Az öntött acél alkatrészek felületi minőségét elsősorban két egymással összefüggő tényező határozza meg az öntési fázisban: penészüreg tisztasága És a a forma felületi állapota.
Nagy öntvényeknél – ahol az öntési rendszerek hosszúak és a kohászati/folyamat összetettsége magas – laza homok bejutása, salak és egyéb szennyeződések a kerámia felszálló/csatorna csövekbe, valamint a minta/formafelület károsodása vagy sérülése a látható felületi hibák domináns forrása.
Ez a cikk részletesen elemzi ezeket a tényezőket, gyakorlati védelmi intézkedéseket és vizsgálati bizonyítékokat mutat be a penészfelületi hibák hatásáról, és megvalósítási ütemtervet biztosít az öntött felület állapotának javítására és az utómunkálatok csökkentésére.
1. A felületminőség háttere és jelentősége
Nagy öntött acél alkatrészek (turbina alkatrészek, nagy szelepek, hidroturbina futók, stb.) magas öntési hőmérsékleten és összetett kapurendszerben készülnek.
A felület megjelenése nemcsak kereskedelmi tulajdonság, hanem a folyamatirányítás és a belső szilárdság mutatója is.
A rossz felületminőség költséges csiszoláshoz vezet, megmunkálási utómunkálatok vagy elutasítások, és negatívan befolyásolja a vásárlók megítélését.
A gyakorlatban sok tényező befolyásolja a megjelenést (kohászati zárványok, makro-szegregáció, homok fúzió, rák), de két tényező következetesen dominál a nagy öntvénys formázás és öntés közben:
- A penészüreg tisztasága — laza homok bejutása, salak és zárványok a kerámia adagoló/futócsövekbe és az üregbe; és
- A penész felület állapota - mechanikai sérülések, felhalmozódás javítása, valamint a minta és a magkomponensek felületi érdessége.
A nagy öntött acél alkatrészek, például a gázturbinák több éves gyakorlati gyártási tapasztalatán alapul,
gőzturbinák, és hidraulikus turbina futók, ez a cikk szisztematikusan elemzi a formaüreg tisztaságának és a formafelület állapotának az öntött acél alkatrészek felületi minőségére gyakorolt hatását..
Összehasonlító tesztekkel és mérnöki gyakorlattal kombinálva, célzott javítási intézkedéseket javasolnak az öntvények felületi minőségének hatékony javítására és műszaki támogatás biztosítására a kiváló minőségű öntött acél alkatrészek stabil gyártásához.
2. A penészüreg tisztaságának hatása az öntött acél alkatrészek felületi minőségére
A formaüreg az a „forma”, amely az öntött acél alkatrészeket formálja. Tisztasága közvetlenül meghatározza, hogy vannak-e zárványok, homokos zárványok, és egyéb hibák az öntvények felületén.
Öntött acél alkatrészek öntési folyamata során, az olvadt acél nagy sebességgel áramlik a formaüregbe.
Az olvasztási folyamat során keletkező salakzárványok, a kapurendszer lefektetése során a csővezetékbe bekerülő szórt homok, és más szennyező anyagok az olvadt acéllal együtt bemosódnak a formaüregbe.
Az olvadt acél hűtése és megszilárdulása során, kisebb sűrűségük miatt, a legtöbb salakzárvány és a szétszórt homok felfelé úszik, és a felszállóvezetéken vagy a szellőzőrendszeren keresztül távozik.
Viszont, a zárványok egy része a változó keresztmetszeteknél még lecsapódik, filé, és az öntvények egyéb pozíciói, felületi hibák, például homokzárványok és salakzárványok kialakítása.
Ezeket a hibákat csiszolással kell eltávolítani, ami nemcsak a gyártási munkaterhelést és költséget növeli, hanem az öntvények méretpontosságát is befolyásolhatja, ha az őrlési mennyiség túl nagy.
A penészüregben szétszórt homok fő forrása a kapurendszer.
