> Aktualności > Wiadomości branżowe

Krytyczne właściwości wpływające na wykończenie powierzchni odlewów

2022-10-13

Dokładność wymiarowa, z jaką można obecnie wytwarzać odlewy piaskowe, zbliżyła się do dokładności odlewów inwestycyjnych. Technologie trójwymiarowego druku piaskowego znacznie poprawiły dokładność wymiarową form i rdzeni, ale nie dorównują gładkością powierzchni konwencjonalnym odlewom piaskowym, nie mówiąc już o odlewach inwestycyjnych.

Odlewanie inwestycyjne zapewnia bardzo gładkie części o doskonałej rozdzielczości cech i dokładności wymiarowej. Formy piaskowe i rdzenie drukowane w 3D mogą stanowić opłacalną alternatywę dla odlewania inwestycyjnego, jeśli proces może spełnić wymagania zarówno dotyczące wymiarów, jak i powierzchni.

Chociaż w obszarze materiałów odlewniczych wprowadzono wiele zmian i ulepszeń, piasek jest jedynym materiałem, który pozostał w pewnym stopniu niezmienny. Po wydobyciu i płukaniu w razie potrzeby piaski formierskie są klasyfikowane na grupy pojedyncze lub dwuoczkowe i magazynowane. Są one łączone w rozkłady normalne w celu wysyłki do klienta odlewni. Chociaż istnieje wiele różnych dystrybucji kopalń, piasek o podobnej liczbie ziaren AFS jest dostarczany w podobnych dystrybucjach. Wykończenie powierzchni jest integralną częścią specyfikacji jakości odlewów. Szorstkie wykończenie powierzchni wewnętrznych odlewów może powodować utratę wydajności zarówno w przypadku płynów, jak i gazów o dużej prędkości. Tak jest w przypadku elementów turbosprężarki i kolektora dolotowego. University of Northern Iowa bada właściwości materiału formy, które wpływają na gładkość powierzchni odlewów. Badania przeprowadzono na odlewach aluminiowych, ale mają one zastosowanie i znaczenie w stopach żelaza, które nie wykazują defektów, takich jak defekty penetracji lub stopionego piasku. W pracy zbadano wpływ właściwości mediów formierskich, takich jak rozdrobnienie piasku, rodzaj materiału i dobór powłoki ogniotrwałej. Celem projektu było wykonanie precyzyjnych wykończeń powierzchni odlewów odlewanych w formach piaskowych.

Wyniki przepuszczalności i pola powierzchni

Przepuszczalność AFS definiuje się jako czas potrzebny do przejścia znanej objętości powietrza przez standardową próbkę na wysokości 10 cm wody. Po prostu przepuszczalność AFS reprezentuje ilość otwartych przestrzeni między ziarnami kruszywa, które umożliwiają przepływ powietrza. GFN materiału znacząco zmienia przepuszczalność do 80 GFN, gdzie trend wydaje się stabilizować.

Dane pokazują, że taką samą chropowatość powierzchni można uzyskać przy dowolnym kształcie cząstek przy różnych szybkościach. Materiały kuliste i okrągłoziarniste poprawiają płynność odlewania w przyspieszonym tempie w porównaniu z kruszywami kanciastymi i podkątnymi.

Wyniki kąta zwilżania galu

Pomiary kąta zwilżania przeprowadzono w celu zmierzenia względnej zwilżalności połączonych agregatów formierskich z ciekłym metalem przy użyciu testu ciekłego galu. Piaski ceramiczne miały najwyższy kąt zwilżania, podczas gdy cyrkon i oliwin miały podobny, niższy kąt zwilżania. Gal wykazywał właściwości hydrofobowe na wszystkich powierzchniach piasku. Podobny AFS-GFN zastosowano dla wszystkich próbek. Wyniki wskazują, że kąt zwilżania dla rodzajów piasku zależał w dużym stopniu od kształtu ziarna kruszywa, jak pokazano na osi drugorzędnej, a nie od materiału podstawowego. Piaski ceramiczne miały najbardziej okrągły kształt, a piaski oliwinowe charakteryzowały się silnie kanciastym kształtem. O ile zwilżalność powierzchniowa kruszywa podstawowego może mieć wpływ na wykończenie powierzchni odlewu, o tyle zakres pomiarów kąta zwilżania w serii badań był podporządkowany kształtowi ziarna.

