Этапы процесса кастинга:4 основных шага | Производство

Следующие пункты выделяют четыре основных этапа процесса литья. Шаги:1. Подготовка шаблона и формы 2. Плавление и разливка жидкого металла 3. Охлаждение и затвердевание жидкого металла 4. Дефекты и их проверка.

Этапы процесса кастинга №1. Подготовка Узор и форма :

Шаблон - это копия отливаемой детали, который используется для подготовки полости формы. Выкройки изготавливаются либо из дерева, либо из металла. Форма представляет собой сборку из двух или более металлических блоков или связанных огнеупорных частиц (песка), состоящую из первичной полости.

Полость формы удерживает жидкий материал и, по сути, действует как негатив желаемого продукта. Форма также содержит вторичные полости для заливки и направления жидкого материала в первичную полость и, при необходимости, для работы в качестве резервуара.

Четырехсторонняя рамка, в которой сделана песчаная форма, называется колбой. Если форма состоит более чем из одной части, верхняя часть называется ригелем, а нижняя часть - опорой.

Для изготовления полых профилей проникновение жидкого металла предотвращается за счет наличия стержня в соответствующей части полости формы. Выступы на шаблоне для размещения стержня в форме называются отпечатками стержня. Существуют различные типы шаблонов и форм в зависимости от материала, работы и количества требуемых отливок.

Допуски по шаблону:

Выкройка всегда делается несколько больше, чем готовая работа. Это превышение размеров называется допуском на образец. Есть две категории допусков по шаблону, а именно, припуск на усадку и припуск на обработку.

Припуск на усадку предназначен для компенсации усадки отливки.

Полная усадка отливки происходит в три этапа и состоит из:

(i) сокращение жидкости от температуры заливки до температуры замерзания,

(ii) сокращение, связанное с переходом фазы из жидкой в ​​твердую,

(iii) сжатие твердой отливки от температуры замерзания до комнатной температуры.

Однако следует отметить, что это только последняя стадия сжатия, о которой учитывается припуск на усадку. Очевидно, что величина припуска на усадку зависит от линейного коэффициента теплового расширения α _l материала. Чем выше значение этого коэффициента, тем больше величина припуска на усадку.

Для размера l отливки допуск на усадку определяется как произведение α _l l (θ _f - θ ₀ ), где θ _f - точка замерзания материала и θ ₀ это комнатная температура. Обычно это выражается на единицу длины для данного материала. Таблица 2.1 дает некоторое количественное представление о допуске на усадку для литья различных материалов.

Обычно литая поверхность слишком шероховатая, чтобы ее можно было использовать так же, как поверхность конечного продукта. В результате для получения готовой поверхности требуются операции механической обработки. Превышение размеров отливки (и, следовательно, размеров шаблона) по сравнению с окончательной обработкой, называется припуском на обработку.

Общий припуск на обработку также зависит от материала и габаритных размеров работы, но не линейно, как припуск на усадку. Таблица 2.1 также дает представление о припуске на обработку для различных материалов. Для внутренних поверхностей предусмотренные припуски, очевидно, должны быть отрицательными, и обычно припуски на обработку на 1 мм больше, чем указанные в таблице.

Есть еще одно отклонение от исходных размеров задания, которое намеренно предусмотрено в выкройке; это называется черновиком. Он относится к конусу, нанесенному на поверхность параллельно направлению извлечения шаблона из полости формы. Сквозняк облегчает снятие выкройки. Среднее значение осадки составляет от 1/2 ° до 2 °.

Подготовка формы:

Формы изготавливаются вручную, если количество форм, которые нужно подготовить, невелико. Если требуется большое количество простых форм, тогда используются формовочные машины.

В этой статье мы кратко обсудим некоторые важные особенности изготовления пресс-форм; также будут описаны некоторые типичные формовочные машины.

Чтобы облегчить удаление рисунка, на рисунок присыпается разделительный состав, например несмачивающий тальк. Для получения хорошей поверхности отливки используется мелкозернистый облицовочный песок. Обычно на опорную опоку помещается собственный груз, чтобы предотвратить плавание опорной опоки из-за гидродинамических сил жидкого металла.

