- 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
Caracteristici critice care afectează finisarea suprafeței pieselor turnate
2022-10-13
Precizia dimensională la care pot fi produse acum turnarea cu nisip s-a apropiat de cea a turnărilor de investiții. Tehnologiile de imprimare cu nisip 3-D au îmbunătățit considerabil acuratețea dimensională a matrițelor și a miezurilor, dar nu au reușit să se potrivească cu netezimea suprafeței turnărilor de nisip convenționale, cu atât mai puțin ale turnărilor de investiții.
Turnarea cu investiții oferă piese foarte netede, cu rezoluție excelentă a caracteristicilor și precizie dimensională. Formele și miezurile de nisip imprimate 3-D pot oferi o alternativă rentabilă la turnarea cu investiții, dacă procesul poate îndeplini atât cerințele dimensionale, cât și cele de suprafață.
Deși s-au făcut multe modificări și îmbunătățiri în domeniul consumabilelor de turnătorie, nisipul este singurul material care a rămas oarecum constant. După exploatare și spălare, dacă este necesar, nisipurile de turnătorie sunt clasificate în grupări individuale sau cu două ochiuri și depozitate. Acestea sunt combinate în distribuții normale pentru expediere către clientul turnătoriei. Deși există multe distribuții diferite de mine, nisipul cu un număr similar de finețe a granulelor AFS este furnizat în distribuții similare. Finisajul suprafeței este o parte integrantă a specificațiilor de calitate a turnării. Finisajele brute ale suprafețelor interioare ale pieselor turnate pot cauza pierderea eficienței atât pentru fluide, cât și pentru gazele cu viteză mare. Acesta este cazul turbocompresorului și componentelor galeriei de admisie. Universitatea din Northern Iowa a investigat caracteristicile materialelor de matriță care afectează netezimea suprafeței pentru piese turnate. Cercetarea a fost efectuată pe piese turnate de aluminiu, dar are aplicații și relevanță în aliajele feroase care nu prezintă defecte, cum ar fi defecte de penetrare sau nisip topit. Studiul investighează influența caracteristicilor mediului de turnare, cum ar fi finețea nisipului, tipul de material și selecția acoperirii refractare. Scopul proiectului a fost realizarea finisajelor de suprafață de turnare de investiții în piese turnate în nisip.
Rezultate permeabilitate și suprafață
Permeabilitatea AFS este definită ca timpul necesar pentru ca un volum cunoscut de aer să treacă printr-o probă standard la o înălțime de 10 cm de apă. Pur și simplu, permeabilitatea AFS reprezintă cantitatea de spații deschise dintre granulele agregate care lasă aerul să treacă. GFN-ul unui material modifică semnificativ permeabilitatea până la 80 GFN, unde tendința pare să se stabilească.
Datele arată că aceeași rugozitate a suprafeței poate fi obținută cu orice formă de particule la rate diferite. Materialele cu granulație sferică și rotundă îmbunătățesc netezimea turnării la o rată accelerată în comparație cu agregatele unghiulare și subunghiulare.
Rezultatele unghiului de contact galiu
Măsurătorile unghiului de contact au fost efectuate pentru a măsura umecbilitatea relativă a agregatelor de turnare lipite cu metal lichid utilizând un test de galiu lichid. Nisipurile ceramice au avut cel mai mare unghi de contact, în timp ce zirconul și olivina au avut un unghi de contact similar mai scăzut. Galiul a prezentat un comportament hidrofob pe toate suprafețele de nisip. Un AFS-GFN similar a fost utilizat pentru toate probele. Rezultatele indică unghiul de contact pentru tipurile de nisip a depins în mare măsură de forma granulelor agregatelor, așa cum se arată pe axa secundară, mai degrabă decât de materialul de bază. Nisipurile ceramice au avut cea mai rotundă formă, iar nisipurile olivine au prezentat o formă foarte unghiulară. În timp ce umectarea suprafeței agregatului de bază poate juca un rol în finisarea suprafeței de turnare, gama de măsurători a unghiului de contact din seria de teste a fost subordonată formei granulelor.