Az öntött acél alkatrészek kapurendszere általában kerámiacsövekből áll (porcelán pipák) a magas hőmérsékleti ellenállás biztosítása és az olvadt acél eróziójának elkerülése érdekében.
Nagy öntött acél alkatrészekhez, a lefektetett kapurendszer teljes hossza elérheti a több mint 40 méter, és a fektetési folyamat több szakaszból álló porceláncsöveket foglal magában.
A hosszú hossz és a magas fektetési nehézség miatt, viszonylag nagy a valószínűsége annak, hogy a porceláncsövekbe szórt homok kerül.
Ezért, különösen fontos a porceláncső minden szakaszának védelme a fektetési folyamat során, hogy megakadályozzuk, hogy a szétszórt homok az olvadt acéllal együtt a formaüregbe kerüljön..
Háromféle öntött acéltermék gyakorlati ellenőrzésével (gázturbinák, gőzturbinák, és hidraulikus turbina futók),
háromféle védőanyagot és módszert fejlesztettek ki a penészüreg tisztaságának hatékony javítására. Az alábbiakban az egyes módszerek részletes elemzését mutatjuk be:
2.1 PVC műanyag fólia védelmi módszer
PVC (Polivinil -klorid) A műanyag fóliát széles körben használják a kapurendszer védelmére magas költséghatékonysága miatt, kényelmes működés, és jó tömítési teljesítmény.
A fólia ajánlott vastagsága 0,4-1 mm, és a fajlagos vastagság a helyszíni fröccsöntési műveleti követelményeknek megfelelően választható meg.
A porcelán csövek belső tisztaságának megfigyelésének és ellenőrzésének elősegítése, átlátszó PVC fólia előnyös.
A konkrét műveleti lépések a következők: Első, védelem előtt ellenőrizze a porceláncső minden szakaszának belső tisztaságát, és távolítsa el a meglévő szétszórt homokot vagy egyéb szennyező anyagokat.
Majd, tekerje a PVC fóliát a védendő porceláncső nyílása köré. A fólia tömítettségének megfelelőnek kell lennie, hogy ne befolyásolja a porceláncsövek közötti kapcsolatot.
A porceláncsövek tompakötése során, a lebegő homok és más szennyező anyagok a fólián kívül elzáródnak, és nem juthatnak be a porceláncsövekbe.
A kapurendszer lefektetése után, a filmet nem kell eltávolítani.
Az öntési folyamat során, amikor az olvadt acél a formaüregbe rohan, a porceláncsövekben lévő levegő nyomás alatt távozik a rendszerből, és a PVC fóliát a levegőkimeneti rendszerből a formaüregben lévő levegővel együtt kifújják.
Mivel a PVC fólia magas hőmérsékleten teljesen leég és lebomlik (a PVC bomlási hőmérséklete körülbelül 200-300°C,
amely sokkal alacsonyabb, mint az olvadt acél öntési hőmérséklete), nem szennyezi az olvadt acélt és nem hagy maradékot az öntvények felületén.
2.2 Vékony acéllemez védelmi módszer
Vékony acéllemezek, amelyek vastagsága kisebb, mint 1 mm porcelán csövek védelmére is használható.
A vékony acéllemezek előnye, hogy újra felhasználhatók, amely bizonyos mértékig csökkentheti a hosszú távú anyagköltséget.
Használat előtt, a vékony acéllemezeket a porcelán csövek külső átmérőjénél valamivel nagyobb méretűre kell feldolgozni a porcelán csövek méretének és alakjának megfelelően, hogy teljesen lefedjék a porcelán csövek csatlakozó részét.
A működési folyamat az: Első, ellenőrizze, hogy nincsenek-e idegen tárgyak a porceláncsövek belsejében.
Majd, a megmunkált vékony acéllemezeket a védendő porceláncsövek csatlakozórészére hüvelyesítse.
Miután a porcelán csövek felső részét teljesen lefedték fröccsöntő homokkal, kézzel húzza ki a vékony acéllemezeket.
