje. Kai metalas vėsta, ištirpusios dujos išstumiamos iš tirpalo, sudarydamos burbuliukus. Šie burbuliukai tampa visam laikui įspaudžiami, kai aplink juos sukietėja metalas. Dujų poros paprastai būna lygios, sferinės arba ovalios formos ir dažnai randamos liejinių paviršiuje.

Susitraukimo porėtis

Susitraukimo porėtumas atsiranda dėl to, kad aliuminis, kaip ir daugelis metalų, kietoje būsenoje yra tankesnis nei skystoje. Kai lydytas metalas atvėsta ir sustingsta, jo tūris mažėja. Jei nėra pakankamai skysto metalo, kuris užpildytų šio susitraukimo sukeltas tuštumas, susidaro ertmės. Šis defektas labiausiai būdingas liejinių storesnėms dalims, kurios sustingsta paskutinės. Skirtingai nuo dujų porėtumo, kurio burbuliukai yra lygūs, susitraukimo porėtumas atrodo kaip neįprasti, kampuoti ar tiesiniai įtrūkimai. Tai tiesioginis rezultatas, kai lydyto metalo tiekimas nepakankamas baigiantis kristizacijos procesui.

Norint paaiškinti skirtumus, pateikiama dviejų pagrindinių porėtumo rūšių palyginimas:

Pagrindinės priežastys ir proaktyvios prevencijos strategijos

Porų prevencija yra žymiai veiksmingesnė ir ekonomiškesnė nei sugedusių detalių tvarkymas po gamybos. Sėkminga prevencijos strategija reikalauja visapusiško požiūrio, apimančio formos projektavimą, medžiagą ir pačią liejimo technologiją. Kontroliuojant pagrindinius kintamuosius, gamintojai gali žymiai sumažinti tiek dujų, tiek susitraukimo defektų atsiradimą.

Dujų sukeltų priežasčių šalinimas

Dujų porozumas atsiranda dėl dujų patekimo į metalą arba jų užvertimo formoje. Prevencija nukreipta į dujų išvengimą.

• Kontroliuoti lydalio kokybę: Naudokite švarias, sausas žaliavas, kad išvengtumėte drėgmės patekimo, kuri lydžiame aliuminyje sukuria vandenilį. Lydinio degazacija azotu arba argonu prieš liejimą yra labai veiksmingas metodas.
• Optimizuoti tepalo naudojimą: Nors ir būtinas, per didelis ar netinkamai taikomas formos tepalas gali garuoti injekcijos metu, sukuriant dujas, kurios užfiksuojamos. Naudokite kiek įmanoma mažesnį aukštos kokybės tepalo kiekį ir taikykite jį tolygiai.
• Užtikrinkite tinkamą vėdinimą: Forma turi turėti pakankamai ventiliacijos angų ir pertėkmių kanalų, kad oras ertmėje galėtų išeiti, kai yra įpurškiamas lydytas metalas. Užkimštos arba blogai suprojektuotos ventiliacijos angos yra pagrindinė užfiksuoto oro priežastis.
• Reguliuoti injekcijos procesą: Turbulentinis pripildymo procesas gali įtraukti orą į metalą. Šovimo greičio ir slėgio profilio optimizavimas užtikrina sklandų, palaipsniui pripildymą, kuris orą išstumia prieš metalo srautą.

Sitraukimo susidarymo priežasčių kontrolė

Susitraukimo porėtis yra kova su fizika, kurią galima kontroliuoti valdant liejimo aušinimą. Svarbiausia užtikrinti, kad storos dalys būtų tiekiamos skystuoju metalu iki jų visiško sukietėjimo.

• Palaikykite aukštą metalo slėgį: Aukšto slėgio fazė štampavimo liejime yra esminė kovojant su susitraukimu. Kaip paaiškina pramonės ekspertai, intensyvintuvų sistema taiko didžiulį slėgį per kristizaciją, kad priverstų skystąjį metalą pildyti formuojamus susitraukimo tuštumus. Palaikyti pakankamą statinį ir padidintą slėgį yra būtina.
• Optimizuokite formos temperatūrą: Nelyginis aušinimas sukuria karštus taškus, linkusius susitraukti. Naudojant strategiškai išdėstytus aušinimo ir šildymo kanalus formoje, gamintojai gali skatinti kryptingą kristizaciją, kai liejinys sustingsta progresyviai link įliejimo angos, leidžiant jam toliau būti maitinamam skystuoju metalu.
• Tobulinkite detalės ir formos projektavimą: Projektuojant detales su vienoda sienelių storio dalimi, galima išvengti traukimo. Ten, kur stori skerspjūviai neišvengiami, jie turėtų būti patalpinti šalia įleidimo angos. Vietoj aštrių kampų reikėtų naudoti pakankamai didelius lankstus ir apvalius kampus, nes šie gali sukelti izoliuotus karštus taškus.

