Būtiskie stratēģijas, lai novērstu porozitāti dieļiešanā

TL;DR

Porozitātes novēršana dieļiešanā, kas ir defekts, ko izraisa ieslodzīta gāze vai metāla saraušanās, prasa sistēmisku pieeju. Efektīva novēršana ir atkarīga no formas un ielejas dizaina optimizācijas, nodrošinot pienācīgu formas ventilāciju un precīzi kontrolējot spiedienu un temperatūru liešanas procesā. Jau ietekmētiem izstrādājumiem vakuumimpregnācija ir uzticama metode pēc liešanas lai pastāvīgi noslēgtu iekšējos dobumus un glābt komponentus.

Pamatcēloņu izpratne par porozitāti

Porozitāte, mazu dobu vai caurumu klātbūtne pabeztā liešanas izstrādājumā, ir viens no izturīgākajiem izaicinājumiem matricu liešanā. Tā kompromitē sastāvdaļas strukturālo integritāti, spiediena blīvumu un virsmas apdarē. Efektīva šī defekta novēršana sākas ar skaidru izpratni par tā divām galvenajām formām: gāzu porozitāti un saraušanās porozitāti. Katram tipam ir atšķirīgas cēlonis un raksturojošas īpašības, un pareiza identificēšana, kurš no tiem ir klāt, ir pirmais solis pareizas risinājuma ieviešanai.

Gāzes porozitāte rodas tad, kad gāze tiek ieslēgta kausētajā metālā, kam tos kristalizējoties. Šī gāze var rasties no vairākām avotu. Tā var būt gaisa ieplūde šautenes piedurknē vai formas dobumā augstas ātruma ievietošanas procesā, tvaiks, kas veidojas no pārmērīga vai mitruma piesārņota formas smērviela, vai pat ūdeņradis, kas izdalās no paša kausētā sakausējuma, īpaši alumīnija liešanā. Rezultātā radušās dobumi parasti ir apaļas, gludiem sienām un dažreiz var būt spīdīga iekšēja virsma, kas atgādina mazus burbuļus. To atrašanās vieta var būt nejauša, lai gan bieži tās parādās tuvu liešanas augšējai virsmai, jo tās ir peldošas.

Savelšanās porozitāte, savukārt, ir metāla dabiskas tilpuma samazināšanās rezultāts, pārejot no šķidras uz cietu stāvokli. Ja atsevišķas lējuma daļas — parasti biezākas zonas — atdziest un sacietē lēnāk nekā apkārtējās daļas, tās var tikt izolētas no kausētā metāla plūsmas pirms pilnīgas sacietēšanas. Tā kā šis izolētais šķidrums turpina atdzist un savelkties, tas atdalās, veidojot asas, lineāras vai plaisai līdzīgas iekšējas dobuma vietas. Atšķirībā no gāzveida porozitātes gludajām burbulīšu formām, savelšanās defekti ir leņķaini un bieži sekko sacietējušā metāla dendritiskajai graudu struktūrai.

Porozitātes veida diagnosticēšana ir ļoti svarīga efektīvai problēmu novēršanai. Rūpīga izmeklēšana, bieži vien ar palielinājumu, var atklāt dobumu formu un raksturu. Tas, vai problēmas sakne ir ieķīlota gāze vai nepietiekama metāla padeve kristalizācijas laikā, nosaka, vai risinājums slēpjas labākā ventilācijā un ievietošanas parametros vai izstrādājuma ģeometrijas un siltuma vadības pārveidošanā. Turpmākā tabula sniedz skaidru šo divu pamatdefektu veidu salīdzinājumu.

Galvenie profilakses pasākumi projektēšanas un ekspluatācijas laikā

Efektīvākais veids, kā cīnīties ar porozitāti, ir tās veidošanās novēršana jau no paša sākuma. Tam nepieciešams daudzvirzienu pieeja, kas integrē gudru detaļu un formas dizainu ar stingru operatīvo parametru kontroli. Pasākumi, kas veikti proaktīvi projektēšanas un liešanas stadijās, ir ievērojami izdevīgāki nekā mēģināt novērst defektus pabeigtās detaļās.