Rezultatele rugozității suprafeței din turnările de testare
Rezultatele rugozității suprafeței au fost măsurate folosind un profilometru de contact. A existat o îmbunătățire semnificativă a netezimii suprafeței de la silice 44 GFN cu trei sitări la silice 67 GFN cu patru sitări. Modificările peste 67 GFN nu au arătat un impact asupra rugozității suprafeței, în ciuda variației lățimii de distribuție. Se observă valoarea de prag de 185 RMS.
O îmbunătățire semnificativă a netezirii poate fi observată între materialele 101 și 106 GFN. Nisipul 106 GFN are peste 17% mai mult material de 200 ochiuri în distribuția ecranului. Materialele cu două ecrane 115 și 118 GFN au dus la o scădere a netezimii. Nisipul 143 GFN a dus la citiri similare cu zirconul 106 GFN. Valoarea pragului este de 200 RMS.
O îmbunătățire constantă a netezimii suprafeței a fost observată de la cromitul 49 GFN cu patru ecrane la cromitul 73 GFN cu trei ecrane, în ciuda faptului că distribuția particulelor a devenit mai îngustă. O creștere cu 19% a retenției ecranului de 140 de mesh a fost observată în cromitul 73 GFN în comparație cu 49 GFN. O creștere semnificativă a netezimii de turnare a fost demonstrată de la nisipurile de cromit 73 GFN cu trei sitări la cele 77 GFN cu patru ecrane, indiferent de numerele de finețe ale granulelor similare. Nu s-a observat nicio modificare a netezimii între materialele de cromit 77 GFN și 99 GFN. Interesant este că cele două nisipuri au împărțit o retenție foarte similară în ecranul de 200 de ochiuri. Valoarea pragului este de 250 RMS.
Există o îmbunătățire semnificativă a netezimii turnării de la olivina 78 GFN la olivina 84 GFN, în ciuda distribuției mai înguste. O creștere de retenție de 15% în ecranul cu ochiuri de 140 a fost vizibilă în olivina 84 GFN. Există o semnificație între olivina 84 și 85 GFN. Olivina 85 GFN a îmbunătățit netezimea cu 50. Olivina 85 GFN este un nisip cu trei ecrane cu o retenție de aproape 10% în ecranul de 200 de ochiuri, în timp ce olivina 84 GFN este pur și simplu un material cu două ecrane. O îmbunătățire constantă a netezimii poate fi observată de la olivina de 85 GFN la olivina de 98 GFN. Distribuția ecranului arată o creștere de retenție de 5% în ecranul de 200 de mesh. Nu s-a observat nicio schimbare de la olivina 98 GFN la 114 GFN, în ciuda unei creșteri a retenției de 200 mesh de aproape 7%.
Se poate observa o valoare de prag de 244 RMS.
Rezultatele rugozității suprafeței pentru piețele turnate obținute din miezuri ceramice arată o ușoară îmbunătățire între materialele 32 GFN și 41 GFN. A existat o creștere a retenției ecranului de 70 de ochiuri cu 34% în nisipul de 41 GFN. O creștere semnificativă a netezirii a fost observată între ceramica 41 GFN și 54 GFN. Materialul 54 GFN a avut o retenție cu peste 19% mai mare în ecranul de 100 de ochiuri în comparație cu materialul 41 GFN. Această îmbunătățire a avut loc în ciuda îngustării distribuției în materialul 54 GFN. Cel mai mare impact în rezultatele ceramice a fost observat între nisipurile cu 54 GFN și 68 GFN. Nisipul 68 GFN a avut o retenție cu 15% mai mare în sita de 140 de ochiuri, ceea ce a lărgit distribuția. În ciuda unei creșteri de peste 40% a retenției în ecranul de 140 de ochiuri, s-a observat puțină îmbunătățire între materialele 68 GFN și 92 GFN. Valoarea pragului este de 236 RMS.
