Метално скупљање у одливањима

Постизање уске димензије толеранције остаје најважнија брига у ливени производњи.

Као растопљени метал хлади и учвршћује, неминовно је уговори - понекад предвидљиво, Друга времена непредвидиво - у зависности од хемије легуре, геометрија, и процесни параметри.

Без одговарајуће контроле, скупљање може увести унутрашње празнине, дисторзије, и ван толеранције које компромитују и перформансе и трошкове.

У овом свеобухватном чланку, Испитујемо механику за скупљање метала, Његове практичне импликације на обојене и обојене легуре, и Стратегије ливе и дизајнери који се користе у ублажавању недостатака.

1. Увођење

Димензионална тачност поднела је функционалност сваке ливене компоненте, од блокова аутомобила за прецизно ваздушно кућиште.

Метално скупљање односи се на смањење обима и линеарних димензија које се јављају као легура преласка из течности до собне температуре.

Чак и скроман 2-3% линеарна контракција у челику или 5-8% у алуминијуму може довести до недостатака, препостављање, или одбачени делови ако су без одговора.

Истраживањем скупљања преко једноставних у односу на сложене геометрије и супротстављајући обојене и обојене легуре, Постављамо темеље за циљане контроле дизајна и процеса.

2. Врсте скупљања

Разумевање различитих врста скупштине које се јављају током процеса ливења је пресудно за постизање димензијске тачности и структурног интегритета.

Shrinkage in metal castings typically progresses through three main stages—скупљање течности, Скривање очвршћивања, и солидан (узорак) скупљање-Уацх са различитим импликацијама на дизајн, Припрема калупа, и оштећење контроле.

Додатно, скупљање се може класификовати по њеној физичкој манифестацији као макро скупљање, микро-скупљање, или цевовод, у зависности од обима и локације у ливењу.

Скупљање течности

Скупљање течности односи се на смањење запремине као растопљени метал хлади се од преливања температуре до његове чврсте тачке учвршћивања, Док је остао у потпуно течном стању.

Ова скупштина може да се креће од 1% до 3% по јачини, Зависно од типа алутације.

Иако генерално није брига за димензионалну контролу, Кључно је одржавати отворене путеве за храњење од рисера током ове фазе.

Ако успон не успе да обезбеди довољно растопљеног метала, Лијевање се може развити Површинске удубљења или Непотпуно попуњавање.

Пример: Легуре алуминијума могу да доживе скупљање течности 2.5%, Захтев за пажљив дизајн успона за одржавање доследног калупа у попуњавању раног хлађења.

Очвршћавање (Солидан) Скупљање

Ово је најкритичнији облик скупљања са становишта превенције оштећења.

Као метални прелази из течности на чврсте, то је значајно волуметријска контракција, обично 3% до 7%.

Ова скупљања настаје у такозваној "кашуној зони", где су и чврсте и течне фазе коегзистиране.

Ако се растопило метал није правилно храњен током ове фазе, макро скупљање оштећења као што је празнине, Порозност средишње линије, или шупљине може да се формира.

Скривање очвршћивања је високо осетљиво на:

• Стопа хлађења и топлотни градијенти
• Режим солидације (еутектичан, усмерен, или двоструко)
• Легура леденог опсега

Усмерено учвршћивање, која промовише једнодиректно проток топлоте према рисерима, је широко усвојена стратегија за сузбијање ових ефеката.

Солидан (Узорак) Скупљање

Једном се потпуно учврсти, Лијевање се и даље смањује док се хлади на собну температуру. Ово линеарно скупљање обично се креће од 1% до 2.5%, Зависно од легуре. На пример:

• Карбонски челик: ~ 2,0%
• Сиво гвожђе: ~ 1,0%
• Алуминијумске легуре: ~ 1,3% до 1.6%

Обуцници смерају ову скупљање скалирањем димензија узорка користећи стандардизоване Накнаде за скупљање.

Ова скупљања се сматра релативно предвидљивом и униформом, Иако је у одливањима која се може бити уједначена са сложеним геометријама или променљивим дебљинама.

