При литье под давлением часто получаются детали с шероховатой поверхностью. Чтобы улучшить эти поверхности, производители используют несколько вариантов отделки поверхности отливок. Они используют механическую обработку для удаления остатков, шлифовку для повышения точности, полировку для получения гладких, блестящих поверхностей и т. д.
Гальваническое покрытие наносит блестящий металлический слой, чтобы предотвратить ржавчину и придать изделиям более привлекательный вид. Порошковая окраска распыляет цветной порошок, который запекается для получения прочного покрытия. Анодирование делает алюминиевые детали сверхпрочными и не дает им ржаветь. Окрашивание придает деталям цвет и защищает их. Полировка делает детали гладкими и блестящими.
В этой статье вы узнаете о различных вариантах обработки поверхности для повышения качества и улучшения внешнего вида отливок.
Варианты отделки поверхности
A. Механические методы отделки
Производители используют методы механической отделки. Эти методы помогают повысить точность размеров и качество литых деталей. Они удаляют остатки металла, сглаживают поверхность и улучшают характеристики конечной детали.
1. Обработка
Процесс обработки включает в себя использование режущих инструментов. Эти инструменты используются для придания заготовке формы путем удаления материала. Распространенными методами обработки являются:
- Поворот: Производитель использует режущие инструменты для срезания лишнего металла при вращении литой детали. Этот метод хорошо подходит для цилиндрических деталей. Он помогает получить точность размеров ±0,05 мм.
- Фрезерование: Вращающаяся фреза снимает материал, когда деталь находится в неподвижном состоянии. С помощью фрезерования можно создавать очень сложные формы с точностью до ±0,02 мм.
- Бурение: Для изготовления отверстий в деталях можно использовать сверлильный станок. Как правило, сверла могут создавать отверстия диаметром до 0,5 мм. Допуск этих отверстий составляет от ±0,05 мм до ±0,1 мм, в зависимости от размера.
- Скука: Процесс растачивания подходит для расширения существующих отверстий. Он обеспечивает точность до ±0,01 мм.
- Формование и строгание: Эти методы используются для выполнения прямолинейного резания и создания ровных поверхностей. Их точность составляет около ±0,1 мм.
Материалы для инструментов:
Выбор инструментов зависит от металла, из которого производится литье, и стандартов отделки. Вы можете выбрать Быстрорежущая сталь (HSS) для мягких металлов. Они обеспечивают скорость резания до 30-40 м/мин. Твердосплавные инструменты - хороший вариант для твердых и прочных материалов. Эти инструменты обеспечивают скорость 150-300 м/мин.
Износ инструмента и его последствия:
Инструмент часто изнашивается из-за многократного использования в течение длительного времени. Неисправные инструменты вызывают шероховатость поверхности и неточности размеров. Они также повышают риск возникновения дефектов. Поэтому правильное обслуживание инструмента важно для предотвращения этих последствий.
2. Шлифование
Шлифование - это метод финишной обработки. При этом используются абразивные круги, которые сглаживают поверхность детали. Различные эффективные методы шлифования включают:
- Шлифование поверхности:
Обеспечивают плоские поверхности и могут достигать допусков ±0,001 мм. На изображении показан процесс плоского шлифования с использованием горизонтального шпинделя и стола с возвратно-поступательным движением. Здесь плоское шлифование подразделяется на два типа:
- Траверсное шлифование: Шлифовальный круг перемещается из стороны в сторону по поверхности.
- Врезное шлифование: Круг подается прямо в материал.
- Цилиндрическое шлифование: Производители используют этот метод для деталей цилиндрической формы и получают допуски до ±0,002 мм.
- Бесцентровое шлифование: Этот метод идеально подходит для изготовления точных круглых заготовок. При этом достигаются жесткие допуски ±0,001 мм.
- Шлифование при ползучей подаче: С помощью этой техники производители удаляют остатки от глубоких пропилов в твердых материалах. Это позволяет получить допуск ±0,002 мм.
Абразивы:
Абразив - это вид зернистого материала. Он используется для резки или натирания при шлифовке и зависит от обрабатываемого металла. Например, для сталей производители используют оксид алюминия с зернистостью 60-120. Для более твердых материалов (керамики) используется карбид кремния с зернистостью 120-240.
Охлаждающие жидкости:
Охлаждающие жидкости важны для защиты деталей от термического повреждения. Они контролируют температуру деталей и шлифовальных кругов. Охлаждающие жидкости также уменьшают износ круга, поскольку обеспечивают смазку и облегчают удаление стружки. К распространенным типам охлаждающих жидкостей относятся водорастворимые масла и синтетические охлаждающие жидкости.
3. Полировка
Литейщики улучшают поверхность готовых изделий с помощью методов полировки. Эти методы придают деталям блеск и эстетичность, а также увеличивают срок их службы. Типы полировки включают:
- Шлифовка: В этом процессе используются шлифовальные круги, скорость вращения которых составляет от 2000 до 4000 об/мин. Для их изготовления используется холст или войлок. Производители разглаживают поверхности с помощью этих кругов. Для дальнейшей отделки они часто применяют абразивные и неабразивные методы.
