- English
- Español
- Português
- русский
- Français
- 日本語
- Deutsch
- tiếng Việt
- Italiano
- Nederlands
- ภาษาไทย
- Polski
- 한국어
- Svenska
- magyar
- Malay
- বাংলা ভাষার
- Dansk
- Suomi
- हिन्दी
- Pilipino
- Türkçe
- Gaeilge
- العربية
- Indonesia
- Norsk
- تمل
- český
- ελληνικά
- український
- Javanese
- فارسی
- தமிழ்
- తెలుగు
- नेपाली
- Burmese
- български
- ລາວ
- Latine
- Қазақша
- Euskal
- Azərbaycan
- Slovenský jazyk
- Македонски
- Lietuvos
- Eesti Keel
- Română
- Slovenski
- मराठी
- Srpski језик
Критические характеристики, влияющие на чистоту поверхности отливок
2022-10-13
Точность размеров, с которой теперь можно производить отливки в песчаные формы, приблизилась к точности отливок по выплавляемым моделям. Технологии трехмерной песчаной печати значительно повысили точность размеров форм и стержней, но не смогли достичь гладкости поверхности обычных отливок в песчаные формы, не говоря уже об отливках по выплавляемым моделям.
Литье по выплавляемым моделям позволяет получать очень гладкие детали с превосходным разрешением элементов и точностью размеров. Трехмерные печатные песчаные формы и стержни могут стать экономически эффективной альтернативой литью по выплавляемым моделям, если процесс может соответствовать требованиям как к размерам, так и к поверхности.
Несмотря на то, что в области расходных материалов для литейного производства было внесено много изменений и улучшений, песок остается единственным материалом, который остается неизменным. После добычи и промывки, при необходимости, формовочные пески разделяют на индивидуальные или двухсеточные группировки и складируют. Они объединяются в обычные распределения для отправки заказчику литейного производства. Несмотря на то, что существует множество различных распределений по шахтам, песок одинаковой крупности AFS поставляется в аналогичных распределениях. Обработка поверхности является неотъемлемой частью характеристик качества отливки. Грубая внутренняя поверхность отливок может привести к снижению эффективности как для жидкостей, так и для высокоскоростных газов. Так обстоит дело с компонентами турбокомпрессора и впускного коллектора. Университет Северной Айовы исследовал характеристики материала формы, влияющие на гладкость поверхности отливок. Исследование было проведено на алюминиевых отливках, но оно применимо и применимо к ферросплавам, которые не имеют таких дефектов, как пенетрация или дефекты расплавленного песка. В исследовании изучается влияние характеристик формовочной среды, таких как крупность песка, тип материала и выбор огнеупорного покрытия. Цель проекта состояла в том, чтобы выполнить чистовую отделку поверхности литья по выплавляемым моделям в деталях, отлитых в песчаные формы.
Результаты проницаемости и площади поверхности
Проницаемость AFS определяется как время, за которое известный объем воздуха проходит через стандартный образец при напоре 10 см водяного столба. Проще говоря, проницаемость AFS представляет собой количество открытых пространств между зернами заполнителя, которые позволяют проходить воздуху. GFN материала значительно изменяет проницаемость до 80 GFN, где тенденция выравнивается.
Данные показывают, что одинаковая шероховатость поверхности может быть достигнута с частицами любой формы при различных скоростях. Материалы со сферическими и круглыми зернами улучшают плавность литья в ускоренном темпе по сравнению с угловатыми и субугловатыми заполнителями.
Результаты контактного угла галлия
Измерения контактного угла были проведены для измерения относительной смачиваемости связанных формовочных заполнителей жидким металлом с использованием теста с жидким галлием. Керамические пески имели самый высокий краевой угол, в то время как циркон и оливин имели аналогичный меньший краевой угол. Галлий проявлял гидрофобные свойства на всех поверхностях песка. Аналогичный AFS-GFN использовался для всех образцов. Результаты показывают, что контактный угол для типов песка сильно зависит от формы зерен заполнителя, как показано на вторичной оси, а не от основного материала. Керамические пески имели самую округлую форму, а оливиновые пески имели сильно угловатую форму. В то время как смачиваемость поверхности основного заполнителя может играть роль в чистоте поверхности отливки, диапазон измерений краевого угла в серии испытаний зависел от формы зерна.
