Ikona strony Aludiecasting

Typowe wady produkcyjne w wysokociśnieniowym odlewaniu ciśnieniowym

administrator
Odlewanie wysokociśnieniowe

Typowe wady produkcyjne w wysokociśnieniowym odlewaniu ciśnieniowym

Odlewanie wysokociśnieniowe (HPDC) jest procesem produkcyjnym, który wytwarza złożone części z dobrą precyzją i wykończeniem powierzchni. Niemniej jednak proces ten jest podatny na różne wady, które mogą pogorszyć jakość, trwałość i funkcjonalność produktu końcowego. Oznacza to, że wady powinny być identyfikowane, analizowane i ograniczane w celu osiągnięcia wydajności. Poza tym zminimalizuje to również straty produktu i utrzyma jego integralność.

W tym artykule omówiono najpopularniejsze Odlewanie wysokociśnieniowe (HPDC). Omówimy również ich przyczyny oraz rozwiązania pozwalające zminimalizować lub wyeliminować wady.

Czym jest odlewanie wysokociśnieniowe?

Stopiony stop aluminium, magnezu lub cynku jest wtryskiwany do stalowej formy (matrycy) pod wysokim ciśnieniem. forma odlewnicza lub wysokociśnieniowy odlew ciśnieniowy mold. Proces ten pomaga w masowej produkcji złożonych komponentów, doskonałej dokładności wymiarowej i wykończeniu powierzchni. Jednak z powodu wysokiego ciśnienia i dużych prędkości mogą wystąpić wady wynikające z niewłaściwych ustawień maszyny, właściwości materiału lub wad konstrukcyjnych matrycy.

Kluczowe parametry procesu wpływające na powstawanie wad

Oto niektóre z kluczowych parametrów, które powodują wady podczas procesu odlewania wysokociśnieniowego;

Proces roboczy wysokociśnieniowego odlewania ciśnieniowego

Podczas wysokociśnieniowych procesów odlewania ciśnieniowego, roztopiony metal jest wtryskiwany pod wysokim ciśnieniem do stalowych matryc w celu produkcji części metalowych. Metoda ta pozwala na szybkie tworzenie złożonych obiektów, które charakteryzują się precyzją i dużymi możliwościami mechanicznymi, a także pięknymi powierzchniami.

20 rodzajów typowych wad odlewów wysokociśnieniowych.

Przyczyną wad odlewów wysokociśnieniowych mogą być złe parametry procesu, niska jakość materiału lub nieoptymalna konstrukcja matrycy. Poniżej znajduje się 15 typowych wad, ich przyczyny i możliwe rozwiązania.

1. Porowatość

Małe puste przestrzenie, wgłębienia lub pęcherzyki wewnątrz odlewu, które zmniejszają wytrzymałość mechaniczną i trwałość, znane są jako porowatość. Pustki te mogą obniżyć wytrzymałość elementu i jego zdolność do wytrzymywania obciążeń mechanicznych. Tak więc, ze względów estetycznych, jeśli porowatość znajduje się blisko powierzchni, może powodować problemy, a porowatość wewnętrzna może prowadzić do uszkodzenia pod wpływem naprężeń.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania

2. Zimne zamknięcie (niekompletna fuzja)

Jeśli dwa strumienie metalu nie połączyły się prawidłowo, zimne zamknięcie pojawia się jako słaba linia lub szew na powierzchni odlewu. Integralność strukturalna jest osłabiona i możliwe jest powstawanie pęknięć pod wpływem naprężeń mechanicznych. Zimne zamknięcia wynikają z przypadków, w których stopiony metal płynący razem nie łączy się w szew.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

3. Wady skurczowe

Wady skurczowe powstają, gdy metal kurczy się podczas krzepnięcia, pozostawiając je wewnątrz metalu. Ponieważ defekty te zmniejszają gęstość i wytrzymałość odlewu, staje się on podatny na pęknięcia i uszkodzenia mechaniczne. Skurcz zwykle następuje wraz z odlewaniem, gdy krzepnięcie przebiega w grubszych obszarach odlewu.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

