Valuteräskomponenttien pinnan laatua ohjaa ensisijaisesti kaksi toisiinsa liittyvää tekijää muovausvaiheessa: home-ontelon puhtaus ja ja muotin pinnan kunto.
Suurille valukappaleille – joissa valujärjestelmät ovat pitkiä ja metallurginen/prosessi monimutkainen – irtonaisen hiekan sisäänpääsy, kuona ja muut epäpuhtaudet keraamisiin nousu-/kanavaputkiin ja kuvion/muotin pinnan huononeminen tai vaurioituminen ovat hallitsevia näkyvien pintavirheiden lähteitä.
Tässä artikkelissa analysoidaan näitä tekijöitä perusteellisesti, esittelee käytännön suojatoimenpiteitä ja testitodisteita muotin pintavikojen vaikutuksesta, ja tarjoaa toteutussuunnitelman valupinnan tilan parantamiseksi ja uudelleentyöstön vähentämiseksi.
1. Pintalaadun tausta ja merkitys
Suuret valuteräsosat (turbiinikomponentit, suuret venttiilit, vesiturbiinin juoksut, jne.) valmistetaan korkeissa valulämpötiloissa ja monimutkaisissa porttijärjestelmissä.
Pinnan ulkonäkö ei ole vain kaupallinen ominaisuus, vaan myös prosessin hallinnan ja sisäisen eheyden indikaattori.
Huono pinnanlaatu aiheuttaa kallista hiontaa, koneistamalla uudelleentyöstöä tai hylkäämistä ja se vaikuttaa negatiivisesti asiakkaan käsitykseen.
Käytännössä ulkonäköön vaikuttavat monet tekijät (metallurgiset sulkeumat, makrosegregaatio, hiekan fuusio, rupit), mutta kaksi tekijää hallitsee jatkuvasti suuria valus muovauksen ja kaatamisen aikana:
- Home-ontelon puhtaus — irtonaisen hiekan sisäänpääsy, kuona ja sulkeuma keraamisiin syöttö-/jakoputkiin ja onteloon; ja
- Muotin pinnan kunto - mekaaniset vauriot, korjauskertymä, sekä kuvion ja ydinkomponenttien pinnan karheus.
Perustuu vuosien käytännön tuotantokokemukseen suurista valuteräsosista, kuten kaasuturbiineista,
höyryturbiinit, ja hydrauliturbiinin kannattimet, Tässä artikkelissa analysoidaan systemaattisesti muotin ontelon puhtauden ja muotin pinnan kunnon vaikutusmekanismia valuteräsosien pinnan laatuun.
Yhdistettynä vertailutesteihin ja insinöörikäytäntöön, kohdennettuja parannustoimenpiteitä ehdotetaan valujen pinnan laadun parantamiseksi tehokkaasti ja teknisen tuen tarjoamiseksi korkealaatuisten valuteräsosien vakaalle tuotannolle.
2. Muottipesän puhtauden vaikutus valuteräsosien pinnan laatuun
Muotin onkalo on "muotti", joka muotoilee valuteräsosia. Sen puhtaus määrittää suoraan, onko sulkeumia, hiekan sulkeumat, ja muita valujen pinnan virheitä.
Valuteräsosien valuprosessin aikana, sula teräs virtaa muottipesään suurella nopeudella.
Sulatusprosessin aikana syntyneet kuonasulkeumat, hajallaan olevaa hiekkaa, joka pääsee putkilinjaan porttijärjestelmän asennuksen aikana, ja muut epäpuhtaudet huuhtoutuvat muottipesään sulan teräksen mukana.
Sulan teräksen jäähdytys- ja jähmettymisprosessin aikana, niiden pienemmän tiheyden vuoksi, useimmat kuonasulkeumat ja hajallaan oleva hiekka kelluvat ylöspäin ja poistuvat nousuputken tai tuuletusjärjestelmän kautta.
Kuitenkin, osa sulkemista edelleen tiivistyy vaihtelevissa poikkileikkauksissa, fileet, ja muut valujen asennot, muodostaen pintavikoja, kuten hiekkasulkeumia ja kuonasulkeumia.
Nämä viat on poistettava hiomalla, mikä ei ainoastaan lisää tuotannon työmäärää ja kustannuksia, vaan voi myös vaikuttaa valukappaleiden mittatarkkuuteen, jos jauhatusmäärä on liian suuri.