Pirmais aizsardzības līmenis ir formas un ielejas sistēmas optimizācija. Caurulis un ieleja jāprojektē tā, lai veicinātu gludu, nemainīgu kausētā metāla plūsmu formas dobumā. Saskaņā ar vadlīnijām no FLOW-3D , slikti spēkstiprinājuma dizains var radīt turbulenci, kas ieslēdz gaisu un pēc tam ievada to detaļā. Ir ļoti svarīgi uzturēt vienmērīgu sienu biezumu liešanas detaļas dizainā, lai novērstu izolētus karstos punktus, kas izraisa saraušanās porozitāti. Jāizvairās no asiem stūriem, jo tie var traucēt metāla plūsmu un darboties kā sprieguma koncentrēšanās punkti.

Pareiza ventilācija ir vienlīdz svarīga, lai novērstu gāzes porozitāti. Ventilācijas kanāli ir mazi kanāli, kas izgatavoti formā un ļauj gaisam, kas atrodas dobumā, izplūst, kamēr kausētais metāls iestrādājas iekšā. Ja ventilācija ir nepietiekama, gaisam nav kur doties, un tas tiek ieslodzīts lievumā. Kā norāda eksperti no Lethiguel USA, ir būtiski izmantot piemērotu izmēru evakuācijas zonas, piemēram, ventilācijas blokus, lai efektīvi izvadītu gaisu. Ventilācijas kanālu atrašanās vieta ir tikpat svarīga kā to izmērs; tiem jāatrodas pēdējos aizpildīšanas punktos un jebkurās dziļās kabatās, kur gaisa iespējams iestrēgt.

Temperatūras un spiediena kontrole ir pamatā svarīga, lai minimizētu abu veidu porozitāti. Izmolds ietekmē kristalizācijas modeli; tās pārvaldīšana var palīdzēt novērst vārtu pāragru aizsalšanu un nodrošināt pareizu metāla piegādi biezākajās sekcijās. Spiediens, kas tiek pielietots laikā un pēc ielejšanas, ir spēcīgs līdzeklis pret saraušanos. Kā skaidro Hill & Griffith, augsts intensifikācijas spiediens, kas pielietots kristalizācijas laikā, palīdz piespiest papildu kausētu metālu iekļūt veidojošajos saraušanās dobumos, palielinot detaļas blīvumu. Šāda līmeņa procesa kontrole ir būtiska nozarēs, piemēram, automašīnu ražošanā, kur uzņēmumi, kas specializējas augstas integritātes izmoldetaļu ražošanā, paļaujas uz rūpīgu dizainu un kvalitātes nodrošināšanu, lai novērstu defektus.

Lai nodrošinātu vienmērību, operatori un inženieri var sekot sistēmiskai pārbaudes saraksta procedūrai pirms ražošanas palaišanas:

1. Pārbaudīt izmoldizainu: Pārliecināties, ka vārtu un cietie sistēmas ir izstrādātas laminārai plūsmai un ka sieniņu biezums ir pēc iespējas vienmērīgāks.
2. Pārbaudīt ventilāciju: Pārliecinieties, ka visas atveres ir tīras, pareiza izmēra un atrodas pēdējās aizpildīšanas vietās.
3. Pārbaudiet materiāla kvalitāti: Izmantojiet tīrus, sausus sakausējuma stieņveida blokus, lai minimizētu ūdeņraža un mitruma ievadīšanu.
4. Kalibrējiet mašīnas parametrus: Iestatiet un uzraudziet pareizo šāviņa ātrumu, ielejšanas spiedienu un pastiprinājuma spiedienu saskaņā ar procesa specifikācijām.
5. Pārvaldiet temperatūras: Pirms ražošanas uzsākšanas nodrošiniet, ka gan kausētais metāls, gan formas matrica atrodas optimālā darba temperatūrā.
6. Kontrolējiet formas eļļošanu: Uzklājiet minimālo nepieciešamo eļļas daudzumu, lai atvieglotu detaļas izmešanu, izvairoties no pārmērīgas daudzuma, kas var iztvaikot un izraisīt gāzes porozitāti.

Avancētas tehnoloģijas un risinājumi pēc liešanas

Pat ar vislabākajiem preventīviem pasākumiem, mikroporozitāte var būt raksturīga liešanas procesam, īpaši sarežģītiem komponentiem. Lietojumprogrammās, kur absolūta spiediena necaurlaidība ir nenovēršama vai augstvērtīgu daļu glābšanai, kuras rāda porozitāti, tiek izmantotas avanzētas tehnoloģijas un pēcapstrādes apstrādes metodes. Nozīmīgākā un efektīvākā no šīm ir vakuuma impregnācija.

