- 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
Az öntvények felületi minőségét befolyásoló kritikus jellemzők
2022-10-13
Az a méretpontosság, amellyel a homoköntvények ma már gyárthatók, megközelítette a befektetett öntvényekét. A 3-D homoknyomtatási technológiák nagymértékben javították a formák és magok méretpontosságát, de nem sikerült megegyezniük a hagyományos homoköntvények felületi simaságával, nem is beszélve a befektetett öntvényekről.
A befektetési öntés nagyon sima alkatrészeket biztosít kiváló jellemzőfelbontással és méretpontossággal. A 3-D nyomtatott homokformák és -magok költséghatékony alternatívát jelenthetnek a befektetési öntés helyett, ha az eljárás megfelel a méret- és felületi követelményeknek.
Bár sok változtatás és fejlesztés történt az öntödei fogyóeszközök területén, a homok az egyetlen anyag, amely némileg állandó maradt. A bányászat és mosás után szükség esetén az öntödei homokot egyedi vagy kéthálós csoportokba sorolják és tárolják. Ezeket normál disztribúciókká egyesítik az öntödei ügyfélhez történő szállításhoz. Bár sokféle bányaeloszlás létezik, hasonló AFS-szemcsefinomságú homokot hasonló eloszlásban szállítanak. A felületkezelés az öntvényminőségi előírások szerves részét képezi. Az öntvények durva belső felületkezelése hatékonyságvesztést okozhat mind a folyadékok, mind a nagy sebességű gázok esetében. Ilyen a turbófeltöltő és a szívócső alkatrészei. A Northern Iowa Egyetem vizsgálta a penészanyag jellemzőit, amelyek befolyásolják az öntvények felületi simaságát. A kutatást alumíniumöntvényeken végezték, de olyan vasötvözetek esetében is alkalmazhatók és relevánsak, amelyek nem mutatnak hibákat, például áthatolási vagy olvadt homokhibákat. A tanulmány a formázóközeg jellemzőinek hatását vizsgálja, mint például a homok finomsága, az anyag típusa és a tűzálló bevonat kiválasztása. A projekt célja a homoköntvény részek beruházási öntési felületkezelése volt.
Permeabilitás és felületi eredmények
Az AFS permeabilitás az az idő, ameddig egy ismert térfogatú levegő áthalad egy standard mintán 10 cm vízmagasságnál. Egyszerűen az AFS permeabilitás az aggregátum szemcsék közötti nyitott terek mennyiségét jelenti, amely lehetővé teszi a levegő áthaladását. Egy anyag GFN-je jelentősen megváltoztatja az áteresztőképességet 80 GFN-ig, ahol a trend kiegyenlítődni látszik.
Az adatok azt mutatják, hogy ugyanaz a felületi érdesség bármilyen szemcseformával különböző sebességgel elérhető. A gömbölyű és kerek szemcsés anyagok gyorsabban javítják az öntési simaságot a szögletes és szög alatti aggregátumokhoz képest.
Gallium érintkezési szög eredményei
Érintkezési szög méréseket végeztünk a ragasztott formázóaggregátumok folyékony fémmel való relatív nedvesíthetőségének mérésére folyékony galliumteszt segítségével. A kerámia homok érintkezési szöge volt a legnagyobb, míg a cirkon és az olivin hasonló alacsonyabb érintkezési szöggel. A gallium minden homokfelületen hidrofób viselkedést mutatott. Minden mintához hasonló AFS-GFN-t használtunk. Az eredmények azt mutatják, hogy a homoktípusok érintkezési szöge nagymértékben függött a másodlagos tengelyen látható adalékanyag szemcse alakjától, nem pedig az alapanyagtól. A kerámiahomok volt a legkerekebb, az olivin homok pedig nagyon szögletes. Míg az alap aggregátum felületi nedvesíthetősége szerepet játszhat az öntési felület minőségében, a vizsgálati sorozatban az érintkezési szög mérési tartománya alárendelt volt a szemcsealaknak.
