Kualiti permukaan komponen keluli tuang dikawal terutamanya oleh dua faktor yang saling berkaitan dalam fasa pengacuan: kebersihan rongga acuan dan yang keadaan permukaan acuan.
Untuk tuangan besar—di mana sistem penuangan panjang dan kerumitan metalurgi/proses adalah tinggi—kemasukan pasir gembur, najis dan bahan cemar lain ke dalam paip riser/runner seramik dan kemerosotan atau kerosakan pada permukaan corak/acuan adalah punca utama kecacatan permukaan yang boleh dilihat.
Artikel ini menganalisis faktor-faktor ini secara mendalam, membentangkan langkah perlindungan praktikal dan bukti ujian untuk kesan kecacatan permukaan acuan, dan menyediakan peta jalan pelaksanaan untuk menambah baik keadaan permukaan as-cast dan mengurangkan kerja semula.
1. Latar belakang dan kepentingan kualiti permukaan
Bahagian keluli tuang yang besar (Komponen turbin, injap besar, pelari hidroturbin, dll.) dihasilkan di bawah suhu penuangan yang tinggi dan sistem gating yang kompleks.
Penampilan permukaan bukan sahaja atribut komersial tetapi juga penunjuk kawalan proses dan kekukuhan dalaman.
Kualiti permukaan yang buruk mendorong pengisaran yang mahal, kerja semula atau penolakan pemesinan dan menjejaskan persepsi pelanggan secara negatif.
Dalam amalan banyak faktor mempengaruhi penampilan (kemasukan metalurgi, pengasingan makro, gabungan pasir, Scabs), tetapi dua faktor secara konsisten mendominasi untuk besar Castings semasa membentuk dan menuang:
- Kebersihan rongga acuan - kemasukan pasir lepas, najis dan kemasukan ke dalam paip penyuap/pelari seramik dan rongga; dan
- Keadaan permukaan acuan - kerosakan mekanikal, pembaikan binaan, dan kekasaran permukaan corak dan komponen teras.
Berdasarkan pengalaman pengeluaran praktikal bertahun-tahun dalam bahagian keluli tuang besar seperti turbin gas,
Turbin stim, dan pelari turbin hidraulik, artikel ini menganalisis secara sistematik mekanisme pengaruh kebersihan rongga acuan dan keadaan permukaan acuan pada kualiti permukaan bahagian keluli tuang.
Digabungkan dengan ujian perbandingan dan amalan kejuruteraan, langkah penambahbaikan yang disasarkan dicadangkan untuk meningkatkan kualiti permukaan tuangan dengan berkesan dan menyediakan sokongan teknikal untuk pengeluaran stabil bahagian keluli tuang berkualiti tinggi.
2. Pengaruh Kebersihan Rongga Acuan Terhadap Kualiti Permukaan Bahagian Keluli Tuang
Rongga acuan ialah "acuan" yang membentuk bahagian keluli tuang. Kebersihannya secara langsung menentukan sama ada terdapat kemasukan, Kemasukan pasir, dan kecacatan lain pada permukaan tuangan.
Semasa proses menuang bahagian keluli tuang, keluli cair mengalir ke dalam rongga acuan dengan kelajuan tinggi.
Kemasukan sanga yang dihasilkan semasa proses peleburan, pasir bertaburan memasuki saluran paip semasa meletakkan sistem gating, dan bahan pencemar lain akan dibasuh ke dalam rongga acuan bersama-sama dengan keluli cair.
Semasa proses penyejukan dan pemejalan keluli cair, kerana ketumpatannya yang lebih rendah, kebanyakan kemasukan sanga dan pasir bertaburan akan terapung ke atas dan dilepaskan melalui riser atau sistem pengudaraan.
Namun begitu, sebahagian daripada kemasukan masih akan terpeluwap pada keratan rentas berubah-ubah, fillet, dan lain-lain kedudukan tuangan, membentuk kecacatan permukaan seperti kemasukan pasir dan kemasukan sanga.
Kecacatan ini perlu dibuang dengan mengisar, yang bukan sahaja meningkatkan beban kerja pengeluaran dan kos tetapi juga boleh menjejaskan ketepatan dimensi tuangan jika jumlah pengisaran terlalu besar.
Sumber utama pasir bertaburan dalam rongga acuan ialah sistem gating.
