Znanje - Sanxin

Ovaj rad ukratko opisuje strukturne karakteristike, tehničke zahtjeve i poteškoće u proizvodnji teških odlivaka od nodularnog liva. Detaljno se opisuju metode livenja, metode projektovanja sistema ulivanja i metode proizvodnje ove vrste odlivaka. Predstavljene su karakteristike procesa, prednosti proizvodnje i područje primjene livenja u čvrste kalupe od smole i pijeska. Strogom kontrolom procesa, odabirom odgovarajućih sirovina, pravilnim procesima sferoidizacije i inokulacije, te posebnim tehnikama predobrade tokom proizvodnog procesa, mogu se proizvesti visokokvalitetni veliki odlivci od nodularnog liva. Ovo može pružiti tehničke reference za proces livanja u čvrste kalupe sličnih teških odlivaka.

Ključne riječi: Teški odlivci od nodularnog liva; Livenje u kalupu; Proces livenja

Moderna tehnologija livenja ubrzat će svoj razvoj i poboljšanje u nekoliko aspekata, kao što su ušteda energije i materijala, smanjenje zagađenja, poboljšanje dimenzijske tačnosti odlivaka, smanjenje grešaka u livenju i prilagođavanje razvoju novih legura za livenje [1]. Naša kompanija ima godišnji proizvodni kapacitet od 20,000 tona dijelova od lijevanog željeza (isključujući centrifugalne cijevi od nodularnog lijeva). Pratimo razvoj industrije livenja i uspješno smo razvili proces livenja (furanska smola, pijesak + kalup za čvrsti kalup od pjene) i proces vakuumskog livenja kalupa od pjene, zamjenjujući tradicionalni proces oblikovanja i sastavljanja jezgre (drveni kalup + drvena kutija za jezgro) kalupom za čvrsti kalup od pjene.

Dio od nodularnog liva (QT500-7) koji smo preuzeli ima bruto težinu od 18,350 kg, s veličinom glavnog tijela (dužina × širina × visina) 3,650 mm × 1,480 mm × 1,230 mm, debljinom stijenke glavnog tijela od 100 mm, a najdeblji dio dostiže 450 mm. Oblik površine za montažu je nepravilan i ima stroge zahtjeve kvalitete. Postoji pet slijepih rupa promjera 100 mm i dubine 170 mm, te šest prolaznih rupa promjera 70 mm i dubine 540 mm. Količina narudžbe je dva komada, a ukupna težina livenja je relativno visoka. Struktura dijela prikazana je na slici 1. Naša kompanija ima proizvodni kapacitet za procese livenja u kalupe od vakuumske pjene, pijeska od smole i pjene. Nakon analize i evaluacije procesa, odlučeno je da se za proizvodnju koristi proces livenja u kalupe od furanske smole i pijeska od pjene, u daljnjem tekstu livenje u kalup. Ovo može osigurati vrijeme isporuke i smanjiti troškove proizvodnje.

Slika 1 Trodimenzionalni dijagram strukture

-------------------------------------------------- ---------------         

1. Plan procesa lijevanja čvrstih materijala

Livenje u punom kalupu se prilično razlikuje od običnog livenja u pijesku. Najznačajnija karakteristika livenja u punom kalupu je korištenje kalupa od pjene umjesto drvenog kalupa. Tokom procesa dizajniranja kalupa, tehničari ne moraju uzimati u obzir negativne brojeve odvajanja, glave jezgre, pozicioniranje i uglove nagiba za vađenje iz kalupa. Potrebno je samo dodati dodatke za obradu i stope skupljanja odlivka. Proces izrade kalupa je jednostavan. Prvo, kalup se dijeli na nekoliko dijelova, a zatim se dijelovi sastavljaju zajedno. Sastavljeni kalup ima visoku dimenzionalnu tačnost, koristi manje sirovina u procesu izrade kalupa i ima mnogo kraći proizvodni ciklus od drvenog kalupa. Istovremeno, pojednostavljuje operaciju oblikovanja, eliminirajući odvojeno oblikovanje, izradu jezgre i sastavljanje kalupa i jezgre. Efikasnost proizvodnje je znatno poboljšana. Međutim, ako se proces livenja ne razmotri dobro, može uzrokovati specifične nedostatke livenja u punom kalupu kao što su nabiranje, uključivanje troske i poroznost.