Felületi érdesség tesztöntvények eredményei
A felületi érdesség eredményeit kontaktprofilométerrel mértük. A felület simasága jelentős javulást mutatott a háromszitás 44 GFN szilícium-dioxidról a négyszitás 67 GFN szilícium-dioxidra. A 67 GFN feletti változások nem mutattak hatást a felületi érdességre az eloszlási szélesség változása ellenére. A 185 RMS küszöbértéket figyeljük meg.
A 101 és 106 GFN anyagok között nagymértékű simasági javulás figyelhető meg. A 106 GFN homok több mint 17%-kal több 200 mesh-es anyagot tartalmaz a szitaelosztásban. A két képernyős 115 és 118 GFN anyagok a simaság csökkenését eredményezték. A 143 GFN homok hasonló értékeket eredményezett, mint a 106 GFN cirkon. A küszöbérték 200 RMS.
A felületi simaság folyamatos javulását figyelték meg a négyszitás 49 GFN kromitról a háromszitás 73 GFN kromitra annak ellenére, hogy a részecskeeloszlás egyre szűkült. A 140 mesh-es szita visszatartásában 19%-kal nőtt a 73 GFN kromit a 49 GFN-hez képest. Az öntési simaság szignifikáns növekedését mutatták ki a háromszitás 73 GFN-ről a négyszitás 77 GFN krómhomokokra, függetlenül a hasonló szemcsefinomsági számoktól. A 77 GFN és 99 GFN kromit anyagok között nem figyeltek meg változást a simaságban. Érdekes módon a két homok nagyon hasonló visszatartást mutatott a 200 mesh-es képernyőn. A küszöbérték 250 RMS.
A szűkebb eloszlás ellenére jelentős javulás tapasztalható az öntési simaságban a 78 GFN olivinről a 84 GFN olivinre. A 140 mesh-es szitán 15%-os retenciónövekedés volt látható a 84 GFN olivin esetében. A 84 és 85 GFN olivin között van jelentősége. A 85 GFN olivin 50-el javította a simaságot. A 85 GFN olivin egy háromszita homok, közel 10%-os visszatartással a 200 mesh-es szitán, míg a 84 GFN olivin egyszerűen egy kétszitás anyag. A simaság folyamatos javulása figyelhető meg a 85 GFN olivinről a 98 GFN olivinre. A szitaeloszlás 5%-os retenciónövekedést mutat a 200 mesh-es képernyőn. Nem volt változás a 98 GFN és a 114 GFN olivin között, annak ellenére, hogy a 200 mesh visszatartás közel 7%-kal nőtt.
244 RMS küszöbérték figyelhető meg.
A kerámiamagokból nyert öntvények felületi érdességi eredményei enyhe javulást mutatnak a 32 GFN és a 41 GFN anyagok között. A 70 mesh-es szita visszatartása 34%-kal nőtt a 41 GFN homokban. A simaság szignifikáns növekedését figyelték meg a 41 GFN és 54 GFN kerámiák között. Az 54 GFN anyag több mint 19%-kal nagyobb visszatartást mutatott a 100 mesh-es szitán, mint a 41 GFN anyag. Ez a javulás annak ellenére következett be, hogy az 54 GFN anyagban az eloszlás szűkült. A kerámia eredményekben a legnagyobb hatást az 54 GFN és 68 GFN homok között tapasztaltuk. A 68 GFN homok 15%-kal nagyobb visszatartást mutatott a 140 mesh-es szitán, ami kiszélesítette az eloszlást. Annak ellenére, hogy a 140 mesh-es szitán több mint 40%-os retenciós növekedés tapasztalható, kevés javulás volt megfigyelhető a 68 GFN és a 92 GFN anyagok között. A küszöbérték 236 RMS.