Viszont, ez a módszer magas követelményeket támaszt az építési műveletekkel szemben: egyrészt, a porceláncsövek körüli nagy mennyiségű homok miatt,
könnyen elmulasztja a vékony acéllemezek húzását; másrészt, az acéllemezek kihúzásának folyamata meghajthatja a már lefektetett porceláncsöveket, ami a kapurendszer eltolódását eredményezi.
Emellett, ha a kapurendszer lefektetése után másodlagos tisztasági ellenőrzés szükséges, a működési nehézség viszonylag nagy, mert a vékony acéllemezeket eltávolították, és a porcelán csövek csatlakozó részét homok borítja.
Figyelembe kell venni, hogy ha a vékony acéllemezt nem húzzák ki időben, vagy hiányzik, öntés közben az olvadt acéllal együtt bejut a formaüregbe,
ami blokkolja az olvadt acél áramlását, és súlyos hibákat, például hidegzárásokat és hibás futást okoz az öntvények felületén.
2.3 Polisztirolhab tábla védelmi módszer
A polisztirol hablap előnye az alacsony költség és a könnyű súly, és a kapurendszer általános védőanyaga is.
Ennek a módszernek a kulcsa a hablap feldolgozási pontossága: a hablapot a porceláncső belső átmérőjével megegyező átmérőjű henger alakúra kell feldolgozni, majd a porceláncső fúvókájához helyezték védelem céljából.
A hablemez feldolgozási mérete magas követelményeket támaszt: ha az átmérő túl nagy, a hablap nem helyezhető be a porceláncső fúvókájába;
ha az átmérő túl kicsi, a tömítési teljesítmény gyenge lesz, és a résből homok könnyen bejut a porceláncső belsejébe.
Egy időben, a hablemeznek megfelelő vastagságúnak kell lennie (általában 5-10 mm) hogy ne dőljön meg a porceláncső belsejében, ami befolyásolja a védőhatást.
Hasonló a PVC műanyag fólia védelmi módszerhez, a hablapot a kapurendszer lerakása után nem kell kivenni.
Az öntési folyamat során, amikor nagy mennyiségű olvadt acél zúdul a formaüregbe, a hablapot kifújják a formaüregből a levegőkivezető rendszeren keresztül a formaüregben lévő levegő nyomása alatt.
A polisztirolhab magas hőmérsékleten lebomlik (a bomlási hőmérséklet körülbelül 100-150°C) és nem termelnek káros anyagokat, így nem szennyezi az olvadt acélt és nem befolyásolja az öntvények felületi minőségét.
2.4 Három anyag védelmi hatásainak összehasonlítása
A három védelmi módszer alapelve, hogy megakadályozzák a szórt homok bejutását a porceláncsövekbe és a formaüregbe, feltéve, hogy nem befolyásolják az olvadt acél áramlását az öntés során, és nem juttatnak idegen anyagokat a formaüregbe..
Az optimális védelmi séma kiválasztásához, a költség, építési nehézség, és a három anyag védelmi hatását hasonlítjuk össze, táblázatban látható módon 1.
| Anyag | Egységköltség (¥/m²)* | Újrafelhasználható | Könnyű telepítés | Hatás az acél áramlására | A védelem hatékonysága |
| PVC műanyag fólia | 1.2 | Nem | Könnyen | Egyik sem | Kiváló |
| Vékony acél hüvely | 120 | Igen | Nehéz | Lehetséges, ha nem távolítják el | Jó |
| EPS hab dugó | 2 | Nem | Mérsékelt (méretezés szükséges) | Egyik sem | Jó |
Táblázat 1 A védőanyagok költségének és teljesítményének összehasonlítása
táblázatból látható 1 hogy a vékony acéllemezek és a polisztirolhab lapok egyaránt jó védőhatással bírnak, de feldolgozási nehézségük viszonylag magas, amely bizonyos mértékig nem kényelmes helyszíni építkezéshez és felhasználáshoz.
A PVC műanyag fólia rendelkezik a legjobb védőhatással, egyszerű helyszíni kezeléssel és magas költségű teljesítménnyel.
