Kvalitetom površine komponenti od livenog čelika prvenstveno upravljaju dva međusobno povezana faktora u fazi oblikovanja: čistoća plijesni-šupljine i stanje površine kalupa.
Za velike odljevke – gdje su sistemi za izlivanje dugi i metalurška/procesna složenost visoka – ulazak rastresitog pijeska, šljaka i drugi zagađivači u keramičkim usponskim/vodenim cijevima i propadanje ili oštećenje površine uzorka/kalupa su dominantni izvori vidljivih površinskih nedostataka.
Ovaj članak detaljno analizira ove faktore, predstavlja praktične zaštitne mjere i ispitne dokaze za utjecaj površinskih oštećenja kalupa, i pruža plan implementacije za poboljšanje stanja odlivene površine i smanjenje prerade.
1. Pozadina i značaj kvaliteta površine
Veliki dijelovi od livenog čelika (Komponente turbine, veliki ventili, vodilice hidroturbina, itd.) proizvode se pod visokim temperaturama izlivanja i složenim sistemima zatvaranja.
Izgled površine nije samo komercijalni atribut već i pokazatelj kontrole procesa i unutrašnje ispravnosti.
Loš kvalitet površine dovodi do skupog brušenja, mašinska prerada ili odbacivanje i negativno utiče na percepciju kupaca.
U praksi mnogi faktori utiču na izgled (metalurške inkluzije, makro-segregacija, fuzija peska, kraste), ali dva faktora konstantno dominiraju za velike livenjes tokom oblikovanja i lijevanja:
- Čistoća plijesni-šupljine — prodiranje rastresitog peska, šljaka i inkluzije u keramičke dovodne/vodačke cijevi i šupljinu; i
- Stanje površine kalupa — mehanička oštećenja, popravka nagomilavanja, i hrapavost površine uzorka i komponenti jezgre.
Zasnovano na dugogodišnjem praktičnom iskustvu u proizvodnji velikih dijelova od livenog čelika kao što su plinske turbine,
Steam Turbine, i hidraulične turbine, ovaj članak sistematski analizira mehanizam utjecaja čistoće šupljine kalupa i stanja površine kalupa na kvalitetu površine čeličnih dijelova od lijevanog čelika..
U kombinaciji sa uporednim testovima i inženjerskom praksom, predlažu se ciljane mjere poboljšanja kako bi se efektivno poboljšao kvalitet površine odljevaka i pružila tehnička podrška za stabilnu proizvodnju visokokvalitetnih dijelova od livenog čelika.
2. Utjecaj čistoće šupljine kalupa na kvalitet površine dijelova od livenog čelika
Šupljina kalupa je "kalup" koji oblikuje dijelove od livenog čelika. Njegova čistoća direktno određuje da li postoje inkluzije, Uključivanja pijeska, i drugi nedostaci na površini odlivaka.
Tokom procesa izlivanja delova od livenog čelika, rastopljeni čelik teče u šupljinu kalupa velikom brzinom.
Inkluzije šljake nastale tokom procesa topljenja, rasuti pijesak koji ulazi u cjevovod tokom polaganja sistema kapije, a ostali zagađivači će se isprati u šupljinu kalupa zajedno sa rastopljenim čelikom.
Tokom procesa hlađenja i skrućivanja rastopljenog čelika, zbog njihove manje gustine, većina inkluzija šljake i rasuti pijesak će plutati prema gore i ispuštati se kroz uspon ili sistem za odzračivanje.
Međutim, dio inkluzija će se i dalje kondenzirati na promjenjivim poprečnim presjecima, Fileti, i druge pozicije odlivaka, formirajući površinske defekte kao što su inkluzije pijeska i inkluzije šljake.
Ove nedostatke je potrebno ukloniti brušenjem, što ne samo da povećava radno opterećenje i troškove proizvodnje, već može utjecati i na točnost dimenzija odljevaka ako je količina mljevenja prevelika.
