La calidad de la superficie de los componentes de acero fundido se rige principalmente por dos factores interrelacionados en la fase de moldeo.: limpieza de la cavidad del molde y el estado de la superficie del molde.
Para fundiciones grandes, donde los sistemas de vertido son largos y la complejidad metalúrgica/de proceso es alta, el ingreso de arena suelta, La escoria y otros contaminantes en los tubos ascendentes/canales de cerámica y el deterioro o daño de la superficie del patrón/molde son las fuentes dominantes de defectos visibles en la superficie..
Este artículo analiza estos factores en profundidad, presenta medidas de protección prácticas y evidencia de pruebas para el impacto de los defectos en la superficie del molde, y proporciona una hoja de ruta de implementación para mejorar el estado de la superficie de fundición y reducir el retrabajo.
1. Antecedentes e importancia de la calidad superficial.
Grandes piezas de acero fundido (componentes de la turbina, válvulas grandes, corredores de hidroturbina, etc.) Se producen bajo altas temperaturas de vertido y complejos sistemas de compuerta..
La apariencia de la superficie no es sólo un atributo comercial sino también un indicador del control del proceso y la solidez interna..
La mala calidad de la superficie provoca un rectificado costoso, Retrabajo o rechazo del mecanizado y afecta negativamente a la percepción del cliente..
En la práctica, muchos factores influyen en la apariencia. (inclusiones metalúrgicas, macrosegregación, fusión de arena, costras), pero dos factores dominan consistentemente para las grandes fundicións durante el moldeo y el vertido:
- Limpieza de la cavidad del molde — entrada de arena suelta, Escoria e inclusiones en los tubos de alimentación/canal de cerámica y en la cavidad.; y
- Condición de la superficie del molde — daño mecánico, acumulación de reparación, y rugosidad de la superficie del patrón y los componentes centrales..
Basado en años de experiencia práctica en producción de piezas grandes de acero fundido, como turbinas de gas.,
turbinas de vapor, y rodetes de turbina hidráulica, Este artículo analiza sistemáticamente el mecanismo de influencia de la limpieza de la cavidad del molde y el estado de la superficie del molde en la calidad de la superficie de las piezas de acero fundido..
Combinado con pruebas comparativas y práctica de ingeniería., Se proponen medidas de mejora específicas para mejorar eficazmente la calidad de la superficie de las piezas fundidas y proporcionar soporte técnico para la producción estable de piezas de acero fundido de alta calidad..
2. Influencia de la limpieza de la cavidad del molde en la calidad de la superficie de las piezas de acero fundido
La cavidad del molde es el “molde” que da forma a las piezas de acero fundido.. Su limpieza determina directamente si existen inclusiones., inclusiones de arena, y otros defectos en la superficie de las piezas fundidas..
Durante el proceso de vertido de piezas de acero fundido., El acero fundido fluye hacia la cavidad del molde a alta velocidad..
Inclusiones de escoria generadas durante el proceso de fundición., arena dispersa que ingresa a la tubería durante la instalación del sistema de compuertas, y otros contaminantes entrarán en la cavidad del molde junto con el acero fundido..
Durante el proceso de enfriamiento y solidificación del acero fundido., debido a su menor densidad, la mayoría de las inclusiones de escoria y arena dispersa flotarán hacia arriba y se descargarán a través del tubo ascendente o del sistema de ventilación..
Sin embargo, una parte de las inclusiones aún se condensará en las secciones transversales variables, filetes, y otras posiciones de las piezas fundidas, formar defectos superficiales como inclusiones de arena e inclusiones de escoria.
Estos defectos deben eliminarse mediante esmerilado., lo que no solo aumenta la carga de trabajo y el costo de producción, sino que también puede afectar la precisión dimensional de las piezas fundidas si la cantidad de molienda es demasiado grande..
La principal fuente de arena esparcida en la cavidad del molde es el sistema de compuerta..
El sistema de compuerta de piezas de acero fundido suele estar compuesto por tubos cerámicos. (tubos de porcelana) Para garantizar la resistencia a altas temperaturas y evitar la erosión del acero fundido..
Para piezas grandes de acero fundido, La longitud total del sistema de compuertas instalado puede alcanzar más de 40 medidores, y el proceso de colocación involucra múltiples secciones de tuberías de porcelana conectadas.
Debido a su gran longitud y dificultad de colocación, la probabilidad de que entre arena dispersa en las tuberías de porcelana es relativamente alta.
Por lo tanto, Es particularmente importante proteger cada sección de la tubería de porcelana durante el proceso de colocación para evitar que la arena dispersa entre en la cavidad del molde junto con el acero fundido..
