Kvaliteta površine dijelova od lijevanog čelika prvenstveno je određena dvama međusobno povezanim čimbenicima u fazi kalupljenja: čistoća šupljine kalupa I stanje površine kalupa.
Za velike odljevke—gdje su sustavi za izlijevanje dugi, a metalurška/procesna složenost velika—ulazak labavog pijeska, šljaka i drugi kontaminanti u keramičkim usponskim/vodnim cijevima i pogoršanje ili oštećenje površine uzorka/kalijesni dominantni su izvori vidljivih površinskih nedostataka.
Ovaj članak detaljno analizira te čimbenike, predstavlja praktične zaštitne mjere i dokaze ispitivanja utjecaja površinskih defekata kalupa, i pruža plan provedbe za poboljšanje stanja lijevane površine i smanjenje naknadnih radova.
1. Pozadina i važnost kvalitete površine
Veliki dijelovi od lijevanog čelika (turbinske komponente, veliki ventili, hidroturbinskih trkača, itd.) proizvode se pri visokim temperaturama izlijevanja i složenim sustavima zatvaranja.
Izgled površine nije samo komercijalni atribut, već i pokazatelj kontrole procesa i unutarnje ispravnosti.
Loša kvaliteta površine uzrokuje skupo brušenje, strojne prerade ili odbijanja i negativno utječe na percepciju kupaca.
U praksi mnogi čimbenici utječu na izgled (metalurški uključci, makro-segregacija, fuzija pijeska, krasta), ali dva faktora dosljedno dominiraju za velike lijevanjes tijekom kalupljenja i lijevanja:
- Čistoća kalupa — ulazak rastresitog pijeska, šljaka i inkluzije u keramičkim dovodnim/vodnim cijevima i šupljini; i
- Stanje površine kalupa — mehanička oštećenja, popraviti build-up, i hrapavost površine uzorka i središnjih komponenti.
Na temelju godina praktičnog iskustva u proizvodnji velikih dijelova od lijevanog čelika kao što su plinske turbine,
parne turbine, i hidrauličke turbine, ovaj članak sustavno analizira mehanizam utjecaja čistoće šupljine kalupa i stanja površine kalupa na kvalitetu površine dijelova od lijevanog čelika.
U kombinaciji s usporednim ispitivanjima i inženjerskom praksom, predlažu se ciljane mjere poboljšanja za učinkovito poboljšanje kvalitete površine odljevaka i pružanje tehničke podrške za stabilnu proizvodnju visokokvalitetnih dijelova od lijevanog čelika.
2. Utjecaj čistoće šupljine kalupa na kvalitetu površine dijelova od lijevanog čelika
Šupljina kalupa je "kalup" koji oblikuje dijelove od lijevanog čelika. Njegova čistoća izravno određuje postoje li inkluzije, Inkluzicije pijeska, i druge nedostatke na površini odljevaka.
Tijekom procesa lijevanja dijelova od lijevanog čelika, rastaljeni čelik velikom brzinom teče u kalupnu šupljinu.
Uključci troske nastali tijekom procesa taljenja, raspršeni pijesak koji ulazi u cjevovod tijekom polaganja sustava zatvarača, a ostali zagađivači će se isprati u šupljinu kalupa zajedno s rastaljenim čelikom.
Tijekom procesa hlađenja i skrućivanja rastaljenog čelika, zbog njihove manje gustoće, većina inkluzija troske i raspršenog pijeska plutat će prema gore i ispuštati se kroz uspon ili ventilacijski sustav.
Međutim, dio inkluzija će se ipak kondenzirati na promjenjivim presjecima, fileti, i druge pozicije odljevaka, stvarajući površinske nedostatke kao što su uključci pijeska i uključci troske.
Ove nedostatke potrebno je ukloniti brušenjem, što ne samo da povećava radno opterećenje i troškove proizvodnje, već također može utjecati na točnost dimenzija odljevaka ako je količina mljevenja prevelika.
Glavni izvor raspršenog pijeska u šupljini kalupa je sustav zatvarača.