Ezért, a tényleges termelési igényekkel kombinálva, a 0,4-1 mm vastag PVC műanyag fólia javasolt az öntött acél alkatrészek kapurendszerének előnyben részesített védőanyagaként,
amely hatékonyan javíthatja a penészüreg tisztaságát és csökkentheti a homokzárványok okozta felületi hibákat.
3. A penészfelület állapotának hatása az öntött acél alkatrészek felületi minőségére
A forma az öntött acél alkatrészek öntésének fő eszköze, felületi állapota pedig közvetlenül befolyásolja az öntvények felületi minőségét és síkságát.
Nagy öntött acél alkatrészekhez, fából készült formákat leginkább a könnyű megmunkálási előnyeik miatt használnak, olcsó költség, És a jó megmunkálhatóság.
Viszont, a faformák jellemzői a nagy térfogat és a nagyszámú laza tömb (mozgatható blokkok), amelyek nagy pozicionálási pontosságot és csatlakozási tömítettséget igényelnek a laza blokkok között.
A tényleges gyártási folyamatban, a penészhasználatok számának növekedésével, a formafelszín károsodása és a meglazult tömbök a penészeltávolítás során szintén megnő.
Ha ezeket a hibákat nem karbantartják időben, nemcsak az öntvény alakját és felületi minőségét befolyásolják, hanem lerövidítik a forma élettartamát is.
3.1 Természetes hibák keletkezése a penészfelületen
A formafelület természetes hibái elsősorban a kopás, karcolások, repedések, és a csatlakozási hézagok egyenetlenségei. Ezeket a hibákat elsősorban a következő okok okozzák:
- A penész eltávolításának sérülése: A formaleválasztási folyamat során, a formázóhomok és a formafelület közötti tapadás miatt,
a forma felülete és a laza tömbök könnyen megkarcolódnak vagy elkopnak a forma kihúzásakor, különösen a filéknél és a forma szélénél. - Környezeti tényezők: A formát a gyártóműhelyben hosszú ideig tárolják, és a felületet könnyen érinti a nedvesség, ami a fa duzzadásához és deformációjához vezet, ami egyenetlen felületet eredményez.
- A karbantartás nem időszerű: A forma felhasználása után, ha a felszíni homokot és a szennyező anyagokat nem tisztítják meg időben, vagy a sérült alkatrészeket nem javítják ki időben, a hibák fokozatosan bővülni fognak a felhasználások számának növekedésével.
Ezen természetes hibák között, az öntvények felületi minőségére a legnagyobb hatással az egyenetlen felület a forma csatlakozási hézagainál és filéinél van.
A forma javítása után, ha a felület nincs síkra és simára csiszolva, az öntvények felületén horonyszerű vagy patkányfarkszerű hibák keletkeznek, amelyek súlyosan befolyásolják az öntvények megjelenési minőségét.
3.2 Teszt a penészfelület mesterséges hibáira
A formafelület síksága és az öntvényfelület hibái közötti kapcsolat mennyiségi ellenőrzése, összehasonlító tesztet végeztek.
A forma felületén háromféle, eltérő mélységű mesterséges hiba készült, amelyek 1-2 mm-esek voltak, 2– 4 mm, illetve 4-6 mm.
A hibák eloszlási tartománya lefedi a síkot, ívfelület, és kifilézzük a karimagyökér egy részét, amelyek az öntött acél alkatrészek felületi hibáira hajlamos kulcspozíciók.
A vizsgálati terv a következő: Minden pozícióhoz három terület van kiválasztva, és az egyes területek területe be van állítva 300 mm × 300 mm.
A mesterséges hibákat a kiválasztott területeken legyártják és megjelölik.
A domború hibákat olyan anyagokkal kell előállítani, mint a gitt vagy a gipsz a forma felületére, és a homorú hibákat köszörüljük és alakítjuk ki a forma felületén szerszámokkal, például ötvözet forgóreszelőkkel.