Pääasiallinen hajallaan olevan hiekan lähde muotin ontelossa on porttijärjestelmä.
Valuteräsosien porttijärjestelmä koostuu yleensä keraamisista putkista (posliiniputket) korkean lämpötilan kestävyyden varmistamiseksi ja sulan teräksen eroosion välttämiseksi.
Suurille valuteräsosille, asetetun porttijärjestelmän kokonaispituus voi olla yli 40 metri, ja putkenlaskuprosessiin kuuluu useita yhdistettyjä posliiniputkien osia.
Pitkän pituuden ja korkeiden asennusvaikeuksien vuoksi, todennäköisyys, että hajallaan olevaa hiekkaa pääsee posliiniputkiin, on suhteellisen suuri.
Siksi, on erityisen tärkeää suojata posliiniputken jokainen osa asennuksen aikana, jotta estetään hajallaan olevaa hiekkaa pääsemästä muotin onteloon sulan teräksen mukana.
Kolmen tyyppisten valuterästuotteiden käytännön tarkastuksen kautta (kaasuturbiinit, höyryturbiinit, ja hydrauliturbiinin kannattimet),
Kolmen tyyppisiä suojamateriaaleja ja -menetelmiä on kehitetty parantamaan tehokkaasti muotin ontelon puhtautta. Seuraavassa on kunkin menetelmän yksityiskohtainen analyysi:
2.1 PVC-muovikalvon suojausmenetelmä
PVC (Polyvinyylikloridi) muovikalvoa käytetään laajalti porttijärjestelmän suojaamisessa sen korkean kustannustehokkuuden vuoksi, kätevä käyttö, ja hyvä tiivistyskyky.
Suositeltu kalvon paksuus on 0,4-1 mm, ja ominaispaksuus voidaan valita paikan päällä olevien muovaustoimintojen vaatimusten mukaan.
Helpottaa posliiniputkien sisäisen puhtauden tarkkailua ja tarkastamista, läpinäkyvä PVC-kalvo on edullinen.
Erityiset toimintavaiheet ovat seuraavat: Ensimmäinen, Tarkista posliiniputken jokaisen osan sisäinen puhtaus ennen suojaamista, ja poista kaikki olemassa oleva hajallaan oleva hiekka tai muut epäpuhtaudet.
Sitten, kääri PVC-kalvo suojattavan posliiniputken aukon ympärille. Kalvon tiiviyden tulee olla sopiva, jotta se ei vaikuta posliiniputkien väliseen liitokseen.
Posliiniputkien päittäisliitoksen aikana, kelluva hiekka ja muut epäpuhtaudet ovat tukossa kalvon ulkopuolella eivätkä pääse posliiniputkiin.
Kun porttijärjestelmän asennus on valmis, kalvoa ei tarvitse poistaa.
Kaatoprosessin aikana, kun sula teräs syöksyy muottipesään, posliiniputkien ilma poistuu järjestelmästä paineen alaisena, ja PVC-kalvo puhalletaan ulos ilmanpoistojärjestelmästä muotin ontelossa olevan ilman mukana.
Koska PVC-kalvo palaa täysin ja hajoaa korkeissa lämpötiloissa (PVC:n hajoamislämpötila on noin 200–300°C,
joka on paljon alhaisempi kuin sulan teräksen valumislämpötila), se ei saastuta sulaa terästä tai jätä jäämiä valukappaleiden pintaan.
2.2 Ohut teräslevyn suojausmenetelmä
Ohuet teräslevyt, joiden paksuus on alle 1 mm voidaan käyttää myös posliiniputkien suojaamiseen.
Ohuiden teräslevyjen etuna on, että niitä voidaan käyttää uudelleen, mikä voi vähentää pitkän aikavälin materiaalikustannuksia jossain määrin.
Ennen käyttöä, ohuet teräslevyt on työstettävä posliiniputkien koon ja muodon mukaan sopivan kokoisiksi, jotka ovat hieman suurempia kuin posliiniputkien ulkohalkaisija, jotta ne peittävät kokonaan posliiniputkien liitososan.
Toimintaprosessi on: Ensimmäinen, tarkista, onko posliiniputkien sisällä vieraita esineitä.
Sitten, hio käsitellyt ohuet teräslevyt suojattavien posliiniputkien liitososaan.