- Химическая полировка:
В этом методе вращающийся инструмент (уретановый шарик) выравнивает поверхность заготовки. Инструмент оказывает давление через пружинную опору. Производитель подает под инструмент суспензию. Это полирует поверхность за счет химического и механического воздействия.
- Притирка: Притирка предполагает использование мелких абразивов (алмазной пасты). Этот процесс обеспечивает высокую гладкость поверхности. Он может применяться для высокоточных деталей для достижения чистовой обработки со значениями RA даже ниже 0,01 мкм.
- Хонингование: Методы хонингования хорошо подходят для обработки внутренних поверхностей, например, отверстий цилиндров. При этом используются абразивные камни. Это удаляет остатки и обеспечивает точную и гладкую отделку. Хонингование дает допуски от ±0,01 мм до ±0,02 мм, в зависимости от материала.
B. Химические методы отделки
Химическое травление
Химическое травление удаляет определенные участки детали с помощью травителей. Например, производители используют хлорид железа для меди и азотную кислоту для стали. Эта технология используется для создания сложных металлических конструкций в электронике (печатные платы) и декоративных элементов. Глубина травления варьируется от 0,01 до 0,5 мм в зависимости от металла и времени воздействия.
Химическое измельчение
Химическое фрезерование удаляет контролируемое количество материала с помощью химическое травление. Съем материала варьируется от 0,1 до 2 мм, в зависимости от потребностей детали.
Кроме того, нет необходимости в механических инструментах, так как этот метод позволяет создавать сложные формы без них. Этот метод можно использовать в аэрокосмической и автомобильной промышленности.
Маринование
При травлении удаляются окислы, окалина и ржавчина, очищая металлические поверхности. Для этого используется погружение в кислотные растворы. Например, в соляную или серную кислоту.
Травление может очищать на глубину от 0,05 до 0,3 мм. Однако это зависит от используемой кислоты и времени погружения. Этот процесс можно использовать для подготовки металлических поверхностей к нанесению гальванических покрытий, покраске или сварке.
C. Методы нанесения покрытий и гальванических покрытий
1. Картина
При покраске используется несколько типов покрытий. Например, краски на основе растворителей, на водной основе и порошковые краски. Перед покраской для лучшей адгезии важна правильная подготовка и чистота поверхности (более 95%). Это включает в себя обезжиривание и фосфатирование.
Вы можете окрасить деталь с помощью распыления, окунания или электростатического напыления. Используйте их в зависимости от типа материала и необходимости отделки.
2. Покрытие
Гальваника - это процесс нанесения покрытия на металл с помощью гальванических и электролитических технологий. В частности, при гальваническом покрытии электролизом наносятся такие металлы, как хром, никель или золото. В то же время электролитическое гальваническое покрытие дает равномерное покрытие, не требующее внешнего тока.
Толщина покрытия колеблется в пределах 0,005-0,25 мм. Оно противостоит ржавчине и износу и придает декоративную отделку таким отраслям промышленности, как автомобилестроение и электроника.
3. Порошковое покрытие
Порошковая окраска использует отрицательно заряженный порошок для нанесения на отшлифованные детали. Производители нагревают изделие при температуре от 160 до 200 °C. Благодаря этому порошок образует гладкую поверхность.
Порошковое покрытие служит дольше, предотвращает коррозию и является экологически чистым. Оно подходит для автомобильных деталей, бытовой техники и мебели.
Передовые методы обработки поверхности
1. Лазерная полировка
Лазерная полировка улучшает качество металлических поверхностей, изготовленных методом аддитивного производства. Она создает отдельные дорожки слой за слоем для улучшения качества поверхности и уменьшения шероховатости.
Луч гауссова лазера сканирует в определенном направлении. Они расплавляют и разглаживают слой материала. Лазерное пятно накладывается друг на друга с шагом 0,1-0,5 мм для согласованности.
Лазерная полировка использует высокоэнергетические лазерные лучи для разжижения и повторного затвердевания поверхностного слоя. Она обеспечивает точность до ±0,1 мкм. Этот процесс предпочтителен для сложных форм и устройств, таких как медицинские имплантаты, аэрокосмические детали и прецизионная оптика.
Электрохимическая полировка
Электрохимическая полировка (ECP) использует электричество. Она сглаживает и облагораживает поверхность металлических деталей с коррозионной стойкостью 80-95%.
Этот процесс похож на обратное гальваническое покрытие. Потому что производители снимают тонкий слой, а не добавляют металл. Таким образом, достигается высокая полировка.
ECP идеально подходит для изготовления медицинских приборов, лопастей турбин и деталей аэрокосмической техники.
Ультразвуковая отделка
При ультразвуковой обработке используются высокочастотные звуковые волны. Эти волны создают вибрации в суспензии абразивных частиц и жидкого металла. Вибрации приводят в движение абразивные частицы, обстреливая поверхность детали. Это удаляет металл и обеспечивает более высокую степень полировки.