Zaporni sustav dijelova od lijevanog čelika obično se sastoji od keramičkih cijevi (porculanske lule) kako bi se osigurala otpornost na visoke temperature i izbjegla erozija rastaljenog čelika.
Za velike dijelove od lijevanog čelika, ukupna duljina postavljenog sustava oklopa može doseći više od 40 metara, a postupak polaganja uključuje više spojenih dijelova porculanskih cijevi.
Zbog velike duljine i velike težine polaganja, vjerojatnost da raspršeni pijesak uđe u porculanske cijevi je relativno velika.
Stoga, osobito je važno zaštititi svaki dio porculanske cijevi tijekom procesa polaganja kako bi se spriječilo da raspršeni pijesak uđe u šupljinu kalupa zajedno s rastaljenim čelikom.
Kroz praktičnu provjeru na tri vrste proizvoda od lijevanog čelika (plinske turbine, parne turbine, i hidrauličke turbine),
tri vrste zaštitnih materijala i metoda razvijene su za učinkovito poboljšanje čistoće šupljine kalupa. Slijedi detaljna analiza svake metode:
2.1 Metoda zaštite PVC plastičnom folijom
PVC (Polivinil klorid) plastična folija naširoko se koristi u zaštiti sustava vrata zbog svoje visoke cijene, prikladan rad, i dobre performanse brtvljenja.
Preporučena debljina filma je 0,4–1 mm, a specifična debljina može se odabrati prema zahtjevima operacije kalupljenja na licu mjesta.
Za lakše promatranje i pregled unutarnje čistoće porculanskih lula, poželjna je prozirna PVC folija.
Specifični radni koraci su sljedeći: Prvi, provjerite unutarnju čistoću svakog dijela porculanske cijevi prije zaštite, i uklonite sav postojeći raspršeni pijesak ili druge zagađivače.
Zatim, omotajte PVC folijom oko otvora porculanske cijevi koju želite zaštititi. Nepropusnost filma treba biti odgovarajuća da ne utječe na spoj između porculanskih cijevi.
Tijekom sučeonog spoja porculanskih cijevi, plutajući pijesak i drugi zagađivači blokirani su izvan filma i ne mogu ući u porculanske cijevi.
Nakon dovršetka postavljanja sustava oklopa, film ne treba uklanjati.
Tijekom procesa izlijevanja, kada rastaljeni čelik juri u kalupnu šupljinu, zrak u porculanskim cijevima ispušta se iz sustava pod pritiskom, a PVC folija se ispuhuje iz sustava za odvod zraka zajedno sa zrakom u šupljini kalupa.
Budući da će PVC folija biti potpuno spaljena i razgrađena na visokim temperaturama (temperatura razgradnje PVC-a je oko 200–300°C,
koja je puno niža od temperature lijevanja rastaljenog čelika), neće uzrokovati onečišćenje rastaljenog čelika niti ostaviti ostatke na površini odljevaka.
2.2 Metoda zaštite tankog čeličnog lima
Tanki čelični limovi debljine manje od 1 mm također se može koristiti za zaštitu porculanskih lula.
Prednost tankih čeličnih limova je što se mogu ponovno koristiti, što može u određenoj mjeri smanjiti dugoročne troškove materijala.
Prije uporabe, tanke čelične ploče potrebno je preraditi u odgovarajuće veličine malo veće od vanjskog promjera porculanskih cijevi u skladu s veličinom i oblikom porculanskih cijevi kako bi se osiguralo da mogu u potpunosti prekriti spojni dio porculanskih cijevi.
Proces operacije je: Prvi, provjerite ima li stranih tijela unutar porculanskih cijevi.
Zatim, omotajte obrađene tanke čelične limove na spojni dio porculanskih cijevi koje treba zaštititi.
Nakon što je gornji dio porculanskih cijevi potpuno prekriven kalupnim pijeskom, ručno izvucite tanke čelične ploče.
