Dökme Çelik Parçaların Yüzey Kalitesini Etkileyen Faktörlerin Analizi

Dökme çelik bileşenlerin yüzey kalitesi öncelikle kalıplama aşamasında birbiriyle ilişkili iki faktör tarafından yönetilir: kalıp boşluğu temizliği ve kalıbın yüzey durumu.

Dökme sistemlerinin uzun olduğu ve metalürjik/proses karmaşıklığının yüksek olduğu büyük dökümler için gevşek kum girişi, seramik yükseltici/yolcu borularına giren cüruf ve diğer kirletici maddeler ve desen/kalıp yüzeyinin bozulması veya hasar görmesi, görünür yüzey kusurlarının başlıca kaynaklarıdır.

Bu makale bu faktörleri derinlemesine analiz ediyor, kalıp yüzeyi kusurlarının etkisine ilişkin pratik koruyucu önlemler ve test kanıtları sunar, ve döküm yüzey durumunu iyileştirmek ve yeniden çalışmayı azaltmak için bir uygulama yol haritası sağlar.

1. Yüzey kalitesinin arka planı ve önemi

Büyük dökme çelik parçalar (türbin bileşenleri, büyük vanalar, hidrotürbin koşucuları, vesaire.) yüksek döküm sıcaklıkları ve karmaşık yolluk sistemleri altında üretilir.

Yüzey görünümü sadece ticari bir özellik değil aynı zamanda proses kontrolünün ve iç sağlamlığının da göstergesidir..

Kötü yüzey kalitesi pahalı taşlamaya neden olur, yeniden işleme veya reddetme ve müşteri algısını olumsuz yönde etkileme.

Uygulamada pek çok faktör görünümü etkiler (metalurjik kapanımlar, makro ayrışma, kum füzyonu, kabuk), ancak büyük şirketler için sürekli olarak iki faktör baskın çıkıyor dökümkalıplama ve dökme sırasında:

1. Kalıp boşluğu temizliği - gevşek kum girişi, seramik besleyici/yolcu boruları ve boşluktaki cüruf ve kalıntılar; Ve
2. Kalıp yüzeyi durumu - mekanik hasar, onarım onarımı, desenin ve çekirdek bileşenlerin yüzey pürüzlülüğü.

Gaz türbinleri gibi büyük çelik döküm parçalarda uzun yıllara dayanan pratik üretim deneyimine dayanmaktadır,

buhar türbinleri, ve hidrolik türbin çarkları, Bu makale, kalıp boşluğu temizliğinin ve kalıp yüzey durumunun, dökme çelik parçaların yüzey kalitesi üzerindeki etki mekanizmasını sistematik olarak analiz etmektedir..

Karşılaştırmalı testler ve mühendislik uygulamalarıyla birleştirilmiş, Dökümlerin yüzey kalitesini etkili bir şekilde iyileştirmek ve yüksek kaliteli çelik döküm parçaların istikrarlı üretimi için teknik destek sağlamak için hedeflenen iyileştirme önlemleri önerilmektedir..

2. Kalıp Boşluğu Temizliğinin Dökme Çelik Parçaların Yüzey Kalitesine Etkisi

Kalıp boşluğu, dökme çelik parçaları şekillendiren “kalıptır”. Temizliği, kalıntıların olup olmadığını doğrudan belirler, kum kapanımları, ve döküm yüzeyindeki diğer kusurlar.

Dökme çelik parçaların döküm işlemi sırasında, erimiş çelik kalıp boşluğuna yüksek hızda akar.

Eritme işlemi sırasında oluşan cüruf kalıntıları, Yolluk sisteminin döşenmesi sırasında boru hattına dağılmış kum giriyor, ve diğer kirleticiler erimiş çelikle birlikte kalıp boşluğuna yıkanacaktır..

Erimiş çeliğin soğutulması ve katılaştırılması işlemi sırasında, yoğunluklarının düşük olması nedeniyle, cüruf kalıntılarının ve dağınık kumun çoğu yukarı doğru yüzecek ve yükseltici veya havalandırma sistemi yoluyla boşaltılacaktır..

Fakat, kalıntıların bir kısmı değişken kesitlerde hala yoğunlaşacaktır, fileto, ve dökümlerin diğer konumları, Kum kalıntıları ve cüruf kalıntıları gibi yüzey kusurlarının oluşması.