Результаты шероховатости поверхности тестовых отливок
Результаты измерения шероховатости поверхности измеряли с помощью контактного профилометра. Наблюдалось значительное улучшение гладкости поверхности при переходе от кремнезема с тремя ситами 44 GFN к силикагелю с четырьмя ситами 67 GFN. Изменения выше 67 GFN не оказали влияния на шероховатость поверхности, несмотря на изменение ширины распределения. Пороговое значение 185 RMS соблюдается.
Между материалами 101 и 106 GFN можно наблюдать значительное улучшение гладкости. Песок 106 GFN имеет на 17% больше материала 200 меш в распределении сита. Двухэкранные материалы 115 и 118 GFN привели к снижению гладкости. Песок 143 GFN дал такие же показания, что и циркон 106 GFN. Пороговое значение составляет 200 RMS.
Неуклонное улучшение гладкости поверхности наблюдалось при переходе от хромита с четырьмя ситами 49 GFN к хромиту с тремя ситами 73 GFN, несмотря на то, что распределение частиц становится более узким. На хромите 73 GFN наблюдалось увеличение удерживания на сите 140 меш на 19% по сравнению с 49 GFN. Значительное увеличение гладкости литья было продемонстрировано при переходе от хромитовых песков с тремя ситами 73 GFN к хромитовым пескам с четырьмя ситами 77 GFN, независимо от их одинакового числа зерен. Никакого изменения гладкости между хромитовыми материалами 77 GFN и 99 GFN не наблюдалось. Интересно, что два песка имели очень похожее удержание в сите 200 меш. Пороговое значение составляет 250 RMS.
Наблюдается значительное улучшение плавности литья от оливина 78 GFN до оливина 84 GFN, несмотря на более узкое распределение. Увеличение удерживания на 15% на сите 140 меш было видно в оливине 84 GFN. Между оливинами 84 и 85 GFN есть значимость. Оливин 85 GFN улучшил гладкость на 50. Оливин 85 GFN представляет собой песок с тремя ситами с почти 10% удержанием на сите 200 меш, в то время как оливин 84 GFN представляет собой просто материал с двумя ситами. Устойчивое улучшение гладкости можно наблюдать при переходе от оливина 85 GFN к оливину 98 GFN. Распределение сита показывает увеличение удерживания на 5% на сите 200 меш. Никаких изменений не наблюдалось при переходе от оливина 98 GFN к оливину 114 GFN, несмотря на увеличение удерживания 200 меш почти на 7%.
Можно наблюдать пороговое значение 244 RMS.
Результаты шероховатости поверхности для отливок, полученных из керамических стержней, показывают небольшое улучшение между материалами 32 GFN и 41 GFN. Удержание сита 70 меш увеличилось на 34% в песке 41 GFN. Значительное увеличение гладкости наблюдалось между керамикой 41 GFN и 54 GFN. Материал 54 GFN имел более чем на 19% большее удержание в сите 100 меш по сравнению с материалом 41 GFN. Это улучшение произошло, несмотря на сужение распределения в материале 54 GFN. Наибольшее влияние на результаты по керамике наблюдалось между песками 54 GFN и 68 GFN. Песок 68 GFN имел на 15% более высокое удержание на сите 140 меш, что расширило распределение. Несмотря на увеличение удерживания более чем на 40% в сите 140 меш, между материалами 68 GFN и 92 GFN наблюдалось незначительное улучшение. Пороговое значение составляет 236 RMS.
Поверхности, созданные 3D-печатным песком, значительно грубее, чем поверхность утрамбованного песка с использованием того же заполнителя. Образцы, напечатанные с ориентацией XY, давали самую гладкую поверхность тестовой отливки, тогда как образцы, напечатанные с ориентацией XZ и YZ, давали самую шероховатую поверхность.
Для кварцевого песка 83 GFN с утрамбованным диоксидом кремния без покрытия значение шероховатости составило 185 RMS. Хотя отливки выглядели более гладкими, огнеупорные покрытия увеличивали шероховатость поверхности, измеренную профилометром. Покрытие из оксида алюминия на спиртовой основе продемонстрировало наилучшие характеристики, в то время как покрытие из циркона на спиртовой основе показало наибольшую шероховатость. 83 3D-печатных образца GFN показали противоположный эффект. В то время как образец без покрытия печатался в наиболее подходящей ориентации XY, образец без покрытия имел шероховатость отливки 943 RMS. Покрытия существенно сгладили поверхность по сравнению с чистотой поверхности без покрытия с 339 до 488 среднеквадратичных значений. Похоже, что отделка поверхности песка с покрытием в некоторой степени не зависит от шероховатости песка подложки и в значительной степени зависит от состава огнеупорного покрытия. Трехмерный печатный песок, хотя и имеет более грубую поверхность, может быть значительно улучшен за счет использования огнеупорных покрытий.