Микро-скупљање вс. Макро-скупљање вс. Цевовод

Уписати	Опис	Типична локација	Узроковати
Микро-скупљање	У реду, распршени празнине или порозност унутар чврсте структуре	Насумични или изоловани региони	ЦОСИФИАЦИЈА ДЕНДРИТА, лоше храњење
Макро скупљање	Велики, Видљиве празнине се често налазе у центру или врхунац одливака	Централна или оброчена подручја врата	Неадекватна храна за Рисере
Цевовод	Шупљина у облику лијевка која се протеже од успона у ливење	Близу Јунцтион ливење рисера	Недовољно запремине радне установе или одлагање у храњењу

3. Начини солидби и њихови ефекти

Како метална учвршћује Режим солидације-Постаје дубоког утицаја на понашање скупљања, Захтеви за храњење, и коначни квалитет ливења.

Очвршћивање није јединствен процес; Знатно се разликује са легуром саставом, расхладне стопе, и дизајн калупа.

Разумевање три главног начина учвршћивања -еутектичан, усмерен, и двоструко-Јеси се од суштинског значаја за контролу скупљања и минимизирања унутрашњих недостатака као што је порозност и празнине.

Еутектичко очвршћавање

Еутектичко очвршћавање се јавља када металне или легуре прелазе из течности на чврсту на фиксном температури, формирајући две или више чврстих фаза истовремено у врло финој смеши.

Ова трансформација се брзо догађа, често преко целог пресека ливења одједном одједном, Остављајући минималну прилику за храњење скупљања.

• Заједничке легуре: Сиво гвожђе, легуре алуминијум-силицијума (Нпр., А356), и неке бронзе
• Карактеристике скупљања: Ниска макро-скупљање, али склони микропорозији ако није правилно контролисан
• Бекствовање: Захтева минималан волумен за ваздух, Али прецизно топлотно управљање је од суштинског значаја

Пример: Сиви одлив гвожђа се учвршћују кроз еутектичку реакцију која производи графитне пахуљице.

Волуметријска експанзија узрокована графитним падавинама понекад може надокнадити скупљање, прављење сивог гвожђа релативно опраштајући у погледу храњења.

Усмерено учвршћивање

У смеру учвршћивања, Метал се прогресивно учвршћује са једног краја ливења (Обично калупи) према одређеном резервоару топлоте или успона.

Овај контролирани термички градијент омогућава да се растопите металом ефикасно храни очврсним регијама, Смањивање недостатака скупљања.

• Заједничке легуре: Царбон Цлеел, Стеелс ниски легури, СуперАллоис на бази никла
• Карактеристике скупљања: Предвидљиве макро-скупље стазе које се могу управљати добро постављеним рисерима
• Бекствовање: Одличан, Ако се одржавају термички градијенти и избегну се вруће тачке

Пример: У челичним одливањима, усмерено учвршћивање је намерно дизајнирано коришћењем хладноће (која убрзава очвршћавање) и изоловани рисери (што га одложи).

Ово води чврсту фронте од разних комада до дебљине, помагање у ливењу без оштећења.

Облачно учвршћивање

Остварена учвршћавање укључује истовремено нуклеарство зрна у целој течној металу.

Очвршћавање се појављује насумично, а не слиједећи предвидљив термички градијент. Ово чини контролу храњења и скупљања далеко изазовне.

• Заједничке легуре: Алуминијум 356 (У неким методама ливења), Алуминијумске бронзе
• Карактеристике скупљања: Висок ризик од унутрашње скупштине и микропорозности
• Бекствовање: Тешко је управљати; склони превременом блокаду путева за храњење

Пример: У двоструким алуминијумским одливима, Зрно се може учврстити непредвидиво у изолованим областима, Стварање унутрашњих празнина ако је метална храна блокирана ранијом солидом. Софтвер симулације се често користи за предвиђање таквих ризика и у складу са тим прилагођава дизајн карата.