Ультразвуковая обработка позволяет получить шероховатость поверхности до 0,1-0,3 мкм. Она эффективна для снятия заусенцев, полировки и удаления загрязнений со сложных форм.
Дефекты литья: Причины, типы и профилактика
1. Пористость
Пористость выглядит как небольшие отверстия или пустоты. Она образуется внутри металла и ослабляет его. Причинами ее возникновения являются:
- Неправильное обращение с расплавленным металлом
- Экологические факторы
- Проблемы, связанные с плесенью (старые или поврежденные)
Газовая пористость:
Газовая пористость возникает во время затвердевания. Газы, такие как водород, азот или кислород, проникают в металл или смешиваются с ним. Эти газы скапливаются внутри и образуют пузырьки. Например, растворимость водорода в алюминии составляет 0,69 см³/100 г при температуре 660 °C. Она уменьшается до 0,034 см³/100 г, когда металл становится твердым.
Пористость песка:
Пористость песка возникает в процессе литья в песчаные формы. Некоторые песчинки или газы из форм смешиваются с расплавленным металлом.
Профилактика:
Производители дегазируют металл аргоном или плавят его в вакууме, чтобы удалить застрявшие газы.
Чтобы предотвратить пористость песка, важно использовать мелкозернистый песок с низкой проницаемостью. Также необходимо увлажнять песчаную форму. Эти меры позволяют снизить количество дефектов на 3-5%.
2. Усадка
Когда металл становится твердым, он сжимается неравномерно, оставляя внутри пустоты, называемые усадочной пористостью. Это распространенная проблема, которая часто встречается в литьё алюминия под давлением. Этот сплав может давать усадку до 6,6% по объему. На усадку влияют различные факторы, такие как:
- Скорость охлаждения
- Тип металла
- Конструкция отливки
Например, более высокая скорость охлаждения алюминия (30 °C/мин) приводит к появлению трещин. В то же время 5 °C/мин обеспечивают равномерную структуру.
Профилактика
Чтобы избежать усадки, можно использовать питатели для добавления дополнительного количества расплавленного металла во время застывания. Кроме того, поддерживайте постоянную температуру заливки. Например, 650-700°C для алюминия. Создайте однородную форму. Также применяйте охлаждение для более толстых секций. Охлаждение ускоряет процесс затвердевания и минимизирует усадку.
На этом изображении показана усадочная пористость. Она уменьшается во время затвердевания под давлением. Вы можете увидеть разницу между экспериментальными и симуляционными секциями. Цветовая шкала показывает уровень общей усадочной пористости. Например, синий цвет равен нулю, выделенный зеленым участок - от 40 до 50, а красная усадочная полость показывает усадку 100%.
3. Шероховатые поверхности
Шероховатые поверхности относятся к дефектам. Эта проблема влияет на внешний вид и эксплуатационные характеристики литых деталей. Они образуются из-за:
- Шероховатость формы: Неровные поверхности формы вызывают шероховатость формы, часто из-за грубая песчинки. Например, формы с AFS GFN <50 делают поверхности очень шероховатыми.
- Включения песка: Когда производители заливают расплавленный металл в песчаную форму, несколько рыхлых песчинок прилипают к расплавленному металлу и влияют на качество поверхности.
- Эрозия: Большая скорость расплавленного металла, чем 2 м/с, образует эрозию.
Шероховатость поверхности:
Шероховатость поверхности можно измерить с помощью таких инструментов, как профилометры. Средняя шероховатость (Ra) для литых деталей обычно находится в пределах 6-25 мкм. В то время как для полированных деталей этот показатель составляет от 0,4 до 0,8 мкм.
Однако Rz (шероховатость с большими колебаниями высоты) для деталей, отлитых из песка, колеблется в пределах 50 мкм и более.
Профилактика
Улучшите качество формы и используйте мелкозернистый песок (например, AFS GFN >60). Наносите гладкие огнеупорные покрытия. Кроме того, контролируйте скорость заливки до 1,5-2 м/с, чтобы уменьшить эрозию. Для окончательной обработки можно использовать методы шлифовки или полировки.
Соображения при выборе способа обработки поверхности
Выбор подходящего варианта обработки поверхности зависит от нескольких факторов, приведенных в таблице. Например, стоимость, совместимость материалов, желаемое качество отделки и объем производства. Выбирайте их с умом, чтобы оправдать свои инвестиции.
Заключение:
Изготовленные детали часто имеют шероховатые поверхности, которые необходимо исправить. Шероховатые поверхности могут быть вызваны такими дефектами, как пористость, усадка или износ пресс-формы. В любом случае их можно исправить, используя несколько способов обработки поверхности. Эти методы включают шлифовку, обработку, полировку или нанесение покрытий. Выбор метода зависит от того, как вы хотите превратить грубую поверхность в тонкую отделку, или от сферы применения.