Выводы
Имеющиеся в настоящее время формовочные заполнители способны достигать значения шероховатости поверхности менее 200 микродюймов среднеквадратичного значения. Эти значения немного ниже значений, связанных с отливками по выплавляемым моделям. Каждый из протестированных материалов показал уменьшение шероховатости отливки с увеличением мелкозернистости заполнителя AFS. Это было верно для всех материалов вплоть до порогового значения, при котором дальнейшее снижение шероховатости отливки не наблюдалось при увеличении AFS-GFN. Это было подтверждено ранее проведенными исследованиями.
Во всех группах материалов эффект AFS-GFN был вторичным как по расчетной площади поверхности, так и по совокупной проницаемости. В то время как можно считать, что проницаемость описывает открытые участки уплотненного песка, площадь поверхности лучше описывает распределение песка на экране и соответствующее количество мелких частиц. И проницаемость, и площадь поверхности были напрямую связаны с гладкостью поверхности отливки. Следует отметить, что это справедливо для агрегатов внутри группы формы. Хотя угловатые и субугловатые агрегаты имели большую площадь поверхности, их проницаемость была высокой и указывала на открытую поверхность. Сферические и округлые агрегаты имеют самую гладкую поверхность, сочетающую низкую проницаемость с большой площадью поверхности.
Первоначально считалось, что смачиваемость поверхности, измеренная углом контакта между жидким металлом и связанным заполнителем, является критическим фактором в получаемой отделке поверхности отливки. Хотя было показано, что контактный угол на различных материалах при одинаковом AFS-GFN не был пропорционален шероховатости отливки, было подтверждено, что форма зерна была основным фактором. Отсутствие связи между контактным углом и шероховатостью поверхности отливки можно объяснить тем фактом, что форма зерна рассматривалась как основное влияние на шероховатость поверхности. Существует значительная вероятность того, что на краевой угол смачивания различных материалов в большей степени влияла форма зерна и получающаяся в результате гладкость поверхности, чем смачиваемость материала.
Литье по выплавляемым моделям позволяет получать очень гладкие детали с превосходным разрешением элементов и точностью размеров. Трехмерные печатные песчаные формы и стержни могут стать экономически эффективной альтернативой литью по выплавляемым моделям, если процесс может соответствовать требованиям как к размерам, так и к поверхности.
Несмотря на то, что в области расходных материалов для литейного производства было внесено много изменений и улучшений, песок остается единственным материалом, который остается неизменным. После добычи и промывки, при необходимости, формовочные пески разделяют на индивидуальные или двухсеточные группировки и складируют. Они объединяются в обычные распределения для отправки заказчику литейного производства. Несмотря на то, что существует множество различных распределений по шахтам, песок одинаковой крупности AFS поставляется в аналогичных распределениях. Обработка поверхности является неотъемлемой частью характеристик качества отливки. Грубая внутренняя поверхность отливок может привести к снижению эффективности как для жидкостей, так и для высокоскоростных газов. Так обстоит дело с компонентами турбокомпрессора и впускного коллектора. Университет Северной Айовы исследовал характеристики материала формы, влияющие на гладкость поверхности отливок. Исследование было проведено на алюминиевых отливках, но оно применимо и применимо к ферросплавам, которые не имеют таких дефектов, как пенетрация или дефекты расплавленного песка. В исследовании изучается влияние характеристик формовочной среды, таких как крупность песка, тип материала и выбор огнеупорного покрытия. Цель проекта состояла в том, чтобы выполнить чистовую отделку поверхности литья по выплавляемым моделям в деталях, отлитых в песчаные формы.
Результаты проницаемости и площади поверхности
Проницаемость AFS определяется как время, за которое известный объем воздуха проходит через стандартный образец при напоре 10 см водяного столба. Проще говоря, проницаемость AFS представляет собой количество открытых пространств между зернами заполнителя, которые позволяют проходить воздуху. GFN материала значительно изменяет проницаемость до 80 GFN, где тенденция выравнивается.