Для большой формы следует позаботиться о том, чтобы песок не упал с опоки, когда ее поднимают для удаления шаблона. Это можно сделать, установив дополнительные опоры, называемые заглушками, внутри колбы. Для отливки с входящими поверхностями, например колеса с канавкой на ободе, форма может быть сделана из трех частей (рис. 2.3). Часть между опорой и тормозом называется щекой. Для облегчения выхода газов в крышке колбы предусмотрены вентиляционные отверстия.

Формовочные машины работают на одном или на комбинации принципов, показанных на рис. 2.4. При тряске форма поднимается на высоту около 5 см и опускается 50-100 раз со скоростью 200 раз в минуту. Это вызывает несколько неровную трамбовку, но вполне подходит для горизонтальных поверхностей. С другой стороны, сжатие считается удовлетворительным для неглубоких колб. Строповка песка также выполняется очень быстро и приводит к равномерной трамбовке. Однако это требует высоких начальных затрат.

Этапы процесса трансляции # 2. Плавка и разливка жидкого металла:

Таяние :

Правильный уход во время плавления важен для хорошего бездефектного литья. Факторы, которые следует учитывать при плавке, включают газы в металлах, выбор и контроль лома, флюса, печи и температуры. Теперь мы кратко обсудим их.

Газы в металлах :

Газы в металлах обычно приводят к повреждению отливок. Однако присутствие контролируемого количества определенных газов может быть полезным для придания отливкам определенных желаемых качеств.

В металлических отливках газы-

(i) Могут быть механически захвачены (в таких ситуациях надлежащие вентиляционные устройства в форме предотвращают их возникновение),

(ii) Могут образовываться из-за разницы в их растворимости при разных температурах и фазах, и

(iii) Может образовываться в результате химических реакций.

Наиболее часто присутствующими газами являются водород и азот. Металлы делятся на две группы по растворимости водорода. Одна группа называется эндотермической; сюда входят обычные металлы, такие как алюминий, магний, медь, железо и никель.

Другая группа, называемая экзотермической, включает, среди прочего, титан и цирконий. Эндотермические металлы поглощают меньше водорода, чем экзотермические металлы. Кроме того, в эндотермических металлах растворимость водорода увеличивается с температурой. Обратное верно для экзотермических металлов.

В обоих случаях растворимость (5) может быть выражена как-

S =C exp [-E _s / (k θ)], (2.1)

где E _s (положительный для эндотермического) - теплота растворения 1 моля водорода, а 6 - абсолютная температура с C и k в качестве констант. Уравнение (2.1) ясно показывает, что выделение газа во время охлаждения не может происходить в экзотермических металлах, для которых E _s отрицательный.

Считается, что водород растворяется внутри экзотермических металлов, вызывая искажение решетки. В эндотермических металлах водород растворяется в дефектах решетки и не вызывает искажений. Таблица 2.2 показывает растворимость водорода в твердой и жидкой фазах при температуре солидуса для различных металлов. Разница в этих растворимостях отвечает за выделение газов.

Следует отметить, что растворимость водорода является острой проблемой при литье из черных металлов. Здесь, хотя количество водорода по массе кажется незначительным, объем, выделяющийся во время затвердевания, довольно велик. Закон Сиверта гласит, что количество водорода, растворенного в расплаве, изменяется как -

Основными источниками водорода в расплаве являются влажность печи, воздух, масло и жир. Простая добавка дегидрирования для удаления водорода в виде шлака отсутствует. Таким образом, следует соблюдать осторожность, чтобы поддерживать уровень водорода на минимальном уровне.

Большинство методов удаления водорода основаны на уравнении (2.2), то есть снижении парциального давления водорода путем барботирования другого сухого нерастворимого газа через расплав. Для цветных металлов используется хлор, азот, гелий или аргон. Азот нельзя использовать для сплавов на основе железа и никеля, поскольку он растворим в них, а также может образовывать нитриды, влияющие на размер зерна; поэтому, в частности, в железных сплавах необходим точный контроль азота. В таких ситуациях используются пузырьки окиси углерода. Это удаляет не только водород, но и азот; содержание углерода контролируется последующим окислением и повторным науглероживанием.