Međutim, ova metoda ima visoke zahtjeve za građevinsku operativu: s jedne strane, zbog velike količine pijeska oko porculanskih cijevi,
lako je propustiti povlačenje tankih čeličnih ploča; s druge strane, proces izvlačenja čeličnih limova može voziti već postavljene porculanske cijevi, što rezultira pogrešnim usklađivanjem sustava zatvarača.
Uz to, ako je potrebna sekundarna inspekcija čistoće nakon postavljanja sustava oklopa, poteškoća u radu je relativno velika jer su tanki čelični limovi uklonjeni, a spojni dio porculanskih cijevi prekriven je pijeskom.
Treba napomenuti da ako se tanki čelični lim ne izvuče na vrijeme ili se propusti, ući će u šupljinu kalupa zajedno s rastaljenim čelikom tijekom lijevanja,
što će blokirati protok rastaljenog čelika i uzrokovati ozbiljne nedostatke kao što su hladni zatvarači i nepravilan rad na površini odljevaka.
2.3 Metoda zaštite ploča od polistirenske pjene
Ploče od polistirenske pjene imaju prednosti niske cijene i male težine, a također je uobičajeni zaštitni materijal za sustav oklopa.
Ključ ove metode je točnost obrade pjenaste ploče: pjenastu ploču potrebno je preraditi u cilindrični oblik istog promjera kao unutarnji promjer porculanske cijevi, a zatim postavljen na mlaznicu porculanske lule radi zaštite.
Veličina obrade pjenaste ploče ima visoke zahtjeve: ako je promjer prevelik, pjenasta ploča ne može se umetnuti u mlaznicu porculanske cijevi;
ako je promjer premali, učinak brtvljenja će biti loš, a pijesak će iz procjepa lako ući u unutrašnjost porculanske cijevi.
Istovremeno, pjenasta ploča treba imati dovoljnu debljinu (obično 5–10 mm) kako biste izbjegli naginjanje unutar porculanske cijevi, što će utjecati na zaštitni učinak.
Slično metodi zaštite od PVC plastične folije, pjenastu ploču nije potrebno vaditi nakon postavljanja sustava oklopa.
Tijekom procesa izlijevanja, kada velika količina rastaljenog čelika juri u kalupnu šupljinu, pjenasta ploča se ispuhuje iz šupljine kalupa kroz sustav za odvod zraka pod pritiskom zraka u šupljini kalupa.
Polistirenska pjena se raspada na visokim temperaturama (temperatura raspadanja je oko 100–150°C) i neće proizvoditi štetne tvari, tako da neće zagaditi rastaljeni čelik niti utjecati na kvalitetu površine odljevaka.
2.4 Usporedba zaštitnih učinaka triju materijala
Osnovno načelo tri metode zaštite je spriječiti da raspršeni pijesak uđe u porculanske cijevi i šupljinu kalupa pod pretpostavkom da ne utječe na protok rastaljenog čelika tijekom lijevanja i da ne unosi strane tvari u šupljinu kalupa..
Za odabir optimalne sheme zaštite, trošak, težina konstrukcije, uspoređuju se i zaštitni učinak tri materijala, kako je prikazano u tablici 1.
| Materijal | Jedinični trošak (¥/m²)* | Za višekratnu upotrebu | Jednostavnost postavljanja | Utjecaj na tečenje čelika | Učinkovitost zaštite |
| PVC plastična folija | 1.2 | Ne | Lako | Nijedan | Izvrstan |
| Tanak čelični rukav | 120 | Da | Težak | Potencijalno ako se ne ukloni | Dobro |
| Čep od EPS pjene | 2 | Ne | Umjeren (potrebno dimenzioniranje) | Nijedan | Dobro |
Stol 1 Usporedba cijene i učinkovitosti zaštitnih materijala
To se može vidjeti iz tablice 1 da i tanki čelični limovi i ploče od polistirenske pjene imaju dobre zaštitne učinke, ali je njihova težina obrade relativno velika, što nije pogodno za izgradnju i korištenje na licu mjesta u određenoj mjeri.
