Анализа фактора који утичу на квалитет површине делова од ливеног челика

Квалитет површине ливених челичних компоненти зависи првенствено од два међусобно повезана фактора у фази обликовања: чистоћа плијесни-шупљине и тхе тхе стање површине калупа.

За велике одливке – где су системи за изливање дуги и металуршка/процесна сложеност висока – улазак растреситог песка, шљака и други загађивачи у керамичким успонским/воденим цевима и пропадање или оштећење површине узорка/калупа су доминантни извори видљивих површинских дефеката.

Овај чланак детаљно анализира ове факторе, представља практичне заштитне мере и доказе испитивања утицаја дефекта површине калупа, и пружа мапу пута имплементације за побољшање стања површине ливене и смањење прераде.

1. Позадина и значај квалитета површине

Велики делови од ливеног челика (Компоненте турбине, велики вентили, хидротурбинске тркаче, итд.) производе се под високим температурама изливања и сложеним системима затварања.

Изглед површине није само комерцијални атрибут већ и показатељ контроле процеса и унутрашње исправности.

Лош квалитет површине доводи до скупог брушења, машинска прерада или одбацивање и негативно утиче на перцепцију купаца.

У пракси многи фактори утичу на изглед (металуршке инклузије, макро-сегрегација, фузија песка, краста), али два фактора доследно доминирају за велике ливењес током калуповања и сипања:

1. Чистоћа плијесни-шупљине — продирање растреситог песка, шљака и инклузије у керамичке доводне/водачке цеви и шупљину; и
2. Стање површине калупа — механичка оштећења, поправити нагомилавање, и храпавост површине шаре и компоненти језгра.

На основу година практичног искуства у производњи великих делова од ливеног челика као што су гасне турбине,

парне турбине, и хидрауличне турбине, Овај чланак систематски анализира механизам утицаја чистоће шупљине калупа и стања површине калупа на квалитет површине ливених челичних делова..

У комбинацији са упоредним тестовима и инжењерском праксом, Предложене су циљане мере побољшања како би се ефективно побољшао квалитет површине одливака и обезбедила техничка подршка за стабилну производњу висококвалитетних делова од ливеног челика.

2. Утицај чистоће шупљине калупа на квалитет површине делова од ливеног челика

Шупљина калупа је „калуп“ који обликује делове од ливеног челика. Његова чистоћа директно одређује да ли постоје инклузије, Индузије песка, и други недостаци на површини одливака.

Током процеса изливања делова од ливеног челика, растопљени челик тече у шупљину калупа великом брзином.

Инклузије шљаке настале током процеса топљења, расути песак који улази у цевовод током полагања система заливања, а остали загађивачи ће се испрати у калупну шупљину заједно са истопљеним челиком.

Током процеса хлађења и очвршћавања растопљеног челика, због њихове мање густине, већина инклузија шљаке и расути песак ће плутати нагоре и испуштати се кроз успон или вентилациони систем.

Међутим, део инклузија ће се и даље кондензовати на променљивим попречним пресецима, филете, и друге позиције одливака, формирајући површинске дефекте као што су инклузије песка и инклузије шљаке.

Ове недостатке је потребно уклонити брушењем, што не само да повећава обим производње и трошкове, већ може утицати и на тачност димензија одливака ако је количина млевења превелика.

Главни извор распршеног песка у шупљини калупа је систем затварања.

Систем заливања од ливених челичних делова обично се састоји од керамичких цеви (порцеланске луле) како би се обезбедила отпорност на високе температуре и избегла ерозија растопљеног челика.

За велике делове од ливеног челика, укупна дужина положеног гејт система може достићи више од 40 метар, а процес полагања укључује више делова повезаних порцеланских цеви.

Због велике дужине и велике тежине полагања, вероватноћа да расути песак уђе у порцеланске цеви је релативно велика.

Стога, посебно је важно заштитити сваки део порцеланске цеви током процеса полагања како би се спречило да расути песак уђе у шупљину калупа заједно са растопљеним челиком.