Bu kusurların taşlamayla giderilmesi gerekir, Bu sadece üretim iş yükünü ve maliyetini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda taşlama miktarının çok büyük olması durumunda dökümlerin boyutsal doğruluğunu da etkileyebilir..

Kalıp boşluğundaki dağınık kumun ana kaynağı yolluk sistemidir..

Dökme çelik parçaların geçit sistemi genellikle seramik borulardan oluşur. (porselen borular) yüksek sıcaklık direncini sağlamak ve erimiş çelik erozyonunu önlemek için.

Büyük dökme çelik parçalar için, döşenen yolluk sisteminin toplam uzunluğu, 40 metre, ve döşeme işlemi birbirine bağlanan birden fazla porselen boru bölümünü içerir.

Uzun boyu ve yüksek döşeme zorluğu nedeniyle, dağınık kumun porselen borulara girme olasılığı nispeten yüksektir.

Öyleyse, saçılan kumun erimiş çelikle birlikte kalıp boşluğuna girmesini önlemek için döşeme işlemi sırasında porselen borunun her bölümünün korunması özellikle önemlidir..

Üç tip dökme çelik ürün üzerinde pratik doğrulama yoluyla (gaz türbinleri, buhar türbinleri, ve hidrolik türbin çarkları),

Kalıp boşluğunun temizliğini etkili bir şekilde iyileştirmek için üç tip koruyucu malzeme ve yöntem geliştirilmiştir.. Aşağıda her yöntemin ayrıntılı bir analizi bulunmaktadır.:

2.1 PVC Plastik Film Koruma Yöntemi

PVC (Polivinil klorür) Plastik film, yüksek maliyet performansı nedeniyle yolluk sisteminin korunmasında yaygın olarak kullanılmaktadır., rahat çalışma, ve iyi sızdırmazlık performansı.

Filmin önerilen kalınlığı 0,4–1 mm'dir, ve spesifik kalınlık, yerinde kalıplama işlemi gereksinimlerine göre seçilebilir.

Porselen boruların iç temizliğinin gözlemlenmesini ve denetlenmesini kolaylaştırmak, şeffaf PVC film tercih edilir.

Spesifik işlem adımları aşağıdaki gibidir: Birinci, Koruma öncesinde porselen borunun her bölümünün iç temizliğini kontrol edin, ve mevcut dağınık kum veya diğer kirleticileri temizleyin.

Daha sonra, PVC filmi korunacak porselen borunun açıklığının etrafına sarın. Filmin sıkılığı porselen borular arasındaki bağlantıyı etkilemeyecek kadar uygun olmalıdır..

Porselen boruların alın birleştirmesi sırasında, yüzen kum ve diğer kirleticiler filmin dışında bloke edilir ve porselen borulara giremez.

Yolluk sisteminin döşenmesi tamamlandıktan sonra, filmin çıkarılmasına gerek yoktur.

Dökme işlemi sırasında, erimiş çelik kalıp boşluğuna girdiğinde, Porselen boruların içindeki hava basınç altında sistemden dışarı atılır., ve PVC film, kalıp boşluğundaki hava ile birlikte hava çıkış sisteminden dışarı üflenir..

PVC film yüksek sıcaklıklarda tamamen yanacağından ve ayrışacağından (PVC'nin ayrışma sıcaklığı yaklaşık 200–300°C'dir,

erimiş çeliğin dökülme sıcaklığından çok daha düşüktür), erimiş çeliğin kirlenmesine neden olmaz veya döküm yüzeyinde kalıntı bırakmaz.

2.2 İnce Çelik Sac Koruma Yöntemi

Kalınlığı daha az olan ince çelik saclar 1 mm porselen boruların korunmasında da kullanılabilir.

İnce çelik sacların avantajı yeniden kullanılabilmeleridir., uzun vadeli malzeme maliyetini bir dereceye kadar azaltabilir.

Kullanmadan önce, İnce çelik sacların, porselen boruların bağlantı kısmını tamamen kaplayabilmesi için porselen boruların boyutuna ve şekline göre porselen boruların dış çapından biraz daha büyük uygun ebatlara işlenmesi gerekmektedir..

Operasyon süreci: Birinci, porselen boruların içinde yabancı cisim olup olmadığını kontrol edin.

Daha sonra, Korunacak porselen boruların bağlantı kısmına işlenmiş ince çelik sacları kovanlayın.

