Odlewstała się ważną metodą wytwarzania surowych odlewów w produkcji mechanicznej i zajmuje znaczącą pozycję w produkcji przemysłowej. Wraz z rozwojem społeczeństwa konkurencja w branży odlewniczej staje się coraz bardziej intensywna. Zdobycie przyczółka na rynku w obliczu tak ostrej konkurencji postawiło samą branżę odlewniczą wysokie wymagania, w tym modernizację sprzętu, postęp technologiczny i ulepszenia nowych procesów. W produkcji odlewów marszczenie jest charakterystyczną wadą powierzchni pełnych-odlewanych części z żeliwa i jest jednym z głównych czynników wpływających na jakość odlewu i utrudniających produkcję żeliwa.
Wady marszczące i mechanizm ich powstawania
Ogólnie rzecz biorąc, defekty związane z marszczeniem są powszechnie spotykane w górnej części odlewu, w martwych narożnikach lub na pionowych powierzchniach cienkościennych odlewów-o grubości ścianek mniejszej niż 15 mm. W zależności od wyglądu istnieją cztery główne typy defektów marszczących: rozgałęzione,-cięte na zimno, kropelkowe-i żużlowe-w tym. Wśród nich zmarszczki rozgałęzione są płytsze, natomiast zmarszczki-cięcia na zimno,-kroplopodobne i-żużlowe są głębsze. Powierzchnie takich ubytków często pokryte są lekkimi, błyszczącymi płatkami węgla, a wgłębienia ubytków wypełnione są węglem sadzy. Obecność takich defektów i pozostałości stałego polistyrenu poważnie wpływa na jakość powierzchni części żeliwnych. W przypadku odlewania w formie stałej, jeśli tworzywo piankowe nie odparuje całkowicie, produkty jego rozkładu mogą zagęścić pierwotnie cienkie membrany struktury pianki- przypominające plaster miodu, zakłócając strukturę pianki i tworząc grubą, twardą skorupę. Podczas krzepnięcia roztopionego żelaza napięcie powierzchniowe resztkowego ciekłego polistyrenu różni się od napięcia roztopionego żelaza, powodując skurcz. Po ochłodzeniu i zestaleniu metalowej cieczy tworzą się nieciągłe faliste zmarszczki. Zimno-oddzielone i kropelkowe-wady skórki pomarszczone występują głównie w punktach zbieżności dwóch lub więcej strumieni przechłodzonego stopionego żelaza lub na górnej powierzchni, gdzie pozostają nieodparowane pozostałości płynnego lub stałego polistyrenu. Po ostygnięciu i zestaleniu odlewu pozostałości węgla zostają uwięzione na powierzchni odlewu, tworząc nieregularne wtrącenia w postaci pomarszczonych ubytków skórki.
Czynniki wpływające na powstawanie pomarszczonych defektów skóry
Wpływ materiału modelu: Gdy stopiony metal przepływa przez nagrzane modele, zgazowanie i rozkład tworzywa piankowego są niekompletne, pozostawiając część materiału w stanie ciekłym. Nawet w odpowiednio wysokich temperaturach czas potrzebny do całkowitego zgazowania materiału modelowego zawsze przekracza czas wypełnienia metalem. Te pozostałości ciekłych materiałów modelowych mogą gromadzić się na powierzchni roztopionego metalu lub przylegać do ścianek formy, potencjalnie tworząc różne defekty odlewnicze w niesprzyjających warunkach procesu. Jako taki, materiał formierski jest głównym czynnikiem powodującym lub wpływającym na defekty marszczone w żeliwie. Im mniej-produktów rozkładu w wysokiej temperaturze tworzywa piankowego w postaci płynnej (lub stałej), tym mniejsze prawdopodobieństwo wystąpienia defektów.
Wpływ stopu: Doświadczenie produkcyjne pokazuje, że staliwo i odlewy aluminiowe mają lepszą jakość powierzchni i brak defektów marszczenia; żeliwo ciągliwe ma mniej wad niż żeliwo szare; Żeliwo-wysokiej jakości ma mniej wad niż żeliwo-niskiej jakości, co może być związane z zawartością węgla w stopie. Praktyka pokazuje również, że im wyższa zawartość węgla w stopie, tym poważniejsze są wady; i odwrotnie, im niższa zawartość węgla, tym mniej defektów.
