TL;DR

Vārstu atrašanās vietas optimizēšana formas liešanā ir svarīgs inženierijas lēmums, kas saistīts ar kausētā metāla ieejas punkta stratēģisku novietošanu, lai nodrošinātu bezvadu daļu veidošanos. Pamata princips ir vārstu novietot visbiezākajā lietņa daļā. Šis paņēmiens veicina pilnīgu un vienmērīgu aizpildīšanu, panāk virzītu kristalizāciju no tievākām uz biezākām daļām un ir būtisks, lai minimizētu kritiskus kvalitātes trūkumus, piemēram, saraušanos, porozitāti un aukstos savienojumus.

Vārstu atrašanās vietas pamatprincipi formas liešanā

Jebkurā liešanas procesā ieplūdes sistēma ir kanālu tīkls, kas novada kausētu metālu no ievada sistēmas veidnē. Paša ieplūde ir pēdējais, svarīgākais atvere, caur kuru metāls iekļūst izstrādājuma dobumā. Tās dizains un atrašanās vieta ir būtiska veiksmīgai liešanai. Nepareizi novietota ieplūde var izraisīt defektu virkni, kas noved pie atlases un ražošanas izmaksu palielināšanās. Galvenais mērķis ir kontrolēt metāla plūsmu, lai iegūtu veselu, blīvu un dimensiju ziņā precīzu liešanas izstrādājumu.

Visplašāk atzītais pamatprincips ir ieplūdi novietot komponenta biezākajā daļā. Kā to detalizēti apraksta liešanas eksperti pie CEX Casting , šī stratēģija ir izstrādāta, lai veicinātu virzītu kristalizāciju. Kristalizācijai jāsākas tālākajās daļās no ielejas un jāvirzās uz to, kamēr biezākā daļa (pie ielejas) ir pēdējā, kas atdziest. Tas nodrošina nepārtrauktu kausētā metāla piegādi liešanai, kamēr tā sarūk, atdziestot, efektīvi novēršot saraušanās porozitāti — parastu un nopietnu defektu, kur iekšējās dobumi veidojas dēļ nepietiekama metāla daudzuma.

Turklāt pareiza vārtu atrašanās vieta nodrošina veidņu dobuma vienmērīgu un gludu aizpildīšanu. Mērķis ir sasniegt metāla lamināru plūsmu, izvairoties no turbulences, kas var ieslēgt gaisu un oksīdus liešanā, izraisot gāzējas porozitāti un ieslēgumus. Virzot plūsmu no biezāka šķērsgriezuma, metāls pakāpeniski var pārvietoties tievākos apgabalos, virzot gaisu uz priekšu uz izplūdēm un pārpildēm. Nepareiza izvietošana var izraisīt agrīnu kristalizāciju tievās daļās, bloķējot plūsmas ceļus un izraisot nepilnīgu aizpildīšanu, kļūdu, ko sauc par auksto savienojumu.

Svarīgi faktori, kas ietekmē vārtu izvietošanas stratēģiju

Kaut arī 'biezākās sekcijas' likums nodrošina drošu sākumpunktu, vārtu atrašanās vietas optimizēšana mūsdienīgiem, sarežģītiem komponentiem prasa daudzveidīgu analīzi. Inženieriem ir jāievēro vairāki pretrunīgi faktori, lai sasniegtu vēlamo rezultātu, jo ideālā atrašanās vieta bieži ir kompromiss starp teorētiskajiem principiem un praktiskajiem ierobežojumiem. Šo mainīgo ignorēšana var novest pie neoptimalizētiem rezultātiem, pat ja tiek sekots pamatnoteikumam.