Porselen boruların üst kısmı tamamen kalıp kumu ile kaplandıktan sonra, ince çelik sacları manuel olarak dışarı çekin.

Fakat, bu yöntemin inşaat operasyonları için yüksek gereksinimleri vardır: bir taraftan, Porselen boruların etrafındaki büyük miktarda kum nedeniyle,

ince çelik sacların çekilmesini gözden kaçırmak kolaydır; diğer taraftan, çelik sacların çekilmesi işlemi, halihazırda döşenen porselen boruların hareket etmesine neden olabilir, yolluk sisteminin yanlış hizalanmasına neden olur.

Ek olarak, Yolluk sisteminin döşenmesinden sonra ikincil temizlik denetimi gerekiyorsa, ince çelik sacların sökülmesi ve porselen boruların bağlantı kısmının kumla kaplanmış olması nedeniyle operasyon zorluğu nispeten büyüktür..

İnce çelik sacın zamanında çekilmemesi veya gözden kaçırılması durumunda dikkat edilmelidir., dökme sırasında erimiş çelikle birlikte kalıp boşluğuna girecektir,

erimiş çeliğin akışını engelleyecek ve döküm yüzeyinde soğuk kapanma ve hatalı çalışma gibi ciddi kusurlara neden olacak.

2.3 Polistiren Köpük Levha Koruma Yöntemi

Polistiren köpük levha düşük maliyet ve hafiflik avantajlarına sahiptir, ve aynı zamanda geçit sistemi için yaygın bir koruyucu malzemedir.

Bu yöntemin anahtarı köpük levhanın işleme doğruluğudur: köpük levhanın, porselen borunun iç çapıyla aynı çapta silindirik bir şekle dönüştürülmesi gerekir, ve daha sonra koruma için porselen borunun ağzına yerleştirildi.

Köpük levhanın işlem boyutu yüksek gereksinimlere sahiptir: çap çok büyükse, köpük levha porselen borunun ağzına yerleştirilemez;

çap çok küçükse, sızdırmazlık performansı zayıf olacaktır, ve kum boşluktan porselen borunun iç kısmına kolaylıkla girecektir..

Aynı zamanda, köpük levha yeterli kalınlığa sahip olmalıdır (genellikle 5–10 mm) porselen borunun içinde eğilmeyi önlemek için, koruyucu etkiyi etkileyecektir.

PVC plastik film koruma yöntemine benzer, Yolluk sisteminin döşenmesinden sonra köpük panelin çıkarılmasına gerek yoktur.

Dökme işlemi sırasında, büyük miktarda erimiş çelik kalıp boşluğuna aktığında, köpük levha, kalıp boşluğundaki havanın basıncı altında hava çıkış sistemi yoluyla kalıp boşluğundan dışarı üflenir.

Polistiren köpük yüksek sıcaklıklarda ayrışır (ayrışma sıcaklığı yaklaşık 100–150°C'dir) ve zararlı maddeler üretmez, böylece erimiş çeliği kirletmez veya dökümlerin yüzey kalitesini etkilemez.

2.4 Üç Malzemenin Koruma Etkilerinin Karşılaştırılması

Üç koruma yönteminin temel prensibi, dökme sırasında erimiş çeliğin akışını etkilememek ve kalıp boşluğuna yabancı madde sokmamak amacıyla dağınık kumun porselen borulara ve kalıp boşluğuna girmesini önlemektir..

Optimum koruma şemasını seçmek için, maliyet, inşaat zorluğu, ve üç malzemenin koruma etkisi karşılaştırıldı, Tabloda gösterildiği gibi 1.

Masa 1 Koruyucu Malzemelerin Maliyet ve Performansının Karşılaştırılması

Tablodan görülebilir 1 hem ince çelik levhaların hem de polistiren köpük levhaların iyi koruma etkilerine sahip olduğu, ancak işlem zorlukları nispeten yüksektir, yerinde inşaata ve kullanıma belirli ölçüde uygun olmayan.

PVC plastik film en iyi koruma etkisine sahiptir, yerinde basit operasyon ve yüksek maliyet performansıyla.