4. Pęcherze

Podniesienie powierzchni odlewu z powodu rozszerzania się powietrza lub rozpuszczonych gazów podczas krzepnięcia. Pęcherze wpływają również negatywnie na wykończenie powierzchni i mogą się łuszczyć, jeśli część jest następnie obrabiana lub powlekana. Pęcherze mogą spowodować uszkodzenie elementu pod wpływem ciśnienia lub naprężeń.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

5. Błędy i krótkie wypełnienia

Niekompletne odlewy powstają z powodu krzepnięcia stopionego metalu przed całkowitym wypełnieniem. Powoduje to powstawanie bezużytecznych komponentów o słabej strukturze. Wada ta jest tak istotna, ponieważ jej obecność zmniejsza dokładność wymiarową i funkcjonalność części.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

6. Lampa błyskowa

Odnosi się do nadmiaru metalu, który przedostaje się do wnęki matrycy, metalicznej cienkiej linii na linii podziału części. Może również powodować problemy podczas końcowego montażu lub obróbki części, jeśli nie zostanie usunięty. W skrajnym przypadku może to wskazywać na zużycie matrycy, co może zwiększyć ilość odpadów i przestoje w produkcji.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

7. Przyklejanie matryc i lutowanie

Lutowanie stopionego metalu na powierzchni matrycy utrudnia wyrzucanie, a także wpływa na wykończenie powierzchni. Może to spowodować uszkodzenie odlewu i matrycy, zwiększając tym samym czas i koszty konserwacji. W szczególności odlewy aluminiowe i magnezowe mają tendencję do przywierania i lutowania (ze względu na reaktywność tych metali ze stalowymi matrycami).

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

8. Pęknięcia (pęknięcia gorące i zimne)

Pęknięcie występuje na powierzchni odlewu lub wewnątrz w postaci pęknięć, niszcząc integralność gotowego elementu. Silne naprężenia termiczne mogą powodować gorące pęknięcia podczas krzepnięcia, a zimne pęknięcia mogą powstać po schłodzeniu, co może być spowodowane naprężeniami szczątkowymi lub niewłaściwą obsługą. Niepożądane wady mogą znacznie pogorszyć trwałość odlewu i spowodować mechaniczne lub termiczne uszkodzenie cykliczne. W przypadku elementów nośnych pęknięcia stanowią szczególny problem, ponieważ ważna jest integralność strukturalna.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

9. Zmarszczki powierzchniowe i zakładki

Takie nieregularne, zachodzące na siebie fałdy metalu pojawiają się (zmarszczki lub zakładki) na powierzchni odlewu i mają swoje źródło w nierównomiernym przepływie metalu lub częściowym zestaleniu przed całkowitym wypełnieniem. Ponadto wady te pogarszają estetyczny wygląd odlewu i stanowią potencjalne punkty awarii z mechanicznego punktu widzenia. Dalsza obróbka skrawaniem, malowanie lub powlekanie mogą zostać uniemożliwione z powodu zmarszczek na powierzchni, które mogłyby zakłócić ten proces. To z kolei może stać się kosztownym procesem przeróbki lub odrzucenia.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

10. Wtrącenia tlenkowe

Zanieczyszczenia, takie jak tlenek aluminium, tlenek magnezu lub inne zanieczyszczenia, zostają uwięzione w stopionym metalu w postaci wtrąceń niemetalicznych. Osłabiają one odlew i tworzą kruche obszary. Poza tym osłabia to odlew i powoduje ryzyko pęknięć. Ciężkie przypadki mogą powodować wady wykończenia powierzchni, które sprawiają, że produkt nie nadaje się do zastosowań takich jak części lotnicze i motoryzacyjne, które muszą działać z najwyższą precyzją i wytrzymałością.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

11. Niekompletny rzut (krótki strzał)

Jeśli wnęka formy nie jest wypełniona, jest to krótki strzał, skutkujący brakiem elementów, nierównymi krawędziami lub niedopasowanymi komponentami. Wada ta sprawia jednak, że odlew nie nadaje się do użytku ze względu na nieodpowiednie wymagane specyfikacje i właściwości mechaniczne. Często krótkie wtryski występują w obszarach o cienkich przekrojach, gdzie przepływ metalu jest ograniczony, powodując słabe lub niekompletne struktury. Części precyzyjne są dobrym źródłem tego problemu ze względu na dokładność wymiarową wymaganą do prawidłowego działania i montażu.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