Kun posliiniputkien yläosa on kokonaan peitetty muovaushiekalla, vedä ohuet teräslevyt käsin ulos.
Kuitenkin, tällä menetelmällä on korkeat vaatimukset rakennustoiminnalle: toisaalta, johtuen suuresta hiekkamäärästä posliiniputkien ympärillä,
ohuiden teräslevyjen vetäminen on helppo jättää väliin; toisaalta, teräslevyjen ulosvetoprosessi voi ajaa jo asennettuja posliiniputkia, seurauksena porttijärjestelmän kohdistusvirhe.
Lisäksi, jos toissijainen puhtaustarkastus on tarpeen porttijärjestelmän asennuksen jälkeen, käyttövaikeus on suhteellisen suuri, koska ohuet teräslevyt on poistettu ja posliiniputkien liitososa on peitetty hiekalla.
On huomattava, että jos ohutta teräslevyä ei vedä ulos ajoissa tai se unohtuu, se tulee muottipesään sulan teräksen mukana kaatamisen aikana,
joka estää sulan teräksen virtauksen ja aiheuttaa vakavia vikoja, kuten kylmäsulkeuksia ja virheellisiä valujen pintaan.
2.3 Polystyreenivaahtolevyn suojausmenetelmä
Polystyreenivaahtolevyn etuna on alhainen hinta ja kevyt paino, ja se on myös yleinen suojamateriaali porttijärjestelmälle.
Tämän menetelmän avain on vaahtolevyn käsittelytarkkuus: vaahtolevy on työstettävä sylinterin muotoiseksi, jonka halkaisija on sama kuin posliiniputken sisähalkaisija, ja asetetaan sitten posliiniputken suuttimeen suojaksi.
Vaahtolevyn käsittelykoolla on korkeat vaatimukset: jos halkaisija on liian suuri, vaahtolevyä ei voi työntää posliiniputken suuttimeen;
jos halkaisija on liian pieni, tiivistyskyky on huono, ja hiekka pääsee helposti posliiniputken sisälle aukosta.
Samaan aikaan, vaahtomuovilevyn tulee olla riittävän paksu (yleensä 5-10 mm) välttääksesi kallistumisen posliiniputken sisällä, mikä vaikuttaa suojaavaan vaikutukseen.
Samanlainen kuin PVC-muovikalvosuojausmenetelmä, vaahtomuovilevyä ei tarvitse ottaa pois porttijärjestelmän asennuksen jälkeen.
Kaatoprosessin aikana, kun suuri määrä sulaa terästä ryntää muottipesään, vaahtolevy puhalletaan ulos muotin ontelosta ilmanpoistojärjestelmän kautta muotin ontelossa olevan ilman paineen alaisena.
Polystyreenivaahto hajoaa korkeissa lämpötiloissa (hajoamislämpötila on noin 100-150°C) eikä tuota haitallisia aineita, joten se ei saastuta sulaa terästä tai vaikuta valukappaleiden pinnan laatuun.
2.4 Kolmen materiaalin suojavaikutusten vertailu
Kolmen suojausmenetelmän ydinperiaate on estää hajallaan olevaa hiekkaa pääsemästä posliiniputkiin ja muotin onteloon sillä edellytyksellä, että se ei vaikuta sulan teräksen virtaukseen kaatamisen aikana eikä vie vieraita aineita muottipesään..
Optimaalisen suojausjärjestelmän valitseminen, kustannukset, rakentamisen vaikeus, ja kolmen materiaalin suojavaikutusta verrataan, kuten taulukossa näkyy 1.
| Materiaali | Yksikköhinta (¥/m²)* | Uudelleenkäytettävä | Asennuksen helppous | Vaikutus teräksen virtaukseen | Suojauksen tehokkuus |
| PVC muovikalvo | 1.2 | Ei | Helppo | Ei yhtään | Erinomainen |
| Ohut teräsholkki | 120 | Kyllä | Vaikea | Potentiaali, jos sitä ei poisteta | Hyvä |
| EPS-vaahtotulppa | 2 | Ei | Kohtuullinen (mitoitus vaaditaan) | Ei yhtään | Hyvä |
Taulukko 1 Suojamateriaalien kustannusten ja suorituskyvyn vertailu
Se näkyy taulukosta 1 että sekä ohuilla teräslevyillä että polystyreenivaahtolevyillä on hyvä suojavaikutus, mutta niiden käsittelyvaikeus on suhteellisen korkea, joka ei ole tietyssä määrin kätevä paikan päällä rakentamiseen ja käyttöön.
