Распространенные производственные дефекты при литье под высоким давлением
2025-01-14 15:02:57 просмотров:0
В высокоэффективном и широко используемом процессе формовки металлов литьем под высоким давлением, хотя и могут быть изготовлены высокоточные отливки сложной формы, благодаря процессу заполнения и затвердевания расплавленного металла под высоким давлением и высокой скоростью, на который влияет В результате взаимодействия множества факторов неизбежно могут возникнуть некоторые производственные дефекты. Глубокое понимание этих распространенных дефектов имеет решающее значение для оптимизации процесса литья под давлением, улучшения качества отливок и снижения производственных затрат.
Газовые поры
Причины возникновения
- Удержание газа: В процессе литья под давлением расплавленный металл заполняет полость с чрезвычайно высокой скоростью. Этот процесс происходит чрезвычайно быстро, и воздух в полости часто не удается вовремя полностью удалить. Таким образом, он захватывается внутри отливки быстро текущим расплавленным металлом, образуя газовые поры. Например, при литье под давлением ступицы автомобильного колеса из алюминиевого сплава, когда скорость заполнения расплавленным металлом достигла 5 м/с, из-за плохого отвода в полость резко возросла дефектность газовых пор внутри отливки. от 5% при скорости наполнения 3 м/с до 15%. Когда скорость заливки расплавленного металла достигает нескольких метров в секунду и даже выше, возможность газового захвата существенно возрастает.
- Эволюция газа: В процессе затвердевания сам материал сплава постепенно выделяет газ. Если взять в качестве примера алюминиевый сплав, то если содержание водорода в нем слишком велико, на этапе затвердевания отливки атомы водорода объединятся с образованием газообразного водорода, который появляется в виде газовых пор внутри отливки. Обычно растворимость водорода в алюминиевом сплаве снижается с понижением температуры. Когда температура упадет до определенной степени, будет выделяться пересыщенный водород. Исследования показывают, что когда содержание водорода в алюминиевом сплаве превышает 0,6 мл/100 г, вероятность образования газовых пор в отливке значительно возрастает. При производстве определенного алюминиевого сплава - литье под давлением из-за неправильного контроля содержания водорода в сырье, которое достигало 0,8 мл/100 г, в конечном итоге 50% изделий имели газопористые дефекты.
Влияния
- Ухудшение механических свойств: Наличие газовых пор похоже на скрытую опасность внутри отливки. Это снижает плотность отливки и нарушает непрерывность ее внутренней структуры. Когда отливка подвергается давлению или внешним силам, вокруг газовых пор возникает концентрация напряжений, и трещины часто возникают и расширяются из этих слабых газовых пор, что значительно снижает общую прочность и ударную вязкость отливки. В отлитых под давлением деталях автомобильных двигателей при наличии газовых пор в условиях высокоскоростной работы двигателя, а также при воздействии огромного давления и знакопеременных нагрузок в этих деталях с большой вероятностью происходит распространение трещин из газовых пор. в конечном итоге приводит к утечке или повреждению деталей, серьезно влияя на нормальную работу двигателя. Соответствующие испытания показывают, что для блока цилиндров двигателя, отлитого под давлением из алюминиевого сплава с объемной долей газовых пор 5%, его прочность на разрыв на 20% ниже, чем у изделия без газовых пор, а его усталостная долговечность сокращается на 30%.
- Воздух – проблемы с герметичностью: Для некоторых отливок, к которым предъявляются строгие требования по герметичности, таких как компоненты аэрокосмической отрасли и соединители газопроводов, наличие газовых пор может напрямую привести к утечке газа или жидкости, что делает продукт неспособным соответствовать требованиям использования и даже вызывает серьезные несчастные случаи, связанные с безопасностью. При литье под давлением топливной форсунки авиационного двигателя, как только появляются газовые поры, даже крошечные, в среде впрыска топлива с высокой температурой и высоким давлением, может возникнуть утечка топлива, приводящая к отказу двигателя. По статистике, отказы компонентов авиадвигателя, вызванные газовыми порами, составляют 10% всех причин отказов.