Для черных металлов заметное снижение растворимости азота во время смены фазы может вызвать пористость отливки. Повторному поступлению азота из воздуха препятствует непроницаемый шлак в верхней части расплава.

В настоящее время вакуумная плавка все чаще используется для предотвращения растворения газов в металлах и объединения реактивных элементов в расплаве. Было обнаружено, что добавки в ковше, а не в расплаве, более эффективны для контроля газов и химического состава.

Печи:

Печи, используемые для плавки металлов, сильно отличаются друг от друга. Выбор печи в основном зависит от химического состава металла, максимальной требуемой температуры, а также скорости и режима подачи металла. Другими важными факторами при выборе являются размер и форма доступного сырья.

Химия металлов определяет не только контроль стандартных элементов, но и некоторые важные механические свойства, например обрабатываемость.

Оптимальная температура после плавления определяется свойством металла, называемым текучестью. Текучесть относится к относительной способности жидкого металла заполнять форму при заданной температуре. Обычно чем ниже вязкость, тем выше текучесть. Текучесть металла можно проверить следующим образом.

Спираль стандартных размеров заливается жидким металлом при различных температурах. Длина спирали, которую можно подавать таким образом до начала затвердевания, дает меру текучести. Если мы исследуем кривые температура-текучесть для различных металлов, мы обнаружим, что чем выше текучесть металла, тем меньше разница между температурой разливки (температурой печи) и температурой плавления.

Для полного заполнения сложных тонких участков формы эта разница должна быть минимальной. Большая разница означает более высокую стоимость и большую растворимость газа.

Скорость и режим доставки жидкого металла в значительной степени определяются процессом - периодической или непрерывной плавкой.

Заливка (конструкция ворот) :

После плавления металл заливается или впрыскивается в полость формы. Хорошая конструкция затвора обеспечивает распределение металла в полости кристаллизатора с надлежащей скоростью без чрезмерных потерь температуры, турбулентности и захвата газов и шлаков.

Если жидкий металл разливается очень медленно, то время, необходимое для заполнения формы, довольно велико, и затвердевание может начаться даже до того, как форма будет полностью заполнена. Этого можно избежать, используя слишком сильный перегрев, но тогда растворимость газа может вызвать проблемы. С другой стороны, если жидкий металл сталкивается с полостью формы со слишком высокой скоростью, поверхность формы может подвергнуться эрозии. Таким образом, необходимо найти компромисс для достижения оптимальной скорости.

Этапы процесса трансляции №3. Охлаждение и отверждение из Liquid Metal :

Четкое понимание механизма затвердевания и охлаждения жидких металлов и сплавов необходимо для производства успешных отливок. Во время затвердевания определяются многие важные характеристики, такие как кристаллическая структура и состав сплава на различных частях отливки. Более того, если не принять надлежащий уход, также могут возникать другие дефекты, например, усадочная полость, холодное закрытие, неправильный прогон и горячий разрыв.

Дизайн и размещение подступенка:

Время затвердевания зависит в первую очередь от отношения VIA, где V - объем отливки, а A - площадь поверхности рассеивания тепла (т. Е. Отливки). Этого также следует ожидать интуитивно, поскольку количество теплоты пропорционально объему, а скорость рассеивания тепла зависит от площади поверхности. Эта информация используется при проектировании стояка, чтобы гарантировать, что стояк затвердеет после заливки.

Однако информация о количестве жидкого металла, необходимого из стояка, используется только для компенсации усадки, которая имеет место от температуры разливки до затвердевания. В зависимости от металла процент этой усадки варьируется от 2,5 до 7,5. Таким образом, использование стояка большого объема (для обеспечения большого времени затвердевания) неэкономично. Таким образом, стояк следует проектировать с минимально возможным объемом, при этом скорость охлаждения должна быть ниже, чем у отливки.

Можно отметить, что для отливки с высоким отношением площади поверхности к объему требуется стояк большего размера, чем определено с учетом только скорости охлаждения. Это наглядно демонстрирует следующий пример.

Рассмотрим стальную пластину размером 25 см x 25 см x 0,25 см. Отливка имеет соотношение A / V как -

Рассмотренный нами подступенок имеет объем 1,95 см ³ . Только. Следовательно, требуется стояк гораздо большего размера.

