Odlévání tělesa ventilu je důležitou součástí výrobního procesu ventilu a kvalita odlitku ventilu určuje kvalitu ventilu. Následuje několik metod odlévání běžně používaných v průmyslu ventilů:
Lití do písku:
Pískové lití běžně používané v odvětví ventilů lze podle různých pojiv rozdělit na zelený písek, suchý písek, písek z vodního skla a samotvrdnoucí písek z furanové pryskyřice.
(1) Zelený písek je proces tváření s použitím bentonitu jako pojiva.
Jeho charakteristiky jsou:Hotová písková forma nemusí být sušena ani kalena, písková forma má určitou pevnost za mokra a pískové jádro a plášť formy mají dobrou výtěžnost, což usnadňuje čištění a vytřásání odlitků. Efektivita výroby forem je vysoká, výrobní cyklus je krátký, náklady na materiál jsou nízké a je vhodné organizovat výrobu na montážní lince.
Jeho nevýhody jsou:Odlitky jsou náchylné k vadám, jako jsou póry, vměstky písku a přilnavost písku, a kvalita odlitků, zejména vnitřní kvalita, není ideální.
Tabulka poměrů a výkonu zeleného písku pro ocelové odlitky:
(2) Suchý písek je proces formování s použitím jílu jako pojiva. Přidání trochy bentonitu může zlepšit jeho pevnost za mokra.
Jeho charakteristiky jsou:Písková forma musí být sušena, má dobrou propustnost vzduchu, není náchylná k vadám, jako je vymývání písku, lepení písku a póry, a inherentní kvalita odlitku je dobrá.
Jeho nevýhody jsou:Vyžaduje to zařízení pro sušení písku a výrobní cyklus je dlouhý.
(3) Písek na vodní sklo je modelovací proces využívající vodní sklo jako pojivo. Jeho vlastnosti jsou: vodní sklo má funkci automatického vytvrzování při vystavení CO2 a může mít různé výhody plynového kalení pro modelování a výrobu jader, ale má i nevýhody, jako je špatná skládatelnost skořepiny formy, obtížné čištění odlitků pískem a nízká míra regenerace a recyklace starého písku.
Tabulka poměrů a výkonnosti vodního skla pro kalení CO2 pískem:
(4) Samovytvrzující písková forma na bázi furanové pryskyřice je proces odlévání s použitím furanové pryskyřice jako pojiva. Formovací písek tuhne v důsledku chemické reakce pojiva za působení tvrdidla při pokojové teplotě. Jeho charakteristickým rysem je, že písková forma nemusí být sušena, což zkracuje výrobní cyklus a šetří energii. Pryskyřičný formovací písek se snadno zhutňuje a má dobré rozpadové vlastnosti. Formovací písek odlitků se snadno čistí. Odlitky mají vysokou rozměrovou přesnost a dobrou povrchovou úpravu, což může výrazně zlepšit kvalitu odlitků. Jeho nevýhodami jsou: vysoké požadavky na kvalitu surového písku, mírně štiplavý zápach na místě výroby a vysoké náklady na pryskyřici.
Poměr a proces míchání směsi nepáleného písku z furanové pryskyřice:
Proces míchání samotvrdnoucího písku z furanové pryskyřice: Pro výrobu samotvrdnoucího písku z pryskyřice je nejlepší použít kontinuální míchačku písku. Surový písek, pryskyřice, tvrdidlo atd. se přidávají postupně a rychle se mísí. Lze míchat a používat kdykoli.
Pořadí přidávání různých surovin při míchání pryskyřičného písku je následující:
Surový písek + tvrdidlo (vodný roztok kyseliny p-toluensulfonové) – (120 ~ 180°C) – pryskyřice + silan – (60 ~ 90°C) – výroba písku
(5) Typický proces výroby odlitků do pískové formy:
Přesné lití:
V posledních letech výrobci armatur věnují stále větší pozornost kvalitě vzhledu a rozměrové přesnosti odlitků. Protože dobrý vzhled je základním požadavkem trhu, je také měřítkem pro umístění v prvním kroku obrábění.
Běžně používaným přesným litím v průmyslu armatur je vytavitelné lití, které je stručně představeno následovně:
(1) Dvě metody odlévání roztoku:
①Použití nízkoteplotního voskového materiálu pro formy (kyselina stearová + parafín), nízkotlaké vstřikování vosku, skořepina z vodního skla, odparafinování horkou vodou, atmosférický proces tavení a lití, používané hlavně pro odlitky z uhlíkové a nízkolegované oceli s obecnými požadavky na kvalitu, Rozměrová přesnost odlitků může dosáhnout národní normy CT7~9.
② Použitím středněteplotního materiálu na bázi pryskyřice, vysokotlakého vstřikování vosku, pláště formy s oxidem křemičitým, odparafinování párou, rychlého atmosférického nebo vakuového tavení může rozměrová přesnost odlitků dosáhnout přesných odlitků CT4-6.