Sistem gating bahagian keluli tuang biasanya terdiri daripada paip seramik (paip porselin) untuk memastikan rintangan suhu tinggi dan mengelakkan hakisan keluli cair.
Untuk bahagian keluli tuang besar, jumlah panjang sistem gating yang diletakkan boleh mencapai lebih daripada 40 meter, dan proses meletakkan melibatkan beberapa bahagian paip porselin yang disambungkan.
Kerana panjang yang panjang dan kesukaran meletakkan tinggi, kebarangkalian pasir bertaburan memasuki paip porselin adalah agak tinggi.
Therefore, adalah amat penting untuk melindungi setiap bahagian paip porselin semasa proses meletakkan untuk mengelakkan pasir yang bertaburan daripada memasuki rongga acuan bersama-sama dengan keluli cair..
Melalui pengesahan praktikal pada tiga jenis produk keluli tuang (Turbin gas, Turbin stim, dan pelari turbin hidraulik),
tiga jenis bahan dan kaedah perlindungan telah dibangunkan untuk meningkatkan kebersihan rongga acuan dengan berkesan. Berikut adalah analisis terperinci bagi setiap kaedah:
2.1 Kaedah Perlindungan Filem Plastik PVC
PVC (Polivinil Klorida) filem plastik digunakan secara meluas dalam perlindungan sistem gating kerana prestasi kosnya yang tinggi, operasi yang mudah, dan prestasi pengedap yang baik.
Ketebalan filem yang disyorkan ialah 0.4-1 mm, dan ketebalan khusus boleh dipilih mengikut keperluan operasi pengacuan di tapak.
Untuk memudahkan pemerhatian dan pemeriksaan kebersihan dalaman paip porselin, filem PVC lutsinar lebih disukai.
Langkah-langkah operasi khusus adalah seperti berikut: Pertama, periksa kebersihan dalaman setiap bahagian paip porselin sebelum perlindungan, dan keluarkan mana-mana pasir bertaburan sedia ada atau bahan pencemar lain.
Kemudian, balut filem PVC di sekeliling bukaan paip porselin untuk dilindungi. Ketegangan filem harus sesuai untuk tidak menjejaskan sambungan antara paip porselin.
Semasa sambungan punggung paip porselin, pasir terapung dan bahan pencemar lain disekat di luar filem dan tidak boleh memasuki paip porselin.
Selepas peletakan sistem gating selesai, filem tidak perlu dikeluarkan.
Semasa proses menuang, apabila keluli cair meluru ke dalam rongga acuan, udara dalam paip porselin dilepaskan dari sistem di bawah tekanan, dan filem PVC ditiup keluar dari sistem saluran keluar udara bersama-sama dengan udara dalam rongga acuan.
Oleh kerana filem PVC akan dibakar sepenuhnya dan terurai pada suhu tinggi (suhu penguraian PVC adalah kira-kira 200–300°C,
yang jauh lebih rendah daripada suhu penuangan keluli cair), ia tidak akan menyebabkan pencemaran kepada keluli cair atau meninggalkan sisa pada permukaan tuangan.
2.2 Kaedah Perlindungan Kepingan Keluli Nipis
Kepingan keluli nipis dengan ketebalan kurang daripada 1 mm juga boleh digunakan untuk perlindungan paip porselin.
Kelebihan kepingan keluli nipis ialah ia boleh digunakan semula, yang boleh mengurangkan kos bahan jangka panjang ke tahap tertentu.
Sebelum digunakan, kepingan keluli nipis perlu diproses menjadi saiz yang sesuai lebih besar sedikit daripada diameter luar paip porselin mengikut saiz dan bentuk paip porselin untuk memastikan ia dapat menutup sepenuhnya bahagian sambungan paip porselin..
Proses operasi ialah: Pertama, periksa sama ada terdapat objek asing di dalam paip porselin.
Kemudian, lengan kepingan keluli nipis yang diproses pada bahagian sambungan paip porselin untuk dilindungi.
Selepas bahagian atas paip porselin ditutup sepenuhnya dengan pasir acuan, tarik keluar kepingan keluli nipis secara manual.
Namun begitu, kaedah ini mempunyai keperluan yang tinggi untuk operasi pembinaan: di satu pihak, disebabkan oleh jumlah pasir yang banyak di sekeliling paip porselin,
mudah terlepas menarik kepingan keluli nipis; Sebaliknya, proses mencabut kepingan keluli mungkin memacu paip porselin yang telah diletakkan, mengakibatkan salah jajaran sistem gating.