Öyleyse, gerçek üretim ihtiyaçlarıyla birleştiğinde, Dökme çelik parçaların yolluk sistemi için tercih edilen koruyucu malzeme olarak 0,4–1 mm kalınlığındaki PVC plastik film tavsiye edilir,

kalıp boşluğunun temizliğini etkili bir şekilde geliştirebilen ve kum kalıntılarının neden olduğu yüzey kusurlarını azaltabilen.

3. Kalıp Yüzey Durumunun Dökme Çelik Parçaların Yüzey Kalitesine Etkisi

Kalıp, dökme çelik parçaların kalıplanması için temel araçtır, ve yüzey durumu, dökümlerin yüzey düzgünlüğünü ve düzlüğünü doğrudan etkiler..

Büyük dökme çelik parçalar için, Kolay işlenebilme avantajlarından dolayı çoğunlukla ahşap kalıplar kullanılmaktadır., düşük maliyet, ve iyi işlenebilirlik.

Fakat, ahşap kalıplar büyük hacimli ve çok sayıda gevşek blok özelliklerine sahiptir (hareketli bloklar), Gevşek bloklar arasında yüksek konumlandırma doğruluğu ve bağlantı sıkılığı gerektiren.

Gerçek üretim sürecinde, kalıp kullanım sayısının artmasıyla birlikte, kalıp sökme sırasında kalıp yüzeyindeki hasar ve gevşek bloklar da artacaktır.

Bu kusurlar zamanında giderilmezse, bunlar sadece dökümlerin şeklini ve yüzey kalitesini etkilemekle kalmayacak, aynı zamanda kalıbın servis ömrünü de kısaltacaktır..

3.1 Kalıp Yüzeyinde Doğal Kusurların Oluşması

Kalıp yüzeyinin doğal kusurları esas olarak aşınmayı içerir, çizikler, çatlaklar, ve bağlantı boşluklarındaki eşitsizlikler. Bu kusurlar esas olarak aşağıdaki nedenlerden kaynaklanmaktadır:

• Kalıp Sıyırma Hasarı: Kalıp çıkarma işlemi sırasında, kalıp kumu ile kalıp yüzeyi arasındaki yapışma nedeniyle,
  kalıp dışarı çekildiğinde kalıp yüzeyi ve gevşek bloklar kolayca çizilir veya aşınır, özellikle kalıbın filetolarında ve kenarlarında.
• Çevresel Faktörler: Kalıp üretim atölyesinde uzun süre saklanır, ve yüzey nemden kolaylıkla etkilenir, ahşabın şişmesine ve deformasyonuna neden olur, pürüzlü bir yüzeye neden olur.
• Bakım Zamanında Değil: Kalıp kullanıldıktan sonra, yüzeydeki kum ve kirleticiler zamanında temizlenmezse, veya hasarlı parçaların zamanında onarılmaması, kullanım sayısı arttıkça kusurlar giderek genişleyecektir.

Bu doğal kusurlar arasında, kalıbın bağlantı boşluklarındaki ve dolgularındaki pürüzlü yüzey, dökümlerin yüzey kalitesi üzerinde en büyük etkiye sahiptir.

Kalıp tamir edildikten sonra, yüzey düz ve pürüzsüz olacak şekilde taşlanmamışsa, Dökümlerin yüzeyinde oluk benzeri veya sıçan kuyruğu benzeri kusurlar oluşacaktır, dökümlerin görünüm kalitesini ciddi şekilde etkileyen.

3.2 Kalıp Yüzeyindeki Yapay Kusurların Testi

Kalıp yüzeyi düzlüğü ile döküm yüzeyi kusurları arasındaki ilişkiyi niceliksel olarak doğrulamak, karşılaştırmalı bir test yapıldı.

Kalıp yüzeyinde farklı derinliklerde üç tip yapay kusur üretildi, bunlar 1–2 mm idi, 2–4 mm, ve sırasıyla 4–6 mm.

Kusurların dağılım aralığı düzlemi kapsar, yay yüzeyi, ve flanş kökünün fileto kısmı, Dökme çelik parçalarda yüzey kusurlarına eğilimli anahtar konumlar hangileridir?.

Test planı aşağıdaki gibidir: Her pozisyon için üç alan seçilir, ve her alanın alanı şu şekilde ayarlanmıştır: 300 mm × 300 mm.

Seçilen alanlarda yapay kusurlar üretilir ve işaretlenir.