Импликације на порозност и дизајн храњења

Сваки режим учвршћивања утиче на то како се порозност развија и како системи за храњење морају бити дизајнирани:

Режим солидације	Ризик порозности	Сложеност храњења	Ефикасност успона
Еутектичан	Низак макро, могући микро	Умерен	Високо
Усмерен	Ниско ако се добро управља	Низак до умерен	Високо
Двоструко	Високо (микро и макро)	Високо	Низак

4. Кључни утицајни фактори

Метално скупљање у одливањима не регулише ниједна променљива, већ сложеном међуручлицом металургије, геометријски, и процесни фактори.

Разумевање ових фактора омогућава лисни инжењери да дизајнирају одливци и процесе који ублажавају оштећења, Појачајте прецизност димензије, и побољшати укупне перформансе ливења.

Испод су примарни сарадници који утичу на понашање скупљања:

Тип и састав легура

Систем легура који се одликује играо је оснивачку улогу у одређивању карактеристика скупљања.

Различити метали и њихове легуре се смањују у различитом стопи због разлика у промјени густине током солидби и коефицијента топлотних контракција.

• Челичне легуре обично показују волуметријско очвршћавање у опсегу од 3-4%.
• Алуминијумске легуре може смањити 6-7%, Иако додаци попут силицијума (Нпр., Ал-и улазни) Смањите скупљање формирања еутектичких структура.
• Легуре на бази бакра може показати још већу скупљање (до 8%), у зависности од присуства лименке, цинка, или алуминијум.

Укључивање легирских елемената такође може да промени путању учвршћивања (Еутецтиц вс. двоструко), чиме се мењају понашање на храњење и порозност.

Дебљина секције и топлотни градијенти

Геометријске карактеристике имају велики утицај на стопе хлађења и локалном понашању скупљања. Дебљи одељци задржавају топлоту дуже и учвршћују се спорије, Док су брзи делови хладни.

Ово ствара унутрашњу Термални градијенти, који диктирају како то омотавање напредује кроз ливење.

• Дебели одсеци су склони врућим тачкама и унутрашњим скупштиним празнинама.
• Нагло се мења (Нпр., од густих до мршавих) Креирајте локализоване зоне стреса и могу блокирати путеве за храњење, што доводи до скупљања порозности.

Најбоље праксе дизајна подстичу глатке прелазе и дебљине јединствене секције да равномерно управљају топлотом.

Калуп Материјал и крутост

Физичке карактеристике плијесни - посебно њене Термална проводљивост и крутост-Упадалост како се топлота екстрахује из растопљеног метала, утјечући на брзину и смер учвршћивања.

• Греен пешчани калупи Понудите флексибилност и можете примити мањи скупљање, али може увести роњење због своје доње снаге.
• Зрачни или хемијски везни калупи са песком Обезбедите већу димензионалну контролу, али мање опроштају термичку контракцију, Повећање заосталог стреса.
• Стални калупи (Нпр., ливење) спроводе строге стопе хлађења због велике топлотне проводљивости, али захтевају прецизније додатке за скупљање.

Додатно, Премази и хладњаци калупа могу се применити на локално контролно учвршћивање и ефикасност храњења.

Температура и стопа изливања

Тхе температура на којој се метал сипа утиче и на флуидност и величину прозора за солидби.

Већи прегревање могу одложити нуклеиацију и промовисати једнаког учвршћивања, што може повећати микропорозност.

• Претерано високе температуре изливања могу изазвати бурну проток, приколица за гас, и скупљају се празнине.
• Обрнуто, Ниске температуре изливања могу резултирати превременим солидом и хладним затвореним, Блокирање путева за храњење пре него што се догоди надокнаду скупљања.

Тхе половне стопе такође се морају оптимизовати да би се осигурало да су сви делови калупа напуњени пре него што започне очвршћавање, Док избегавате ерозију калупа или турбуленције.

Дизајн и дизајн и гатирање

Правилан дизајн успона и карата један је од најискренијих начина за борбу против скупљања. Рисери служе као Резервоари растопљеног метала који храни лијевање како то уговори током очвршћивања.

Кључни принципи дизајна укључују:

• Јачина звука мора бити довољно да надокнади солидбиловање.
• ЛОКАЦИЈА РИДЕРА треба да буде у близини врућих тачака како би се осигурало да је растопило метал на располагању тамо где је то потребно.
• Усмерено учвршћивање треба да се промовише кроз постављање и димензионирање рисера, капија, и охладити.