Mediante verificación práctica de tres tipos de productos de acero fundido. (turbinas de gas, turbinas de vapor, y rodetes de turbina hidráulica),
Se han desarrollado tres tipos de materiales y métodos protectores para mejorar eficazmente la limpieza de la cavidad del molde.. El siguiente es un análisis detallado de cada método.:
2.1 Método de protección de película plástica de PVC
CLORURO DE POLIVINILO (Cloruro de polivinilo) La película plástica se usa ampliamente en la protección del sistema de compuertas debido a su alto costo., operación conveniente, y buen rendimiento de sellado.
El espesor recomendado de la película es de 0,4 a 1 mm., y el espesor específico se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos de operación de moldeo en el sitio.
Facilitar la observación e inspección de la limpieza interna de las tuberías de porcelana., Se prefiere la película de PVC transparente..
Los pasos de operación específicos son los siguientes: Primero, Verifique la limpieza interna de cada sección de la tubería de porcelana antes de la protección., y eliminar cualquier arena dispersa existente u otros contaminantes.
Entonces, Envuelva la película de PVC alrededor de la abertura del tubo de porcelana a proteger.. La estanqueidad de la película debe ser la adecuada para no afectar la conexión entre los tubos de porcelana..
Durante la unión a tope de los tubos de porcelana., La arena flotante y otros contaminantes quedan bloqueados fuera de la película y no pueden entrar en las tuberías de porcelana..
Una vez finalizada la instalación del sistema de compuerta., no es necesario quitar la película.
Durante el proceso de vertido, cuando el acero fundido se precipita hacia la cavidad del molde, El aire en las tuberías de porcelana se descarga del sistema bajo presión., y la película de PVC sale del sistema de salida de aire junto con el aire en la cavidad del molde..
Dado que la película de PVC se quemará y descompondrá completamente a altas temperaturas. (La temperatura de descomposición del PVC es de unos 200-300°C.,
que es mucho más baja que la temperatura de vertido del acero fundido), No causará contaminación al acero fundido ni dejará residuos en la superficie de las piezas fundidas..
2.2 Método de protección de láminas de acero delgadas
Láminas de acero delgadas con un espesor inferior a 1 mm también se puede utilizar para la protección de tuberías de porcelana.
La ventaja de las finas láminas de acero es que se pueden reutilizar., Lo que puede reducir el costo del material a largo plazo hasta cierto punto..
Antes de usar, las delgadas láminas de acero deben procesarse en tamaños apropiados ligeramente mayores que el diámetro exterior de los tubos de porcelana de acuerdo con el tamaño y la forma de los tubos de porcelana para garantizar que puedan cubrir completamente la parte de conexión de los tubos de porcelana..
El proceso de operación es: Primero, comprobar si hay objetos extraños dentro de los tubos de porcelana.
Entonces, Coloque las finas láminas de acero procesadas en la parte de conexión de los tubos de porcelana a proteger..
Después de que la parte superior de los tubos de porcelana esté completamente cubierta con arena para moldear., Saque manualmente las finas láminas de acero..
Sin embargo, este método tiene altos requisitos para las operaciones de construcción: por un lado, debido a la gran cantidad de arena alrededor de los tubos de porcelana,
es fácil pasar por alto tirar de las finas láminas de acero; por otro lado, El proceso de extracción de las láminas de acero puede provocar que los tubos de porcelana ya colocados, lo que resulta en una desalineación del sistema de compuerta.
Además, si se requiere una inspección secundaria de limpieza después de la instalación del sistema de compuerta, la dificultad de operación es relativamente grande porque se han quitado las finas láminas de acero y la parte de conexión de los tubos de porcelana está cubierta por arena.
Cabe señalar que si la fina lámina de acero no se retira a tiempo o se pasa por alto, entrará en la cavidad del molde junto con el acero fundido durante el vertido,
lo que bloqueará el flujo de acero fundido y provocará defectos graves, como cierres en frío y errores de funcionamiento en la superficie de las piezas fundidas..
2.3 Método de protección del tablero de espuma de poliestireno
El tablero de espuma de poliestireno tiene las ventajas de bajo costo y peso ligero., y también es un material protector común para el sistema de compuerta..
La clave de este método es la precisión del procesamiento del tablero de espuma.: el tablero de espuma debe procesarse hasta darle una forma cilíndrica con el mismo diámetro que el diámetro interior del tubo de porcelana, y luego se coloca en la boquilla del tubo de porcelana para protección..
El tamaño de procesamiento del tablero de espuma tiene altos requisitos.: si el diámetro es demasiado grande, el tablero de espuma no se puede insertar en la boquilla del tubo de porcelana;
si el diámetro es demasiado pequeño, el rendimiento del sellado será pobre, y la arena entrará fácilmente al interior del tubo de porcelana desde el hueco.
Al mismo tiempo, el tablero de espuma debe tener suficiente espesor (generalmente de 5 a 10 mm) para evitar que se incline dentro del tubo de porcelana, lo que afectará el efecto protector.