Glavni izvor raspršenog pijeska u šupljini kalupa je sistem zalijevanja.
Sistem zatvarača od livenih čeličnih delova obično se sastoji od keramičkih cevi (porcelanske lule) kako bi se osigurala otpornost na visoke temperature i izbjegla erozija rastopljenog čelika.
Za velike dijelove od livenog čelika, ukupna dužina položenog sistema kapije može dostići više od 40 metra, a proces polaganja uključuje više sekcija povezanih porculanskih cijevi.
Zbog velike dužine i velike težine polaganja, vjerovatnoća da rasuti pijesak uđe u porculanske cijevi je relativno visoka.
Stoga, posebno je važno zaštititi svaki dio porculanske cijevi tokom procesa polaganja kako bi se spriječilo da raspršeni pijesak uđe u šupljinu kalupa zajedno sa rastopljenim čelikom.
Kroz praktičnu provjeru na tri vrste proizvoda od livenog čelika (plinske turbine, Steam Turbine, i hidraulične turbine),
razvijene su tri vrste zaštitnih materijala i metoda za efikasno poboljšanje čistoće kalupne šupljine. U nastavku slijedi detaljna analiza svake metode:
2.1 Metoda zaštite PVC plastične folije
PVC (Polivinil hlorid) Plastična folija se naširoko koristi u zaštiti gejt sistema zbog visokih performansi, zgodan rad, i dobre performanse zaptivanja.
Preporučena debljina filma je 0,4-1 mm, a specifična debljina se može odabrati u skladu sa zahtjevima operacije oblikovanja na licu mjesta.
Olakšati promatranje i inspekciju unutrašnje čistoće porculanskih cijevi, poželjna je prozirna PVC folija.
Konkretni koraci operacije su sljedeći: Prvo, provjerite unutrašnju čistoću svakog dijela porculanske cijevi prije zaštite, i uklonite sav postojeći rasuti pijesak ili druge zagađivače.
Onda, omotajte PVC foliju oko otvora porculanske cijevi koju želite zaštititi. Nepropusnost filma treba da bude odgovarajuća da ne utiče na vezu između porculanskih cevi.
Prilikom čeonog spoja porculanskih cijevi, plutajući pijesak i drugi zagađivači su blokirani izvan filma i ne mogu ući u porculanske cijevi.
Nakon što je polaganje sistema kapije završeno, film nije potrebno skidati.
Tokom procesa sipanja, kada rastopljeni čelik juri u šupljinu kalupa, vazduh u porculanskim cevima se ispušta iz sistema pod pritiskom, a PVC folija se izduvava iz sistema za izlaz vazduha zajedno sa vazduhom u šupljini kalupa.
Budući da će PVC folija u potpunosti izgorjeti i raspasti se na visokim temperaturama (temperatura raspadanja PVC-a je oko 200-300°C,
što je mnogo niže od temperature izlivanja rastopljenog čelika), neće uzrokovati zagađenje rastaljenog čelika niti ostaviti ostatke na površini odljevaka.
2.2 Metoda zaštite tankog čeličnog lima
Tanki čelični limovi debljine manje od 1 mm se može koristiti i za zaštitu porculanskih cijevi.
Prednost tankih čeličnih limova je da se mogu ponovo koristiti, što može u određenoj mjeri smanjiti dugoročne materijalne troškove.
Prije upotrebe, tanke čelične limove potrebno je obraditi u odgovarajuće veličine malo veće od vanjskog promjera porculanskih cijevi prema veličini i obliku porculanskih cijevi kako bi se osiguralo da mogu u potpunosti pokriti spojni dio porculanskih cijevi.
Proces operacije je: Prvo, provjerite ima li stranih predmeta unutar porculanskih cijevi.
Onda, obrađene tanke čelične limove navući na spojni dio porculanskih cijevi koje treba zaštititi.
Nakon što je gornji dio porculanskih cijevi potpuno prekriven pijeskom za kalupljenje, ručno izvucite tanke čelične limove.