Detaļas ģeometrija ir nozīmīgākais faktors. Simetriskām detaļām bieži ir labums no centrāliem vārtiem, lai metāls vienmērīgi izplatītos uz āru. Tomēr detaļām ar sarežģītām īpašībām, plānām sienām un asiem stūriem viens vārts var nebūt pietiekams. Kā to detalizēti paskaidrojis Anebon , sarežģītas ģeometrijas dēļ var būt nepieciešamas vairākas ielejas, lai samazinātu attālumu, kuru metālam jāveic, tādējādi saglabājot temperatūru un nodrošinot pilnu aizpildīšanu bez agrīnas sacietēšanas. Vietēm un dizainam jāņem vērā arī pēcapstrāde; ielejas jānovieto tā, lai tās varētu viegli noņemt, nebojājot daļas funkcionālās vai estētiskās virsmas.

Citi svarīgi apsvērumi, kas ietekmē galveno lēmumu, ietver:

• Materiāla īpašības: Dažādiem sakausējumiem ir unikālas plūsmas īpašības un sacietēšanas ātrumi. Piemēram, cinka sakausējumi atdziest ātrāk nekā alumīnija sakausējumi un, lai novērstu aukstos savienojumus, var prasīt lielākas ielejas vai īsākas plūsmas ceļus.
• Sienas biezums: Ieleja jāvada no biezākas uz tievāku sekciju. Pēkšņas sienu biezuma izmaiņas rada grūtības un prasa rūpīgu ielejas novietojumu, lai izvairītos no turbulences un nodrošinātu abu sekciju pareizu aizpildīšanu.
• Plūsmas sadalījums: Vārsts jānovieto tā, lai veicinātu līdzsvarotu aizpildīšanas modeli, novēršot problēmas, piemēram, „strūklas“ veidošanos, kad metāls tieši izsmidzina dobumā un izgrauž formas sienu. Mērķis ir gluds, nepārtraukts plūsmas fronts.
• Gaisa izvades un pārpildes: Vārsta atrašanās vieta jākoordinē ar gaisa ventilācijas atverēm un pārpildes tvertnēm. Ar vārstu noteiktais aizpildīšanas modelis efektīvi jāvirza gaiss un piemaisījumi uz šīm izejām, nodrošinot, ka tie netiek ieslēgti galīgajā liešanā.

Augstas veiktspējas nozarēs, piemēram, automašīnu rūpniecībā, kur komponentiem jāiztur ekstremālas slodzes, materiālu un procesu izvēlei ir būtiska nozīme. Lai gan formas liešana ir lieliska sarežģītu formu ražošanai, dažiem strukturāliem elementiem, kuriem nepieciešama maksimāla izturība, tiek izmantoti procesi, piemēram, precīzā kalšana. Uzņēmumi, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology specializējamies šajos izturīgajos automašīnu kausējumos, kur metāla plūsmas un veidņu dizaina principi ir tikpat svarīgi. Tas uzsvērt, ka dziļš izpratne par aparatūru un materiālu zinātni ir būtiska visos sarežģītajos metālu formēšanas procesos.

Pilnveidotas metodoloģijas: simulācijas izmantošana vārsta atrašanās vietas optimizēšanai

Mūsdienu ražošanā vienīgi empīriski noteikumi un iepriekšējā pieredze vairs nav pietiekami, lai optimizētu vārsta atrašanās vietu, jo īpaši augsta riska lietojumprogrammās. Arvien biežāk rūpniecība pieņem sarežģītas datorizētas rīkus, piemēram, liešanas simulācijas programmatūru, lai paredzētu un uzlabotu liešanas procesu, pirms kāds tērauds tiek apstrādāts veidnē. Šis datubāzētais pieeja ietaupa ievērojamu laiku un izmaksas, samazinot mēģinājumu un kļūdu metodi lietuvē.