Di samping itu, jika pemeriksaan kebersihan sekunder diperlukan selepas meletakkan sistem gating, kesukaran operasi agak besar kerana kepingan keluli nipis telah ditanggalkan dan bahagian sambungan paip porselin ditutup dengan pasir.
Perlu diingatkan bahawa jika kepingan keluli nipis tidak ditarik keluar dalam masa atau terlepas, ia akan memasuki rongga acuan bersama-sama dengan keluli cair semasa menuang,
yang akan menyekat aliran keluli cair dan menyebabkan kecacatan yang serius seperti penutupan sejuk dan salah larian pada permukaan tuangan.
2.3 Kaedah Perlindungan Papan Buih Polistirena
Papan busa polistirena mempunyai kelebihan kos rendah dan ringan, dan juga merupakan bahan pelindung biasa untuk sistem gating.
Kunci kepada kaedah ini ialah ketepatan pemprosesan papan buih: papan buih perlu diproses menjadi bentuk silinder dengan diameter yang sama dengan diameter dalam paip porselin, dan kemudian diletakkan pada muncung paip porselin untuk perlindungan.
Saiz pemprosesan papan buih mempunyai keperluan yang tinggi: jika diameter terlalu besar, papan buih tidak boleh dimasukkan ke dalam muncung paip porselin;
jika diameter terlalu kecil, prestasi pengedap akan menjadi lemah, dan pasir akan mudah memasuki bahagian dalam paip porselin dari celah.
Pada masa yang sama, papan buih hendaklah mempunyai ketebalan yang mencukupi (biasanya 5–10 mm) untuk mengelakkan senget di dalam paip porselin, yang akan menjejaskan kesan perlindungan.
Sama seperti kaedah perlindungan filem plastik PVC, papan buih tidak perlu dikeluarkan selepas meletakkan sistem gating.
Semasa proses menuang, apabila sejumlah besar keluli cair meluru ke dalam rongga acuan, papan buih ditiup keluar dari rongga acuan melalui sistem saluran keluar udara di bawah tekanan udara dalam rongga acuan.
Buih polistirena akan terurai pada suhu tinggi (suhu penguraian adalah kira-kira 100–150°C) dan tidak akan menghasilkan bahan berbahaya, jadi ia tidak akan mencemarkan keluli cair atau menjejaskan kualiti permukaan tuangan.
2.4 Perbandingan Kesan Perlindungan Tiga Bahan
Prinsip teras tiga kaedah perlindungan adalah untuk mengelakkan pasir bertaburan daripada memasuki paip porselin dan rongga acuan pada premis tidak menjejaskan aliran keluli cair semasa menuang dan tidak memasukkan bahan asing ke dalam rongga acuan.
Untuk memilih skim perlindungan yang optimum, kosnya, kesukaran pembinaan, dan kesan perlindungan ketiga-tiga bahan dibandingkan, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1.
| Bahan | Kos unit (¥/m²)* | Boleh diguna semula | Kemudahan pemasangan | Kesan ke atas aliran keluli | Keberkesanan perlindungan |
| Filem plastik PVC | 1.2 | Tidak | Mudah | Tiada | Cemerlang |
| Lengan keluli nipis | 120 | Ya | Sukar | Berpotensi jika tidak dikeluarkan | Baik |
| Palam buih EPS | 2 | Tidak | Sederhana (saiz diperlukan) | Tiada | Baik |
Jadual 1 Perbandingan Kos dan Prestasi Bahan Pelindung
Ia boleh dilihat dari Jadual 1 bahawa kedua-dua kepingan keluli nipis dan papan busa polistirena mempunyai kesan perlindungan yang baik, tetapi kesukaran pemprosesan mereka agak tinggi, yang tidak sesuai untuk pembinaan dan penggunaan di tapak pada tahap tertentu.
Filem plastik PVC mempunyai kesan perlindungan terbaik, dengan operasi mudah di tapak dan prestasi kos tinggi.