Similar al método de protección con película plástica de PVC., No es necesario retirar el panel de espuma después de colocar el sistema de puerta..
Durante el proceso de vertido, cuando una gran cantidad de acero fundido se precipita hacia la cavidad del molde, El tablero de espuma sale de la cavidad del molde a través del sistema de salida de aire bajo la presión del aire en la cavidad del molde..
La espuma de poliestireno se descompondrá a altas temperaturas. (la temperatura de descomposición es de aproximadamente 100-150°C) y no producirá sustancias nocivas, por lo que no contaminará el acero fundido ni afectará la calidad de la superficie de las piezas fundidas..
2.4 Comparación de los efectos de protección de tres materiales
El principio básico de los tres métodos de protección es evitar que la arena dispersa entre en los tubos de porcelana y en la cavidad del molde, con la premisa de no afectar el flujo de acero fundido durante el vertido y no introducir sustancias extrañas en la cavidad del molde..
Para seleccionar el esquema de protección óptimo, el costo, dificultad de construcción, y se comparan el efecto de protección de los tres materiales, como se muestra en la tabla 1.
| Material | Costo unitario (¥/m²)* | Reutilizable | Facilidad de instalación | Impacto en el flujo de acero | Efectividad de la protección |
| película plástica del PVC | 1.2 | No | Fácil | Ninguno | Excelente |
| Manga de acero delgada | 120 | Sí | Difícil | Potencial si no se elimina | Bien |
| Tapón de espuma EPS | 2 | No | Moderado (tamaño requerido) | Ninguno | Bien |
Mesa 1 Comparación de costos y rendimiento de materiales protectores
Se puede ver en la tabla 1 que tanto las finas láminas de acero como las placas de espuma de poliestireno tienen buenos efectos de protección, pero su dificultad de procesamiento es relativamente alta, Lo cual no es conveniente para la construcción y el uso en el sitio hasta cierto punto.
La película plástica de PVC tiene el mejor efecto de protección., con operación simple en el sitio y rendimiento de alto costo.
Por lo tanto, combinado con las necesidades de producción reales, Se recomienda la película de plástico PVC con un espesor de 0,4 a 1 mm como material protector preferido para el sistema de compuertas de piezas de acero fundido.,
Lo que puede mejorar eficazmente la limpieza de la cavidad del molde y reducir los defectos superficiales causados por las inclusiones de arena..
3. Influencia de la condición de la superficie del molde en la calidad de la superficie de las piezas de acero fundido
El molde es la herramienta principal para el moldeo de piezas de acero fundido., y su condición superficial afecta directamente el acabado superficial y la planitud de las piezas fundidas..
Para piezas grandes de acero fundido, Los moldes de madera se utilizan principalmente debido a sus ventajas de fácil procesamiento., bajo costo, y buena maquinabilidad.
Sin embargo, Los moldes de madera tienen las características de gran volumen y una gran cantidad de bloques sueltos. (bloques movibles), que requieren una alta precisión de posicionamiento y estanqueidad de conexión entre los bloques sueltos.
En el proceso de producción real, con el aumento en el número de usos del molde, El daño a la superficie del molde y los bloques sueltos durante el desmolde también aumentarán..
Si estos defectos no se mantienen en el tiempo, No sólo afectarán la forma y la calidad de la superficie de las piezas fundidas, sino que también acortarán la vida útil del molde..
3.1 Generación de defectos naturales en la superficie del molde
Los defectos naturales de la superficie del molde incluyen principalmente el desgaste., arañazos, grietas, e irregularidades en los espacios de conexión. Estos defectos son causados principalmente por las siguientes razones:
- Daños por desprendimiento de moho: Durante el proceso de desmolde, debido a la adhesión entre la arena de moldeo y la superficie del molde,
la superficie del molde y los bloques sueltos se rayan o desgastan fácilmente cuando se saca el molde, especialmente en los filetes y bordes del molde. - Factores ambientales: El molde se almacena durante mucho tiempo en el taller de producción., y la superficie se ve fácilmente afectada por la humedad., provocando hinchazón y deformación de la madera., resultando en una superficie irregular.
- Mantenimiento no oportuno: Después de usar el molde, si la arena de la superficie y los contaminantes no se limpian a tiempo, o las piezas dañadas no se reparan a tiempo, Los defectos se ampliarán gradualmente con el aumento del número de usos..
Entre estos defectos naturales, la superficie irregular en los espacios de conexión y los filetes del molde tiene el mayor impacto en la calidad de la superficie de las piezas fundidas..
Después de reparar el molde., si la superficie no está pulida para que quede plana y lisa, Se formarán defectos en forma de ranuras o colas de rata en la superficie de las piezas fundidas., que afectan seriamente la calidad de apariencia de las piezas fundidas.
