Неопходне стратегије за спречавање порезности у лијечењу

ТЛ;ДР

Спречавање порозности у ливењу под притиском, мана која настаје услед заробљеног гаса или скупљања метала, захтева систематичан приступ. Ефикасно спречавање зависи од оптимизације конструкције калупа и улазног система, осигуравања правилног вентилисања калупа и прецизног контролисања притиска и температуре током процеса ливења. За делове који су већ погођени, вакуумска импрегнација је поуздан метод након ливења којим се трајно запечате унутрашње шупљине и спасе компоненте.

Разумевање коренских узрока порозности

Порозност, присуство малих празнина или рупа у готовој ливци, један је од најпостојанјих изазова у ливу. Она угрожава структурни интегритет, чврстоћу под притиском и површинску завршну обработу компоненте. Ефикасна превенција овог недостатка почиње са јасним разумевањем његових два примарна облика: гасне порозности и свијане порозности. Свака врста има различите узроке и карактеристике, и правилно идентификовање које је присутно је први корак ка спровођењу правог решења.

Порозност гаса се јавља када се гас ухвати у растопљен метал док се топи. Овај гас може да потиче из неколико извора. То може бити ваздух заробљен у рукав устрела или кухињу штампе током процеса брзине убризгавања, пареа генерисана од прекомерног или загађеног влагом мастила за штампу, или чак водоника који се ослобађа из саме растопљене легуре, посебно у алуминијумским ливкама. Добијени празнини су обично округли, гладни зидови, а понекад могу имати сјајну унутрашњу површину, личи на мале мехуре. Њихова локација може бити случајна, иако се често појављују близу горње површине ливења због њихове плутаности.

С друге стране, порозност услед смањења је резултат природног смањења запремине метала док прелази са течности на чврсто стање. Ако се одређени делови ливења, обично дебљи делови, хладе и учвршћују спорије од околних подручја, они се могу изоловати од тока топљеног метала пре него што буду потпуно чврсти. Како се ова изолована течност настави хладити и смањети, она се раскида, стварајући репчасте, линеарне или пустоће попут пукотина. За разлику од глатких мехураца порности гаса, дефекти смањења су углови и често прате структуру дендритних зрна чврстог метала.

Дијагноза врсте порозности је од кључног значаја за ефикасно решавање проблема. Пажљиво испитивање, које често захтева увећање, може открити облик и природу празнина. Да ли је коренски узрок заробљени гас или неадекватна исхрана током учвршћивања диктира да ли решење лежи у побољшању параметара вентилације и убризгавања или у редизајни геометрије делова и топлотне управљања. Следећа табела пружа јасну поређење ове две основне врсте недостатака.

Основне стратегије спречавања током пројектовања и рада

Најефикаснији начин борбе против порозности је спречавање њеног формирања од самог почетка. Ово захтева вишестран приступ који укључује интелигентно пројектовање делова и плоча са строгом контролом радних параметара. Превентивне мере примене током фазе пројектовања и ливења много су економичније него покушаји отклањања недостатака на готовим деловима.

Први степен одбране је оптимизација плоче и система уливника. Разводник и уливник треба да буду пројектовани тако да омогуће равномерно, непрометно протицање течног метала у шупљину плоче. Према водичу од FLOW-3D , лоше пројектован разводник може изазвати струјање које затвара ваздух, који се затим убризгава у део. Такође је критично одржавање константне дебљине зида у пројекту ливеног дела како би се спречиле изоловане тачке прегревања које доводе до скупљања порозности. Треба избегавати оштре углове, јер могу ометати проток метала и деловати као тачке концентрације напона.

Правилно вентилисање је подједнако важно за спречавање гасних порозности. Вентилације су мали канали израђени у калупу који омогућавају ваздуху из шупљине да изађе када се топљени метал улива. Ако је вентилација недовољна, ваздух нема где да оде и задржава се у отливку. Како истичу стручњаци из Lethiguel USA, коришћење одговарајућих површина за испуштање, као што су блокови вентилације, од суштинског је значаја за ефикасно испуштање ваздуха. Локација вентилационих отвора је подједнако важна као и њихова величина; они би требало да се налазе у последњим тачкама пуњења и у сваком дубоком простору где је вероватно да се ваздух затвори.