Suprafețele generate de nisipurile imprimate 3-D sunt semnificativ mai aspre decât o suprafață de nisip batut folosind același agregat. Probele imprimate în orientarea XY au oferit cea mai netedă suprafață de turnare de testare, în timp ce cele imprimate în orientarea XZ și YZ au rezultat cea mai aspră.
Nisipul de silice neacoperit cu 83 GFN a dus la o valoare a rugozității de 185 RMS. Deși piesele turnate au părut mai netede, acoperirile refractare au crescut rugozitatea suprafeței măsurată de profilometru. Stratul de alumină pe bază de alcool a prezentat cea mai bună performanță, în timp ce stratul de zircon pe bază de alcool a avut ca rezultat cea mai mare rugozitate. Cele 83 de mostre GFN imprimate 3-D au arătat efectul opus. În timp ce proba neacoperită s-a imprimat în cea mai favorabilă orientare XY, proba neacoperită a prezentat o rugozitate de turnare de 943 RMS. Acoperirile au netezit suprafața în mod substanțial de la finisarea suprafeței neacoperite de la un nivel scăzut de 339 la un nivel ridicat de 488 RMS. Se pare că finisajul suprafeței nisipurilor acoperite este oarecum independent de rugozitatea nisipului substratului și depinde în mare măsură de formularea acoperirii refractare. Nisipul imprimat 3-D, deși începe cu un finisaj de suprafață mult mai dur, poate fi îmbunătățit semnificativ prin utilizarea de acoperiri refractare.
Concluzii
Agregatele de turnare disponibile în prezent au capacitatea de a atinge valori ale rugozității suprafeței mai mici de 200 microinchi RMS. Aceste valori se încadrează ușor în valorile asociate cu piese turnate. Pentru materialele testate, fiecare a prezentat o scădere a rugozității de turnare odată cu creșterea fineței granulelor AFS agregate. Acest lucru a fost valabil pentru toate materialele până la o valoare de prag, moment în care nu sa observat nicio scădere suplimentară a rugozității de turnare odată cu creșterea AFS-GFN. Acest lucru a fost susținut de cercetările efectuate anterior.
În cadrul tuturor grupelor de materiale, efectul AFS-GFN a fost secundar atât suprafeței calculate, cât și permeabilității agregatelor. În timp ce se poate crede că permeabilitatea descrie zonele deschise ale nisipului compactat, aria suprafeței descrie mai bine distribuția ecranului nisipului și cantitatea corespunzătoare de particule fine. Atât permeabilitatea, cât și aria suprafeței au fost direct legate de netezimea suprafeței de turnare. Trebuie remarcat faptul că acest lucru a fost valabil pentru agregatele dintr-un grup de forme. Deși agregatele unghiulare și subunghiulare aveau suprafețe mari, permeabilitatea lor era mare și indica o suprafață deschisă. Agregatele sferice și rotunjite au prezentat cele mai netede suprafețe, combinând permeabilitatea scăzută cu suprafața mare.
Inițial se credea că umectarea suprafeței măsurată prin unghiul de contact dintre metalul lichid și agregatul lipit era un factor critic în finisarea suprafeței de turnare rezultată. Deși s-a demonstrat că unghiul de contact pe diferite materiale la AFS-GFN similar nu a fost proporțional cu rugozitatea de turnare, s-a confirmat că forma granulelor a fost un factor major. Absența unei relații între unghiul de contact și rugozitatea suprafeței de turnare ar putea fi explicată prin faptul că forma granulelor a fost văzută ca o influență majoră în rugozitatea suprafeței. Există o posibilitate semnificativă ca unghiul de contact al diferitelor materiale să fie afectat mai mult de forma granulației și de netezimea suprafeței rezultată decât de umecbilitatea materialului în sine.
Turnarea cu investiții oferă piese foarte netede, cu rezoluție excelentă a caracteristicilor și precizie dimensională. Formele și miezurile de nisip imprimate 3-D pot oferi o alternativă rentabilă la turnarea cu investiții, dacă procesul poate îndeplini atât cerințele dimensionale, cât și cele de suprafață.