         

1.1 Proces izrade kroja

1.1.1 Uzorak pjene

Pjenasti uzorak je potpuno istog oblika i strukture kao i odljevak. Na osnovu crteža dijela, kreira se trodimenzionalni model uzorka nakon dodavanja dodatka za obradu i stope skupljanja odljevka. Uzorak se zatim dijeli na nekoliko modula kako bi se osiguralo da radnici lako režu i čuvaju pjenaste ploče, a također i kako bi se olakšala montaža i osigurala dimenzionalna tačnost sastavljenog uzorka. Pjenaste ploče koje se koriste režu se i oblikuju CNC graviranjem i električnim rezanjem žicom, a zatim se sastavljaju lijepljenjem kako bi se formirao uzorak. Kako bi se osiguralo da uzorak ima dovoljnu tlačnu čvrstoću i otpornost na deformacije, odabiru se ploče od polistirenske pjene gustoće od 20-22g/L. Sastavljeni uzorak se stavlja u posebnu sušionicu na 10-12 sati. Temperatura sušenja se obično kontrolira na 45-55℃. Nakon sušenja, uzorak se prekriva s dva sloja premaza od izgubljene pjene od lijevanog željeza na bazi vode i jednim slojem grafitnog premaza na bazi alkohola. Metoda nanošenja je uranjanje, a debljina premaza se kontrolira na 3-3.5 mm.

                 

1.1.2 Specijalizirani kalup za pjenastu jezgru

Središnji dio odlivka je velika šupljina. Zbog velike ukupne konture kalupa, kako bi se osigurala dovoljna čvrstoća na ovom dijelu tokom oblikovanja, izrađuje se specijalizirani kalup za pjenastu jezgru s tačnim oblikom šupljine. Tokom oblikovanja, ovaj specijalizirani kalup za pjenastu jezgru služi kao donji oslonac za povećanje krutosti ukupnog kalupa, osiguravajući da se kalup ne deformira tokom procesa nabijanja. Nakon što je kalup napravljen, kutija se okreće i kalup za pjenastu jezgru se uklanja. Ovaj kalup za pjenastu jezgru se može ponovo koristiti.

      

1.2 Dizajn procesa

Odlivak ima veliki, debeli i teški profil. Usvojen je dvoslojni stepenasti sistem lijevanja s otvorenim dnom. Lokalna kritična područja opremljena su vanjskim kosilicama kako bi se spriječila unutrašnja poroznost usljed skupljanja. Princip uravnoteženog skrućivanja uzet je u obzir u dizajnu procesa. Uspon i otvori za odzračivanje postavljeni su tako da osiguravaju dovod, uklanjanje troske i ispuštanje plinova.

 

1.2.1 Dizajn sistema gejtinga

Prilikom proizvodnje debelih i velikih odlivaka od nodularnog liva, korisno je što više skratiti vrijeme livanja kako bi se smanjilo plutanje grafita i nakupljanje inkluzija [3]. Analizom oblika i unutrašnje strukture odlivka, usvaja se dvogrupni otvoreni stepenasti sistem ulivanja, podijeljen na gornji i donji sloj. Sistem ulivanja donjeg sloja se uglavnom koristi za punjenje, dok se sistem ulivanja gornjeg sloja uglavnom koristi za uklanjanje troske, ispuštanje gasa i dovod. Dva sistema ulivanja su raspoređena sa obje strane uzorka pjene. Sistem ulivanja gornjeg sloja se uvodi na dno gornjeg usponskog kanala, što pogoduje ispuštanju gasa i omogućava da plutajuća troska u rastopljenom gvožđu i troska nastala gasifikacijom pjenaste plastike u potpunosti isplivaju, osiguravajući efekat punjenja usponskog kanala i eliminišući površinske nedostatke uključaka troske u odlivku.

Ovaj odlivak je teški dio od lijevanog željeza, a vrijeme lijevanja može se izračunati na osnovu odlivaka od sivog liva:

t = S2L (1)

U formuli, L predstavlja ukupnu težinu rastopljenog metala u kalupu, sa izračunatom stopom prinosa od 92%, a L se uzima kao 19,945 kg; S2 je koeficijent debljine stijenke, uzet kao 2.2; stoga je vrijeme lijevanja t = 310 sekundi, a za dva sistema lijevanja, vrijeme lijevanja se uzima kao 155 sekundi. Vrijeme lijevanja za odlivke od nodularnog liva može se odrediti metodom proračuna za odlivke od sivog liva, a zatim smanjiti za 1/3 do 1/2 [1], uzimajući vrijeme lijevanja t = 90 sekundi. Prema dijagramu vremena lijevanja za velike odlivke od nodularnog liva, vrijeme lijevanja je provjereno i može se vidjeti da je odabrano vrijeme lijevanja razumno.

Prema formuli za izračunavanje površine poprečnog presjeka koji blokira protok:

∑A_blok = L / (0.31μPt) (2)

U formuli: koeficijent protoka μ je uzet kao 0.5, Hp je uzet kao 40 cm, a L = 19945/2 = 9972.5 kg.