Контрола температуре и притиска је од суштинског значаја за минимизирање оба типа порозности. Температура алата утиче на обrazац отврђивања; управљање њоме може спречити превремено замрзавање улаза и осигурати исправно доводње метала до дебљих делова. Притисак који се примењује током и након убризгавања је моћан алат против скупљања. Како објашњавају Хил и Грифит, висок притисак интензификације који се примењује током отврђивања помаже да се додатни топљени метал угура у формирање шупљина услед скупљања, чиме се повећава густина дела. Ова разина контроле процеса је критична у индустријама као што је аутомобилска, где компаније специјализоване за производњу висококвалитетних делова изливаних под притиском рачунају на прецизно пројектовање и осигурање квалитета ради спречавања мана.

Радници и инжењери могу ради осигурања конзистентности да прате систематску контролну листу пре покретања производње:

1. Провера дизајна алата: Осигурајте да су система улаза и канали дизајнирани за ламинарно струјање и да су дебљине зидова што је могуће равномерније.
2. Проверите вентилацију: Уверите се да су сви проветривачи чисти, да су одговарајуће величине и да су на последњим месту напуњавања.
3. Проверите квалитет материјала: Користите чисте, суве легуре за минимизацију уноса водоника и влаге.
4. Калибрирајте параметре машине: Уредите и пратите исправну брзину пуцања, притисак убризгавања и притисак интензификације у складу са спецификацијама процеса.
5. Управљајте температуром: Уверите се да су и расплављени метал и штампа на оптималној радној температури пре почетка производње.
6. Контролна мазива за смањење: Наноси се минимална количина мазива која је неопходна да би се олакшало избацивање делова, избегавајући вишак који може испарити и изазвати порезност гаса.

Напредне технике и решења након ливења

Чак и уз најбоље превентивне мере, одређени ниво микропорозности може бити урођен процесу ливења под притиском, нарочито код сложених компоненти. За примене где је апсолутна непропусност под притиском непремостива или за спасавање високовредних делова који показују порозност, користе се напредне технике и третмани након ливења. Најистакнутија и најефикаснија од ових метода је вакуумска импрегнација.

Вакуумско импрегнирање је процес који има за циљ трајно запечаћивање порозности која би могла створити путеве цурења у готовом делу. Овај процес не додаје структурну чврстоћу, али је веома ефикасан у осигуравању херметичности ливених делова под притиском. Процес обухвата неколико кључних корака. Прво, порозни ливови се стављају у комору и кreira се вакуум како би се испунио сви ваздушни празнини из унутрашњих шупљина. Затим се течни заптивач уноси у комору и под притиском убризгава дубоко у микропоре. На крају, делови се уклањају, вишак заптивача се испере с површине, а заптивач унутар пора се затвара (често помоћу топлоте) како би се створио чврсти, инертни полимер који трајно запушава путеве цурења. Ова метода се цени због своје способности да запечати делове без измене њихових димензионалних допуштења или изгледа.

Још једна напредна техника, која се примењује током самог процеса ливења, је употреба система за вакуумску помоћ. Ово подразумева повезивање вакуум пумпе са калупом и активно испуштање ваздуха из шупљине непосредно пре и током убризгавања течног метала. Креирањем делимичног вакуума, значајно је смањена количина ваздуха који може бити заробљен, чиме се драстично смањује порозност услед гасова. Ово је превентивна мера, за разлику од корективне природе импрегнације. Избор између система за вакуумску помоћ и импрегнације након ливења често зависи од специфичних захтева дела, запремине производње и трошковних разматрања.

Одлука о томе када користити решење након ливења, као што је вакуумска импрегнација, зависи од важности примене. Размотрите следеће ситуације:

• Компоненте за чврсто притисак: За делове који морају да садрже течности или гасове, као што су компоненте система горива, блокови мотора или тела хидрауличких вентила, обавезно је затварати све потенцијалне пролазе.
• Спасавање драгоцених ливљи: Ако се утврди да сложена и скупа ливања имају порозност након обраде, импрегација може бити трошко-ефикасан начин да се део спаси од одлагања.
• Побољшавање квалитета наплашивања или премаза: Затварање слепих површинских пора спречава застој раствора за чишћење и киселина током претретмана, што касније може довести до истицања и појаве махуна или мана на готовој површини.