Wpływ temperatury i prędkości zalewania: Praktyka pokazuje, że wady związane z marszczeniem żeliwa zmniejszają się wraz ze wzrostem temperatury zalewania cieczy metalicznej, natomiast wady przyczepności piasku pogłębiają się; i odwrotnie, im niższa temperatura zalewania, tym poważniejsze są wady marszczenia. Staliwo, żeliwo, odlew aluminiowy i inne stopy odlewane w różnych temperaturach dadzą odlewy o znacząco różnych właściwościach powierzchni. Tworzywo piankowe ulega szeregowi reakcji pod wpływem-stopionego metalu w formie o wysokiej temperaturze, z których najważniejszą jest endotermiczna reakcja parowania. To nieuchronnie zmniejsza temperaturę i płynność roztopionego metalu, wpływając na jego zdolność do wypełniania formy. Podczas zalewania różnych stopów zaobserwowano, że tworzywo piankowe ulega różnym przemianom pomiędzy roztopionym metalem a formą. Jeżeli temperatura zalewania jest bliska temperaturze parowania tworzywa piankowego, podczas zalewania wytwarza się jedynie biały dym, bez tworzenia się czarnych produktów rozkładu; gdy temperatura wzrośnie do temperatury zalewania żeliwa, ze spoin piaskownicy wyciekają substancje oleiste i powstaje duża ilość czarnego dymu; a gdy temperatura w dalszym ciągu wzrasta do temperatury zalewania stali, tworzywo sztuczne może przejść kolejną transformację, która pomaga poprawić defekty.
Zwiększenie prędkości odlewania może również pozwolić piance na pochłonięcie większej ilości ciepła ze stopionego metalu podczas krótkiego okresu wypełniania metalem, kompensując szybkie tempo chłodzenia odlewów formowanych w formie stałej, a jednocześnie zwiększając szybkość parowania formy z tworzywa piankowego.
Wpływ systemu nalewania i pozycji nalewania: Nieprawidłowo zaprojektowany system nalewania lub niewłaściwa pozycja nalewania może powodować powstawanie wnęk skurczowych i porowatości. Do takich wad może również prowadzić niewłaściwy dobór parametrów wymiarowych kanałów wylewowych w systemie zalewowym. Gdy wewnętrzny kanał wylewowy znajduje się w najgrubszej części ścianki odlewu, wymiary wewnętrznego kanału wylewowego dobiera się tak, aby były grubsze. Po wylaniu odlewu przepływ cieczy w wewnętrznym kanale zalewowym pozostaje przez dłuższy czas w stanie ciekłym. W przypadku stosowania konwencjonalnych procesów odlewania żeliwa (takich jak system zalewania metodą deszczową) do zalewania części z litego żeliwa, wady takie jak wtrącenia, zgorzelina, dziury gazowe i zmarszczki są poważne, a jakość jest stale niezadowalająca.
Wpływ przepuszczalności masy formierskiej: Parowanie tworzywa piankowego następuje przede wszystkim w obszarach bezpośrednio przylegających do roztopionego metalu. Gdy pomiędzy tworzywem piankowym a stopionym metalem utworzy się warstwa wysokotemperaturowego gazu rozkładowego, szybkość parowania tworzywa piankowego zależy przede wszystkim od szybkości, z jaką ten wysokotemperaturowy gaz rozkładowy-przenika przez piasek formierski i ulega rozproszeniu. Poprawa przepuszczalności masy formierskiej pomaga zwiększyć odległość fazy gazowej, umożliwiając rozproszenie gazu przez masę formierską na większym obszarze. Doświadczenia wskazują również, że poprawa przepuszczalności mas formierskich jest ważnym czynnikiem zapewniającym jakość odlewów.
Wpływ kształtu odlewu: Odlewy o różnych kształtach i rozmiarach mają różny wpływ na jakość powierzchni. Chociaż wpływ ten przebiega według określonych wzorców, nie oznacza to, że bardziej złożone kształty skutkują gorszą jakością powierzchni lub że prostsze kształty gwarantują lepszą jakość. Przeciwnie, im większy jest stosunek pola powierzchni do objętości lub im większe jest pole powierzchni górnej, tym większe jest prawdopodobieństwo, że na powierzchni górnej rozwiną się rozległe defekty wklęsłe. W przypadku elementów żeliwnych szczególnie częste są wady związane z marszczeniem. Nawet w porównaniu z odlewami cylindrycznymi o tej samej objętości, elementy z płaskich płyt o prostych kształtach często wykazują gorszą jakość powierzchni (szczególnie na górnej powierzchni) ze względu na większą powierzchnię lub wyższy stosunek powierzchni-do-objętości. W identycznych warunkach produkcyjnych jakość powierzchni elementów z płaskich płyt jest na ogół gorsza niż w przypadku odlewów cylindrycznych.