A 3D-nyomtatott homok által létrehozott felületek lényegesen durvábbak, mint az ugyanazt az aggregátumot használó döngölt homokfelület. Az XY orientációban nyomtatott minták adták a legsimább próbaöntési felületet, míg az XZ és YZ orientációban nyomtatottak a legdurvábbat.
A döngölt szilícium-dioxid bevonat nélküli 83 GFN szilika homok 185 RMS érdességértéket eredményezett. Bár az öntvények simábbnak tűntek, a tűzálló bevonatok növelték a profilométerrel mért felületi érdességet. Az alkohol alapú alumínium-oxid bevonat mutatta a legjobb teljesítményt, míg az alkohol alapú cirkon bevonat a legnagyobb érdességért. A 83 GFN 3-D nyomtatott minta ellenkező hatást mutatott. Míg a bevonat nélküli minta a legkedvezőbb XY orientációban nyomtatott, a bevonat nélküli minta öntési érdessége 943 RMS volt. A bevonatok lényegében simították a felületet a bevonat nélküli felületi minőségtől a legalacsonyabb 339 RMS-ről a 488 RMS legmagasabb értékére. Úgy tűnik, hogy a bevont homok felületi minősége némileg független a szubsztrátum homok érdességétől, és nagymértékben függ a tűzálló bevonat összetételétől. A 3D nyomtatott homok, bár sokkal durvább felületkezeléssel kezdődik, jelentősen javítható tűzálló bevonatok használatával.
Következtetések
A jelenleg elérhető fröccsöntő aggregátumok 200 RMS mikrohüvelyknél kisebb felületi érdesség elérésére képesek. Ezek az értékek kissé a befektetési öntvényekhez tartozó értékeken belül vannak. A vizsgált anyagok esetében mindegyiknél csökkent az öntési érdesség az aggregált AFS szemcsefinomságának növekedésével. Ez minden anyagra igaz volt egy küszöbértékig, ekkor az öntési érdesség további csökkenése nem volt megfigyelhető az AFS-GFN növekedésével. Ezt a korábbi kutatások is alátámasztották.
Az összes anyagcsoporton belül az AFS-GFN hatása másodlagos volt mind a számított felület, mind az aggregátum permeabilitás szempontjából. Míg az áteresztőképesség a tömörített homok nyílt területeit írja le, addig a felület jobban leírja a homok szitaeloszlását és a megfelelő mennyiségű finom részecskét. Mind az áteresztőképesség, mind a felület közvetlenül összefüggött az öntési felület simaságával. Meg kell jegyezni, hogy ez igaz volt egy alakcsoporton belüli aggregátumokra. Bár a szög alatti és szög alatti aggregátumok nagy felülettel rendelkeztek, áteresztőképességük nagy volt, és nyitott felületet jelez. A gömb alakú és lekerekített aggregátumok a legsimább felületeket mutatták, amelyek alacsony áteresztőképességet és nagy felületet ötvöztek.
Eredetileg úgy gondolták, hogy a felület nedvesíthetősége, amelyet a folyékony fém és a kötött aggregátum érintkezési szögével mértek, kritikus tényező volt az öntvény felületi minőségében. Bár kimutatták, hogy a különböző anyagok érintkezési szöge hasonló AFS-GFN mellett nem volt arányos az öntési érdességével, megerősítették, hogy a szemcse alakja volt a fő tényező. Az érintkezési szög és az öntési felület érdessége közötti kapcsolat hiánya azzal magyarázható, hogy a szemcseformát a felületi érdesség fő befolyásolójának tekintették. Jelentős a valószínűsége annak, hogy a különböző anyagok érintkezési szögét jobban befolyásolta a szemcseforma és az ebből adódó felületi simaság, mint önmagában az anyag nedvesíthetősége.
A befektetési öntés nagyon sima alkatrészeket biztosít kiváló jellemzőfelbontással és méretpontossággal. A 3-D nyomtatott homokformák és -magok költséghatékony alternatívát jelenthetnek a befektetési öntés helyett, ha az eljárás megfelel a méret- és felületi követelményeknek.