Šīs programmatūras izmanto metodes, piemēram, galīgo elementu analīzi (FEA) un aprēķinu šķidruma dinamiku (CFD), lai izveidotu diezcasting procesa virtuālo modeli. Kā norādīts pētījumu rezumēs platformās, piemēram, ScienceDirect un Springer, šie datorintegrētie sistēmas ļauj precīzi un ātri noteikt optimālas vārtu pozīcijas. Inženieri var ievadīt sastāvdaļas 3D modeli, izvēlēties sakausējumu un definēt procesa parametrus, piemēram, injekcijas ātrumu un temperatūru. Programmatūra tad simulē, kā kausētais metāls plūdīs, aizpildīs dobumu un sacietēs.

Tipisks simulāciju vadīts optimizācijas process ietver šādas darbības:

1. Modeļa sagatavošana: Sastāvdaļas 3D CAD modelis un sākotnējais vārtu sistēmas dizains tiek importēts simulācijas programmatūrā.
2. Parametru ievade: Tiek definētas konkrētā sakausējuma īpašības, formas un metāla temperatūras, kā arī injekcijas parametri (spraudņa ātrums, spiediens).
3. Simulācijas palaide: Programmatūra simulē pildīšanas un sacietēšanas fāzes, aprēķinot mainīgos lielumus, piemēram, plūsmas ātrumu, temperatūras sadalījumu, spiedienu un potenciālas gaisa ieķeršanās zonas.
4. Rezultātu analīze: Inženieri analizē simulācijas rezultātus, lai identificētu potenciālas kļūdas. Tas ietver karsto zonu atrašanu (saraušanās risks), plūsmas frontes izsekošanu, lai atrastu potenciālas savienojuma līnijas, un zonu noteikšanu, kur varētu ieslēgties gaiss (porozitātes risks).
5. Iterācija un precizēšana: Balstoties uz analīzi, CAD modelī tiek pielāgota žņaugu atrašanās vieta, izmērs vai forma, un simulācija tiek palaista atkārtoti. Šis iteratīvais process tiek atkārtots, līdz tiek sasniegts tāds dizains, kas minimizē paredzamās kļūdas un nodrošina kvalitatīvu liešanu.

Šis analītiskais pieeja pārvērš žņaugu dizainu no mākslas par zinātni. Tā ļauj inženieriem vizualizēt un atrisināt problēmas, kuras būtu neredzamas līdz ražošanas beigām, padarot to par neatņemamu rīku augstas kvalitātes un uzticamu kokilas liešanas komponentu ražošanā.

Vārstu dizains sarežģītiem un plānsieniem liešanas izstrādājumiem

Lai gan standarta principi attiecas plaši, liešanas izstrādājumiem ar ļoti sarežģītām ģeometrijām vai ārkārtīgi plānām sienām rodas unikālas problēmas, kas prasa specializētas vārstu stratēģijas. Šādiem izstrādājumiem, piemēram, sarežģītiem elektronikas korpusiem vai vieglajiem automašīnu komponentiem, parasta viena vārsta izvietošana biezākajā sekcijā var nebūt pietiekama, lai iegūtu pieņemamu izstrādājumu. Garie un sarežģītie plūsmas ceļi var izraisīt strauju kausētā metāla atdzišanu, kas noved pie agrīnas kristalizācijas un nepilnas dobuma aizpildīšanas.

Garākiem, plānsieniem izstrādājumiem galvenā stratēģija ir vairāku vārstu izmantošana. Ievadot kausēto metālu vairākās vietās gar izstrādājuma garumu, katras atsevišķas plūsmas ceļš tiek ievērojami saīsināts. Tas palīdz saglabāt metāla temperatūru un plūstamību, nodrošinot, ka viss dobums tiek aizpildīts pirms sākas kristalizācija. Tomēr, kā norādījis ražošanas pakalpojumu sniedzējs Dongguan Xiangyu Hardware , vairāku vārtu novietojumu rūpīgi jāplāno, lai kontrolētu metinājuma līniju veidošanos — šuvju, kurās sastopas dažādi plūsmas frontes. Ja tās nav pienācīgi saslēgtas, šīs līnijas var kļūt par vājiem punktiem gatavajā detaļā.