Однако для данной формы стояка размеры стояка должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить минимальное соотношение A / V, и минимальный объем должен быть обеспечен с учетом усадки. Следует помнить, что жидкий металл течет из стояка в изложницу только на ранней стадии процесса затвердевания. Это требует, чтобы минимальный объем стояка был примерно в три раза больше, чем определяется только учетом усадки.

Чтобы проверить соответствие размера стояка стальной отливке, обычно используется соотношение Кейна. Время затвердевания пропорционально квадрату отношения объем / площадь поверхности. Соотношение Каина, однако, основано на предположении, что скорость охлаждения линейно пропорциональна соотношению площадь поверхности / объем.

Здесь ордината точки на кривой показывает объемный коэффициент, а абсцисса - коэффициент замораживания; также индексы c и r относятся к отливке и стояку соответственно. Для данной комбинации литье-стояк, если точка на рис. 2.31 попадает вправо от кривой, соответствие стояка обеспечивается. Уравнение кривой подъема кольца имеет вид

Когда a - постоянная замерзания металла, b - коэффициент сжатия от жидкости к твердому телу, а c - постоянная величина, зависящая от различных сред вокруг стояка и отливки. Значение c равно единице, если материал формы вокруг отливки и стояка одинаковый. Для стали типичные значения a =0,1 и b =0,03.

Утомительный расчет (A / V) _c для сложной отливки породил другой метод, в котором используется кривая подъемного кольца типа, показанного на рис. 2.32. В этом методе коэффициент формы (l + w) / h вместо (A / V) _c , нанесен по оси x, где l, w и h обозначают, соответственно, максимальную длину, максимальную ширину и максимальную толщину отливки. Этот метод и отношение Каина дают почти идентичные результаты для отливки простой формы. Если придатки к основному корпусу (простой правильной формы) отливки тонкие, то время затвердевания существенно не изменится.

В результате предельное увеличение расчетного объема (по основному корпусу) стояка удовлетворительно выполняет свою работу. По мере увеличения веса придатков требуемый объем стояка рассчитывается на основе измененного общего объема отливки. Общий объем отливки принимается как объем основной секции плюс эффективный процент объема придатка, называемый паразитным объемом.

Эффективный процент оценивается по кривым типа, показанного на рис. 2.33. Форма называется пластинчатой ​​или стержневой в зависимости от того, больше ли ширина поперечного сечения больше или меньше трехкратной глубины.

Нет специальных средств контроля скорости охлаждения (и, следовательно, времени затвердевания) отливки или стояка. Однако на практике для увеличения скорости охлаждения отливки используются охлаждающие блоки или тонкие ребра. Охлаждение менее эффективно для металла, имеющего более высокую теплопроводность, чем охлаждение. Аналогичным образом, чтобы увеличить время затвердевания стояка, в стояк добавляют некоторые экзотермические соединения, чтобы поддерживать его в расплавленном состоянии в течение более длительного периода.

До сих пор мы ограничились обсуждением вопроса об адекватности размера стояка с точки зрения усадки и скорости охлаждения. Другим важным аспектом подъемного кольца является обеспечение того, чтобы имеющийся в подъемном устройстве жидкий металл можно было подавать в желаемые места внутри отливки.

Фактически, температурный градиент внутри отливки на последней стадии охлаждения является наиболее важным фактором. Минимально допустимый уклон зависит от формы и размеров поперечного сечения. Обычно для отливки с низким отношением (A / V) (например, куб и сфера) один центральный стояк может подавать всю отливку. С другой стороны, для отливки с высоким отношением (A / V) (например, для стержня и пластины) обычно требуется более одного стояка. В таком случае необходимо выбрать правильное расположение стояка.

Для стального листа толщиной до 100 мм достаточно одного центрального подступенка, если максимальное расстояние подачи составляет менее 4,5 толщины листа. Расстояние подачи следует измерять от края стояка, как показано на рис. 2.34a. Следует отметить, что из общего расстояния 4,5t уклон стояка преобладает до расстояния 2t, тогда как уклон торцевой стенки преобладает на оставшемся расстоянии 2,5t. Таким образом, максимальное расстояние между краями двух последовательных стояков составляет 4t, а не 9t (см. Рис. 2.34b).