Dışbükey kusurlar kalıp yüzeyine macun veya alçı gibi malzemelerin eklenmesiyle yapılır., ve içbükey kusurlar, alaşımlı döner eğeler gibi aletlerle kalıp yüzeyinde taşlanıp şekillendirilir..

Tüm yapay kusurların derinliği yükseklik ölçerle ölçülür ve fotoğraflanarak kaydedilir..

Kalıplama işlemi sırasında, Yapay kusurlu parçalar, kusurların şeklini etkileyen yüzen kum veya başka maddelerin bulunmadığından emin olmak için incelenir.

Kusurların etrafına doldurulan kumun sıkıştırma derecesi ve mukavemeti, kalıplama işlemi gereksinimlerine uygun olarak uygulanır..

Dökümler dökülüp şekillendirildikten sonra, kaliteli ısıl işleme ve ilk kumlama işlemine tabi tutulurlar, ve dökümlerin yapay kusurlara karşılık gelen yüzey alanları incelenir ve doğrulanır.

Test sonuçları, kalıp yüzeyindeki farklı derinliklerdeki yapay kusurların, farklı seviyelerde döküm yüzeyi pürüzlülüğüne yol açtığını göstermektedir..

Spesifik karşılık gelen ilişki Tabloda gösterilmektedir 2.

Masa 2 Kalıp Yüzeyindeki Yapay Kusurlar ile Döküm Yüzey Pürüzlülüğünün Karşılaştırma Tablosu

Not: Tablodaki yüzey pürüzlülük dereceleri, çelik döküm parçalar için işletmenin dahili standardına göre bölünmüştür: A1 notu (RA ≤ 6.3 μm) en yüksek yüzey kalitesidir, önemli görünüm parçaları için uygun;

A2/A3 notu (6.3 μm < RA ≤ 12.5 μm) genel yüzey kalitesidir, sıradan yapısal parçalar için uygun; A4 sınıfı (Ra > 12.5 μm) düşük yüzey kalitesidir, taşlanarak yeniden işlenmesi gereken.

Test sonuçlarına göre, Dökme çelik parçaların farklı yüzey pürüzlülüğü derecesi gereksinimlerini karşılamak için, kalıp yüzeyi her kullanımdan önce kontrol edilmelidir.

Belirtilen derinliği aşan kusurlar için (genellikle 2 genel parçalar için mm ve 1 anahtar parçalar için mm), Genel kalıp yüzeyi durumunun uygun olduğundan emin olmak için onarım ve taşlama yapılmalıdır..

Kalıbın bağlantı boşlukları ve filetoları için, Döküm yüzeyinde oluk benzeri veya sıçan kuyruğu benzeri kusurların oluşmasını önlemek için muayene ve bakıma özel dikkat gösterilmelidir..

4. Çözüm

Büyük dökme çelik parçalar için en etkili iki, Düşük döküm yüzey kalitesine katkıda bulunan kontrol edilebilir faktörler şunlardır: geçit/borulama yoluyla kirlilik girişi Ve kalıp yüzeyi kusurları.

Basit, düşük maliyetli koruma yöntemleri (en önemlisi boru tesisatı kurulumu sırasında boru açıklıklarını kapatmak/kapatmak için 0,4–1,0 mm kalınlığında şeffaf PVC filmin kullanılması) gevşek kum girişini önemli ölçüde azaltır.

Kalıp yüzeylerinin özenli denetimi ve zamanında onarımı (≤2 mm'lik muhafazakar kusur derinliği kabulüyle) Kalıp hasarının döküm bileşenlere aktarılmasını önlemek.

Birinci ürün NDT'si ve belgelenmiş bir bakım/muayene programı ile birleştirilmiştir, bu önlemler yüzey durumunu önemli ölçüde iyileştirir, Yeniden çalışmayı azaltın ve müşteri tarafından görülebilen kaliteyi artırın.

Referanslar

[1] Zhang Chaohui. Dökme Çelik Parçaların Kalite Analizi ve Kalite İyileştirme Önlemleri [J]. Çin Dergi Ağı, 2018(01): 75-77.

[2] Wang Chengbin. Kalıp Yapısının Döküm Kalitesi ve Optimizasyon Tasarımına Etkisi Tartışması [J]. Modern İşletme ve Ticaret Endüstrisi, 2011, 23(01): 303.

[3] Amerikan Döküm Derneği (AFS). Çelik Döküm El Kitabı [M]. 11Baskı. AFS, 2017.