Vakuumimpregnācija ir process, kas paredzēts, lai pastāvīgi noslēgtu porainību, kas var izveidot noplūdes ceļus gatavajā detaļā. Tas nepalielina strukturālo izturību, taču ir ļoti efektīvs, nodrošinot liešanas materiālu spiedviestīgumu. Process ietver vairākas galvenas darbības. Vispirms porainās liešanas detaļas tiek novietotas kamerā, kur izveido vakuumu, lai no iekšējiem dobumiem izsūktu visu gaisu. Pēc tam kamerā tiek ievadīts šķidrais blīvētājs, kas zem spiediena tiek iedzīts dziļi mikroporos. Beigās detaļas tiek izņemtas, pārmērīgais blīvētājs tiek nomazgāts no virsmas, un poru iekšienē esošais blīvētājs tiek polimerizēts (bieži ar siltuma palīdzību), veidojot cietu, inerto polimēru, kas pastāvīgi noslēdz noplūdes ceļus. Šo metodi vērtē tās spējas dēļ noslēgt detaļas, neizmainot to izmēru tolerances vai izskatu.

Vēl viena sarežģīta tehnika, ko piemēro pašā liešanas procesā, ir vakuuma palīgsistēmas izmantošana. Šī metode ietver vakuuma sūkņa pieslēgšanu veidnē un gaisa aktīvu izsūkšanu no dobuma tieši pirms un laikā, kad tiek ievadīts kausētais metāls. Izsūcot gaisu un izveidojot daļēju vakuumu, iestrēdzis gaisa daudzums ir ievērojami mazāks, kas radikāli samazina gāzēs ietvertās poras. Šis ir preventīvs pasākums, salīdzinot ar impregnācijas korekcijas raksturu. Lēmums izvēlēties starp vakuuma palīgsistēmu un pēcliešanas impregnāciju bieži vien ir atkarīgs no konkrētās detaļas prasībām, ražošanas apjomu un izmaksu apsvērumiem.

Lēmums, kad izmantot pēcliešanas risinājumu, piemēram, vakuuma impregnāciju, ir atkarīgs no lietojuma nozīmīguma. Apsveriet šādus scenārijus:

• Spiedienizturīgas sastāvdaļas: Detaļām, kurām jābūt hermētiskām attiecībā uz šķidrumiem vai gāzēm, piemēram, degvielas sistēmas komponentiem, dzinēju blokiem vai hidrauliskajiem vārstu korpusiem, ir obligāti jāaizsērē jebkuras iespējamās noplūdes vietas.
• Augstvērtīgu liešanas izstrādājumu glābšana: Ja pēc apstrādes tiek konstatēts, ka sarežģītai un dārgai liešanas detaļai ir porozitāte, impregnēšana var būt izmaksu efektīvs veids, kā glābt detaļu no izmešanas.
• Pārklājuma vai pārziemes kvalitātes uzlabošana: Aizspriedumu virsmas poru noslēgšana novērš tīrīšanas šķīdumus un skābes no ieķeršanās pirmsapstrādes laikā, kas vēlāk var izplūst un izraisīt traipus vai pūslīšus uz pabeigtās virsmas.

Porozitātes pieņemšanas standartu noteikšana un mērīšana

Kaut arī mērķis ir samazināt porozitāti līdz minimumam, sasniegt nulli porozitāti katrā liešanā bieži vien ir tehniski neiespējami un ekonomiski nepraktiski. Tādēļ kvalitātes kontroles svarīgs aspekts liesmiekšanas procesā ir skaidru un reālistisku porozitātes pieņemšanas standartu noteikšana. Šie standarti nosaka maksimāli pieļaujamo porozitātes daudzumu, izmēru un veidu konkrētam komponentam, pamatojoties uz tā paredzēto funkciju un veiktspējas prasībām. Šāds praktisks pieeja nodrošina, ka detaļas atbilst savam mērķim, neiegūstot pārmērīgus izdevumus, kas saistīti ar absolūtas pilnības panākšanu.