Therefore, digabungkan dengan keperluan pengeluaran sebenar, filem plastik PVC dengan ketebalan 0.4–1 mm disyorkan sebagai bahan pelindung pilihan untuk sistem gating bahagian keluli tuang,
yang berkesan boleh meningkatkan kebersihan rongga acuan dan mengurangkan kecacatan permukaan yang disebabkan oleh kemasukan pasir.
3. Pengaruh Keadaan Permukaan Acuan Terhadap Kualiti Permukaan Bahagian Keluli Tuang
Acuan adalah alat teras untuk membentuk bahagian keluli tuang, dan keadaan permukaannya secara langsung mempengaruhi kemasan permukaan dan kerataan tuangan.
Untuk bahagian keluli tuang besar, acuan kayu kebanyakannya digunakan kerana kelebihannya yang mudah diproses, kos rendah, dan kebolehkerjaan yang baik.
Namun begitu, acuan kayu mempunyai ciri-ciri isipadu yang besar dan sebilangan besar blok longgar (blok boleh alih), yang memerlukan ketepatan kedudukan tinggi dan ketat sambungan antara blok longgar.
Dalam proses pengeluaran sebenar, dengan peningkatan bilangan penggunaan acuan, kerosakan pada permukaan acuan dan blok longgar semasa pelucutan acuan juga akan meningkat.
Jika kecacatan ini tidak dikekalkan dalam masa, ia bukan sahaja akan menjejaskan bentuk dan kualiti permukaan tuangan tetapi juga memendekkan hayat perkhidmatan acuan.
3.1 Penjanaan Kecacatan Semulajadi pada Permukaan Acuan
Kecacatan semula jadi permukaan acuan terutamanya termasuk haus, calar, retak, dan ketidaksamaan pada celah sambungan. Kecacatan ini terutamanya disebabkan oleh sebab-sebab berikut:
- Kerosakan Pelucutan Acuan: Semasa proses pelucutan acuan, disebabkan oleh lekatan antara pasir acuan dan permukaan acuan,
permukaan acuan dan bongkah yang longgar mudah tercalar atau haus apabila acuan tercabut, terutamanya di bahagian isi dan tepi acuan. - Faktor Persekitaran: Acuan disimpan dalam bengkel pengeluaran untuk masa yang lama, dan permukaannya mudah dipengaruhi oleh kelembapan, membawa kepada bengkak dan ubah bentuk kayu, mengakibatkan permukaan tidak rata.
- Penyelenggaraan Tidak Menepati Masa: Selepas acuan digunakan, jika pasir permukaan dan bahan pencemar tidak dibersihkan dalam masa, atau bahagian yang rosak tidak dibaiki dalam masa, kecacatan akan beransur-ansur berkembang dengan peningkatan dalam bilangan penggunaan.
Antara kecacatan semulajadi ini, permukaan yang tidak rata pada celah sambungan dan fillet acuan mempunyai kesan yang paling besar terhadap kualiti permukaan tuangan.
Selepas acuan dibaiki, jika permukaan tidak dikisar menjadi rata dan licin, kecacatan seperti alur atau ekor tikus akan terbentuk pada permukaan tuangan, yang secara serius menjejaskan kualiti penampilan tuangan.
3.2 Ujian Kecacatan Buatan pada Permukaan Acuan
Untuk mengesahkan secara kuantitatif hubungan antara kerataan permukaan acuan dan kecacatan permukaan tuangan, ujian perbandingan telah dijalankan.
Tiga jenis kecacatan buatan dengan kedalaman berbeza telah dibuat pada permukaan acuan, iaitu 1–2 mm, 2–4 mm, dan 4–6 mm masing-masing.
Julat pengedaran kecacatan meliputi pesawat, permukaan arka, dan bahagian fillet akar bebibir, yang merupakan kedudukan utama yang terdedah kepada kecacatan permukaan pada bahagian keluli tuang.
Pelan ujian adalah seperti berikut: Tiga kawasan dipilih untuk setiap jawatan, dan kawasan setiap kawasan ditetapkan kepada 300 mm × 300 mm.
Kecacatan buatan dibuat di kawasan terpilih dan ditanda.
Kecacatan cembung dibuat dengan menambahkan bahan seperti dempul atau gipsum pada permukaan acuan, dan kecacatan cekung dikisar dan dibentuk pada permukaan acuan dengan alatan seperti fail berputar aloi.
Kedalaman semua kecacatan buatan diukur dengan tolok ketinggian dan direkodkan oleh fotografi.