Кроз практичну проверу на три врсте ливених челичних производа (гасне турбине, парне турбине, и хидрауличне турбине),

развијене су три врсте заштитних материјала и метода за ефикасно побољшање чистоће шупљине калупа. Следи детаљна анализа сваке методе:

2.1 Метода заштите ПВЦ пластичне фолије

ПВЦ (поливинил хлорид) пластична фолија се широко користи у заштити система за затварање због високих перформанси трошкова, згодан рад, и добре перформансе заптивања.

Препоручена дебљина филма је 0,4-1 мм, а специфична дебљина се може изабрати у складу са захтевима операције ливења на лицу места.

Да би се олакшало посматрање и провера унутрашње чистоће порцеланских цеви, пожељна је прозирна ПВЦ фолија.

Конкретни кораци операције су следећи: Прво, проверите унутрашњу чистоћу сваког дела порцеланске цеви пре заштите, и уклоните сав постојећи расути песак или друге загађиваче.

Онда, омотајте ПВЦ фолију око отвора порцеланске цеви коју треба заштитити. Непропусност филма треба да буде одговарајућа да не утиче на везу између порцеланских цеви.

При чеоном споју порцеланских цеви, плутајући песак и други загађивачи су блокирани изван филма и не могу да уђу у порцеланске цеви.

Након што је полагање гејт система завршено, филм не треба уклањати.

Током процеса сипања, када растопљени челик јури у калупну шупљину, ваздух у порцеланским цевима се испушта из система под притиском, а ПВЦ фолија се издувава из система за излаз ваздуха заједно са ваздухом у шупљини калупа.

Пошто ће ПВЦ фолија бити потпуно спаљена и разложена на високим температурама (температура распадања ПВЦ-а је око 200–300°Ц,

што је много ниже од температуре изливања растопљеног челика), неће изазвати загађење истопљеног челика нити оставити остатке на површини одливака.

2.2 Метода заштите танког челичног лима

Танки челични лимови дебљине мање од 1 мм се такође може користити за заштиту порцеланских цеви.

Предност танких челичних лимова је у томе што се могу поново користити, што може у одређеној мери смањити дугорочне материјалне трошкове.

Пре употребе, танки челични лимови се морају обрадити у одговарајуће величине нешто веће од спољашњег пречника порцеланских цеви у складу са величином и обликом порцеланских цеви како би се осигурало да могу у потпуности да покрију спојни део порцеланских цеви.

Процес операције је: Прво, проверите да ли у порцеланским цевима има страних предмета.

Онда, обрађене танке челичне лимове навући на спојни део порцеланских цеви које треба заштитити.

Након што је горњи део порцеланских цеви потпуно прекривен песком за обликовање, ручно извуците танке челичне лимове.

Међутим, овај метод има високе захтеве за грађевинске операције: с једне стране, због велике количине песка око порцеланских цеви,

лако је пропустити повлачење танких челичних лимова; с друге стране, процес извлачења челичних лимова може покренути већ положене порцеланске цеви, што доводи до неусклађености система капије.

Додатно, ако је потребна секундарна провера чистоће након полагања ограде, тешкоћа рада је релативно велика јер су танки челични лимови уклоњени и прикључни део порцеланских цеви је прекривен песком.

Треба напоменути да ако се танки челични лим не извуче на време или је пропуштен, ући ће у шупљину калупа заједно са растопљеним челиком током сипања,

који ће блокирати проток растопљеног челика и узроковати озбиљне недостатке као што су хладне затвараче и неисправан рад на површини одливака.

2.3 Метода заштите плоче од полистиренске пене

Плоча од полистиренске пене има предности ниске цене и мале тежине, а такође је уобичајени заштитни материјал за систем капије.

Кључ за ову методу је тачност обраде плоче од пене: плоча од пене треба да се обради у цилиндрични облик истог пречника као и унутрашњи пречник порцеланске цеви, а затим постављен на млазницу порцеланске цеви ради заштите.