12. Wady erozyjne

Wady erozyjne to wady wywołane przez roztopiony metal o dużej prędkości, który nieustannie uderza w określone obszary matrycy, w których może wystąpić zużycie, luźne powierzchnie i pęknięcia. To z kolei prowadzi do niespójności wymiarowych, powodując zmiękczenie odlewu i skrócenie żywotności matrycy. Takie erozje mogą powodować powstawanie dziur lub ubytków w odlewie, czyniąc go bezużytecznym. Wada ta jest szczególnie poważna w przypadku długich serii produkcyjnych, gdy zużycie matrycy staje się bardziej znaczące.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

13. Kontrola ciepła

Heat checking to sytuacja, w której na powierzchni matrycy pojawiają się małe pęknięcia spowodowane powtarzającymi się cyklami nagrzewania i chłodzenia. W miarę upływu czasu mikropęknięcia te powiększają się i mogą wpływać na jakość odlewów, powodując powstawanie chropowatych powierzchni i jeszcze niższe prawdopodobieństwo awarii. Kontrola termiczna skraca matrycę, zmniejsza jej żywotność i wydłuża przestoje produkcyjne wynikające z ciągłej konserwacji. Przyczyna jest bardziej powszechna w procesach odlewania ciśnieniowego, które wiążą się ze znacznymi wahaniami temperatury i słabym zarządzaniem termicznym.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

14. Wypaczenie (zniekształcenie)

Gdy odlewy wyginają się lub wypaczają z powodu nieregularności chłodzenia, naprężeń wewnętrznych lub złej konstrukcji matryc, wypaczają się i prowadzą do powstania części, których nie można zmontować, ponieważ nie są w stanie zachować dokładności wymiarowej. Wypaczenia są szczególnie szkodliwe w przypadku cienkościennych lub wielkogabarytowych komponentów, w których występuje skurcz różnicowy spowodowany różnymi szybkościami chłodzenia. W branżach o wysokiej precyzji, takich jak motoryzacja czy lotnictwo, wiele wypaczonych części staje się odrzutami, co powoduje marnowanie wielu materiałów i wysokie koszty produkcji.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

15. Wady turbulencji

Niemniej jednak, tam gdzie stopiony metal wypełnia wnękę formy, wywołujemy turbulencje i nieregularne wzorce przepływu. Powietrze uwięzione w materiale utrudni dystrybucję metalu. Wady te powstaną jako wady powierzchniowe, porowatość lub wewnętrzne puste przestrzenie w odlewie i doprowadzą do osłabienia integralności strukturalnej odlewu. Utlenianie dodatkowo osłabia i degraduje w kilku miejscach, które mogą się oderwać.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

16. Spadek

Spadki mogą być spowodowane różnymi wadami, w tym niekompletnymi częściami i innymi wadami spadkowymi, definiowanymi jako każda część utracona z powodu utraty kontaktu z matrycą lub zestalonym metalem. W szczególności, podczas krytycznych zastosowań, defekt pękania kondensuje się w osłabieniu integralności odlewu i słabej wydajności.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

17. Zgorzelina

Gdy stopiony metal utlenia się, powstają wady znane jako kożuch żużlowy, a w konsekwencji zanieczyszczenie odlewu. Taki spadek wytrzymałości i pogorszenie wyglądu sprawiają, że takie wady są potencjalnymi przyczynami awarii mechanicznych w późniejszym okresie eksploatacji.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

18. Gorące łzy

Naprężenia szczątkowe występujące w odlewach powodują powstawanie pęknięć na gorąco, które powstają z powodu niezrównoważonych gradientów chłodzenia. Wady te szczególnie tworzą słabości strukturalne, gdy zastosowanie wiąże się z obciążeniami.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

19. Otwory na kołki

Otwory szpilkowe to małe tunele gazowe osadzone w odlewach, które zmniejszają gęstość i pogarszają właściwości mechaniczne. Powstawanie takich defektów skutkuje nieszczelnościami w szczelnych instalacjach.

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

20. Cięcie i mycie

Powierzchnia formy ulega uszkodzeniu wraz z osłabionymi strukturami, gdy stopiony metal o dużej prędkości usuwa część formy, tworząc defekty typu "cut and wash".