Bár sok változtatás és fejlesztés történt az öntödei fogyóeszközök területén, a homok az egyetlen anyag, amely némileg állandó maradt. A bányászat és mosás után szükség esetén az öntödei homokot egyedi vagy kéthálós csoportokba sorolják és tárolják. Ezeket normál disztribúciókká egyesítik az öntödei ügyfélhez történő szállításhoz. Bár sokféle bányaeloszlás létezik, hasonló AFS-szemcsefinomságú homokot hasonló eloszlásban szállítanak. A felületkezelés az öntvényminőségi előírások szerves részét képezi. Az öntvények durva belső felületkezelése hatékonyságvesztést okozhat mind a folyadékok, mind a nagy sebességű gázok esetében. Ilyen a turbófeltöltő és a szívócső alkatrészei. A Northern Iowa Egyetem vizsgálta a penészanyag jellemzőit, amelyek befolyásolják az öntvények felületi simaságát. A kutatást alumíniumöntvényeken végezték, de olyan vasötvözetek esetében is alkalmazhatók és relevánsak, amelyek nem mutatnak hibákat, például áthatolási vagy olvadt homokhibákat. A tanulmány a formázóközeg jellemzőinek hatását vizsgálja, mint például a homok finomsága, az anyag típusa és a tűzálló bevonat kiválasztása. A projekt célja a homoköntvény részek beruházási öntési felületkezelése volt.
Permeabilitás és felületi eredmények
Az AFS permeabilitás az az idő, ameddig egy ismert térfogatú levegő áthalad egy standard mintán 10 cm vízmagasságnál. Egyszerűen az AFS permeabilitás az aggregátum szemcsék közötti nyitott terek mennyiségét jelenti, amely lehetővé teszi a levegő áthaladását. Egy anyag GFN-je jelentősen megváltoztatja az áteresztőképességet 80 GFN-ig, ahol a trend kiegyenlítődni látszik.
Az adatok azt mutatják, hogy ugyanaz a felületi érdesség bármilyen szemcseformával különböző sebességgel elérhető. A gömbölyű és kerek szemcsés anyagok gyorsabban javítják az öntési simaságot a szögletes és szög alatti aggregátumokhoz képest.
Gallium érintkezési szög eredményei
Érintkezési szög méréseket végeztünk a ragasztott formázóaggregátumok folyékony fémmel való relatív nedvesíthetőségének mérésére folyékony galliumteszt segítségével. A kerámia homok érintkezési szöge volt a legnagyobb, míg a cirkon és az olivin hasonló alacsonyabb érintkezési szöggel. A gallium minden homokfelületen hidrofób viselkedést mutatott. Minden mintához hasonló AFS-GFN-t használtunk. Az eredmények azt mutatják, hogy a homoktípusok érintkezési szöge nagymértékben függött a másodlagos tengelyen látható adalékanyag szemcse alakjától, nem pedig az alapanyagtól. A kerámiahomok volt a legkerekebb, az olivin homok pedig nagyon szögletes. Míg az alap aggregátum felületi nedvesíthetősége szerepet játszhat az öntési felület minőségében, a vizsgálati sorozatban az érintkezési szög mérési tartománya alárendelt volt a szemcsealaknak.
Felületi érdesség tesztöntvények eredményei
A felületi érdesség eredményeit kontaktprofilométerrel mértük. A felület simasága jelentős javulást mutatott a háromszitás 44 GFN szilícium-dioxidról a négyszitás 67 GFN szilícium-dioxidra. A 67 GFN feletti változások nem mutattak hatást a felületi érdességre az eloszlási szélesség változása ellenére. A 185 RMS küszöbértéket figyeljük meg.
A 101 és 106 GFN anyagok között nagymértékű simasági javulás figyelhető meg. A 106 GFN homok több mint 17%-kal több 200 mesh-es anyagot tartalmaz a szitaelosztásban. A két képernyős 115 és 118 GFN anyagok a simaság csökkenését eredményezték. A 143 GFN homok hasonló értékeket eredményezett, mint a 106 GFN cirkon. A küszöbérték 200 RMS.