Cits izplatīts pieeja ietver specializētu vārtu tipu izmantošanu, lai pārvaldītu plūsmu grūti pieejamos apgabalos. Piemēram, ventilatora vārtiem ir plata, plāna atvere, kas izkliedē metālu lielā platībā, samazinot ātrumu un novēršot eroziju, vienlaikus veicinot vienmērīgu plūsmas fronti. Tablo vārti ir neliels palīg elements, kas pievienots liešanas formai; vārti piegādā materiālu uz šo elementu, kas pēc tam aizpilda detaļu. Šī konstrukcija palīdz absorbēt sākotnējo augstspiediena triecienu no kausētā metāla, ļauj dobumam aizpildīties maigāk un samazina turbulenci.

Šajā tabulā apkopoti biežākie sarežģītu detaļu izgatavošanas izaicinājumi un atbilstošie vārtu risinājumi:

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kas ir ieleja spiedformēšanā?

Ieleja ir pēdējais atvērums spraižu sistēmā, caur kuru kausētais metāls iekļūst veidnē. Tās galvenā funkcija ir kontrolēt metāla ātrumu, virzienu un plūsmas rakstu, aizpildot detaļu. Ielejas izmērs un forma ir kritiski svarīgi, lai lēnu metāla kustību spraižos pārveidotu par kontrolētu straumi, kas efektīvi aizpilda dobumu un minimizē defektus.

2. Kā tiek aprēķināta ielejas platība augstspiediena spiedformēšanā (HPDC)?

Vārtu laukuma aprēķināšana ir daudzposmu inženieruzdevums. Vispārīgi tas ietver nepieciešamā dobuma aizpildīšanas laika noteikšanu, pamatojoties uz izstrādājuma vidējo sienu biezumu, nepieciešamā plūsmas ātruma aprēķināšanu, lai sasniegtu šo aizpildīšanas laiku, un maksimālā pieļaujamā vārtu ātruma izvēli, lai novērstu veidņu nolietojumu un turbulenci. Tad vārtu laukums tiek aprēķināts, dalot plūsmas ātrumu ar vārtu ātrumu. Šis aprēķins bieži tiek precizēts, izmantojot simulācijas programmatūru, lai panāktu lielāku precizitāti.

3. Kur jāievieto vārti injekcijas formēšanā?

Kaut arī liešana formas veidā un plastmasas ievietošana ir dažādi procesi, būtiskais princips par vārsta atrašanās vietu ir līdzīgs. Ievietošanas procesā vārsts parasti tiek novietots visbiezākajā detaļas šķērsgriezumā. Tas palīdz novērst dobumus un iegrimšanas zīmes, ļaujot biezajai daļai tikt piepildītai ar materiālu, kamēr tas atdziest un saraujas. Vārsts parasti atrodas uz veidņu dala plaknes, lai būtu vieglāk to noņemt, taču tas var tikt novietots citur atkarībā no detaļas ģeometrijas un kosmētiskajām prasībām.

4. Kāda ir formulas formula liešanas sistēmai?

Svarīgs jēdziens liešanas sistēmas dizainā ir „liešanas attiecība”, kas ir dažādu sistēmas daļu šķērsgriezumu laukumu attiecība. Parasti to izsaka kā Strūpa laukums : Skrejceļa laukums : Ieliešanas atveres laukums. Piemēram, 1:2:2 attiecība ir parasta neapspiediena sistēma, kur kopējais skrejceļa un ieliešanas atveres laukums ir lielāks nekā strūpas pamatne, kavējot plūsmu. Apspiesta sistēma (piemēram, 1:0,75:0,5) ir ar samazinātu šķērsgriezuma laukumu, kas uztur spiedienu un palielina ātrumu. Attiecības izvēle ir atkarīga no liešanai izmantotā metāla un vēlamajām aizpildīšanas īpašībām.