Przyczyny:

Zapobieganie i rozwiązania:

Wada Przyczyny Rozwiązania
Porowatość Słaba wentylacja, wysoka prędkość. Poprawić wentylację, użyć odkurzacza.
Zimne zamknięcia Niska temperatura, powolne napełnianie. Zwiększ temperaturę i zoptymalizuj bramkowanie.
Skurcz Grube sekcje, nierównomierne chłodzenie. Zoptymalizuj chłodzenie i używaj pionów.
Pęcherze Wilgoć, słabe odgazowanie. Odgazowanie metalu, kontrola temperatury matrycy.
Misruns Niska temperatura, powolny wtrysk. Zwiększ ciśnienie, zoptymalizuj temperaturę.
Flash Wysokie ciśnienie, zużyta matryca. Zoptymalizuj ciśnienie i utrzymuj matrycę.
Lutowanie Wysoka temperatura, słaba powłoka. Używaj powłok matryc, kontroluj temperaturę.
Pęknięcia Szybkie chłodzenie, słaby stop. Optymalizacja chłodzenia i modyfikacja projektu.
Zmarszczki/załamania Niska temperatura, powolne napełnianie. Lepsze smarowanie i większa prędkość.
Wtrącenia żużlowe Zanieczyszczony stop, utlenianie. Używaj czystego metalu, aby poprawić filtrację.
Krótki strzał Niskie ciśnienie, wczesne krzepnięcie. Zwiększ prędkość i wyczyść bramkowanie.
Turbulencja Wysoka prędkość, słabe bramkowanie. Zoptymalizuj prędkość i popraw bramkowanie.
Erozja Wysoka prędkość, słaby materiał matrycy. Używaj hartowanych matryc i zmniejsz prędkość.
Kontrola ciepła Stres termiczny, słabe chłodzenie. Używaj matryc odpornych na wysoką temperaturę i zoptymalizuj chłodzenie.
Wypaczenie Nierównomierne chłodzenie, stres. Optymalizacja chłodzenia i modyfikacja projektu.
Spadek Słabe smarowanie, poluzowanie metalu Lepsze smarowanie, regulacja prędkości i optymalizacja formy
Dross Utlenianie, turbulencje, zanieczyszczenia Zmniejszenie turbulencji, użycie czystego metalu, wzmocnienie topnika
Gorące łzy Nierównomierne chłodzenie, wysokie naprężenia Optymalizacja chłodzenia, udoskonalenie stopu, ulepszenie formy
Otwory na kołki Uwięzienie gazu, wilgotność Lepsze odgazowanie, mniejsza wilgotność, lepsza wentylacja
Cut & Wash Wysoka prędkość, słaba forma Optymalizacja bramkowania, kontrola prędkości, wzmocnienie formy

Kluczowe czynniki pozwalające uniknąć wad odlewów wysokociśnieniowych

Główne punkty minimalizujące wady odlewów wysokociśnieniowych

Aby zredukować liczbę defektów i osiągnąć wysoką jakość odlewów, producenci muszą wziąć pod uwagę następujące kwestie.

1. Optymalizacja parametrów procesu

2. Poprawa jakości metalu

3. Ulepszanie konstrukcji matryc i form

4. Konserwacja matryc i sprzętu

5. Inteligentne technologie

3. Zaawansowane techniki redukcji wad

Oto niektóre z zaawansowanych technik redukcji defektów w odlewaniu wysokociśnieniowym;

3.1. Odlewanie ciśnieniowe wspomagane próżnią

Zaawansowane techniki odlewania ciśnieniowego wspomaganego próżnią obejmują usuwanie uwięzionego powietrza i gazów z wnęki formy przed wypełnieniem metalem. Metoda ta [znacząco] zmniejszy lub zredukuje porowatość, zwiększy lub poprawi wytrzymałość odlewu i [poprawi] wykończenie. W środowisku niskociśnieniowym wewnątrz formy, stopiony metal będzie płynął płynnie z minimalnymi turbulencjami i defektami do wnęki. Oferuje niektóre z jego zalet

3.2. Monitorowanie procesów w czasie rzeczywistym

Szerokie wykorzystanie zaawansowanych czujników i systemów kontroli jakości opartych na sztucznej inteligencji do dynamicznego dostosowywania parametrów procesu w celu wyeliminowania wad w produkcji. Monitorowanie, które odbywa się w czasie rzeczywistym, obejmuje monitorowanie procesu za pomocą czujników temperatury, czujników ciśnienia i systemów obrazowania do wykrywania odchyleń.