Wyniki chropowatości powierzchni z odlewów próbnych

Wyniki chropowatości powierzchni zmierzono za pomocą profilometru kontaktowego. Nastąpiła znacząca poprawa gładkości powierzchni w porównaniu z krzemionką 44 GFN z trzema sitami do krzemionki 67 GFN z czterema sitami. Zmiany powyżej 67 GFN nie wykazały wpływu na chropowatość powierzchni pomimo różnic w szerokości rozkładu. Przestrzegana jest wartość progowa 185 RMS.

Można zaobserwować dużą poprawę gładkości pomiędzy materiałami 101 i 106 GFN. Piasek 106 GFN ma ponad 17% więcej materiału 200 mesh w dystrybucji sita. Dwusitowe materiały 115 i 118 GFN spowodowały spadek gładkości. Piasek 143 GFN dał podobne odczyty jak cyrkon 106 GFN. Wartość progowa wynosi 200 RMS.

Zaobserwowano stałą poprawę gładkości powierzchni od chromitu 49 GFN z czterema ekranami do chromitu 73 GFN z trzema ekranami, pomimo węższego rozkładu cząstek. W chromicie 73 GFN w porównaniu z 49 GFN zaobserwowano 19% wzrost retencji sita 140 mesh. Wykazano znaczny wzrost gładkości odlewu w przypadku piasków chromitowych trzysitowych 73 GFN do czterositowych 77 GFN, niezależnie od ich podobnych liczb uziarnienia. Nie zaobserwowano zmiany gładkości między materiałami chromitowymi 77 GFN i 99 GFN. Co ciekawe, oba piaski miały bardzo podobną retencję na sicie o oczkach 200. Wartość progowa wynosi 250 RMS.

Istnieje znaczna poprawa gładkości odlewania z oliwinu 78 GFN do oliwinu 84 GFN pomimo węższego rozkładu. Wzrost retencji o 15% na sicie 140 mesh był widoczny w przypadku oliwinu 84 GFN. Istnieje znaczenie między oliwinem 84 a 85 GFN. Oliwin 85 GFN poprawił gładkość o 50. Oliwin 85 GFN to piasek trójsitowy z prawie 10% retencją w sicie 200 mesh, podczas gdy oliwin 84 GFN to po prostu materiał dwusitowy. Można zaobserwować stałą poprawę gładkości od oliwinu 85 GFN do oliwinu 98 GFN. Rozkład sit pokazuje wzrost retencji o 5% na sicie 200-mesh. Nie zaobserwowano żadnych zmian w porównaniu z oliwinem 98 GFN do 114 GFN pomimo wzrostu retencji 200 mesh o prawie 7%.

Można zaobserwować wartość progową 244 RMS.

Wyniki chropowatości powierzchni odlewów otrzymanych z rdzeni ceramicznych wykazują niewielką poprawę pomiędzy materiałem 32 GFN a 41 GFN. Nastąpił wzrost retencji sita 70-mesh o 34% w piasku 41 GFN. Zaobserwowano znaczny wzrost gładkości pomiędzy ceramiką 41 GFN i 54 GFN. Materiał 54 GFN miał o ponad 19% większą retencję na sicie 100 mesh w porównaniu z materiałem 41 GFN. Poprawa ta nastąpiła pomimo zawężenia rozkładu w materiale 54 GFN. Największy wpływ na wyniki ceramiki zaobserwowano pomiędzy piaskami 54 GFN i 68 GFN. Piasek 68 GFN miał o 15% wyższą retencję na sicie 140 mesh, co poszerzyło rozkład. Pomimo wzrostu retencji o ponad 40% w sicie 140-mesh, zaobserwowano niewielką poprawę między materiałami 68 GFN i 92 GFN. Wartość progowa wynosi 236 RMS.

Powierzchnie generowane przez piaski wydrukowane w 3D są znacznie bardziej szorstkie niż powierzchnia ubitego piasku przy użyciu tego samego kruszywa. Próbki wydrukowane w orientacji XY zapewniły najbardziej gładką powierzchnię odlewu testowego, podczas gdy próbki wydrukowane w orientacji XZ i YZ dały najbardziej szorstką powierzchnię.