Пруток квадратного поперечного сечения со сторонами размером 50-200 мм может удовлетворительно подаваться от одного стояка на максимальном расстоянии 30 √s, где s - сторона квадрата, выраженная в мм. Максимальное расстояние между краями двух последовательных стояков составляет 1,2 с (а не 60 √ с).

Наличие холода в форме увеличивает дальность подачи стояка. Это достигается за счет создания резкого температурного градиента с последующим уменьшением сопротивления подачи. Очевидно, что охлаждающий элемент следует размещать на концах, если используется одинарный стояк. Для более чем одного стояка охлаждающую жидкость следует размещать посередине между двумя стояками. На рис. 2.35 схематично показано правильное размещение стояков и охладителей. На этом же рисунке указаны максимально допустимые расстояния для различных случаев.

Этапы процесса трансляции №4. Дефекты и их проверка :

Дефекты трансляции:

Обработка в основном ограничивается отливками в песчаные формы.

Дефекты отливки могут возникать из-за одного или нескольких из следующих дефектов:

(i) Дизайн литья и выкройки.

(ii) Формовочная смесь и дизайн формы и стержня.

(iii) Металлический состав.

(iv) Таяние и разливание.

(v) Кольцо стробирования и подъема.

При отливке в песчаные формы чаще всего встречаются следующие дефекты:

(i) Выдувание. Это довольно большая полость округлой формы, образованная газами, которые вытесняют расплавленный металл на лицевой поверхности отливки. Удары обычно возникают на выпуклой поверхности отливки, и их можно избежать, обеспечив надлежащую вентиляцию и соответствующую проницаемость. Контролируемое содержание влаги и летучих компонентов в песчаной смеси также помогает избежать образования пузырей.

(ii) Шрам - неглубокий удар, обычно встречающийся на плоской поверхности отливки, называется шрамом.

(iii) Волдырь - это шрам, покрытый тонкими слоями металла.

(iv) Газовые дыры - они относятся к захваченным пузырькам газа, имеющим почти сферическую форму, и возникают, когда чрезмерное количество газов растворяется в жидком металле.

(v) Отверстия для штифтов - это не что иное, как крошечные ударные отверстия, которые возникают либо на поверхности литья, либо чуть ниже нее. Обычно они встречаются в большом количестве и почти равномерно распределены по всей поверхности отливки.

(vi) Пористость - указывает на очень маленькие отверстия, равномерно распределенные по всей отливке. Он возникает при снижении растворимости газа во время затвердевания.

(vii) Капля. Выступ неправильной формы на верхней поверхности отливки называется каплей. Это происходит из-за попадания песка в форму с уступа или других выступающих частей. Достаточная прочность песка и использование кляпов могут помочь избежать падений.

(viii) Включение - это неметаллическая частица в металлической матрице. При изоляции это становится крайне нежелательным.

(ix) Окалина - примеси для зажигалок, появляющиеся на верхней поверхности отливки, называются окалиной. Об этом можно позаботиться на этапе заливки, используя такие предметы, как ситечко и боб для снятия жира.

(x) Грязь. Иногда частицы песка, выпадающие из выступа, застревают на верхней поверхности отливки. Когда их снимают, остаются маленькие угловатые отверстия, известные как грязь. Такие дефекты, как падение и грязь, говорят о том, что хорошо продуманный узор должен иметь как можно меньше деталей в колпачке. Кроме того, наиболее важная поверхность должна быть помещена в перетяжку.

(xi) Промывка. Низкий выступ на поверхности сопротивления отливки, начинающейся около ворот, называется размывкой. Это вызвано эрозией песка из-за высокоскоростной струи жидкого металла в нижних воротах.

(xii) Пряжка - это длинное, довольно мелкое, широкое клиновидное углубление, возникающее на поверхности плоской отливки из жаропрочного металла. При этой высокой температуре происходит расширение тонкого слоя песка на поверхности формы до того, как жидкий металл на поверхности формы затвердеет. Поскольку колба препятствует этому расширению, поверхность формы имеет тенденцию выпирать, образуя V-образную форму. Следовательно, необходимо надлежащее количество летучих добавок в смеси песка, чтобы освободить место для этого расширения и избежать коробления.