Međutim, ova metoda ima visoke zahtjeve za građevinske operacije: s jedne strane, zbog velike količine pijeska oko porculanskih cijevi,
lako je propustiti povlačenje tankih čeličnih limova; S druge strane, proces izvlačenja čeličnih limova može pokrenuti već položene porculanske cijevi, što dovodi do neusklađenosti sistema kapije.
Pored toga, ako je potrebna sekundarna provjera čistoće nakon polaganja ograde, teškoća rada je relativno velika jer su tanki čelični limovi uklonjeni, a spojni dio porculanskih cijevi je prekriven pijeskom.
Treba napomenuti da ako se tanki čelični lim ne izvuče na vrijeme ili je promašen, ući će u šupljinu kalupa zajedno sa rastopljenim čelikom tokom izlivanja,
koji će blokirati protok rastaljenog čelika i uzrokovati ozbiljne nedostatke kao što su hladni zatvarači i neispravan rad na površini odljevaka.
2.3 Metoda zaštite ploče od polistirenske pjene
Ploča od polistirenske pjene ima prednosti niske cijene i male težine, a takođe je uobičajeni zaštitni materijal za sistem otvora.
Ključ ove metode je tačnost obrade pjenaste ploče: pjenastu ploču treba obraditi u cilindrični oblik istog promjera kao i unutrašnji prečnik porculanske cijevi, a zatim se stavlja na mlaznicu porculanske cijevi radi zaštite.
Veličina obrade pjenaste ploče ima visoke zahtjeve: ako je prečnik prevelik, pjenasta ploča se ne može umetnuti u mlaznicu porculanske cijevi;
ako je prečnik premali, učinak zaptivanja će biti loš, a pijesak će lako ući u unutrašnjost porculanske cijevi iz otvora.
U isto vreme, pjenasta ploča treba da ima dovoljnu debljinu (obično 5-10 mm) kako biste izbjegli naginjanje unutar porculanske cijevi, što će uticati na zaštitni efekat.
Slično metodi zaštite PVC plastične folije, pjenastu ploču nije potrebno vaditi nakon polaganja ograde.
Tokom procesa sipanja, kada velika količina rastopljenog čelika juri u šupljinu kalupa, ploča od pene se izduvava iz kalupne šupljine kroz sistem za izlaz vazduha pod pritiskom vazduha u kalupnoj šupljini.
Polistirenska pjena će se razgraditi na visokim temperaturama (temperatura raspadanja je oko 100-150°C) i neće proizvoditi štetne tvari, tako da neće zagađivati rastopljeni čelik niti utjecati na kvalitetu površine odljevaka.
2.4 Poređenje zaštitnih efekata tri materijala
Osnovni princip tri metode zaštite je da spriječi ulazak raspršenog pijeska u porculanske cijevi i šupljinu kalupa pod pretpostavkom da ne utiče na protok rastopljenog čelika tokom izlivanja i ne unosi strane tvari u šupljinu kalupa..
Za odabir optimalne šeme zaštite, trošak, teškoća izgradnje, i upoređuju se zaštitni efekti tri materijala, kao što je prikazano u tabeli 1.
| Materijal | Jedinični trošak (¥/m²)* | Za višekratnu upotrebu | Jednostavnost instalacije | Utjecaj na tečenje čelika | Efikasnost zaštite |
| PVC plastična folija | 1.2 | Ne | Lako | Nijedan | Odličan |
| Tanak čelični rukav | 120 | Da | Teško | Potencijal ako se ne ukloni | Dobro |
| EPS čep od pjene | 2 | Ne | Umjeren (potrebna veličina) | Nijedan | Dobro |
Tablica 1 Poređenje troškova i performansi zaštitnih materijala
To se vidi iz tabele 1 da i tanki čelični lim i ploče od polistirenske pjene imaju dobre zaštitne efekte, ali je njihova teškoća obrade relativno visoka, što u određenoj mjeri nije pogodno za izgradnju i korištenje na licu mjesta.