Ubijany piasek krzemionkowy niepowleczony 83 GFN dał wartość chropowatości 185 RMS. Chociaż odlewy wydawały się gładsze, powłoki ogniotrwałe zwiększały chropowatość powierzchni mierzoną profilometrem. Powłoka z tlenku glinu na bazie alkoholu wykazywała najlepszą wydajność, podczas gdy powłoka z tlenku cyrkonu na bazie alkoholu dała najwyższą chropowatość. 83 wydrukowane próbki GFN 3-D wykazały odwrotny efekt. Podczas gdy niepowlekana próbka była drukowana w najkorzystniejszej orientacji XY, niepowlekana próbka wykazywała chropowatość odlewu 943 RMS. Powłoki wygładziły powierzchnię zasadniczo od wykończenia powierzchni niepowlekanej od niskiego 339 do wysokiego 488 RMS. Wydaje się, że wykończenie powierzchni powlekanych piasków jest w pewnym stopniu niezależne od chropowatości piasku podłoża i w dużym stopniu zależy od składu powłoki ogniotrwałej. Piasek wydrukowany w 3D, choć zaczyna się od znacznie bardziej chropowatego wykończenia powierzchni, można znacznie poprawić za pomocą powłok ogniotrwałych.

Wnioski

Obecnie dostępne agregaty formierskie mają zdolność osiągania wartości chropowatości powierzchni poniżej 200 mikrocali RMS. Wartości te mieszczą się nieznacznie w wartościach związanych z odlewami inwestycyjnymi. W przypadku badanych materiałów każdy wykazywał spadek chropowatości odlewu wraz ze wzrostem rozdrobnienia ziarna kruszywa AFS. Dotyczyło to wszystkich materiałów aż do wartości progowej, kiedy to nie obserwowano dalszego spadku chropowatości odlewu wraz ze wzrostem AFS-GFN. Potwierdziły to przeprowadzone wcześniej badania.

We wszystkich grupach materiałów wpływ AFS-GFN był drugorzędny zarówno w stosunku do obliczonej powierzchni, jak i przepuszczalności kruszywa. Podczas gdy można uważać, że przepuszczalność opisuje otwarte obszary ubitego piasku, pole powierzchni lepiej opisuje rozmieszczenie piasku i odpowiadającą mu ilość drobnych cząstek. Zarówno przepuszczalność, jak i pole powierzchni były bezpośrednio związane z gładkością powierzchni odlewu. Należy zauważyć, że dotyczyło to agregatów w grupie kształtów. Chociaż agregaty kątowe i podkątne miały duże pola powierzchni, ich przepuszczalność była wysoka i wskazywała na otwartą powierzchnię. Kruszywa sferyczne i zaokrąglone wykazywały najbardziej gładkie powierzchnie, łącząc niską przepuszczalność z dużą powierzchnią właściwą.

Pierwotnie sądzono, że zwilżalność powierzchni mierzona za pomocą kąta zwilżania ciekłego metalu i związanego kruszywa była krytycznym czynnikiem wpływającym na końcowe wykończenie powierzchni odlewu. Chociaż wykazano, że kąt zwilżania na różnych materiałach przy podobnym AFS-GFN nie był proporcjonalny do chropowatości odlewu, potwierdzono, że głównym czynnikiem był kształt ziarna. Brak związku między kątem zwilżania a chropowatością powierzchni odlewu można wytłumaczyć faktem, że kształt ziarna był postrzegany jako główny wpływ na chropowatość powierzchni. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że na kąt zwilżania różnych materiałów większy wpływ miał kształt ziarna i wynikająca z tego gładkość powierzchni niż zwilżalność samego materiału.

Podobnie jak w przypadku wszystkich przyrządów pomiarowych, artefakty metody badawczej mogą w pewnym stopniu wpływać na wyniki. Wzrost chropowatości odlewów, chociaż wizualnie odlewy wyglądały na gładsze po nałożeniu powłoki ogniotrwałej, może wynikać z kształtu wzniesień i dolin utworzonych przez powłoki. Z definicji i pomiarów, powłoki ogniotrwałe tylko zwiększały chropowatość powierzchni w stosunku do próbek niepowlekanych. Wszystkie powłoki ogniotrwałe bardzo skutecznie poprawiły chropowatość powierzchni piasków wydrukowanych w 3D. Okazało się, że wykończenie powierzchni badanych odlewów z próbek powlekanych było nieco niezależne od wyjściowego piasku podłoża. Powłoki miały duży wpływ na wykończenie powierzchni, ale konieczne są dalsze prace w celu zmiany powłok w celu poprawy wykończenia odlewów.

Pod redakcją Santosa Wanga z Ningbo Zhiye Mechanical Components Co., Ltd.

https://www.zhiyecasting.com

santos@zy-casting.com

86-18958238181

Poprzedni:ODLEWANIE STALI NIERDZEWNYCH: WSZYSTKO, CO MUSISZ WIEDZIEĆ

Następny:Green casting to kierunek rozwoju przemysłu odlewniczego Ningbo Zhiye