Galutinai žiūrint, porėtumo prevencija prasideda nuo patikimo dizaino ir gamybos proceso. Svarbu bendradarbiauti su tiekėju, kuris demonstruoja gilų ekspertizą procesų valdyme. Pavyzdžiui, tiekėjai, turintys IATF16949 sertifikatą automobilių dalių gamybai, pabrėžia griežtą kokybės kontrolę ir vidinių formų projektavimą, dar nuo projekto pradžios tiesiogiai spręsdami defektų, tokių kaip porėtumas, priežastis.

Porėtumo aptikimo tikrinimo metodai

Kadangi ne visi porai yra matomi paviršiuje, gamintojai remiasi įvairiais apžiūros metodais, kad užtikrintų, jog detalės atitinka kokybės standartus. Šios technikos, dažnai vadinamos neardomąja būkle (NDT), leidžia aptikti vidaus defektus, nesugadinant komponento. Tinkamo metodo pasirinkimas priklauso nuo detalės svarbos, tikėtino porų tipo ir biudžeto apribojimų.

Dažni apžiūros metodai apima:

• Vaizdinis inspekcija: Paprasčiausias metodas, naudojamas nustatyti paviršinius porus, tokius kaip burbuliukai ar atviri skyliukai. Nors jis lengvai atliekamas, negali aptikti vidaus defektų.
• Rentgeno apžiūra (radiografija): Tai vienas patikimiausių vidinių porų aptikimo būdų. Detalei pateikiami rentgeno spinduliai, o gautame vaizde matomi tankio skirtumai. Tuštumos rentgeno nuotraukoje atrodo tamsesnėmis dėmėmis, todėl inspektoriai gali matyti jų dydį, formą ir vietą.
• Kompiuterinė tomografija (KT) skenavimas: Išplėstinė rentgeno forma, kompiuterinė tomografija sukuria detalės pilną 3D modelį, suteikiant išsamią visų vidinių ir išorinių savybių apžvalgą. Ji yra labai tikslus būdas nustatyti tikslią poringumo tūrio ir pasiskirstymo apimtį, tačiau tai taip pat brangiausias metodas.
• Slėgio bandymas: Šis metodas naudojamas specifiškai aptikti skylėtą poringumą detaliųse, kurios suprojektuotos būti slėgiui atsparios. Liejimas hermetiškai uždaromas ir įspaudžiamas oru ar skysčiu. Slėgio kritimas arba burbuliukų atsiradimas panardinus vandenį rodo nutekėjimo kelią.

Daugeliu atvejų priėmimo standartai, tokie kaip ASTM International, nurodo leistiną poringumo kiekį ir dydį tam tikram taikymui. Kaip pastebėjo liejimo specialistai, šie neturinio ardymo metodai yra būtini siekiant patikrinti, kad komponentai atitiktų reikiamus kokybės ir saugos standartus prieš juos įdiegiant į eksploataciją. Ši patikra yra kritiškai svarbi gamybos proceso dalis .

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kas sukelia poringumą aliuminio liejime?

Aliuminio liejime porėtumas yra pagrindiniais dviem veiksnių sukeliamas: vandenilio dujų tirpimas ir jų išsiskyrimas kristizuojantis (dujinis porėtumas) bei metalo tūrio sumažėjimas arba traukimasis, kai jis aušta iš skystos būsenos į kietąją (traukos porėtumas). Kiti prisidedantys veiksniai apima užstrigusį orą dėl nepakankamo išleidimo, perteklinį formos tepalą ir nestabilų metalo slėgį.

2. Koks yra presformos liejimo porėtumas?

Presformos liejime porėtumas reiškia mažų skylių, tuštymių arba oro kišenių buvimą lydinyje esančios detalės viduje. Tai laikoma defektu, nes sumažina detalės tankį ir mechaninį stiprumą bei gali sukurti nutekėjimo takus detalem, kurios turi būti sandarios slėgiui.

3. Kaip patikrinti porėtumą aliuminio liejiniuose?

Aliuminio liejinių porėtumas gali būti tikrinamas naudojant kelias beardžiojo tyrimo (NDT) metodus. Vizualinė apžiūra gali atskleisti paviršiaus defektus, o slėgio bandymas naudojamas nustatyti nutekėjimus. Vidinėms tuštumoms aptikti veiksmingiausi yra rentgeno apžiūra (radiografija) ir pramoninis kompiuterinės tomografijos (CT) skenavimas, kurie gali parodyti porėtumo dydį, formą ir vietą detaliai, nesuardant gaminio.

4. Kaip išvengti porėtumo liejant?

Porėtumo vengimas reikalauja viso liejimo proceso kontrolės. Pagrindiniai metodai apima švaraus, sauso ir tinkamai degazuoto lydinio naudojimą, formos projektavimą su pakankamais išmetimo kanalais ir pertekliais, įpylimo greičio ir slėgio optimizavimą, pastovių formos temperatūrų palaikymą užtikrinant tolygų aušimą bei detalės projektavimą su vienodais sienelių storiais, kad būtų sumažintas traukimasis.