PVC plastična folija ima najbolji zaštitni učinak, s jednostavnim radom na licu mjesta i visokim troškovima.
Stoga, u kombinaciji sa stvarnim potrebama proizvodnje, PVC plastična folija debljine 0,4–1 mm preporučuje se kao preferirani zaštitni materijal za sustav zatvarača dijelova od lijevanog čelika,
koji može učinkovito poboljšati čistoću šupljine kalupa i smanjiti površinske nedostatke uzrokovane inkluzijama pijeska.
3. Utjecaj stanja površine kalupa na kvalitetu površine dijelova od lijevanog čelika
Kalup je osnovni alat za oblikovanje dijelova od lijevanog čelika, a stanje njegove površine izravno utječe na završnu obradu površine i ravnost odljevaka.
Za velike dijelove od lijevanog čelika, najviše se koriste drveni kalupi zbog njihove prednosti lake obrade, nisko trošak, i dobru obradivost.
Međutim, drveni kalupi imaju karakteristike velikog volumena i velikog broja labavih blokova (pomični blokovi), koji zahtijevaju visoku točnost pozicioniranja i nepropusnost spoja između labavih blokova.
U stvarnom procesu proizvodnje, s povećanjem broja upotreba plijesni, oštećenje površine kalupa i labavih blokova tijekom skidanja kalupa također će se povećati.
Ako se ovi nedostaci ne održavaju na vrijeme, ne samo da će utjecati na oblik i kvalitetu površine odljevaka, već i skratiti radni vijek kalupa.
3.1 Stvaranje prirodnih nedostataka na površini kalupa
Prirodni nedostaci površine kalupa uglavnom uključuju trošenje, ogrebotine, pukotine, i neravnine na spojnim razmacima. Ovi nedostaci su uglavnom uzrokovani sljedećim razlozima:
- Oštećenje od skidanja plijesni: Tijekom procesa skidanja kalupa, zbog prianjanja kalupnog pijeska i površine kalupa,
površina kalupa i labavi blokovi lako se izgrebu ili istroše kada se kalup izvuče, posebno na rubovima i rubovima kalupa. - Čimbenici okoliša: Kalup se dugo čuva u proizvodnoj radionici, a površina je lako pod utjecajem vlage, što dovodi do bubrenja i deformacije drva, što rezultira neravnom površinom.
- Održavanje nije na vrijeme: Nakon što se kalup upotrijebi, ako se površinski pijesak i zagađivači ne očiste na vrijeme, ili se oštećeni dijelovi ne poprave na vrijeme, nedostaci će se postupno proširiti s povećanjem broja korištenja.
Među tim prirodnim nedostacima, neravna površina na spojnim otvorima i kutovima kalupa ima najveći utjecaj na kvalitetu površine odljevaka.
Nakon što se kalup popravi, ako površina nije brušena da bude ravna i glatka, na površini odljevaka će se formirati defekti nalik utorima ili štakorskim repovima, koji ozbiljno utječu na kvalitetu izgleda odljevaka.
3.2 Ispitivanje umjetnih nedostataka na površini kalupa
Kvantitativno provjeriti odnos između ravnosti površine kalupa i grešaka na površini odljevka, provedeno je usporedno ispitivanje.
Na površini kalupa izrađene su tri vrste umjetnih defekata različite dubine, koji su bili 1–2 mm, 2–4 mm, odnosno 4–6 mm.
Raspon distribucije defekata pokriva ravninu, površina luka, a filetirani dio korijena prirubnice, koja su ključna mjesta sklona površinskim defektima u dijelovima od lijevanog čelika.
Plan testiranja je sljedeći: Za svaku poziciju odabrana su tri područja, a površina svakog područja postavljena je na 300 mm × 300 mm.
Umjetni nedostaci se izrađuju na odabranim područjima i označavaju.
Konveksni nedostaci nastaju dodavanjem materijala poput kita ili gipsa na površinu kalupa, a konkavni defekti se bruse i oblikuju na površini kalupa alatima kao što su rotacijske turpije od legure.