Напредни дизајни (дно, под притиском на. Системи који нису под притиском) Утицај како метал испуњава шупљину и хлади, директно утиче на формирање скупљања.

5. Стратегије компензације за метално скупљање у одливањима

Ефикасно олакшање металног скупљања у одливањима захтева комбинацију прецизног дизајна, Предиктивно моделирање, и добро извршени процесни контроле.

Како је скупљање незаобилазна физичка појава повезана са хлађењем и очвршћивањем, Страте се фокусирају на компензационе стратегије да би се осигурала тачност димензије и спречавање унутрашњих оштећења као што су празнине и порозност.

Овај одељак описује кључне технике инжењерства и технолошких иновација које се користе за управљање скупштином и обојеним и нервозним процесима ливења.

Правила скалирања узорка и фактори ЦАД СХИНК

Један од најосновнијих приступа надокнади за скупљање је подешавање величине обрасца ливења.

Пошто су сви метали уговорили у различито степени на хлађењем, Примењују се узорци Накнаде за скупљање На основу очекиваних стопа контракције одређених легура.

• На пример, карбонски челик Обрасци обично укључују 2,0% -2,5% линеарну накнаду за скупљање.
• Алуминијумске легуре, Због своје више скупљање, често захтевају 3,5% -4,0% додатака.
• Ове вредности се спроводе помоћу "Схринк правила" у ручним процесима или Фактори скалирања у ЦАД-у Модели током дигиталног дизајна.

Међутим, Скупљање није једнолично расподељена подручја са сложеном геометрије или неравномерном масом може захтевати локализовано прилагођавање.

Савремени ЦАД софтвер омогућава скалирање одређеног региона, Побољшање тачности за сложено одливљивање.

Постављање обреда и контрола вруће тачке

Рисери служе као Резервоари растопљеног метала који нахраните ливење током очвршћивања, компензација волуметријског скупљања.

Ефикасан дизајн успона је од суштинског значаја за промоцију усмереног учвршћивања, Осигурајте потпуно храњење дебелих одељка, и елиминишите шаркажне шупљине.

Кључна разматрања дизајна уградње укључују:

• Величина: Уредник мора задржати топлоту дуже од ливења да остане растопљено док је ливење учвршћује.
• Локација: Рисери треба да буду постављени изнад или поред топле спотова-подручја која се учвршћују последица доспева због концентрације масе.
• Облик: Цилиндрични или конични рисери пружају добру омјере за површину на површину, успоравање губитка топлоте.
• Изолација успона: Употреба изолациони рукави или егзотермички материјали Може продужити време за хлађење удруживања, унапређење ефикасности храњења.

Употреба хлала и изолационих рукава

Охладити су материјали са високом термичком проводљивошћу (Често гвожђе или бакра) смештени у калуп за убрзање очвршћивања у циљаним подручјима.

Њихова употреба помаже у контроли правца и стопи учвршћивања, ефикасно Цртање очвршћивања фронта далеко од рисера промовисати усмерену храњење.

• Унутрашња хладњака могу се уградити у калупске шупљине.
• Спољна хладњака постављени су изван површине ливења.
• Изолациони рукави се наносе на успоне или подручја плијесни Одложите учвршћивање, помагање у тешким одељцима.

Ово стратешко топлотно управљање помаже у смањењу интерне порозности и осигурава конзистентни структурни интегритет.

Напредна симулација и предиктивни софтвер

Савремени ливници се увелике ослањају на Софтвер симулације за ливење да се визуализују и оптимизирају контролу скупљања пре него што се производе физичке калупе.

Софтвер као што је Магмасофт, Проказ, и Солидан симулира проток течности, пренос топлоте, и омаловажавање у облику калубе у калупљиви.

Предности укључују:

• Предвиђање са скупљањем порозности и локација са врућим тачкама
• Валидација дизајна система за успон и гатирање
• Оптимизација хладног постављања и изолације калупа
• Евалуација алтернативних легура или материјала за плијесни

На пример, Симулације могу открити да велики алуминијумско кућиште има хитну зону високог ризика у близини монтажне прирубнице.

