Ключевые причины появления вздутий при литье под давлением, объяснение

Краткое содержание

Вспучивание при литье под давлением — это поверхностный дефект, характеризующийся вздутием в виде пузырей, вызванных расширением газа, захваченного под поверхностью металла. Основной причиной является захват газа или воздуха, возникающий из-за турбулентного потока металла и недостаточной вентиляции формы. Другие важные факторы включают чрезмерно высокую температуру расплавленного металла или пресс-формы, неправильное нанесение смазки для пресс-форм, а также загрязнения или физические несовершенства в самом алюминиевом сплаве.

Роль захвата газа и воздуха в образовании вспучивания

Наиболее фундаментальной причиной образования вздутий при литье под давлением является захват газа в полости формы во время впрыска металла. Вздутия по сути представляют собой определённую форму газовой пористости, при которой захваченный газ располагается непосредственно под поверхностью отливки. По мере затвердевания расплавленного металла этот захваченный газ находится под огромным давлением. Когда деталь выталкивается из пресс-формы, внешняя поддержка удаляется, и ещё мягкая металлическая поверхность может быть вытолкнута наружу расширяющимся газом, образуя характерное вздутие.

Этот газ может поступать из нескольких источников. Наиболее распространённым является воздух, уже присутствующий в полости формы и литниковой системе до начала впрыска. Если расплавленный металл впрыскивается слишком быстро или если путь потока не оптимизирован, возникает турбулентность. Такое турбулентное, хаотичное течение складывается само на себя, захватывая пузырьки воздуха, которые не могут выйти до затвердевания металла. Как подробно описано в техническом анализе от CEX Casting , плохой дизайн литниковой системы и каналов — частая причина, приводящая к отсутствию плавного ламинарного потока металла в форму.

Еще одним важным фактором является недостаточная вентиляция. Вентиляционные каналы представляют собой небольшие отверстия, предназначенные для выхода воздуха из полости при заполнении её расплавленным металлом. Если эти каналы заблокированы, слишком малы или расположены неудачно, воздуху некуда деваться, и он остаётся внутри отливки. Результат — пористость и, если близко к поверхности, вздутия. Оптимизация системы вентиляции является ключевым шагом в предотвращении такого рода дефектов.

Для снижения риска попадания газа и воздуха следует применять несколько проверенных методов:

• Оптимизируйте конструкцию литниковой системы и каналов: Используйте программное обеспечение для моделирования течения расплава, чтобы разработать систему, обеспечивающую плавное, безтурбулентное заполнение полости формы.
• Обеспечьте достаточную вентиляцию: Спроектируйте и поддерживайте в чистоте эффективные вентиляционные каналы и перепускные окна, позволяющие полностью удалить воздух.
• Контролируйте скорость впрыска: Отрегулируйте профиль впрыска, особенно начальную фазу медленного впрыска, чтобы аккуратно вытеснить воздух из полости перед началом заполнения на высокой скорости.
• Используйте вакуумную помощь: Для критически важных компонентов применение процесса литья под давлением с вакуумированием позволяет активно удалять воздух из полости перед инжекцией, практически исключая риск дефектов, вызванных захватом газа.

Параметры процесса: как температура и смазки вызывают образование вздутий

Помимо физического захвата воздуха, эксплуатационные параметры процесса играют важную роль в создании условий, способствующих образованию вздутий. Контроль температуры и нанесение смазки — это два наиболее важных аспекта. Чрезмерно высокие температуры, будь то расплавленного металла или самой пресс-формы, могут усугубить проблемы, связанные с газами. Согласно обзору от Sunrise Metal , высокие температуры могут увеличить давление пара внутри расплавленного сплава и вызвать разложение смазки для пресс-форм, в результате чего выделяются газы, которые затем захватываются.

Смазки для пресс-форм, или разделительные составы, необходимы для предотвращения прилипания отливки к форме, но их неправильное использование является основной причиной газовой пористости и вздутий. Когда наносится слишком много смазки или она наносится неравномерно, избыток жидкости может скапливаться в пресс-форме. При контакте с горячим расплавленным металлом эта избыточная смазка мгновенно испаряется, создавая большой объем газа, которому некуда выйти через вентиляционные каналы. Как указано в отчете компании The Hill & Griffith Company , смазка для плунжера зачастую является главным фактором, особенно когда используется дополнительная смазка для компенсации износа наконечника плунжера.