Dubina svih umjetnih nedostataka mjeri se visinomjerom i bilježi fotografijom.
Tijekom procesa kalupljenja, dijelovi umjetnih nedostataka pregledavaju se kako bi se osiguralo da nema plutajućeg pijeska ili drugih tvari koje utječu na oblik nedostataka.
Stupanj zbijenosti i čvrstoća pijeska ispunjenog oko defekata implementirani su u skladu sa zahtjevima operacije kalupljenja.
Nakon što se odljevci izliju i oblikuju, podvrgnuti su kvalitetnoj toplinskoj obradi i prvom postupku pjeskarenja, te se pregledavaju i verificiraju površine odljevaka koje odgovaraju umjetnim nedostacima.
Rezultati ispitivanja pokazuju da različite dubine umjetnih nedostataka na površini kalupa dovode do različitih razina hrapavosti površine odljevka.
Specifični odgovarajući odnos prikazan je u tablici 2.
| Tip | Veličina umjetnog defekta na površini kalupa (mm) | ||
| 1~2 | 2~4 | 4~6 | |
| Stupanj hrapavosti površine lijevanja | A1 | A2/A3 | A4 |
Stol 2 Usporedna tablica umjetnih grešaka na površini kalupa i hrapavosti površine odljevka
Bilješka: Ocjene hrapavosti površine u tablici podijeljene su prema internom standardu poduzeća za dijelove od lijevanog čelika: A1 ocjena (Ra ≤ 6.3 µm) je najviša kvaliteta površine, pogodan za ključne dijelove izgleda;
A2/A3 ocjena (6.3 µm < Ra ≤ 12.5 µm) je opća kvaliteta površine, pogodan za obične konstrukcijske dijelove; A4 razred (Ram > 12.5 µm) je niska kvaliteta površine, koju je potrebno preraditi brušenjem.
Prema rezultatima ispitivanja, kako bi zadovoljili različite zahtjeve stupnja hrapavosti površine dijelova od lijevanog čelika, površina kalupa mora se pregledati prije svake uporabe.
Za nedostatke koji prelaze specificiranu dubinu (obično 2 mm za opće dijelove i 1 mm za ključne dijelove), popravak i brušenje moraju se izvršiti kako bi se osiguralo da je cjelokupno stanje površine kalupa kvalificirano.
Za spojne otvore i zaobljenja kalupa, posebnu pozornost treba posvetiti pregledu i održavanju kako bi se izbjeglo stvaranje nedostataka nalik utorima ili štakorskim repovima na površini odljevka.
4. Zaključak
Za velike dijelove od lijevanog čelika dva su najutjecajnija, kontrolirani doprinosi lošoj kvaliteti lijevane površine su ulazak kontaminacije kroz zatvaranje/cijevovod i defekti površine kalupa.
Jednostavan, metode zaštite s niskim troškovima—prije svega upotreba prozirne PVC folije debljine 0,4–1,0 mm za zatvaranje/pokrivanje otvora cijevi tijekom postavljanja cjevovoda—značajno smanjuju ulazak labavog pijeska.
Marljiv pregled i pravovremeni popravak površina kalupa (uz konzervativno prihvaćanje dubine defekta od ≤2 mm) spriječiti prijenos oštećenja kalupa na lijevane komponente.
U kombinaciji s NDT-om iz prvog članka i dokumentiranim programom održavanja/provjere, ove mjere značajno poboljšavaju stanje površine, smanjiti preradu i podići kvalitetu vidljivu kupcima.
Reference
[1] Zhang Chaohui. Analiza kvalitete i mjere poboljšanja kvalitete dijelova od lijevanog čelika [J]. China Journal Network, 2018(01): 75-77.
[2] Wang Chengbin. Rasprava o utjecaju strukture kalupa na kvalitetu odljeva i dizajn optimizacije [J]. Moderno poslovanje i trgovačka industrija, 2011, 23(01): 303.
[3] Američko ljevaoničko društvo (AFS). Priručnik za čelične odljevke [M]. 11izdanje. AFS, 2017.