Minden mesterséges hiba mélységét magasságmérővel mérik és fényképezéssel rögzítik.
A formázási folyamat során, a mesterséges hibás részeket megvizsgálják, hogy nincs-e benne lebegő homok vagy más olyan anyag, amely befolyásolja a hibák alakját.
A hibák köré feltöltött homok tömörítési foka és szilárdsága a fröccsöntési műveleti követelményeknek megfelelően valósul meg.
Az öntvények öntése és formázása után, minőségi hőkezelésnek és első szemcseszórási eljárásnak vetik alá, valamint az öntvények mesterséges hibáknak megfelelő felületét ellenőrzik és igazolják.
A vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy a különböző mélységű mesterséges hibák a forma felületén különböző szintű öntési felület érdességhez vezetnek..
A megfelelő összefüggés a táblázatban látható 2.
| Beír | Mesterséges hibaméret a forma felületén (mm) | ||
| 1~2 | 2~4 | 4~6 | |
| Öntési felület érdesség fokozata | A1 | A2/A3 | A4 |
Táblázat 2 Összehasonlító táblázat a penészfelület mesterséges hibáiról és az öntvényfelület érdességéről
Jegyzet: A táblázatban szereplő felületi érdesség fokozatok az öntött acél alkatrészek vállalati belső szabványa szerint vannak felosztva: A1 fokozat (RA ≤ 6.3 μm) a legjobb felületi minőség, kulcsfontosságú megjelenésű alkatrészekhez alkalmas;
A2/A3 fokozat (6.3 μm < RA ≤ 12.5 μm) az általános felületi minőség, alkalmas normál szerkezeti részekhez; A4-es fokozat (RA > 12.5 μm) az alacsony felületi minőség, amelyet köszörüléssel át kell dolgozni.
A vizsgálati eredmények szerint, hogy megfeleljen az öntött acél alkatrészek különböző felületi érdesség fokozatú követelményeinek, a forma felületét minden használat előtt ellenőrizni kell.
A megadott mélységet meghaladó hibák esetén (általában 2 mm általános alkatrészekhez és 1 mm a kulcselemekhez), javítást és köszörülést kell végezni annak biztosítása érdekében, hogy a formafelület általános állapota megfelelő legyen.
A forma csatlakozási hézagaihoz és filéihez, különös figyelmet kell fordítani az ellenőrzésre és karbantartásra, hogy elkerüljük a horonyszerű vagy patkányfarokszerű hibák kialakulását az öntvény felületén.
4. Következtetés
A nagy öntött acél alkatrészeknél a két leghatásosabb, Az öntött felület rossz minőségének szabályozható tényezői szennyeződés behatolása kapuzaton/csöveken keresztül és penészfelületi hibák.
Egyszerű, alacsony költségű védelmi módszerek – mindenekelőtt 0,4–1,0 mm vastag átlátszó PVC fólia használata a csőnyílások lezárására/lefedésére a csőszerelés során – jelentősen csökkenti a laza homok bejutását.
A penészfelületek szorgalmas ellenőrzése és időbeni javítása (≤2 mm-es konzervatív hibamélység elfogadással) megakadályozza a penészesedés átjutását az öntött alkatrészekbe.
Az első cikkben szereplő NDT-vel és egy dokumentált karbantartási/ellenőrzési programmal kombinálva, ezek az intézkedések lényegesen javítják a felület állapotát, csökkenti az átdolgozást és javítja a vásárló által látható minőséget.
Referenciák
[1] Csang Csaohui. Öntött acél alkatrészek minőségelemzése és minőségjavító intézkedések [J]. China Journal Network, 2018(01): 75-77.
[2] Wang Chengbin. Beszélgetés az öntőforma szerkezetének az öntvényminőségre és az optimalizálási tervezésre gyakorolt hatásáról [J]. Modern üzleti és kereskedelmi ipar, 2011, 23(01): 303.
[3] Amerikai Öntödei Társaság (AFS). Acélöntvények kézikönyve [M]. 11kiadás. AFS, 2017.