Постављање и мерење стандарда прихватања порозности

Иако је циљ да се минимизује порозност, постизање нулте порозности код сваког лива је често технички непостојано и економски непрактично. Стога, кључни аспект контроле квалитета у прес ливењу је успостављање јасних и реалистичних стандарда прихватања порозности. Ови стандарди дефинишу максималну дозвољену количину, величину и тип порозности за одређени део на основу његове намене и захтева за перформансама. Овакав прагматичан приступ обезбеђује да су делови погодни за своју сврху, без носења вишак трошкова повезаних са тражењем апсолутног савршенства.

Прихватљив ниво порозности у великој мери зависи од намене делова. Компоненте које се користе искључиво у декоративне сврхе могу поднети већи степен унутрашње порозности него структурни делови изложени великим оптерећењима или хидраулички делови који морају бити непропусни под притиском. Критична подручја, као што су површине за запечативање, навоји или делови који преузимају значајна механичка оптерећења, имаће много строжије стандарде у односу на некритична подручја. Инжењери квалитета сарађују са конструкторима и купцима да би дефинисали ова подручја на делу и поставили специфичне критеријуме прихватања за свако од њих.

Индустријски стандарди, као што су они на које се позива ASTM, пружају оквир за класификацију порозности на основу њене величине и дистрибуције како се види на радиографским снимцима (рентген снимцима). На пример, стандард може предвидети да пречник појединачне поре на зони заптивења алуминијумског делова од ливеног метала не сме бити већи од 0,5 mm, а ланчане поре су забрањене. Насупрот томе, на незнатној области истог дела могу бити дозвољене веће поре или већа густина малих пора. Ово обезбеђује да се напори контроле квалитета фокусирају тамо где су најважнији.

Анализа цена-корист је централна за ову дискусију. Тежња ка скоро нултој порозности захтева сложенију опрему, спорије циклусно време, материјале вишег квалитета и потенцијално напредне процесе попут помоћи вакуума, што све увећава трошак по комаду. Дефинисањем прихватљивих стандарда произвођачи могу да избалансирају трошак производње са захтеваним нивоом перформанси и поузданости коначног производа. Ово подразумева заједнички напор да се ти стандарди јасно документују на цртежима делова и плановима контроле квалитета, обезбеђујући да и произвођач и купац имају заједничко разумевање онога што чини прихватљив део.

Често постављана питања о порозности ливења под притиском

1. Како ливати без порозности?

Postizanje odlivka potpuno slobodnog od poroznosti je izuzetno teško. Međutim, možete se približiti tome tako što ćete kombinovati više strategija. To podrazumeva optimizaciju konstrukcije delova i kalupa za glatko proticanje metala, obezbeđivanje obimnog i dobro postavljenog ventilisanja kalupa, korišćenje sistema sa vakuumom za uklanjanje vazduha iz šupljine i preciznu kontrolu brzine ulivanja, pritiska i temperatura. Za kritične primene, nakon livenja se često koristi vakuumsko impregniranje kako bi se zaptile preostale mikroporoznosti.

2. Kako smanjiti poroznost?

Poroznost se može značajno smanjiti sistematskim pristupom. Ključne metode uključuju: osiguravanje da rastopljeni metal bude čist i slobodan od gasa; optimizaciju sistema ulivanja i kanala da bi se smanjilo nivo mešanja; dodavanje ili proširivanje ventila kako bi omogućili da se zarobljeni vazduh oslobodi; povećanje pritiska intenzifikacije kako bi se omogućilo punjenje područja sklonih skupljanju; i kontrolu temperatura kalupa i metala kako bi se postiglo ravnomerno očvršćavanje.

3. Kolika poroznost je prihvatljiva u odlivcima?

Prihvatljiva količina poroznosti u potpunosti zavisi od namene dela. Nekritični, nestrukturni delovi mogu tolerisati priličnu količinu unutrašnje poroznosti. Međutim, za komponente koje moraju biti hermetične ili podnose značajna mehanička opterećenja, standardi su mnogo stroži. Kriterijumi prihvatanja, koji su često definisani industrijskim standardima, specificiraju maksimalnu veličinu, broj i lokaciju dozvoljenih pora u kritičnim u odnosu na nekritične oblasti livanja.