Инжењери могу затим додати локални успон и хладити да побољшају храњење и минимизирање изобличења.

Контрола и надгледање процеса ливнице

Чак и са звучним дизајном и симулацијом, Могу се појавити оштећења ако се процесне променљиве не контролишу доследно. Контроле критичких процеса укључују:

• Температура изливања: Превисок може повећати турбуленција и скупљање порозности; прениско може изазвати непотпуне попуњавање или хладноће.
• Прехеат и премазивање калупа: Утиче на почетни пренос топлоте и интеракцију калупа-метала.
• Расхладне стопе: Може утицати на материјал калупа, Амбијентни услови, и постављање одливака у кутији за плијесни калупи.

Стицање података у реалном времену кроз термо-колач, пирометрија, и термичко снимање Подржава проактивно праћење и прилагођавања током фаза сипања и хлађења.

6. Алуминијске стопе скупљања (Приближан)

Ево свеобухватне листе Приближне стопе за скупљање легура за уобичајено коришћено Легуре за ливење, прекривање оба обојени и обојени метали.

Ове линеарне вредности скупљања обично се изражавају у облику процената и од суштинског су значаја за дизајн узорка, Накнада алата, и тачна димензионална контрола у операцијама на ливе.

Обојене легуре

Типлукциони тип	Приближно. Линеарно скупљање (%)	Белешке
Сива лијевана гвожђа	0.6 - 1.0%	Низак скупљање због графитног експанзије током очвршћивања.
Дуктилни гвожђе (Сг гвожђе)	1.0 - 1.5%	Умерено скупљање; Кулаголост утиче на контракцију обима.
Бела ливена гвожђа	2.0 - 2.5%	Већа скупљање; Нема графичке компензације.
угљенични челик (Низак & Средњи)	2.0 - 2.6%	Висока скупљања; захтева пажљиво, а храњење.
Легура челика (Нпр., 4140, 4340)	2.1 - 2.8%	Варира са легирајућим садржајем и брзином хлађења.
нерђајући челик (304, 316)	2.0 - 2.5%	Висока скупљања; склони унутрашњим празнинама ако се не нахрани.
Тоол Стеел	1.8 - 2.4%	Осетљив на температурни градијенти и дизајн калупа.
Лажни гвожђе	1.2 - 1.5%	Слично дуктилном гвожђу, али са жарења након солидбине.

Обојене легуре - алуминијумски

Типлукциони тип	Приближно. Линеарно скупљање (%)	Белешке
Алуминијум 356 (Топлотни)	1.3 - 1.6%	Умерено скупљање; под утицајем Т6 термичке обраде.
Алуминијум 319 / А319 (Висок СИ-ово)	1.0 - 1.3%	Доње скупљање; Добре карактеристике ливења.
Алуминијум 535 (Мг-лежај)	1.5 - 1.8%	Склонији порозности; Предности од хладноће.
Алуминијум 6061 (Кова)	~ 1,6%	Користи се у ливењу када су потребне т6 својства.
Алуминијумске легуре (Општи)	1.0 - 1.8%	Варира се од састава и стратегије хлађења.

Бакарни

Типлукциони тип	Приближно. Линеарно скупљање (%)	Белешке
Жути Месинг (Нпр., Ц85700)	1.5 - 2.0%	Висока скупљања; захтева снажне системе за храњење.
Црвени месинган (Нпр., Ц83450)	1.3 - 1.7%	Добар проток; Умерено скупљање.
Силицон Бронзе (Ц87300, Ц87600)	1.3 - 1.6%	Широко се користи у ливењу уметности; Умерено скупљање.
Алуминијум Бронза (Ц95400)	2.0 - 2.5%	Висока скупљања; Одлично очвршћавање.
Тин Бронзе (Ц90300, Ц90500)	1.1 - 1.5%	Доње скупљање због садржаја лимена.