PVC-muovikalvolla on paras suojavaikutus, Yksinkertainen käyttö paikan päällä ja korkea kustannustehokkuus.
Siksi, yhdistettynä todellisiin tuotantotarpeisiin, PVC-muovikalvoa, jonka paksuus on 0,4–1 mm, suositellaan ensisijaiseksi suojamateriaaliksi valuteräsosien porttijärjestelmässä,
joka voi tehokkaasti parantaa muotin ontelon puhtautta ja vähentää hiekkasulkeutumien aiheuttamia pintavirheitä.
3. Muotin pinnan kunnon vaikutus valuteräsosien pinnan laatuun
Muotti on ydintyökalu valuteräsosien muovaukseen, ja sen pinnan kunto vaikuttaa suoraan valujen pinnan viimeistelyyn ja tasaisuuteen.
Suurille valuteräsosille, puumuotteja käytetään enimmäkseen niiden helpon käsittelyn edun vuoksi, alhaiset kustannukset, ja hyvä konettavuus.
Kuitenkin, puumuottien ominaisuudet ovat suuri tilavuus ja suuri määrä irtonaisia lohkoja (liikkuvat lohkot), jotka vaativat suurta asemointitarkkuutta ja liitostiiveyttä irtonaisten lohkojen välillä.
Varsinaisessa tuotantoprosessissa, muotin käyttömäärien lisääntyessä, myös muotin pinnan ja irtonaisten lohkojen vauriot muotin irrotuksen aikana lisääntyvät.
Jos näitä vikoja ei korjata ajoissa, ne eivät ainoastaan vaikuta valukappaleiden muotoon ja pinnan laatuun, vaan myös lyhentävät muotin käyttöikää.
3.1 Luonnollisten vikojen syntyminen muotin pinnalle
Muotin pinnan luonnollisia vikoja ovat pääasiassa kuluminen, naarmu, halkeamat, ja epätasaisuudet liitosrakoissa. Nämä viat johtuvat pääasiassa seuraavista syistä:
- Muotin irtoamisvaurio: Muotin irrotusprosessin aikana, johtuen muovaushiekan ja muotin pinnan välisestä tarttumisesta,
muotin pinta ja irtonaiset lohkot naarmuuntuvat tai kuluvat helposti, kun muotti vedetään ulos, erityisesti fileissä ja muotin reunoissa. - Ympäristötekijät: Muottia säilytetään tuotantopajassa pitkään, ja pintaan vaikuttaa helposti kosteus, mikä johtaa puun turpoamiseen ja muodonmuutokseen, tuloksena epätasainen pinta.
- Huolto ei ole ajankohtainen: Muotin käytön jälkeen, jos pintahiekkaa ja epäpuhtauksia ei puhdisteta ajoissa, tai vaurioituneita osia ei korjata ajoissa, viat laajenevat vähitellen käyttömäärien lisääntyessä.
Näiden luonnollisten vikojen joukossa, muotin liitosrakojen ja fileiden epätasainen pinta vaikuttaa eniten valukappaleiden pintalaatuun.
Kun muotti on korjattu, jos pintaa ei ole hiottu tasaiseksi ja sileäksi, valujen pintaan muodostuu uramaisia tai rotan häntämäisiä vikoja, jotka vaikuttavat vakavasti valukappaleiden ulkonäön laatuun.
3.2 Testaa muotin pinnan keinotekoisia vikoja
Todentaa kvantitatiivisesti muotin pinnan tasaisuuden ja valupinnan vikojen välinen suhde, suoritettiin vertaileva testi.
Muotin pintaan valmistettiin kolmenlaisia keinotekoisia vikoja, joilla oli eri syvyys, jotka olivat 1-2 mm, 2-4 mm, ja 4–6 mm.
Vikojen jakautumisalue kattaa tason, kaaren pinta, ja fileoi osa laipan juuresta, jotka ovat avainasemat, jotka ovat alttiita valuteräsosien pintavirheille.
Testisuunnitelma on seuraava: Jokaiselle asemalle valitaan kolme aluetta, ja kunkin alueen pinta-ala on asetettu arvoon 300 mm × 300 mm.
Keinotekoiset viat valmistetaan valituille alueille ja merkitään.