Semasa proses pengacuan, bahagian kecacatan tiruan diperiksa untuk memastikan tiada pasir terapung atau bahan lain yang menjejaskan bentuk kecacatan.
Tahap pemadatan dan kekuatan pasir yang diisi di sekeliling kecacatan dilaksanakan mengikut keperluan operasi pengacuan.
Selepas tuangan dituangkan dan dibentuk, mereka tertakluk kepada rawatan haba yang berkualiti dan proses letupan pukulan pertama, dan kawasan permukaan tuangan yang sepadan dengan kecacatan buatan diperiksa dan disahkan.
Keputusan ujian menunjukkan bahawa kedalaman kecacatan buatan yang berbeza pada permukaan acuan membawa kepada tahap kekasaran permukaan tuangan yang berbeza..
Hubungan sepadan khusus ditunjukkan dalam Jadual 2.
| Jenis | Saiz Kecacatan Tiruan pada Permukaan Acuan (mm) | ||
| 1~2 | 2~4 | 4~6 | |
| Gred Kekasaran Permukaan Tuangan | A1 | A2/A3 | A4 |
Jadual 2 Jadual Perbandingan Kecacatan Tiruan pada Permukaan Acuan dan Kekasaran Permukaan Tuangan
Nota: Gred kekasaran permukaan dalam jadual dibahagikan mengikut piawaian dalaman perusahaan untuk bahagian keluli tuang: Gred A1 (Ra ≤ 6.3 μm) adalah kualiti permukaan tertinggi, sesuai untuk bahagian penampilan utama;
Gred A2/A3 (6.3 μm < Ra ≤ 12.5 μm) ialah kualiti permukaan umum, sesuai untuk bahagian struktur biasa; Gred A4 (Ra > 12.5 μm) adalah kualiti permukaan yang rendah, yang perlu diolah semula dengan mengisar.
Mengikut keputusan ujian, untuk memenuhi keperluan gred kekasaran permukaan yang berbeza bagi bahagian keluli tuang, permukaan acuan mesti diperiksa sebelum setiap penggunaan.
Untuk kecacatan melebihi kedalaman yang ditetapkan (biasanya 2 mm untuk bahagian am dan 1 mm untuk bahagian utama), pembaikan dan pengisaran mesti dijalankan untuk memastikan keadaan permukaan acuan keseluruhan adalah layak.
Untuk celah sambungan dan fillet acuan, perhatian khusus harus diberikan kepada pemeriksaan dan penyelenggaraan untuk mengelakkan pembentukan kecacatan seperti alur atau ekor tikus pada permukaan tuangan.
4. Kesimpulan
Untuk bahagian keluli tuang yang besar, dua yang paling berkesan, penyumbang terkawal kepada kualiti permukaan as-cast yang lemah adalah kemasukan pencemaran melalui gating/paip dan kecacatan permukaan acuan.
Mudah, kaedah perlindungan kos rendah—terutamanya penggunaan filem PVC lutsinar setebal 0.4–1.0 mm untuk menutup/menutup bukaan paip semasa pemasangan paip—mengurangkan kemasukan pasir yang longgar dengan ketara..
Pemeriksaan bersungguh-sungguh dan pembaikan permukaan acuan tepat pada masanya (dengan penerimaan kedalaman kecacatan konservatif ≤2 mm) mengelakkan pemindahan kerosakan acuan ke dalam komponen tuang.
Digabungkan dengan NDT artikel pertama dan program penyelenggaraan/pemeriksaan yang didokumenkan, langkah-langkah ini meningkatkan keadaan permukaan secara material, mengurangkan kerja semula dan meningkatkan kualiti yang boleh dilihat oleh pelanggan.
Rujukan
[1] Zhang Chaohui. Analisis Kualiti dan Langkah Peningkatan Kualiti Bahagian Keluli Tuang [J]. Rangkaian Jurnal China, 2018(01): 75-77.
[2] Wang Chengbin. Perbincangan tentang Pengaruh Struktur Acuan terhadap Kualiti Tuangan dan Reka Bentuk Pengoptimuman [J]. Perniagaan Moden dan Industri Perdagangan, 2011, 23(01): 303.
[3] Persatuan Foundry Amerika (AFS). Buku Panduan Tuangan Keluli [M]. 11Edisi ke-. AFS, 2017.