Усадочные полости и пористость
Причины возникновения
- Усадка при затвердевании: В процессе затвердевания расплавленного металла его объем уменьшается. Если в процессе усадки она не получит своевременную подпитку от желоба, стояка и других частей, в последних - затвердевающих частях отливки образуются усадочные полости или пористость. Как правило, толстостенные части отливки рассеивают тепло медленнее и имеют более длительное время затвердевания, чем тонкостенные детали. На более поздней стадии затвердевания они с большей вероятностью будут иметь усадочные полости или пористость из-за недостаточной подачи. Например, при литье под давлением большой и сложной конструктивной детали из-за неравномерной толщины стенок более толстые участки имеют большую усадку во время затвердевания, в то время как окружающие тонкостенные детали уже затвердели и не могут обеспечить достаточное количество расплавленного металла для кормление. В результате в толстостенных участках могут возникнуть усадочные полости или дефекты пористости. В процессе литья под давлением крупной опоры из алюминиевого сплава, представленной на рынке, скорость охлаждения толстостенной части (толщина стенки 20 мм) в три раза медленнее, чем скорость охлаждения тонкостенной детали (толщина стенки 5 мм). Из-за недостаточной подачи в толстостенную деталь дефектность усадочных полостей и пористости достигает 30%.
- Режим затвердевания: Режим затвердевания сплава также оказывает важное влияние на образование усадочных полостей и пористости. Сплавы с послойной характеристикой затвердевания имеют большую склонность к образованию усадочных полостей, тогда как сплавы с мягким режимом затвердевания более склонны к образованию пористости. Например, сплав олово — бронза, поскольку он близок к режиму послойного затвердевания, имеет вероятность около 25% возникновения дефектов усадочных полостей, возникающих в процессе литья под давлением. По сравнению с мягким затвердевающим алюминиевым сплавом проблема усадочных полостей более заметна.
Влияния
- Ослабление внутренней структуры: появление усадочных полостей и пористости нарушает компактность внутренней части отливки, что приводит к образованию множества небольших пустот или пористых участков внутри отливки. Это не только снижает механические свойства отливки, делая ее склонной к деформации и разрушению под воздействием внешних сил, но также влияет на усталостную долговечность отливки. В некоторых деталях, которым необходимо выдерживать повторяющиеся знакопеременные нагрузки, например, в отлитых под давлением компонентах автомобильной подвески, усадочные полости и пористость значительно снижают усталостную прочность, что приводит к преждевременному выходу деталей из строя. Экспериментальные испытания показывают, что усталостная долговечность отлитой под давлением автомобильной подвески с дефектами пористости на 40% меньше, чем у обычной детали.
- Снижение сопротивления давлению: Для отливок, которые должны выдерживать высокое давление, таких как корпуса гидравлических клапанов и соединения труб высокого давления, усадочные полости и пористость могут привести к снижению их герметичности, вызывая утечки в условиях высокого давления и делая их неспособными работать должным образом. . Например, при литье под давлением корпуса гидравлического клапана предприятием на рынке из-за усадочных полостей и дефектов пористости степень утечки продукта достигла 15% во время испытания давлением 20 МПа, не соответствуя фактическому значению. требования к использованию.
Холодное закрытие
Причины возникновения
- Плохие условия наполнения: Во время процесса заливки расплавленного металла из-за неразумной конструкции литника расплавленный металл течет неравномерно и медленно, или температура самого расплавленного металла слишком низкая, и тепло рассеивается слишком быстро во время процесса потока, что делает текучесть расплавленный металл хуже. Когда встречаются два и более потока расплавленного металла, они не могут полностью слиться, образуя на поверхности отливки зазор, который кажется не полностью расплавленным, а именно холодный затвор. Например, при литье под давлением тонкостенной отливки сложной формы при неправильном положении литника температура расплавленного металла быстро падает и замедляется скорость потока при его протекании через тонкостенную область. Очень легко изготовить холодные затворы на пересечениях тонкостенных участков или в точках плавления потоков расплавленного металла.