Deși s-au făcut multe modificări și îmbunătățiri în domeniul consumabilelor de turnătorie, nisipul este singurul material care a rămas oarecum constant. După exploatare și spălare, dacă este necesar, nisipurile de turnătorie sunt clasificate în grupări individuale sau cu două ochiuri și depozitate. Acestea sunt combinate în distribuții normale pentru expediere către clientul turnătoriei. Deși există multe distribuții diferite de mine, nisipul cu un număr similar de finețe a granulelor AFS este furnizat în distribuții similare. Finisajul suprafeței este o parte integrantă a specificațiilor de calitate a turnării. Finisajele brute ale suprafețelor interioare ale pieselor turnate pot cauza pierderea eficienței atât pentru fluide, cât și pentru gazele cu viteză mare. Acesta este cazul turbocompresorului și componentelor galeriei de admisie. Universitatea din Northern Iowa a investigat caracteristicile materialelor de matriță care afectează netezimea suprafeței pentru piese turnate. Cercetarea a fost efectuată pe piese turnate de aluminiu, dar are aplicații și relevanță în aliajele feroase care nu prezintă defecte, cum ar fi defecte de penetrare sau nisip topit. Studiul investighează influența caracteristicilor mediului de turnare, cum ar fi finețea nisipului, tipul de material și selecția acoperirii refractare. Scopul proiectului a fost realizarea finisajelor de suprafață de turnare de investiții în piese turnate în nisip.
Rezultate permeabilitate și suprafață
Permeabilitatea AFS este definită ca timpul necesar pentru ca un volum cunoscut de aer să treacă printr-o probă standard la o înălțime de 10 cm de apă. Pur și simplu, permeabilitatea AFS reprezintă cantitatea de spații deschise dintre granulele agregate care lasă aerul să treacă. GFN-ul unui material modifică semnificativ permeabilitatea până la 80 GFN, unde tendința pare să se stabilească.
Datele arată că aceeași rugozitate a suprafeței poate fi obținută cu orice formă de particule la rate diferite. Materialele cu granulație sferică și rotundă îmbunătățesc netezimea turnării la o rată accelerată în comparație cu agregatele unghiulare și subunghiulare.
Rezultatele unghiului de contact galiu
Măsurătorile unghiului de contact au fost efectuate pentru a măsura umecbilitatea relativă a agregatelor de turnare lipite cu metal lichid utilizând un test de galiu lichid. Nisipurile ceramice au avut cel mai mare unghi de contact, în timp ce zirconul și olivina au avut un unghi de contact similar mai scăzut. Galiul a prezentat un comportament hidrofob pe toate suprafețele de nisip. Un AFS-GFN similar a fost utilizat pentru toate probele. Rezultatele indică unghiul de contact pentru tipurile de nisip a depins în mare măsură de forma granulelor agregatelor, așa cum se arată pe axa secundară, mai degrabă decât de materialul de bază. Nisipurile ceramice au avut cea mai rotundă formă, iar nisipurile olivine au prezentat o formă foarte unghiulară. În timp ce umectarea suprafeței agregatului de bază poate juca un rol în finisarea suprafeței de turnare, gama de măsurători a unghiului de contact din seria de teste a fost subordonată formei granulelor.
Rezultatele rugozității suprafeței din turnările de testare
Rezultatele rugozității suprafeței au fost măsurate folosind un profilometru de contact. A existat o îmbunătățire semnificativă a netezimii suprafeței de la silice 44 GFN cu trei sitări la silice 67 GFN cu patru sitări. Modificările peste 67 GFN nu au arătat un impact asupra rugozității suprafeței, în ciuda variației lățimii de distribuție. Se observă valoarea de prag de 185 RMS.
O îmbunătățire semnificativă a netezirii poate fi observată între materialele 101 și 106 GFN. Nisipul 106 GFN are peste 17% mai mult material de 200 ochiuri în distribuția ecranului. Materialele cu două ecrane 115 și 118 GFN au dus la o scădere a netezimii. Nisipul 143 GFN a dus la citiri similare cu zirconul 106 GFN. Valoarea pragului este de 200 RMS.