A felületi simaság folyamatos javulását figyelték meg a négyszitás 49 GFN kromitról a háromszitás 73 GFN kromitra annak ellenére, hogy a részecskeeloszlás egyre szűkült. A 140 mesh-es szita visszatartásában 19%-kal nőtt a 73 GFN kromit a 49 GFN-hez képest. Az öntési simaság szignifikáns növekedését mutatták ki a háromszitás 73 GFN-ről a négyszitás 77 GFN krómhomokokra, függetlenül a hasonló szemcsefinomsági számoktól. A 77 GFN és 99 GFN kromit anyagok között nem figyeltek meg változást a simaságban. Érdekes módon a két homok nagyon hasonló visszatartást mutatott a 200 mesh-es képernyőn. A küszöbérték 250 RMS.
A szűkebb eloszlás ellenére jelentős javulás tapasztalható az öntési simaságban a 78 GFN olivinről a 84 GFN olivinre. A 140 mesh-es szitán 15%-os retenciónövekedés volt látható a 84 GFN olivin esetében. A 84 és 85 GFN olivin között van jelentősége. A 85 GFN olivin 50-el javította a simaságot. A 85 GFN olivin egy háromszita homok, közel 10%-os visszatartással a 200 mesh-es szitán, míg a 84 GFN olivin egyszerűen egy kétszitás anyag. A simaság folyamatos javulása figyelhető meg a 85 GFN olivinről a 98 GFN olivinre. A szitaeloszlás 5%-os retenciónövekedést mutat a 200 mesh-es képernyőn. Nem volt változás a 98 GFN és a 114 GFN olivin között, annak ellenére, hogy a 200 mesh visszatartás közel 7%-kal nőtt.
244 RMS küszöbérték figyelhető meg.
A kerámiamagokból nyert öntvények felületi érdességi eredményei enyhe javulást mutatnak a 32 GFN és a 41 GFN anyagok között. A 70 mesh-es szita visszatartása 34%-kal nőtt a 41 GFN homokban. A simaság szignifikáns növekedését figyelték meg a 41 GFN és 54 GFN kerámiák között. Az 54 GFN anyag több mint 19%-kal nagyobb visszatartást mutatott a 100 mesh-es szitán, mint a 41 GFN anyag. Ez a javulás annak ellenére következett be, hogy az 54 GFN anyagban az eloszlás szűkült. A kerámia eredményekben a legnagyobb hatást az 54 GFN és 68 GFN homok között tapasztaltuk. A 68 GFN homok 15%-kal nagyobb visszatartást mutatott a 140 mesh-es szitán, ami kiszélesítette az eloszlást. Annak ellenére, hogy a 140 mesh-es szitán több mint 40%-os retenciós növekedés tapasztalható, kevés javulás volt megfigyelhető a 68 GFN és a 92 GFN anyagok között. A küszöbérték 236 RMS.
A 3D-nyomtatott homok által létrehozott felületek lényegesen durvábbak, mint az ugyanazt az aggregátumot használó döngölt homokfelület. Az XY orientációban nyomtatott minták adták a legsimább próbaöntési felületet, míg az XZ és YZ orientációban nyomtatottak a legdurvábbat.
A döngölt szilícium-dioxid bevonat nélküli 83 GFN szilika homok 185 RMS érdességértéket eredményezett. Bár az öntvények simábbnak tűntek, a tűzálló bevonatok növelték a profilométerrel mért felületi érdességet. Az alkohol alapú alumínium-oxid bevonat mutatta a legjobb teljesítményt, míg az alkohol alapú cirkon bevonat a legnagyobb érdességért. A 83 GFN 3-D nyomtatott minta ellenkező hatást mutatott. Míg a bevonat nélküli minta a legkedvezőbb XY orientációban nyomtatott, a bevonat nélküli minta öntési érdessége 943 RMS volt. A bevonatok lényegében simították a felületet a bevonat nélküli felületi minőségtől a legalacsonyabb 339 RMS-ről a 488 RMS legmagasabb értékére. Úgy tűnik, hogy a bevont homok felületi minősége némileg független a szubsztrátum homok érdességétől, és nagymértékben függ a tűzálló bevonat összetételétől. A 3D nyomtatott homok, bár sokkal durvább felületkezeléssel kezdődik, jelentősen javítható tűzálló bevonatok használatával.