Dane są analizowane przez algorytmy sztucznej inteligencji i od razu wprowadzane są automatyczne korekty, aby zapobiec występowaniu usterek. Poniżej przedstawiono różne korzyści płynące z tego procesu:

3.3. Ulepszony projekt i symulacja matrycy

Oprogramowanie CAE pozwala producentom symulować i optymalizować przepływ metalu przed rozpoczęciem produkcji. Przewidywanie potencjalnych lokalizacji wad pozwala inżynierom modyfikować projekty bram i kanałów w taki sposób, aby uniknąć typowych problemów, takich jak błędne uruchomienia, zimne zamknięcia i porowatość. Wirtualne testowanie parametrów odlewania ciśnieniowego można przeprowadzić za pomocą nowoczesnych narzędzi symulacyjnych, a koszty prób i błędów można zmniejszyć. Korzyści z tego płynące są następujące;

Wnioski

Kluczowym wymogiem dla odlewanie wysokociśnieniowe to rynek, na którym te wady odlewów ciśnieniowych są rozumiane i kontrolowane, a wszelkie powstałe części wysokiej jakości produkowane na prasie przy jak najmniejszym zużyciu surowca. Producenci mogą zwiększyć produktywność i obniżyć koszty, rozwiązując problem porowatości, zimnych zamknięć, skurczu, pęcherzy, błędnych serii i wypływek.

Zaawansowane techniki, takie jak odlewanie próżniowe, monitorowanie w czasie rzeczywistym i ulepszona konstrukcja matryc, mogą dodatkowo zwiększyć niezawodność i wydajność maszyn odlewniczych. Ponieważ branża odlewów ciśnieniowych nadal rozwija się w zakresie optymalizacji materiałów i procesów. Wpływa to również na większą precyzję, lepszy zrównoważony rozwój i produkcję wolną od wad.

Często zadawane pytania (FAQ)

  1. Jakie są najczęstsze wady odlewów wysokociśnieniowych?

Najczęściej spotykanymi wadami w odlewach wysokociśnieniowych są porowatość, zamknięcie na zimno, skurcz, pęcherze, błędne serie, błysk oraz przywieranie i lutowanie matrycy. Wady te mogą prowadzić do utraty wytrzymałości mechanicznej, wyglądu i funkcjonalności produktu końcowego.

  1. Jakie metody można zastosować w celu zmniejszenia porowatości odlewów ciśnieniowych?

Możemy zminimalizować porowatość, poprawiając odpowietrzanie i podciśnienie, równoważąc prędkość wtrysku i turbulencje, utrzymując temperaturę stopu i matrycy w granicach parametrów oraz stosując odgazowany stopiony metal.

  1. Jaki jest powód powstawania błysku w odlewach wysokociśnieniowych?

Występowanie wypływek jest spowodowane nadmiernym ciśnieniem wtrysku, zużytymi matrycami lub matrycami, które są niewspółosiowe, a także niewystarczającą siłą zacisku. Prawidłowa kalibracja maszyny, wraz z odpowiednią konserwacją matrycy, może zapobiec powstawaniu wypływek.

  1. Jaki wpływ ma temperatura matrycy na wady odlewnicze?

Nieprawidłowa temperatura matrycy może powodować kilka wad związanych z niskimi temperaturami, które powodują zimne zamknięcia. Powoduje również błędne serie i wysokie temperatury, które powodują lutowanie, pęcherze i zwiększoną porowatość. Optymalna temperatura matrycy zapewnia płynny przepływ metalu i równomierne krzepnięcie.

  1. W jaki sposób można wykorzystać odlewanie próżniowe do redukcji defektów?

Wspomaganie próżniowe odlewanie ciśnieniowe usuwa powietrze i gazy z wnęki formy, znacznie zmniejszając porowatość i poprawiając przepływ metalu. Poprawia to jakość odlewu i integralność strukturalną oraz zwiększa ogólną trwałość produktu.

Wyjście z wersji mobilnej