O îmbunătățire constantă a netezimii suprafeței a fost observată de la cromitul 49 GFN cu patru ecrane la cromitul 73 GFN cu trei ecrane, în ciuda faptului că distribuția particulelor a devenit mai îngustă. O creștere cu 19% a retenției ecranului de 140 de mesh a fost observată în cromitul 73 GFN în comparație cu 49 GFN. O creștere semnificativă a netezimii de turnare a fost demonstrată de la nisipurile de cromit 73 GFN cu trei sitări la cele 77 GFN cu patru ecrane, indiferent de numerele de finețe ale granulelor similare. Nu s-a observat nicio modificare a netezimii între materialele de cromit 77 GFN și 99 GFN. Interesant este că cele două nisipuri au împărțit o retenție foarte similară în ecranul de 200 de ochiuri. Valoarea pragului este de 250 RMS.
Există o îmbunătățire semnificativă a netezimii turnării de la olivina 78 GFN la olivina 84 GFN, în ciuda distribuției mai înguste. O creștere de retenție de 15% în ecranul cu ochiuri de 140 a fost vizibilă în olivina 84 GFN. Există o semnificație între olivina 84 și 85 GFN. Olivina 85 GFN a îmbunătățit netezimea cu 50. Olivina 85 GFN este un nisip cu trei ecrane cu o retenție de aproape 10% în ecranul de 200 de ochiuri, în timp ce olivina 84 GFN este pur și simplu un material cu două ecrane. O îmbunătățire constantă a netezimii poate fi observată de la olivina de 85 GFN la olivina de 98 GFN. Distribuția ecranului arată o creștere de retenție de 5% în ecranul de 200 de mesh. Nu s-a observat nicio schimbare de la olivina 98 GFN la 114 GFN, în ciuda unei creșteri a retenției de 200 mesh de aproape 7%.
Se poate observa o valoare de prag de 244 RMS.
Rezultatele rugozității suprafeței pentru piețele turnate obținute din miezuri ceramice arată o ușoară îmbunătățire între materialele 32 GFN și 41 GFN. A existat o creștere a retenției ecranului de 70 de ochiuri cu 34% în nisipul de 41 GFN. O creștere semnificativă a netezirii a fost observată între ceramica 41 GFN și 54 GFN. Materialul 54 GFN a avut o retenție cu peste 19% mai mare în ecranul de 100 de ochiuri în comparație cu materialul 41 GFN. Această îmbunătățire a avut loc în ciuda îngustării distribuției în materialul 54 GFN. Cel mai mare impact în rezultatele ceramice a fost observat între nisipurile cu 54 GFN și 68 GFN. Nisipul 68 GFN a avut o retenție cu 15% mai mare în sita de 140 de ochiuri, ceea ce a lărgit distribuția. În ciuda unei creșteri de peste 40% a retenției în ecranul de 140 de ochiuri, s-a observat puțină îmbunătățire între materialele 68 GFN și 92 GFN. Valoarea pragului este de 236 RMS.
Suprafețele generate de nisipurile imprimate 3-D sunt semnificativ mai aspre decât o suprafață de nisip batut folosind același agregat. Probele imprimate în orientarea XY au oferit cea mai netedă suprafață de turnare de testare, în timp ce cele imprimate în orientarea XZ și YZ au rezultat cea mai aspră.