Zatim, A_blok = 9972.5 / (0.31 × 0.5 × 90) ≈ 113 cm². Budući da je minimalni presjek za ograničavanje protoka otvorenog sistema zatvarača ulivnik, za proračun kroz ulivnik je odabrana keramička cijev promjera Φ120 mm. Odnos površine poprečnog presjeka svake komponente sistema zatvarača je postavljen kao A_ulivnik : A_poprečno : A_ulaz = 1 : (1.2 - 2.0) : (1.5 - 2.0). Stoga je poprečni presjek poprečnog kanala odabran kao 150 mm × 120 mm; poprečni presjek ulaznog kanala je odabran kao trapezoidni oblik sa dvije pojedinačne grupe, pri čemu je gornja baza trapeza 110 mm, donja baza 140 mm i visina 80 mm. Stvarni odnos površine poprečnog presjeka sistema zatvarača je približno A_ulivnik : A_poprečno : A_ulaz ≈ 1 : 1.6 : 1.8. Dijagram rasporeda sistema zatvarača prikazan je na slici. 2.

figura 2 Šematski dijagram rasporeda sistema za izlivanjet

 

1.2.2 Projektovanje vanjskih hladnih elemenata

Za odlivke sa debelim zidovima, spoljni kokili se koriste u kritičnim i debelim područjima kako bi se sprečili defekti poroznosti usled skupljanja i postiglo uravnoteženo skrućivanje. Tokom proizvodnje, učestalost upotrebe kokila treba strogo kontrolisati. Površina kokila mora biti glatka, bez hrđe ili rupa [4]. Prije svake upotrebe, treba ih sačmariti i premazati slojem premaza na bazi alkohola. Trebaju čvrsto prianjati uz površinu odlivka bez ikakvih praznina.

1.2.3 Dizajn uspona i ventilacije

Princip dizajna: Osigurati da se debela područja efikasno kompenziraju za skupljanje. Budući da je odljevak debeo i veliki komad, za kompenzaciju skupljanja koriste se kompenzacijski usponi kako bi se dobili kvalificirani odljevci [5]. Deset kompenzacijskih uspona promjera 280 mm i visine 400 mm postavljeno je s obje strane gornje površine odljevka. Gornji horizontalni cijev i unutrašnji cijev prolaze kroz uspone, omogućavajući sakupljanje vrućeg rastopljenog željeza u usponima i osiguravajući da troska može plutati i ispuštati se, čime se postiže kombinirani učinak kompenzacije, uklanjanja troske i odzračivanja.

Unutrašnji ventilacijski kanali pjenastog modela i vanjski ventilacijski kanali kalupa su dvije procesne mjere za poboljšanje uvjeta gasifikacije modela i ubrzavanje potpunog izlaska plinova iz kalupa. Za debele i velike odljevke, pored postavljanja uspona na gornju površinu odljevka, više vanjskih ventilacijskih kanala može se postaviti unutar kalupa i duž vanjske strane pjenastog modela. Prije nego što se gornja kutija zatvori, ventilacijski kanali se otvaraju unutar modela u debelim područjima vrha odljevka kako bi se osiguralo da se gasificirani plinovi u šupljini kalupa mogu ispustiti na vrijeme tokom početne faze lijevanja.

2 Kontrola procesa oblikovanja

Dodavanje smole se kontrolira na 0.9% do 1.2%, s gornjom granicom za velike odljevke i jezgre. Prvo se specijalna pjenasta jezgra fiksira na platformu za kalupljenje, a zatim se pjenasti model postavlja na specijalnu pjenastu jezgru kako bi se napravio donji kalup. Nakon potpunog stvrdnjavanja, kutija se okreće i specijalna pjenasta jezgra se uklanja prije izrade gornjeg kalupa.

Za slijepe rupe i duge prolazne rupe na prednjem kraju odlivka, u svaku rupu su prethodno ugrađene posebno izrađene jezgrene šipke za formiranje rupa. Jezgrene šipke za formiranje rupa izrađuju se spajanjem keramičkih cijevi veličine ekvivalentne slijepim rupama i dugim prolaznim rupama, ispunjavanjem pijeskom od smole, umetanjem čeličnih šipki u sredinu, zbijanjem i premazivanjem vanjske strane grafitnim premazom na bazi alkohola. Nakon potpunog stvrdnjavanja, postavljaju se u svaku rupu modela od pjenaste plastike. Kako bi se spriječilo pomicanje keramičkih cijevi tokom procesa gasifikacije čvrstog modela, u sredinu se ubacuju navojne čelične šipke promjera Φ16 mm kako bi se pričvrstile za pješčani kalup, a na vanjski kraj navojne čelične jezgre dodaje se T-oblika konstrukcije kako bi se jezgrene šipke čvrsto pričvrstile pijeskom od smole izvana. Nakon što je donji kalup napravljen, kutija se okreće i okrugle čelične šipke promjera Φ10 mm koriste se za bušenje ventilacijskih kanala u debelim dijelovima modela od pjene. Višestruki vanjski ventilacijski kanali Φ30 mm postavljeni su 40 mm od vanjske strane pjenastog uzorka, a dubina ventilacijskih kanala je u osnovi ista kao i visina pjenastog uzorka.