Влага — еще один важный фактор. Любая остаточная влага в форме, вызванная протекающими водяными линиями, капающими распылителями или даже самим разделительным составом, превращается в пар во время впрыска. Этот пар ведет себя так же, как и любой другой захваченный газ, создавая давление под поверхностью отливки, что может привести к образованию вздутий. Поэтому крайне важно поддерживать сухую среду в пресс-форме.

Чтобы предотвратить образование пузырей, вызванных параметрами процесса, операторы должны соблюдать следующие корректирующие меры:

1. Соблюдение строгого контроля температуры: Обеспечьте, чтобы расплавленный сплав и пресс-форма находились в пределах установленных диапазонов температур, чтобы предотвратить перегрев и чрезмерное образование газов.
2. Наносите смазку минимально и равномерно: Используйте автоматизированные системы распыления для нанесения минимального, равномерного слоя высококачественного разделительного агента с низким содержанием остатков.
3. Обеспечьте время для испарения: Убедитесь, что после распыления предусмотрен достаточный интервал времени, чтобы вода или растворители в составе смазки полностью испарились до закрытия пресс-формы.
4. Проводите регулярное техническое обслуживание: Регулярно проверяйте наличие утечек в водяных или гидравлических линиях и устраняйте их, а также убедитесь, что распылительные сопла не капают.

Материальные и физические дефекты как коренные причины

Последняя категория причин связана с целостностью литейного материала и наличием физических неоднородностей внутри потока металла. Вздутия могут возникать из-за загрязнений в самом сплаве. Например, элементы с низкой температурой кипения, такие как свинец или кадмий, могут испаряться в процессе литья или последующей термообработки, создавая внутреннее газовое давление. Аналогично, алюминиевые сплавы могут поглощать водород при плавлении, который будет стремиться выйти во время затвердевания, вызывая пористость и вздутия.

Физические дефекты, возникающие в процессе заполнения формы, также крайне вредны. Исследования, опубликованные в Engineering Failure Analysis отмечает, что холодные хлопья — полузатвердевшие кусочки металла, отслаивающиеся от стенок пресс-камеры — являются основной причиной крупных вздутий, особенно в областях, близких к системе литниковых каналов. Эти хлопья создают неоднородности в микроструктуре отливки. Газ, находящийся в этих пустотах, расширяется во время термообработки, образуя значительные поверхностные вздутия. Другие подобные дефекты включают холодные подтеки, холодные включения и оксидные пленки, все они нарушают однородность металла и служат местами зарождения вздутий.

Предотвращение таких дефектов, связанных с материалом, требует строгого контроля над всем процессом — от обработки сырья до окончательного производства. Крайне важно сотрудничать с поставщиком, который демонстрирует сильную приверженность контролю качества. Например, производители высокопроизводительных автомобильных деталей часто полагаются на сертифицированные процессы, такие как IATF16949, и внутренний контроль качества, чтобы обеспечить целостность материала на всех этапах — от начала до конца, что является ключевой мерой предотвращения подобных дефектов.

Для лучшего понимания этих различных причин в следующей таблице сравниваются вздутия, вызванные газовой пористостью, и вздутия, возникающие из-за физических или химических дефектов:

Решения включают предварительный нагрев и тщательную сушку сырья, использование сплавов высокой чистоты, а также эффективные методы дегазации с применением азота или аргона для удаления растворённого водорода перед литьём.

Часто задаваемые вопросы о вздутиях при литье под давлением

1. Какова основная причина возникновения вздутий при литье под давлением?

Основной причиной вздутий является захваченный газ, чаще всего воздух из полости формы, который оказывается заперт вследствие турбулентного потока расплавленного металла и недостаточной вентиляции. Этот газ, находящийся непосредственно под поверхностью отливки, расширяется и выталкивает мягкий поверхностный слой металла наружу, образуя пузырь.

2. Может ли термическая обработка вызвать появление вздутий на детали, полученной литьем под давлением?

Да, термическая обработка часто провоцирует образование вздутий. Деталь может выглядеть идеально в состоянии после литья, но если под поверхностью находится захваченный газ или физический разрыв, высокие температуры при термообработке приведут к значительному расширению газа, в результате чего дефект проявится в виде поверхностного вздутия.

3. Как отличить вздутие от общей пористости?

Вздутия — это поверхностные или близкие к поверхности дефекты, представляющие собой выпуклые вздутия на поверхности отливки. Общая пористость, напротив, относится к пустотам, которые могут располагаться в любом месте внутри отливки, включая глубокие слои детали. Хотя оба дефекта вызваны захваченным газом, вздутия — это именно те поры, которые находятся достаточно близко к поверхности, чтобы деформировать её.