(xiii) Корка - это грубый тонкий слой металла, выступающий над поверхностью отливки поверх тонкого слоя песка. Слой удерживается на отливке металлической косой через песок. Струпа возникает, когда вздыбленный песок отделяется от поверхности формы, и жидкий металл течет в пространство между формой и вытесненным песком.

(xiv) Крысиный хвост - это длинное неглубокое угловое углубление, обычно обнаруживаемое в тонкой отливке. Причина его образования такая же, как у пряжки. Here, instead of the expanding sand upheaving, the compressed layer fails by one layer, gliding over the other.

(xv) Penetration- If the mould surface is too soft and porous, the liquid metal may flow between the sand particles up to a distance, into the mould. This causes rough porous projections and this defect is called penetration. The fusion of sand on a casting surface produces a rough, glossy appearance.

(xvi) Swell- This defect is found on the vertical surfaces of a casting if the moulding sand is deformed by the hydrostatic pressure caused by the high moisture content in the sand.

(xvii) Misrun- Many a time, the liquid metal may, due to insufficient superheat, start freezing before reaching the farthest point of the mould cavity. The defect that thus results is termed as a misrun.

(xviii) Cold shut- For a casting with gates at its two sides, the misrun may show up at the centre of the casting. When this happens, the defect is called a cold shut.

(xix) Hot tear- A crack that develops in a casting due to high residual stresses is called a hot tear.

(xx) Shrinkage cavity- An improper riser may give rise to a defect called shrinkage cavity, as already detailed.

(xxi) Shift- A misalignment between two halves of a mould or of a core may give rise to a defective casting. Accordingly, this defect is called a mould shift or a core shift.

Inspection of Castings :

Nondestructive inspection techniques are essential for creating a confidence when using a cast product. In this article, we shall briefly outline some of these techniques for testing the various kinds of defects.

1. Visual Inspection:

Common defects such as rough surfaces (fused sand), obvious shifts, omission of cores, and surface cracks can be detected by a visual inspection of the casting. Cracks may also be detected by hitting the casting with a mallet and listening to the quality of the tone.

2. Pressure Test:

The pressure test is conducted on a casting to be used as a pressure vessel. In this, first all the flanges and ports are blocked. Then, the casting is filled with water, oil, or compressed air. Thereafter, the casting is submerged in a soap solution when any leak will be evident by the bubbles that come out.

3. Magnetic Particle Inspection:

The magnetic particle test is conducted to check for very small voids and cracks at or just below the surface of a casting of a ferromagnetic material.This done, the powdered ferromagnetic material is spread out onto the surface.

The presence of voids or cracks in the section results in an abrupt change in the permeability of the surface; this, in turn, causes a leakage in the magnetic field. The powdered particles offer a low resistance path to the leakage. Thus, the particles accumulate on the disrupted magnetic field, outlining the boundary of a discontinuity.

4. Dye-Penetrant Inspection:

The dye-penetrant method is used to detect invisible surface defects in a nonmagnetic casting. The casting is brushed with, sprayed with, or dipped into a dye containing a fluorescent material. The surface to be inspected is then wiped, dried, and viewed in darkness. The discontinuities in the surface will then be readily discernible.

5. Radiographic Examination:

The radiographic method is expensive and is used only for subsurface exploration. In this, both X- and y-rays are used. With y-rays, more than one film can be exposed simultaneously; however, X-ray pictures are more distinct. Various defects, e.g., voids, non-metallic inclusions, porosity, cracks, and tears, can be detected by this method. On the exposed film, the defects, being less dense, appear darker in contrast to the surrounding.

6. Ultrasonic Inspection:

In the ultrasonic method, an oscillator is used to send an ultrasonic signal through the casting. Such a signal is readily transmitted through a homogeneous medium. However, on encountering a discontinuity, the signal is reflected back. This reflected signal is then detected by an ultrasonic detector. The time interval between sending the signal and receiving its reflection determines the location of the discontinuity.

The method is not very suitable for a material with a high damping capacity (e.g., cast iron) because in such a case the signal gets considerably weakened over some distance.