Pieļaujamais porozitātes līmenis lielā mērā ir atkarīgs no daļas pielietojuma. Komponenti, kas izmantoti tikai dekoratīviem nolūkiem, var panest augstāku iekšējās porozitātes pakāpi salīdzinājumā ar strukturāliem komponentiem, kuri ir pakļauti lielam spriegumam, vai hidrauliskiem komponentiem, kuriem jābūt spiedienblīvām. Kritiskās zonas, piemēram, blīvēšanas virsmas, vītņotās caurules vai sekcijas, kas pārnes būtiskas mehāniskās slodzes, tiks pakļautas daudz stingrākiem standartiem salīdzinājumā ar nekritiskām zonām. Kvalitātes inženieri strādā kopā ar dizaineriem un klientiem, lai kartētu šīs zonas uz daļas un definētu specifiskus pieņemšanas kritērijus katrai no tām.

Industrijas standarti, piemēram, tos, uz kuriem atsaucas ASTM, nodrošina porainības klasifikācijas pamatu, balstoties uz tās izmēru un sadalījumu, kā tas novērots rentgena attēlos. Piemēram, standarts var noteikt, ka alumīnija dieļietējamās detaļas blīvēšanas zonā vienas poras diametrs nedrīkst pārsniegt 0,5 mm, un ķēdēm līdzīgas poras ir aizliegtas. Salīdzinājumā ar to, nekritiska zona tajā pašā detaļā var atļaut lielākas poras vai biezāku mazo poru sadalījumu. Tas nodrošina, ka kvalitātes kontroles pasākumi tiek koncentrēti tieši tajās vietās, kur tie ir visbūtiskākie.

Izdevīguma un izmaksu analīze ir centrālā šīs diskusijas daļa. Strādājot pie gandrīz nulles porozitātes sasniegšanas, nepieciešams sarežģītāks aprīkojums, lēnāki cikla laiki, augstākas kvalitātes materiāli un iespējami sarežģīti procesi, piemēram, vakuuma palīgierīces, kas visi palielina izmaksas par katru sastāvdaļu. Nosakot pieņemamas standarta prasības, ražotāji var izlīdzināt ražošanas izmaksas ar galaprodukta nepieciešamo veiktspēju un uzticamību. Tas prasa sadarbību, lai skaidri dokumentētu šos standartus detaļu rasējumos un kvalitātes kontroles plānos, nodrošinot, ka gan ražotājs, gan klients vienādi saprot, kas tiek uzskatīts par pieņemamu detaļu.

Bieži uzdotie jautājumi par porozitāti dieļiešanas procesā

1. Kā izliet bez porozitātes?

Iegūt lietu bez porozitātes ir ārkārtīgi grūti. Tomēr, kombinējot vairākas stratēģijas, var sasniegt ļoti tuvu šim mērķim. Tas ietver detaļas un veidņu dizaina optimizēšanu gludai metāla plūsmai, rūpīgu un labi izvietotu matricas ventilāciju, vakuuma palīgsistēmas izmantošanu gaisa izsūkšanai no dobuma, kā arī precīzu kontroli pār ievada ātrumu, spiedienu un temperatūrām. Kritiskiem pielietojumiem bieži tiek izmantota vakuuma impregnācija pēc liešanas, lai noslēgtu atlikušo mikro porozitāti.

2. Kā samazināt porozitāti?

Porozitāti var ievērojami samazināt, izmantojot sistēmisku pieeju. Galvenās metodes ietver: kausētā metāla tīrību un brīvību no gāzēm; ieplūdes un ceturksnes sistēmas optimizēšanu, lai samazinātu turbulenci; ventilāciju pievienošanu vai paplašināšanu, lai ieslodzītais gaiss varētu izkļūt; intensifikācijas spiediena palielināšanu, lai palīdzētu aizpildīt saraušanās jutīgās zonas; kā arī formas un metāla temperatūru regulēšanu, lai veicinātu vienmērīgu kristalizāciju.

3. Cik daudz porozitātes ir pieļaujama liešanā?

Pieļaujamais porainuma daudzums pilnībā ir atkarīgs no detaļas pielietojuma. Nekritiskas, nestrukturālas detaļas var izturēt diezgan lielu iekšējo porainumu. Tomēr sastāvdaļām, kurām jābūt spiedienblīvām vai jāiztur būtiskas mehāniskās slodzes, standarti ir daudz stingrāki. Pieņemšanas kritēriji, kas bieži tiek noteikti ar nozares standartiem, norāda maksimālo atļauto poru izmēru, skaitu un atrašanās vietu kritiskās un nekritiskās liešanas zonās.