(2) Typický postup procesu lití přesných forem:
(3) Charakteristiky odlévání přes vytavitelný materiál:
①Odlitek má vysokou rozměrovou přesnost, hladký povrch a dobrý vzhled.
② Je možné odlévat díly se složitými strukturami a tvary, které je obtížné zpracovat jinými procesy.
③ Materiály pro odlévání nejsou omezeny, existují různé slitinové materiály, jako například: uhlíková ocel, nerezová ocel, legovaná ocel, hliníková slitina, vysokoteplotní slitiny a drahé kovy, zejména slitinové materiály, které se obtížně kují, svařují a řezají.
④ Dobrá flexibilita výroby a vysoká přizpůsobivost. Lze jej vyrábět ve velkém množství a je vhodný i pro kusovou nebo malosériovou výrobu.
⑤ Lití na vytavitelný model má také určitá omezení, jako například: těžkopádný proces a dlouhý výrobní cyklus. Vzhledem k omezenému počtu použitelných technik odlévání nemůže být jeho únosnost v tlaku příliš vysoká, pokud se používá k odlévání tenkovrstvých ventilových odlitků pod tlakem.
Analýza vad odlitků
Každý odlitek bude mít vnitřní vady. Existence těchto vad s sebou nese velká skrytá nebezpečí pro vnitřní kvalitu odlitku a opravy svařováním za účelem odstranění těchto vad ve výrobním procesu také představují velkou zátěž pro výrobní proces. Zejména ventily jsou tenkovrstvé odlitky, které odolávají tlaku a teplotě, a kompaktnost jejich vnitřní struktury je velmi důležitá. Vnitřní vady odlitků se proto stávají rozhodujícím faktorem ovlivňujícím kvalitu odlitků.
Mezi vnitřní vady odlitků ventilů patří zejména póry, struskové vměstky, smršťovací pórovitost a trhliny.
(1) Póry:Póry jsou vytvářeny plynem, jejich povrch je hladký a vznikají uvnitř nebo v blízkosti povrchu odlitku. Jejich tvar je většinou kulatý nebo podlouhlý.
Hlavní zdroje plynu, které vytvářejí póry, jsou:
① Dusík a vodík rozpuštěné v kovu jsou během tuhnutí odlitku obsaženy v kovu a vytvářejí uzavřené kruhové nebo oválné vnitřní stěny s kovovým leskem.
②Vlhkost nebo těkavé látky ve formovací hmotě se vlivem zahřívání přemění na plyn a vytvoří póry s tmavě hnědými vnitřními stěnami.
③ Během procesu odlévání kovu je v důsledku nestabilního toku zapojen vzduch, který vytváří póry.
Metoda prevence defektu průduchu:
① Při tavení by se měly rezavé kovové suroviny používat co nejméně nebo vůbec a nástroje a pánve by se měly vypalovat a sušit.
②Lití roztavené oceli by se mělo provádět při vysoké teplotě a lití při nízké teplotě a roztavená ocel by měla být řádně sedována, aby se usnadnilo vznášení plynu.
③ Návrh procesu licího stoupacího potrubí by měl zvýšit tlakovou výšku roztavené oceli, aby se zabránilo zachycení plynu, a vytvořit umělou cestu plynu pro přiměřené odsávání.
④Tvarovací materiály by měly regulovat obsah vody a objem plynu, zvyšovat propustnost vzduchu a písková forma a pískové jádro by měly být co nejvíce vypáleny a vysušeny.
(2) Smršťovací dutina (volná):Jedná se o souvislou nebo nesouvislou kruhovou nebo nepravidelnou dutinu (kavitu), která se vyskytuje uvnitř odlitku (zejména v horkém místě), s drsným vnitřním povrchem a tmavší barvou. Hrubá krystalická zrna, většinou ve formě dendritů, shromážděná na jednom nebo více místech, jsou náchylná k úniku během hydraulické zkoušky.
Důvod smršťovací dutiny (volnosti):Ke smrštění objemu dochází při tuhnutí kovu z kapalného do pevného stavu. Pokud v tomto okamžiku není dostatečné množství roztavené oceli doplněno, nevyhnutelně dojde ke smršťovací dutině. Smršťovací dutina u ocelových odlitků je v podstatě způsobena nesprávným řízením procesu postupného tuhnutí. Mezi důvody může patřit nesprávné nastavení stoupacího potrubí, příliš vysoká teplota odlévání roztavené oceli a velké smrštění kovu.
Metody pro prevenci dutin způsobených smršťováním (volnosti):① Vědecky navrhněte systém odlévání odlitků tak, aby se dosáhlo postupného tuhnutí roztavené oceli, a díly, které tuhnou jako první, by měly být doplňovány roztavenou ocelí. ②Správně a přiměřeně nastavte stoupací potrubí, přídavné potrubí, vnitřní a vnější studenou litinu, aby se zajistilo postupné tuhnutí. ③Při odlévání roztavené oceli je prospěšné vstřikování shora ze stoupací trubky, aby se zajistila teplota roztavené oceli a její podávání a snížil se výskyt smršťovacích dutin. ④ Z hlediska rychlosti odlévání je pro postupné tuhnutí příznivější nízkorychlostní odlévání než vysokorychlostní odlévání. ⑸Teplota odlévání by neměla být příliš vysoká. Roztavená ocel se vyjímá z pece při vysoké teplotě a odlévá se po sedaci, což je prospěšné pro snížení smršťovacích dutin.