        

3. Sferoidizacija i tretman inokulacijom

Sferoidizacija je jedan od ključnih procesa u proizvodnji dijelova od nodularnog liva, a njena tehnologija obrade direktno utiče na performanse nodularnog liva [6]. Usvojena je sferoidizacija i inokulacija u vrećama, pri čemu se koristi sferoidizirajuće sredstvo ZFCR-7 u dozi od 1.2% i inokulant YFY-150 u dozi od 0.6%. Efekat sferoidizacije i inokulacije osigurava se povećanjem doze inokulanta i višestrukim inokulacijama.

Zbog velike težine odlivaka, kako bi se ispunili zahtjevi različitih pokazatelja performansi i poboljšala sposobnost rastopljenog željeza protiv degradacije, na osnovu iskustva mnogih proizvođača, provodi se prethodna obrada rastopljenog željeza. To jest, prije sferoidizacije, u rastopljeno željezo se dodaju sredstva za prethodnu obradu, obično 0.8% SiC sredstva za prethodnu obradu, s ciljem povećanja nukleacijskih jezgara i poboljšanja unutrašnjeg kvaliteta i fluidnosti rastopljenog željeza.  

4 Kontrola procesa izlivanja

Koristi se istovremeno izlivanje dvostrukih paketa. Tokom procesa izlivanja, potreban je visok protok i kontinuirano izlivanje bez prekida. Temperatura izlivanja za model izgubljene pjene je uglavnom 30 do 50 stepeni Celzijusa viša nego za obične pješčane kalupe. Za relativno debele i teške dijelove, temperatura izlivanja se bira na 1410 do 1420 stepeni Celzijusa. Prije sferoidizacije, sastav rastopljenog željeza je 3.5% do 3.7% C, 1.2% do 1.4% Si, Mn ≤ 0.5%, P ≤ 0.06%, S ≤ 0.04% i 0.5% Cu. Nakon sferoidizacije, sastav se kontrolira na 3.4% do 3.6% C, 2.3% do 2.5% Si, Mn ≤ 0.5%, P ≤ 0.06%, S ≤ 0.012%, 0.5% Cu i 0.04% do 0.06% rezidualnog Mg. Tokom procesa izlijevanja, doziranje se vrši kroz posudu za izlijevanje, pri čemu se brzina doziranja kontrolira na 0.08% do 0.1%.

5 Prirodno hlađenje

Nakon što je izlijevanje završeno, odlična toplotna izolacija i skupljivost pijeska smole se koriste kako bi se odljevku omogućilo polako i slobodno hlađenje unutar kalupa, čime se postiže cilj ublažavanja napona i žarenja usljed starenja [7]. Na osnovu prethodnog iskustva s velikim odljevcima, sistem zaptivanja se uklanja 8 sati nakon izlijevanja, presa za kutije se uklanja 24 sata kasnije, a kalup se otvara i pijesak se uklanja 96 sati kasnije, pri čemu se uklanjaju gornji sistem zatvarača i uspona.

6 Mikrostruktura i svojstva odlivka

Ispitivanja performansi provedena su na ispitnim šipkama. Metalografski rezultati livenog tijela prikazani su na slici. 3. ​​​​​​​

figura 3 Mikrostruktura          

 

Zaključak 7

Proizvodnjom prvog komada teškog odlivka od nodularnog liva, tokom proizvodnog procesa potvrđena je efikasnost i racionalnost sistema ulivanja i uspona. Dizajn sistema ulivanja, koji integriše punjenje, ispuh, uklanjanje troske i dovod, dodatno je poboljšan. Riješeni su problemi uključivanja površinske troske, nabiranja i poroznosti usljed skupljanja, koji se često javljaju u procesu oblikovanja ljuske. Zbog debelog zida odlivka, dugog vremena skrućivanja i visokih zahtjeva za performansama, postoje velike poteškoće u proizvodnom procesu. Strogom kontrolom procesa, odabirom odgovarajućih sirovina, odgovarajućim procesima sferoidizacije i inokulacije, te posebnim tehnikama predobrade, potpuno je moguće proizvesti visokokvalitetne velike odlivke od nodularnog liva.

 

Vigor ima više od 20 godina iskustva i profesionalni tim u procesima lijevanja i kovanja. Ako vam možemo pomoći s nečim ili imate proizvode koji trebaju biti razvijeni, slobodno nas kontaktirajte na info@castings-forging.com