3.2 Prueba de defectos artificiales en la superficie del molde
Verificar cuantitativamente la relación entre la planitud de la superficie del molde y los defectos de la superficie de la fundición., se realizó una prueba comparativa.
Se fabricaron tres tipos de defectos artificiales con diferentes profundidades en la superficie del molde., que eran de 1 a 2 mm, 2–4mm, y 4-6 mm respectivamente.
El rango de distribución de los defectos cubre el plano., superficie del arco, y filetear parte de la raíz de la brida, ¿Cuáles son las posiciones clave propensas a defectos superficiales en piezas de acero fundido?.
El plan de prueba es el siguiente.: Se seleccionan tres áreas para cada puesto, y el área de cada área se establece en 300 milímetros × 300 mm.
Los defectos artificiales se fabrican en las áreas seleccionadas y se marcan..
Los defectos convexos se crean agregando materiales como masilla o yeso en la superficie del molde., y los defectos cóncavos se muelen y se forman en la superficie del molde con herramientas como limas rotativas de aleación..
La profundidad de todos los defectos artificiales se mide con un medidor de altura y se registra mediante fotografía..
Durante el proceso de moldeo, Las piezas artificiales con defectos se inspeccionan para garantizar que no haya arena flotante u otras sustancias que afecten la forma de los defectos..
El grado de compactación y la resistencia de la arena rellena alrededor de los defectos se implementan de acuerdo con los requisitos de la operación de moldeo..
Después de que las piezas fundidas se hayan vertido y formado., Son sometidos a un tratamiento térmico de calidad y al primer proceso de granallado., y se inspeccionan y verifican las superficies de las piezas fundidas correspondientes a los defectos artificiales.
Los resultados de las pruebas muestran que diferentes profundidades de defectos artificiales en la superficie del molde conducen a diferentes niveles de rugosidad de la superficie de la pieza fundida..
La relación correspondiente específica se muestra en la tabla 2.
| Tipo | Tamaño del defecto artificial en la superficie del molde (mm) | ||
| 1~2 | 2~4 | 4~6 | |
| Grado de rugosidad de la superficie de fundición | A1 | A2/A3 | A4 |
Mesa 2 Tabla comparativa de defectos artificiales en la superficie del molde y la rugosidad de la superficie de la fundición
Nota: Los grados de rugosidad de la superficie en la tabla se dividen según el estándar interno de la empresa para piezas de acero fundido.: grado a1 (Ra ≤ 6.3 μm) es la más alta calidad superficial, adecuado para piezas de apariencia clave;
Grado A2/A3 (6.3 μm < Ra ≤ 12.5 μm) es la calidad general de la superficie, adecuado para piezas estructurales ordinarias; grado A4 (Real academia de bellas artes > 12.5 μm) es la baja calidad de la superficie, que necesita ser reelaborado mediante molienda.
Según los resultados de la prueba., para cumplir con los diferentes requisitos de grado de rugosidad de la superficie de las piezas de acero fundido, La superficie del molde debe inspeccionarse antes de cada uso..
Para defectos que exceden la profundidad especificada (generalmente 2 mm para piezas generales y 1 mm para piezas clave), Se debe realizar reparación y rectificado para garantizar que la condición general de la superficie del molde esté calificada..
Para los espacios de conexión y filetes del molde., Se debe prestar especial atención a la inspección y el mantenimiento para evitar la formación de defectos en forma de ranuras o colas de rata en la superficie de la pieza fundida..
4. Conclusión
Para piezas grandes de acero fundido, los dos más impactantes, Los contribuyentes controlables a la mala calidad de la superficie del material fundido son ingreso de contaminación a través de compuertas/tuberías y defectos de la superficie del molde.
Simple, Los métodos de protección de bajo costo, en particular el uso de una película de PVC transparente de 0,4 a 1,0 mm de espesor para tapar/cubrir las aberturas de las tuberías durante la instalación de las tuberías, reducen significativamente la entrada de arena suelta..
Inspección diligente y reparación oportuna de las superficies del molde. (con una aceptación conservadora de la profundidad del defecto de ≤2 mm) Evitar la transferencia de daños del molde a los componentes fundidos..
Combinado con END del primer artículo y un programa documentado de mantenimiento/inspección., estas medidas mejoran materialmente el estado de la superficie, Reduzca el retrabajo y aumente la calidad visible para el cliente..
Referencias
[1] Zhang Chao Hui. Análisis de calidad y medidas de mejora de la calidad de piezas de acero fundido. [J]. Red de revistas de China, 2018(01): 75-77.
[2] Wang Chengbin. Discusión sobre la influencia de la estructura del molde en la calidad de la fundición y el diseño de optimización [J]. Industria comercial y empresarial moderna, 2011, 23(01): 303.
[3] Sociedad Americana de Fundición (AFS). Manual de fundiciones de acero [METRO]. 11décima edición. AFS, 2017.