Обојене легуре - на бази никла

Типлукциони тип	Приближно. Линеарно скупљање (%)	Белешке
Уносилац 718	2.0 - 2.5%	Легура високог температуре; Потребно је прецизно управљање ливењем.
Хастеллои (Ц серија)	1.9 - 2.4%	Користи се у апликацијама отпорним на корозију.
Монел (Никл-бакар)	1.8 - 2.3%	Добра дуктилност; висока скупљања.

Легуре магнезијума

Типлукциони тип	Приближно. Линеарно скупљање (%)	Белешке
АЗ91Д (Дие Цастинг)	1.1 - 1.3%	Лагана тежина; Брзо хлађење Помоћне димензионалне контроле.
ЗЕ41 / ЗЕ43 (Ливење песка)	1.2 - 1.5%	Захтева контролу порозности водоника.

Легуре титанијума

Типлукциони тип	Приближно. Линеарно скупљање (%)	Белешке
ТИ-6АЛ-4В	1.3 - 1.8%	Легура високог перформанси; Потребно је улагање улагања.

7. Димензионалне толеранције и стандарди

Међународни стандарди Поравнајте очекивања дизајна са могућностима процеса:

• ИСО 8062: Дефинише оцене толеранције за ливење (ЦТ5 - ЦТ15) Та скала са номиналном величином.
• АСМЕ & Астм: Омогућите додатке за смањивање индустрије (Нпр., АСТМ А802 за челични одливци).
• Трговачки: Чврсто толеранције повећавају трошкове алата и време трајања; Дизајнери приступачност равнотеже против потребне прецизности.

8. Закључак

Metal shrinkage presents both predictable and complex challenges in ливење.

Комбиновањем металуршког разумевања-термичке контракције, Динамика промене фазе, и начине за солидбине - са робусним дизајном и алатом за симулацију,

Инжењери и ливнице могу ублажити оштећења гарникета, Оптимизирајте стратегије храњења, и постизање уских толеранција модерне апликације потражње.

На крају, Успех шарке на раној сарадњи између дизајнерских и производних тимова, Користите и искуство и технологију за трансформисање растопљеног метала у прецизне компоненте.

У Лангхе, Сретни смо што смо рано разговарали о вашем пројекту како би се осигурало да је оно што је одабрано које је одабрано или пост-ливени третман, Резултат ће испунити ваше механичке и перформансе перформанси.

Да разговарамо о вашим захтевима, е-маил инфо@лангхе-водствор.цом.

Често постављана питања о скупљању метала у одливањима

Шта је метално скупљање у одливањима?

Метална скупљања односи се на смањење обима и линеарних димензија које се јављају као растопљени метал хладе од његове температуре изливања до температуре околине.

Зашто се метал смањи током ливења?

Прво, топлотна контракција узрокује да течни метал уговори док се охлади према њеној боци за смрзавање.

На другом месту, Скривање очвршћивања јавља се када метална прелази из течности на чврсте, што доводи до додатне волуметријске контракције.

Коначно, Снижавање чврстог фазе наставља се као потпуно чврст метал хлади до собне температуре.

Шта је скупљање узорака?

Склапање паттернама је линеарна контракција (обично 1-2%) која се јавља након што се метал потпуно учврсти и хлади до собне температуре; Ливнери су надокнађивали га повећањем димензија узорака.

Који фактори утичу на скупљање и смер?

Кључни фактори укључују састав легура (Нпр., Силицијум смањује скупљање у алуминијуму), дебљина секције (дебља подручја се хладе спорије),

Калуп Материјал и крутост (песак вс. Стални калупи), Поливна температура / стопа, и дизајн радника и система за гаћивање.

Какву улогу се појављују, а охлади играју у контроли скупљања?

Рисери дјелују као растаљени резервоари који се могу прехранити да би се нахранили ливење током очвршћивања,

док охладити (Уметање високе проводљивости) Убрзати хлађење у циљаним подручјима, Промовисање смерног очвршћивања и спречавање унутрашњих празнина.

Како је додатак за скупљање израчунато за образац?

Накнада за скупљање (%) = (Димензија узорака - димензија ливења) / Димензија ливења × 100%.

Ливнери добијају ове додатке емпиријски за сваку легуру и процесу, затим их имплементирајте као фактори ЦАД скале или експанзије узорка.