(3) Příměsi písku (struska):Pískové inkluze (struska), běžně známé jako puchýře, jsou nespojité kruhové nebo nepravidelné otvory, které se objevují uvnitř odlitků. Otvory jsou smíchané s formovacím pískem nebo ocelovou struskou, mají nepravidelné velikosti a jsou v nich agregovány. Na jednom nebo více místech, často více v horní části.
Příčiny vměšování písku (strusky):Vměstky strusky jsou způsobeny jednotlivými ocelovými struskami, které se do odlitku dostávají spolu s roztavenou ocelí během tavení nebo odlévání. Vměstky písku jsou způsobeny nedostatečnou těsností dutiny formy během formování. Když se roztavená ocel nalije do dutiny formy, formovací písek je jí vyplaven a dostane se do vnitřku odlitku. Kromě toho jsou příčinami vměstků písku nesprávná obsluha během ořezávání a uzavírání boxu a vypadávání písku.
Metody pro prevenci vměstků písku (strusky):① Při tavení roztavené oceli je třeba co nejdůkladněji odsát výfukové plyny a strusku. ② Neotáčejte vak na odlévání roztavené oceli, ale použijte konvici nebo vak se spodním odléváním, abyste zabránili vniknutí strusky nad roztavenou ocelí do licí dutiny spolu s roztavenou ocelí. ③ Při odlévání roztavené oceli je třeba přijmout opatření, aby se zabránilo vniknutí strusky spolu s roztavenou ocelí do dutiny formy. ④Aby se snížilo riziko vniknutí písku, zajistěte při modelování těsnost pískové formy, dbejte na to, abyste při ořezávání neztratili písek, a před uzavřením boxu dutinu formy vyfoukněte.
(4) Trhliny:Většina trhlin v odlitcích jsou horké trhliny nepravidelných tvarů, pronikající nebo nepronikající, spojité nebo přerušované, a kov v místě trhlin je tmavý nebo má povrchovou oxidaci.
důvody vzniku trhlin, a to konkrétně vysokoteplotní napětí a deformace kapalného filmu.
Vysokoteplotní napětí je napětí vznikající smršťováním a deformací roztavené oceli za vysokých teplot. Když napětí překročí mez pevnosti nebo plastické deformace kovu při této teplotě, dochází ke vzniku trhlin. Deformace kapalného filmu je tvorba kapalného filmu mezi krystalickými zrny během procesu tuhnutí a krystalizace roztavené oceli. S postupem tuhnutí a krystalizace se kapalný film deformuje. Když množství a rychlost deformace překročí určitou mez, vznikají trhliny. Teplotní rozsah tepelných trhlin je přibližně 1200~1450 ℃.
Faktory ovlivňující trhliny:
① Prvky S a P v oceli jsou škodlivými faktory pro vznik trhlin a jejich eutektika se železem snižují pevnost a plasticitu lité oceli za vysokých teplot, což vede k trhlinám.
② Vměšování a segregace strusky v oceli zvyšuje koncentraci napětí, a tím zvyšuje sklon k tvorbě trhlin za tepla.
③ Čím větší je lineární součinitel smrštění daného typu oceli, tím větší je sklon k tvorbě trhlin za tepla.
④ Čím vyšší je tepelná vodivost daného typu oceli, tím větší je povrchové napětí, tím lepší jsou mechanické vlastnosti za vysokých teplot a tím menší je sklon k tvorbě trhlin za tepla.
⑤ Konstrukční řešení odlitků má špatnou vyrobitelnost, například příliš malé zaoblené rohy, velké rozdíly v tloušťce stěn a silná koncentrace napětí, což může způsobit praskliny.
⑥Písková forma je příliš kompaktní a nízký výtěžek jádra brání smršťování odlitku a zvyšuje tendenci k prasklinám.
⑦Vznik trhlin ovlivní i další faktory, jako například nesprávné uspořádání náběhu, příliš rychlé ochlazování odlitku, nadměrné namáhání způsobené řezáním náběhu a tepelným zpracováním atd.
V závislosti na příčinách a faktorech ovlivňujících výše uvedené trhliny lze přijmout odpovídající opatření ke snížení a zamezení vzniku trhlin.
Na základě výše uvedené analýzy příčin vad odlitků, zjištění stávajících problémů a přijetí odpovídajících zlepšovacích opatření můžeme nalézt řešení vad odlitků, které povede ke zlepšení kvality odlitků.
Čas zveřejnění: 31. srpna 2023