Данные показывают, что одинаковая шероховатость поверхности может быть достигнута с частицами любой формы при различных скоростях. Материалы со сферическими и круглыми зернами улучшают плавность литья в ускоренном темпе по сравнению с угловатыми и субугловатыми заполнителями.
Результаты контактного угла галлия
Измерения контактного угла были проведены для измерения относительной смачиваемости связанных формовочных заполнителей жидким металлом с использованием теста с жидким галлием. Керамические пески имели самый высокий краевой угол, в то время как циркон и оливин имели аналогичный меньший краевой угол. Галлий проявлял гидрофобные свойства на всех поверхностях песка. Аналогичный AFS-GFN использовался для всех образцов. Результаты показывают, что контактный угол для типов песка сильно зависит от формы зерен заполнителя, как показано на вторичной оси, а не от основного материала. Керамические пески имели самую округлую форму, а оливиновые пески имели сильно угловатую форму. В то время как смачиваемость поверхности основного заполнителя может играть роль в чистоте поверхности отливки, диапазон измерений краевого угла в серии испытаний зависел от формы зерна.
Результаты шероховатости поверхности тестовых отливок
Результаты измерения шероховатости поверхности измеряли с помощью контактного профилометра. Наблюдалось значительное улучшение гладкости поверхности при переходе от кремнезема с тремя ситами 44 GFN к силикагелю с четырьмя ситами 67 GFN. Изменения выше 67 GFN не оказали влияния на шероховатость поверхности, несмотря на изменение ширины распределения. Пороговое значение 185 RMS соблюдается.
Между материалами 101 и 106 GFN можно наблюдать значительное улучшение гладкости. Песок 106 GFN имеет на 17% больше материала 200 меш в распределении сита. Двухэкранные материалы 115 и 118 GFN привели к снижению гладкости. Песок 143 GFN дал такие же показания, что и циркон 106 GFN. Пороговое значение составляет 200 RMS.
Неуклонное улучшение гладкости поверхности наблюдалось при переходе от хромита с четырьмя ситами 49 GFN к хромиту с тремя ситами 73 GFN, несмотря на то, что распределение частиц становится более узким. На хромите 73 GFN наблюдалось увеличение удерживания на сите 140 меш на 19% по сравнению с 49 GFN. Значительное увеличение гладкости литья было продемонстрировано при переходе от хромитовых песков с тремя ситами 73 GFN к хромитовым пескам с четырьмя ситами 77 GFN, независимо от их одинакового числа зерен. Никакого изменения гладкости между хромитовыми материалами 77 GFN и 99 GFN не наблюдалось. Интересно, что два песка имели очень похожее удержание в сите 200 меш. Пороговое значение составляет 250 RMS.
Наблюдается значительное улучшение плавности литья от оливина 78 GFN до оливина 84 GFN, несмотря на более узкое распределение. Увеличение удерживания на 15% на сите 140 меш было видно в оливине 84 GFN. Между оливинами 84 и 85 GFN есть значимость. Оливин 85 GFN улучшил гладкость на 50. Оливин 85 GFN представляет собой песок с тремя ситами с почти 10% удержанием на сите 200 меш, в то время как оливин 84 GFN представляет собой просто материал с двумя ситами. Устойчивое улучшение гладкости можно наблюдать при переходе от оливина 85 GFN к оливину 98 GFN. Распределение сита показывает увеличение удерживания на 5% на сите 200 меш. Никаких изменений не наблюдалось при переходе от оливина 98 GFN к оливину 114 GFN, несмотря на увеличение удерживания 200 меш почти на 7%.
Можно наблюдать пороговое значение 244 RMS.
Результаты шероховатости поверхности для отливок, полученных из керамических стержней, показывают небольшое улучшение между материалами 32 GFN и 41 GFN. Удержание сита 70 меш увеличилось на 34% в песке 41 GFN. Значительное увеличение гладкости наблюдалось между керамикой 41 GFN и 54 GFN. Материал 54 GFN имел более чем на 19% большее удержание в сите 100 меш по сравнению с материалом 41 GFN. Это улучшение произошло, несмотря на сужение распределения в материале 54 GFN. Наибольшее влияние на результаты по керамике наблюдалось между песками 54 GFN и 68 GFN. Песок 68 GFN имел на 15% более высокое удержание на сите 140 меш, что расширило распределение. Несмотря на увеличение удерживания более чем на 40% в сите 140 меш, между материалами 68 GFN и 92 GFN наблюдалось незначительное улучшение. Пороговое значение составляет 236 RMS.