PVC plastična folija ima najbolji zaštitni efekat, sa jednostavnim radom na licu mesta i visokim performansama.
Stoga, u kombinaciji sa stvarnim proizvodnim potrebama, PVC plastična folija debljine 0,4-1 mm preporučuje se kao poželjan zaštitni materijal za sistem zalijevanja od livenih čeličnih dijelova,
koji može učinkovito poboljšati čistoću šupljine kalupa i smanjiti površinske defekte uzrokovane inkluzijama pijeska.
3. Utjecaj stanja površine kalupa na kvalitet površine dijelova od livenog čelika
Kalup je osnovni alat za oblikovanje dijelova od livenog čelika, a stanje njegove površine direktno utiče na završnu obradu površine i ravnost odlivaka.
Za velike dijelove od livenog čelika, Drveni kalupi se najčešće koriste zbog svojih prednosti lake obrade, niska cijena, i dobra obrada.
Međutim, drveni kalupi imaju karakteristike velike zapremine i velikog broja labavih blokova (pokretni blokovi), koji zahtijevaju visoku preciznost pozicioniranja i čvrstoću veze između labavih blokova.
U stvarnom proizvodnom procesu, sa povećanjem broja upotreba kalupa, oštećenje površine kalupa i labavih blokova tokom uklanjanja kalupa će se takođe povećati.
Ako se ovi nedostaci ne održavaju na vrijeme, ne samo da će uticati na oblik i kvalitet površine odlivaka već će i skratiti životni vek kalupa.
3.1 Generiranje prirodnih defekata na površini kalupa
Prirodni nedostaci površine kalupa uglavnom uključuju habanje, ogrebotine, pukotine, i neravnine na spojnim prazninama. Ovi nedostaci su uglavnom uzrokovani sljedećim razlozima:
- Oštećenje od skidanja plijesni: Tokom procesa skidanja kalupa, zbog prianjanja između kalupnog pijeska i površine kalupa,
površina kalupa i labavi blokovi lako se izgrebu ili troše kada se kalup izvuče, posebno na filetima i rubovima kalupa. - Faktori životne sredine: Kalup se dugo čuva u proizvodnoj radionici, a na površinu lako utiče vlaga, što dovodi do bubrenja i deformacije drveta, što rezultira neravnom površinom.
- Održavanje nije blagovremeno: Nakon upotrebe kalupa, ako se površinski pijesak i zagađivači ne očiste na vrijeme, ili oštećeni dijelovi nisu popravljeni na vrijeme, nedostaci će se postepeno širiti sa povećanjem broja upotreba.
Među ovim prirodnim nedostacima, neravna površina na spojnim prazninama i filetima kalupa ima najveći utjecaj na kvalitetu površine odljevaka.
Nakon što se kalup popravi, ako površina nije brušena da bude ravna i glatka, na površini odlivaka će se formirati defekti u obliku utora ili repa pacova, što ozbiljno utiče na kvalitet izgleda odlivaka.
3.2 Test na umjetne defekte na površini kalupa
Kvantitativno provjeriti odnos između ravnosti površine kalupa i nedostataka na površini odljevka, izvršeno je uporedno ispitivanje.
Na površini kalupa izrađene su tri vrste umjetnih defekata različite dubine, koje su bile 1-2 mm, 2–4 mm, i 4–6 mm respektivno.
Raspon distribucije defekata pokriva ravan, lučna površina, i filetni dio korijena prirubnice, koje su ključne pozicije sklone površinskim defektima u dijelovima od livenog čelika.
Plan testiranja je sljedeći: Za svaku poziciju se biraju tri oblasti, i površina svake oblasti je podešena na 300 mm × 300 mm.
Umjetni defekti se izrađuju na odabranim područjima i označavaju.
Konveksni defekti se prave dodavanjem materijala kao što su kit ili gips na površinu kalupa, a konkavni defekti se bruse i formiraju na površini kalupa alatima kao što su rotacijske turpije od legure.