Nisipul de silice neacoperit cu 83 GFN a dus la o valoare a rugozității de 185 RMS. Deși piesele turnate au părut mai netede, acoperirile refractare au crescut rugozitatea suprafeței măsurată de profilometru. Stratul de alumină pe bază de alcool a prezentat cea mai bună performanță, în timp ce stratul de zircon pe bază de alcool a avut ca rezultat cea mai mare rugozitate. Cele 83 de mostre GFN imprimate 3-D au arătat efectul opus. În timp ce proba neacoperită s-a imprimat în cea mai favorabilă orientare XY, proba neacoperită a prezentat o rugozitate de turnare de 943 RMS. Acoperirile au netezit suprafața în mod substanțial de la finisarea suprafeței neacoperite de la un nivel scăzut de 339 la un nivel ridicat de 488 RMS. Se pare că finisajul suprafeței nisipurilor acoperite este oarecum independent de rugozitatea nisipului substratului și depinde în mare măsură de formularea acoperirii refractare. Nisipul imprimat 3-D, deși începe cu un finisaj de suprafață mult mai dur, poate fi îmbunătățit semnificativ prin utilizarea de acoperiri refractare.
Concluzii
Agregatele de turnare disponibile în prezent au capacitatea de a atinge valori ale rugozității suprafeței mai mici de 200 microinchi RMS. Aceste valori se încadrează ușor în valorile asociate cu piese turnate. Pentru materialele testate, fiecare a prezentat o scădere a rugozității de turnare odată cu creșterea fineței granulelor AFS agregate. Acest lucru a fost valabil pentru toate materialele până la o valoare de prag, moment în care nu sa observat nicio scădere suplimentară a rugozității de turnare odată cu creșterea AFS-GFN. Acest lucru a fost susținut de cercetările efectuate anterior.
În cadrul tuturor grupelor de materiale, efectul AFS-GFN a fost secundar atât suprafeței calculate, cât și permeabilității agregatelor. În timp ce se poate crede că permeabilitatea descrie zonele deschise ale nisipului compactat, aria suprafeței descrie mai bine distribuția ecranului nisipului și cantitatea corespunzătoare de particule fine. Atât permeabilitatea, cât și aria suprafeței au fost direct legate de netezimea suprafeței de turnare. Trebuie remarcat faptul că acest lucru a fost valabil pentru agregatele dintr-un grup de forme. Deși agregatele unghiulare și subunghiulare aveau suprafețe mari, permeabilitatea lor era mare și indica o suprafață deschisă. Agregatele sferice și rotunjite au prezentat cele mai netede suprafețe, combinând permeabilitatea scăzută cu suprafața mare.
Inițial se credea că umectarea suprafeței măsurată prin unghiul de contact dintre metalul lichid și agregatul lipit era un factor critic în finisarea suprafeței de turnare rezultată. Deși s-a demonstrat că unghiul de contact pe diferite materiale la AFS-GFN similar nu a fost proporțional cu rugozitatea de turnare, s-a confirmat că forma granulelor a fost un factor major. Absența unei relații între unghiul de contact și rugozitatea suprafeței de turnare ar putea fi explicată prin faptul că forma granulelor a fost văzută ca o influență majoră în rugozitatea suprafeței. Există o posibilitate semnificativă ca unghiul de contact al diferitelor materiale să fie afectat mai mult de forma granulației și de netezimea suprafeței rezultată decât de umecbilitatea materialului în sine.
Ca și în cazul tuturor instrumentelor de măsurare, artefactele metodei de testare pot influența într-o oarecare măsură rezultatele. Creșterea rugozității turnării, deși vizual piesele turnate păreau mai netede odată cu aplicarea acoperirii refractare, se poate datora formei vârfurilor și văilor create cu acoperirile. Prin definiție și măsurare, acoperirile refractare au crescut doar rugozitatea suprafeței față de probele neacoperite. Toate acoperirile refractare au avut mare succes în îmbunătățirea rugozității suprafeței nisipurilor imprimate 3-D. S-a părut că finisarea suprafeței pieselor turnate de testare din probele acoperite a fost oarecum independentă de nisipul substratului de pornire. Acoperirile au avut un efect major asupra finisării suprafeței, dar sunt necesare lucrări suplimentare pentru a revizui acoperirile pentru a îmbunătăți finisajele de turnare.
Editat de Santos Wang de la Ningbo Zhiye Mechanical Components Co.,Ltd.
https://www.zhiyecasting.com
santos@zy-casting.com
86-18958238181