Величина обраде пенасте плоче има високе захтеве: ако је пречник превелик, плоча од пене се не може убацити у млазницу порцеланске цеви;

ако је пречник премали, учинак заптивања ће бити лош, а песак ће из отвора лако ући у унутрашњост порцеланске цеви.

У исто време, плоча од пене треба да има довољну дебљину (обично 5-10 мм) како би се избегло нагињање унутар порцеланске цеви, што ће утицати на заштитни ефекат.

Слично методи заштите ПВЦ пластичне фолије, даску од пене није потребно вадити након полагања система капије.

Током процеса сипања, када велика количина растопљеног челика јуриша у калупну шупљину, плоча од пене се издувава из шупљине калупа кроз систем за излаз ваздуха под притиском ваздуха у шупљини калупа.

Полистиренска пена ће се распасти на високим температурама (температура распадања је око 100–150°Ц) и неће производити штетне материје, тако да неће загадити истопљени челик нити утицати на квалитет површине одливака.

2.4 Поређење заштитних ефеката три материјала

Основни принцип три методе заштите је да спречи да расути песак уђе у порцеланске цеви и шупљину калупа под претпоставком да не утиче на проток растопљеног челика током изливања и не уноси стране супстанце у шупљину калупа..

Да изаберете оптималну шему заштите, трошак, тешкоћа изградње, и упоређују се заштитни ефекти три материјала, као што је приказано у табели 1.

Сто 1 Поређење трошкова и перформанси заштитних материјала

То се види из табеле 1 да и танки челични лим и плоче од полистиренске пене имају добре заштитне ефекте, али је њихова тешкоћа обраде релативно велика, што није погодно за изградњу и коришћење на лицу места у одређеној мери.

ПВЦ пластична фолија има најбољи заштитни ефекат, са једноставним радом на лицу места и високим перформансама.

Стога, у комбинацији са стварним производним потребама, ПВЦ пластична фолија дебљине 0,4-1 мм препоручује се као пожељан заштитни материјал за систем заливања од ливених челичних делова,

који може ефикасно побољшати чистоћу шупљине калупа и смањити површинске дефекте узроковане инклузијама песка.

3. Утицај стања површине калупа на квалитет површине делова од ливеног челика

Калуп је основни алат за обликовање делова од ливеног челика, а његово површинско стање директно утиче на завршну обраду површине и равност одливака.

За велике делове од ливеног челика, калупи за дрво се углавном користе због својих предности лаке обраде, ниска цена, и добра израда.

Међутим, калупи за дрво имају карактеристике велике запремине и великог броја растреситих блокова (покретни блокови), који захтевају високу тачност позиционирања и непропусност везе између лабавих блокова.

У стварном производном процесу, са повећањем броја употреба калупа, оштећење површине калупа и лабавих блокова током уклањања калупа такође ће се повећати.

Ако се ови недостаци не одржавају на време, неће утицати само на облик и квалитет површине одливака већ ће и скратити век трајања калупа.

3.1 Генерисање природних дефеката на површини калупа

Природни недостаци површине калупа углавном укључују хабање, огреботине, пукотина, и неравнине на спојним празнинама. Ови недостаци су углавном узроковани следећим разлозима:

• Оштећење од скидања калупа: Током процеса скидања калупа, због пријањања између песка за обликовање и површине калупа,
  површина калупа и лабави блокови се лако огребају или троше када се калуп извуче, посебно на филетима и ивицама калупа.
• Фактори животне средине: Калуп се дуго чува у производној радионици, а на површину лако утиче влага, што доводи до бубрења и деформације дрвета, што резултира неравном површином.
• Одржавање није благовремено: Након употребе калупа, ако се површински песак и загађивачи не очисте на време, или се оштећени делови не поправе на време, недостаци ће се постепено ширити са повећањем броја употреба.

Међу овим природним недостацима, неравна површина на спојним празнинама и филетима калупа има највећи утицај на квалитет површине одливака.

Након што се калуп поправи, ако површина није брушена да буде равна и глатка, на површини одливака ће се формирати дефекти у облику жлебова или пацовог репа, који озбиљно утичу на квалитет изгледа одливака.