- Неравномерная температура формы: температура поверхности формы неравномерна, а некоторые детали имеют слишком низкую температуру. Когда расплавленный металл контактирует с этими низкотемпературными областями, он быстро охлаждается и затвердевает, в результате чего последующие потоки расплавленного металла не могут хорошо слиться с ним, что приводит к образованию холодных остановок. При производстве определенной формы из-за неисправности системы охлаждения температура локального участка формы была на 50 °C ниже нормальной рабочей температуры. Дефектность холодных остановов в отливках, произведенных на этом участке, достигала 40%.
Влияния
- Ущерб качеству внешнего вида: Холодные затворы напрямую влияют на внешний вид отливки, создавая на ее поверхности явные прерывистые следы, снижая эстетику и общее качество изделия. В некоторых продуктах с высокими требованиями к внешнему виду, таких как корпуса и украшения электронных устройств, дефекты холодного закрытия непосредственно приводят к списанию продукта. При производстве корпуса из алюминиевого сплава для электронного продукта на литейном заводе на рынке из-за дефектов холодного закрытия уровень несоответствия продукта достиг 10%, что привело к прямым экономическим потерям в сотни тысяч юаней.
- Снижение производительности: Прочность соединения металла при холодном закрытии относительно низкая. Это не только снижает прочность отливки, что позволяет легко сломать ее после холодного закрытия под воздействием внешних сил, но также влияет на герметичность отливки. Для некоторых отливок, требующих герметизации, таких как блоки цилиндров автомобильных двигателей и корпуса насосов, холодные затворы могут привести к утечке жидкости или газа, что повлияет на нормальную работу оборудования. Исследования показывают, что эффективность герметизации блока цилиндров автомобильного двигателя с дефектами холодного закрытия снижается на 30%, и вероятность протечек при испытаниях под высоким давлением возрастает.
Вспышка
Причины возникновения
- Чрезмерный зазор пресс-формы: Во время процесса литья под давлением, если зазор между разделительной поверхностью формы или между скользящим блоком и полостью слишком велик, под действием расплавленного металла под высоким давлением расплавленный металл вытечет из этих зазоров, образуя вспышка. Во время длительного использования формы из-за размыва расплавленного металла под высоким давлением, механического воздействия при открытии и закрытии формы, а также теплового расширения и сжатия разделительная поверхность постепенно изнашивается, увеличивая зазор. Кроме того, если точность изготовления пресс-формы невысока и на начальном этапе существует проблема чрезмерного зазора, также легко вызвать засветку. В ходе экспериментов после того, как определенная форма для литья под давлением использовалась 5000 раз, зазор разделяющей поверхности увеличился с начальных 0,05 мм до 0,15 мм, а процент дефектов заусенцев увеличился с 2% до 10%.
- Недостаточная сила зажима: Во время литья под давлением требуется достаточная сила зажима, чтобы противостоять давлению, создаваемому расплавленным металлом в полости. Если сила зажима недостаточна и не может эффективно предотвратить открытие разделительной поверхности формы, расплавленный металл вытечет из разделяющей поверхности под действием разницы давлений, образуя вспышку. Например, при литье под давлением крупных отливок или тонкостенных отливок из-за большого давления наполнения расплавленным металлом, если сила зажима выбрана неправильно, очень легко получить заусенец. При литье под давлением крупной отливки из алюминиевого сплава размером 500 мм × 300 мм, когда усилие смыкания составляет менее 80% от теоретического требования, процент брака заусенцев резко возрастает с 5% до 25%.
Влияния
- Увеличение нагрузки на постобработку: Наличие облоя значительно увеличивает нагрузку на последующую очистку и обработку отливки. Удаление обломков требует большого количества рабочей силы, материальных ресурсов и времени, что увеличивает производственные затраты. Распространенные методы удаления облоя включают ручное шлифование, механическую обработку, химическую коррозию и т. д. Однако независимо от того, какой метод используется, требуются дополнительные процессы и затраты ресурсов. Согласно статистике, на одном заводе по литью под давлением стоимость последующей обработки увеличилась на 20% из-за дефектов обшивки, что привело к дополнительным годовым затратам в размере около 500 000 юаней.