Dubina svih vještačkih defekata mjeri se visinomjerom i snima fotografijom.
Tokom procesa oblikovanja, dijelovi umjetnih oštećenja se pregledavaju kako bi se osiguralo da nema plutajućeg pijeska ili drugih tvari koje utječu na oblik defekata.
Stepen zbijenosti i čvrstoća pijeska ispunjenog oko defekta implementirani su u skladu sa zahtjevima operacije oblikovanja.
Nakon što se odljevci izlije i formira, podvrgnuti su kvalitetnoj termičkoj obradi i prvom procesu pjeskarenja, a površine odlivaka koje odgovaraju vještačkim nedostacima se pregledavaju i verificiraju.
Rezultati ispitivanja pokazuju da različite dubine umjetnih defekata na površini kalupa dovode do različitih razina hrapavosti površine odljevka..
Konkretni odgovarajući odnos prikazan je u tabeli 2.
| Vrsta | Veličina umjetnog oštećenja na površini kalupa (mm) | ||
| 1~2 | 2~4 | 4~6 | |
| Ocjena hrapavosti površine livenja | A1 | A2/A3 | A4 |
Tablica 2 Uporedna tabela umjetnih defekata na površini kalupa i hrapavosti površine odljevka
Zabilježiti: Ocjene hrapavosti površine u tabeli su podijeljene prema internom standardu poduzeća za dijelove od livenog čelika: A1 razred (Ra ≤ 6.3 μm) je najviši kvalitet površine, pogodan za ključne dijelove izgleda;
A2/A3 razred (6.3 μm < Ra ≤ 12.5 μm) je opći kvalitet površine, pogodan za obične konstrukcijske dijelove; A4 razred (Ra > 12.5 μm) je nizak kvalitet površine, koje je potrebno preraditi brušenjem.
Prema rezultatima testiranja, kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi za hrapavost površine dijelova od livenog čelika, površina kalupa se mora pregledati prije svake upotrebe.
Za defekte koji prelaze specificiranu dubinu (obično 2 mm za opće dijelove i 1 mm za ključne dijelove), popravka i brušenje moraju se izvršiti kako bi se osiguralo da je cjelokupno stanje površine kalupa kvalificirano.
Za spojne praznine i filete kalupa, posebnu pažnju treba posvetiti pregledu i održavanju kako bi se izbjeglo stvaranje defekata u obliku žljebova ili štakorskih repa na površini odljevka.
4. Zaključak
Za velike dijelove od livenog čelika dva najupečatljivija, kontrolisani doprinosi lošem kvalitetu lijevane površine ulazak kontaminacije preko otvora/cevovoda i defekti površine kalupa.
Jednostavan, jeftine metode zaštite – prije svega korištenje prozirnog PVC filma debljine 0,4–1,0 mm za zatvaranje/pokrivanje otvora cijevi tokom instalacije cijevi – značajno smanjuju prodor pijeska.
Marljiv pregled i blagovremena popravka površina kalupa (sa konzervativnim prihvatanjem dubine defekta od ≤2 mm) spriječiti prijenos oštećenja kalupa na livene komponente.
U kombinaciji s NDT-om iz prvog članka i dokumentiranim programom održavanja/inspekcije, ove mjere značajno poboljšavaju stanje površine, smanjiti preradu i podići kvalitetu vidljivu kupcima.
Reference
[1] Zhang Chaohui. Analiza kvaliteta i mjere za poboljšanje kvaliteta dijelova od livenog čelika [J]. China Journal Network, 2018(01): 75-77.
[2] Wang Chengbin. Diskusija o utjecaju strukture kalupa na kvalitet odljevka i optimizacijski dizajn [J]. Savremeno poslovanje i trgovinska industrija, 2011, 23(01): 303.
[3] American Foundry Society (AFS). Priručnik o čeličnim odljevcima [M]. 11th Edition. AFS, 2017.