Kuperat viat tehdään lisäämällä muotin pinnalle materiaaleja, kuten kittiä tai kipsiä, ja koverat viat hiotaan ja muodostetaan muotin pinnalle työkaluilla, kuten metalliseospyöritysviilat.
Kaikkien keinotekoisten vikojen syvyys mitataan korkeusmittarilla ja tallennetaan valokuvaamalla.
Muovausprosessin aikana, keinotekoiset vikaosat tarkastetaan sen varmistamiseksi, ettei niissä ole kelluvaa hiekkaa tai muita vikojen muotoon vaikuttavia aineita.
Vikojen ympärille täytetyn hiekan tiivistysaste ja lujuus toteutetaan muovauskäyttövaatimusten mukaisesti.
Kun valukappaleet on kaadettu ja muodostettu, ne altistetaan laadukkaalle lämpökäsittelylle ja ensimmäiselle ruiskupuhallusprosessille, ja keinovirheitä vastaavat valukappaleiden pinta-alat tarkastetaan ja varmistetaan.
Testitulokset osoittavat, että muotin pinnan keinotekoisten vikojen eri syvyydet johtavat erilaisiin valupinnan karheuksiin.
Erityinen vastaava suhde on esitetty taulukossa 2.
| Tyyppi | Keinotekoisen virheen koko muotin pinnalla (mm) | ||
| 1~2 | 2~4 | 4~6 | |
| Valupinnan karheusaste | A1 | A2/A3 | A4 |
Taulukko 2 Vertailutaulukko muotin pinnan ja valupinnan karheuden keinotekoisista vioista
Huomautus: Taulukon pinnan karheusluokat on jaettu valuteräsosien yrityksen sisäisen standardin mukaan: A1 luokka (RA ≤ 6.3 μm) on korkein pinnanlaatu, sopii tärkeimpiin ulkoasun osiin;
A2/A3 luokka (6.3 μm < RA ≤ 12.5 μm) on yleinen pinnan laatu, sopii tavallisiin rakenneosiin; A4 luokka (Rata > 12.5 μm) on huono pinnan laatu, joka on työstettävä uudelleen hiomalla.
Testitulosten mukaan, täyttää valuteräsosien erilaiset pinnan karheusluokkavaatimukset, muotin pinta on tarkastettava ennen jokaista käyttöä.
Vikoja, jotka ylittävät määritellyn syvyyden (yleensä 2 mm yleisosille ja 1 mm avainosille), korjaus ja hionta on suoritettava sen varmistamiseksi, että muotin pinnan yleinen kunto on laadukas.
Muotin liitosrakoille ja fileille, Tarkastuksiin ja huoltoon tulee kiinnittää erityistä huomiota, jotta valupintaan ei muodostu uramaisia tai rotan häntämäisiä vikoja.
4. Johtopäätös
Suurille valuteräsosille kaksi vaikuttavinta, hallittavissa olevat syyt huonoon valupinnan laatuun kontaminaatio tunkeutuu porttien/putkien kautta ja muotin pintavikoja.
Yksinkertainen, edullisia suojausmenetelmiä – erityisesti läpinäkyvän 0,4–1,0 mm paksuisen PVC-kalvon käyttö putkien aukkojen sulkemiseen/peittämiseen putkien asennuksen aikana – vähentää merkittävästi irtonaisen hiekan sisäänpääsyä.
Muottipintojen huolellinen tarkastus ja oikea-aikainen korjaus (konservatiivinen vian syvyyden hyväksyntä on ≤2 mm) estää homevaurioiden siirtymisen valukomponentteihin.
Yhdessä ensimmäisen artikkelin NDT:n ja dokumentoidun huolto-/tarkastusohjelman kanssa, nämä toimenpiteet parantavat olennaisesti pinnan tilaa, vähentää uudelleentyöstöä ja parantaa asiakkaan nähtävää laatua.
Viitteet
[1] Zhang Chaohui. Valuteräsosien laatuanalyysi ja laadunparannustoimenpiteet [J -]. China Journal Network, 2018(01): 75-77.
[2] Wang Chengbin. Keskustelu muottirakenteen vaikutuksesta valulaatuun ja optimointisuunnitteluun [J -]. Moderni elinkeino- ja kauppateollisuus, 2011, 23(01): 303.
[3] American Foundry Society (AFS). Teräsvalujen käsikirja [M]. 11painos. AFS, 2017.