- Точность размеров и проблемы сборки: Вспышка может привести к тому, что размер отливки превысит заданный диапазон допуска, что повлияет на точность сборки с другими деталями. В некоторых случаях сборки с чрезвычайно высокими требованиями к точности размеров, например, при сборке компонентов авиационных двигателей, отклонение размеров, вызванное вспышкой, может привести к невозможности завершения всей сборки и даже повлиять на производительность и безопасность продукта. В процессе сборки определенной лопатки авиационного двигателя из-за заусенцев на лопатке, вызывающих отклонение размеров на 0,1 мм, процент отказов при сборке увеличился с 1% до 10%, что серьезно повлияло на ход производства.
Царапины на поверхности
Причины возникновения
- Фрикционный эффект: В процессе литья под давлением между отливкой и поверхностью формы возникает большая сила трения. Когда поверхность формы недостаточно гладкая и имеются небольшие выступы, царапины или дефекты, поверхность отливки легко царапается из-за дефектов на поверхности формы во время процесса извлечения из формы, образуя поверхностные царапины. Кроме того, неравномерное нанесение покрытия, при котором не образуется эффективный смазочно-изоляционный слой между отливкой и поверхностью формы, также увеличивает силу трения и приводит к появлению царапин на поверхности. Например, на участках со слишком слабым покрытием отливка напрямую контактирует с формой, что увеличивает силу трения и облегчает образование царапин на поверхности. В определенном производстве литья под давлением, когда значение Ra шероховатости поверхности формы увеличивалось с 0,8 мкм до 1,6 мкм, процент дефектности поверхности царапин на отливке увеличивался с 3% до 10%.
- Необоснованные параметры процесса: Необоснованные настройки параметров процесса литья под давлением, таких как скорость литья под давлением и угол уклона, также увеличивают риск образования царапин на поверхности. Чрезмерная скорость литья под давлением мгновенно увеличит силу трения между отливкой и поверхностью формы, а слишком малый угол уклона увеличит сопротивление при извлечении отливки из формы, и то и другое может привести к появлению царапин на поверхности. В определенном процессе литья под давлением, когда скорость литья была увеличена с 3 м/с до 5 м/с и угол уклона уменьшен с 3° до 1°, интенсивность дефектов в виде поверхностных царапин на отливке увеличилась с от 5% до 20%.
Влияния
- Снижение качества поверхности: Царапины на поверхности напрямую повреждают целостность поверхности отливки и ухудшают качество ее поверхности. Это не только ухудшает внешний вид отливки, делая ее поверхность шероховатой и неровной, но и снижает коррозионную стойкость отливки. Во влажной или агрессивной среде поцарапанные детали могут стать отправной точкой коррозии, ускоряя коррозионное повреждение отливки. В результате экспериментов в среде солевого тумана скорость коррозии отливки с поверхностными царапинами на 50% выше, чем у обычной отливки.
- Концентрация стресса и сокращение усталостной жизни: Поцарапанные области будут образовывать точки концентрации напряжения. Когда литье подвергается внешним силам или чередующимся нагрузкам, эти точки концентрации напряжений склонны к инициированию и расширению трещин, что снижает усталостную жизнь литья. Для некоторых частей, которые должны выдерживать длинные чередующиеся нагрузки, такие как коленчатые валы и соединительные шатуны автомобильных двигателей, поверхностные царапины значительно сократят срок службы. Исследования показывают, что срок службы усталости автомобильного двигателя, соединяющего стержень с дефектами, на 35% короче, чем у нормального соединительного шатуна.
Понимание общих производственных дефектов в литье с высоким давлением и их причины и влияния является ключом к решению и предотвращению этих дефектов. Через многое аспекты, такие как оптимизация конструкции плесени, улучшение параметров процесса литья, укрепление обслуживания и содержания плесени, а также улучшение навыков оператора, возникновение производственных дефектов может быть эффективно снижена, а также качество и надежность высокого давления отливки можно улучшить для удовлетворения потребностей различных отраслей промышленности для высоких качественных отливок.