Következtetések
A jelenleg elérhető fröccsöntő aggregátumok 200 RMS mikrohüvelyknél kisebb felületi érdesség elérésére képesek. Ezek az értékek kissé a befektetési öntvényekhez tartozó értékeken belül vannak. A vizsgált anyagok esetében mindegyiknél csökkent az öntési érdesség az aggregált AFS szemcsefinomságának növekedésével. Ez minden anyagra igaz volt egy küszöbértékig, ekkor az öntési érdesség további csökkenése nem volt megfigyelhető az AFS-GFN növekedésével. Ezt a korábbi kutatások is alátámasztották.
Az összes anyagcsoporton belül az AFS-GFN hatása másodlagos volt mind a számított felület, mind az aggregátum permeabilitás szempontjából. Míg az áteresztőképesség a tömörített homok nyílt területeit írja le, addig a felület jobban leírja a homok szitaeloszlását és a megfelelő mennyiségű finom részecskét. Mind az áteresztőképesség, mind a felület közvetlenül összefüggött az öntési felület simaságával. Meg kell jegyezni, hogy ez igaz volt egy alakcsoporton belüli aggregátumokra. Bár a szög alatti és szög alatti aggregátumok nagy felülettel rendelkeztek, áteresztőképességük nagy volt, és nyitott felületet jelez. A gömb alakú és lekerekített aggregátumok a legsimább felületeket mutatták, amelyek alacsony áteresztőképességet és nagy felületet ötvöztek.
Eredetileg úgy gondolták, hogy a felület nedvesíthetősége, amelyet a folyékony fém és a kötött aggregátum érintkezési szögével mértek, kritikus tényező volt az öntvény felületi minőségében. Bár kimutatták, hogy a különböző anyagok érintkezési szöge hasonló AFS-GFN mellett nem volt arányos az öntési érdességével, megerősítették, hogy a szemcse alakja volt a fő tényező. Az érintkezési szög és az öntési felület érdessége közötti kapcsolat hiánya azzal magyarázható, hogy a szemcseformát a felületi érdesség fő befolyásolójának tekintették. Jelentős a valószínűsége annak, hogy a különböző anyagok érintkezési szögét jobban befolyásolta a szemcseforma és az ebből adódó felületi simaság, mint önmagában az anyag nedvesíthetősége.
Mint minden mérőműszer esetében, a vizsgálati módszer műtermékei bizonyos mértékig befolyásolhatják az eredményeket. Az öntvény érdességének növekedése, bár vizuálisan az öntvények simábbnak tűntek a tűzálló bevonat felvitelével, a bevonatokkal kialakított csúcsok és völgyek formájának köszönhető. Definíció és mérés alapján a tűzálló bevonatok csak növelték a felületi érdességet a nem bevont mintákhoz képest. Valamennyi tűzálló bevonat nagyon sikeres volt a 3D nyomtatott homok felületi érdességének javításában. Úgy tűnt, hogy a bevont mintákból készült próbaöntvények felületi minősége némileg független a kiindulási szubsztrát homoktól. A bevonatok jelentős hatással voltak a felületi minőségre, de további munkára van szükség a bevonatok felülvizsgálatához, hogy javítsák az öntési minőséget.
Szerkesztette: Santos Wang, a Ningbo Zhiye Mechanical Components Co.,Ltd.
https://www.zhiyecasting.com
santos@zy-casting.com
86-18958238181