3.2 Тест на вештачке дефекте на површини калупа

Да се ​​квантитативно верификује однос између равности површине калупа и дефекта површине ливења, извршено је упоредно испитивање.

На површини калупа израђене су три врсте вештачких дефеката различите дубине, које су биле 1–2 мм, 2–4 мм, и 4–6 мм респективно.

Распон дистрибуције дефеката покрива раван, лучна површина, и уфилни део корена прирубнице, које су кључне позиције склоне површинским дефектима код делова од ливеног челика.

План тестирања је следећи: За сваку позицију се бирају три области, а површина сваке области је подешена на 300 мм × 300 мм.

Вештачки недостаци се фабрикују на одабраним местима и обележавају.

Конвексни дефекти се праве додавањем материјала као што су кит или гипс на површину калупа, а конкавни дефекти се брусе и формирају на површини калупа помоћу алата као што су ротационе турпије од легуре.

Дубина свих вештачких дефеката се мери висином и снима фотографисањем.

Током процеса обликовања, делови са вештачким дефектима се прегледавају како би се осигурало да нема плутајућег песка или других супстанци које утичу на облик дефеката.

Степен збијености и чврстоћа песка испуњеног око дефекта се реализују у складу са захтевима операције калуповања.

Након што се одливци сипају и формирају, подвргнути су квалитетној термичкој обради и процесу првог пескарења, а површине одливака које одговарају вештачким недостацима се прегледају и верификују.

Резултати испитивања показују да различите дубине вештачких дефеката на површини калупа доводе до различитих нивоа храпавости површине ливења..

Конкретни одговарајући однос приказан је у табели 2.

Сто 2 Табела поређења вештачких дефеката на површини калупа и храпавости површине ливења

Бележити: Оцене храпавости површине у табели су подељене према интерном стандарду предузећа за делове од ливеног челика: А1 разред (Ра ≤ 6.3 μм) је највиши квалитет површине, погодан за кључне делове изгледа;

А2/А3 разред (6.3 μм < Ра ≤ 12.5 μм) је општи квалитет површине, погодан за обичне конструкцијске делове; А4 разред (По > 12.5 μм) је низак квалитет површине, које је потребно прерадити брушењем.

Према резултатима испитивања, да испуни различите захтеве за степен храпавости површине делова од ливеног челика, површина калупа се мора прегледати пре сваке употребе.

За дефекте који прелазе наведену дубину (обично 2 мм за опште делове и 1 мм за кључне делове), поправка и брушење се морају извршити како би се осигурало да је целокупно стање површине калупа квалификовано.

За спојне празнине и филете калупа, посебну пажњу треба посветити инспекцији и одржавању како би се избегло стварање дефеката у облику жлеба или пацовог репа на површини ливења.

4. Закључак

За велике делове од ливеног челика два најупечатљивија, контролисани доприноси лошем квалитету ливене површине су улазак контаминације преко отвора/цевовода и дефекти површине калупа.

Једноставан, јефтине методе заштите – пре свега употреба прозирног ПВЦ филма дебљине 0,4–1,0 мм за затварање/покривање отвора цеви током инсталације цеви – значајно смањују продор песка.

Марљив преглед и благовремена поправка површина калупа (са конзервативним прихватањем дубине дефекта од ≤2 мм) спречити преношење оштећења калупа у ливене компоненте.

У комбинацији са НДТ-ом из првог чланка и документованим програмом одржавања/инспекције, ове мере материјално побољшавају стање површине, смањити прераду и подићи квалитет који је видљив купцима.

Референце

[1] Зханг Цхаохуи. Анализа квалитета и мере за побољшање квалитета делова од ливеног челика [Ј]. Кинеска мрежа часописа, 2018(01): 75-77.

[2] Ванг Ченгбин. Дискусија о утицају структуре калупа на квалитет ливења и оптимизацију дизајна [Ј]. Савремено пословање и трговинска индустрија, 2011, 23(01): 303.

[3] Америчко ливничарско друштво (АФС). Приручник за челичне ливење [М]. 11тх Едитион. АФС, 2017.