Поверхности, созданные 3D-печатным песком, значительно грубее, чем поверхность утрамбованного песка с использованием того же заполнителя. Образцы, напечатанные с ориентацией XY, давали самую гладкую поверхность тестовой отливки, тогда как образцы, напечатанные с ориентацией XZ и YZ, давали самую шероховатую поверхность.
Для кварцевого песка 83 GFN с утрамбованным диоксидом кремния без покрытия значение шероховатости составило 185 RMS. Хотя отливки выглядели более гладкими, огнеупорные покрытия увеличивали шероховатость поверхности, измеренную профилометром. Покрытие из оксида алюминия на спиртовой основе продемонстрировало наилучшие характеристики, в то время как покрытие из циркона на спиртовой основе показало наибольшую шероховатость. 83 3D-печатных образца GFN показали противоположный эффект. В то время как образец без покрытия печатался в наиболее подходящей ориентации XY, образец без покрытия имел шероховатость отливки 943 RMS. Покрытия существенно сгладили поверхность по сравнению с чистотой поверхности без покрытия с 339 до 488 среднеквадратичных значений. Похоже, что отделка поверхности песка с покрытием в некоторой степени не зависит от шероховатости песка подложки и в значительной степени зависит от состава огнеупорного покрытия. Трехмерный печатный песок, хотя и имеет более грубую поверхность, может быть значительно улучшен за счет использования огнеупорных покрытий.
Выводы
Имеющиеся в настоящее время формовочные заполнители способны достигать значения шероховатости поверхности менее 200 микродюймов среднеквадратичного значения. Эти значения немного ниже значений, связанных с отливками по выплавляемым моделям. Каждый из протестированных материалов показал уменьшение шероховатости отливки с увеличением мелкозернистости заполнителя AFS. Это было верно для всех материалов вплоть до порогового значения, при котором дальнейшее снижение шероховатости отливки не наблюдалось при увеличении AFS-GFN. Это было подтверждено ранее проведенными исследованиями.
Во всех группах материалов эффект AFS-GFN был вторичным как по расчетной площади поверхности, так и по совокупной проницаемости. В то время как можно считать, что проницаемость описывает открытые участки уплотненного песка, площадь поверхности лучше описывает распределение песка на экране и соответствующее количество мелких частиц. И проницаемость, и площадь поверхности были напрямую связаны с гладкостью поверхности отливки. Следует отметить, что это справедливо для агрегатов внутри группы формы. Хотя угловатые и субугловатые агрегаты имели большую площадь поверхности, их проницаемость была высокой и указывала на открытую поверхность. Сферические и округлые агрегаты имеют самую гладкую поверхность, сочетающую низкую проницаемость с большой площадью поверхности.
Первоначально считалось, что смачиваемость поверхности, измеренная углом контакта между жидким металлом и связанным заполнителем, является критическим фактором в получаемой отделке поверхности отливки. Хотя было показано, что контактный угол на различных материалах при одинаковом AFS-GFN не был пропорционален шероховатости отливки, было подтверждено, что форма зерна была основным фактором. Отсутствие связи между контактным углом и шероховатостью поверхности отливки можно объяснить тем фактом, что форма зерна рассматривалась как основное влияние на шероховатость поверхности. Существует значительная вероятность того, что на краевой угол смачивания различных материалов в большей степени влияла форма зерна и получающаяся в результате гладкость поверхности, чем смачиваемость материала.
Как и в случае со всеми измерительными приборами, артефакты метода испытаний могут в некоторой степени влиять на результаты. Увеличение шероховатости отливок, хотя визуально отливки выглядели более гладкими при нанесении огнеупорного покрытия, может быть связано с формой пиков и впадин, созданных покрытиями. По определению и измерениям, огнеупорные покрытия только увеличивали шероховатость поверхности по сравнению с образцами без покрытия. Все огнеупорные покрытия очень успешно улучшали шероховатость поверхности напечатанных на 3D-принтере песков. Оказалось, что чистота поверхности испытуемых отливок из образцов с покрытием в некоторой степени не зависела от исходного песка подложки. Покрытия оказали большое влияние на чистоту поверхности, но требуется дальнейшая работа по пересмотру покрытий для улучшения отделки отливки.
Под редакцией Сантоса Вана из Ningbo Zhiye Mechanical Components Co., Ltd.
https://www.zhiyecasting.com
santos@zy-casting.com
86-18958238181
