- 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
Kritické vlastnosti ovlivňující povrchovou úpravu odlitků
2022-10-13
Rozměrová přesnost, se kterou lze nyní vyrábět odlitky do písku, se přiblížila přesnosti přesných odlitků. Technologie 3D pískového tisku výrazně zlepšily rozměrovou přesnost forem a jader, ale nedokázaly dosáhnout hladkosti povrchu konvenčních pískových odlitků, natož vytavitelných odlitků.
Investiční lití poskytuje velmi hladké díly s vynikajícím rozlišením vlastností a rozměrovou přesností. 3-D tištěné pískové formy a jádra mohou poskytnout nákladově efektivní alternativu k lití na vytavitelný model, pokud proces může splňovat požadavky na rozměry i povrch.
Přestože v oblasti slévárenských spotřebních materiálů bylo provedeno mnoho změn a vylepšení, písek je materiál, který zůstal poněkud konstantní. Slévárenské písky se po těžbě a promývání v případě potřeby roztřídí do jednotlivých nebo dvousíťových skupin a skladují. Jsou spojeny do normálních rozvodů pro expedici k zákazníkovi slévárny. Ačkoli existuje mnoho různých distribucí dolů, písek podobného čísla jemnosti zrn AFS je dodáván v podobných distribucích. Povrchová úprava je nedílnou součástí specifikací kvality odlitků. Hrubé vnitřní povrchové úpravy odlitků mohou způsobit ztrátu účinnosti jak u kapalin, tak u plynů s vysokou rychlostí. To je případ komponentů turbodmychadla a sacího potrubí. University of Northern Iowa zkoumala vlastnosti materiálů forem, které ovlivňují hladkost povrchu odlitků. Výzkum byl proveden na hliníkových odlitcích, ale má aplikace a význam ve slitinách železa, které nevykazují vady, jako je penetrace nebo vady taveného písku. Studie zkoumá vliv charakteristik formovacího média, jako je jemnost písku, typ materiálu a výběr žáruvzdorného povlaku. Cílem projektu bylo provedení povrchových úprav vytavitelných odlitků v pískových odlitcích.
Výsledky propustnosti a plochy povrchu
Propustnost AFS je definována jako doba, kterou potřebuje známý objem vzduchu projít standardním vzorkem při výšce 10 cm vody. Jednoduše řečeno, propustnost AFS představuje množství otevřených prostorů mezi zrny kameniva, které umožňují průchod vzduchu. GFN materiálu výrazně mění propustnost až do 80 GFN, kde se zdá, že se trend vyrovnává.
Data ukazují, že stejné drsnosti povrchu lze dosáhnout s jakýmkoli tvarem částic při různých rychlostech. Sférické a kulaté materiály zlepšují hladkost odlévání urychleným tempem ve srovnání s hranatými a podúhlovými agregáty.
Výsledky kontaktního úhlu galia
Měření kontaktního úhlu bylo provedeno za účelem měření relativní smáčivosti spojených formovacích agregátů tekutým kovem pomocí testu tekutým galliem. Keramické písky měly nejvyšší kontaktní úhel, zatímco zirkon a olivín sdílely podobný nižší kontaktní úhel. Gallium vykazovalo hydrofobní chování na všech pískových površích. Pro všechny vzorky byl použit podobný AFS-GFN. Výsledky naznačují, že kontaktní úhel pro typy písku silně závisel na tvaru zrna kameniva, jak je znázorněno na sekundární ose, spíše než na základním materiálu. Keramické písky měly nejkulatější tvar a olivínové písky vykazovaly vysoce hranatý tvar. Zatímco povrchová smáčivost základního kameniva může hrát roli v povrchové úpravě odlitku, rozsah měření kontaktního úhlu ve zkušební sérii byl podřízen tvaru zrna.
Výsledky drsnosti povrchu ze zkušebních odlitků
Výsledky drsnosti povrchu byly měřeny pomocí kontaktního profilometru. Došlo k výraznému zlepšení hladkosti povrchu od třísítového 44 GFN oxidu křemičitého na čtyřsítové 67 GFN oxidu křemičitého. Změny nad 67 GFN nevykazovaly dopad na drsnost povrchu navzdory změnám v šířce rozložení. Je dodržena prahová hodnota 185 RMS.
Mezi materiály 101 a 106 GFN lze pozorovat velké zlepšení hladkosti. Písek 106 GFN má o více než 17 % více 200 mesh materiálu v rozvodu síta. Dvousítové materiály 115 a 118 GFN vedly ke snížení hladkosti. Písek 143 GFN vedl k podobným hodnotám jako zirkon 106 GFN. Prahová hodnota je 200 RMS.
Trvalé zlepšování hladkosti povrchu bylo pozorováno od chromitu 49 GFN se čtyřmi síty po chromit se třemi síty 73 GFN, přestože se distribuce částic zužovala. U chromitu 73 GFN bylo pozorováno 19% zvýšení retence síta 140 mesh ve srovnání s 49 GFN. Výrazné zvýšení hladkosti odlévání bylo prokázáno u třísítových chromitových písků 73 GFN na čtyřsítové 77 GFN bez ohledu na jejich podobná čísla jemnosti zrna. Mezi chromitovými materiály 77 GFN a 99 GFN nebyla pozorována žádná změna hladkosti. Je zajímavé, že tyto dva písky sdílely velmi podobnou retenci na sítu 200 mesh. Prahová hodnota je 250 RMS.
I přes užší distribuci došlo k výraznému zlepšení hladkosti odlévání z olivínu 78 GFN na olivín 84 GFN. Nárůst 15% retence na sítu 140 mesh byl viditelný u 84 GFN olivínu. Mezi 84 a 85 GFN olivínem existuje význam. 85 GFN olivín zlepšil hladkost o 50. 85 GFN olivín je třísítový písek s téměř 10% zadržením na 200-mesh, zatímco olivín 84 GFN je jednoduše dvousítový materiál. Od 85 GFN olivínu k 98 GFN olivínu lze pozorovat trvalé zlepšení hladkosti. Rozložení síta ukazuje zvýšení retence o 5 % na sítu 200 mesh. Nebyla pozorována žádná změna z 98 GFN na 114 GFN olivín navzdory zvýšení retence 200 mesh o téměř 7 %.
Lze pozorovat prahovou hodnotu 244 RMS.
Výsledky drsnosti povrchu odlitků získaných z keramických jader vykazují mírné zlepšení mezi materiály 32 GFN a 41 GFN. V písku 41 GFN došlo ke zvýšení retence síta 70 mesh o 34 %. Mezi keramikou 41 GFN a 54 GFN byl pozorován významný nárůst hladkosti. Materiál 54 GFN měl o více než 19 % vyšší retenci na sítu 100 mesh ve srovnání s materiálem 41 GFN. Toto zlepšení nastalo navzdory zúžení distribuce v materiálu 54 GFN. Největší dopad na keramické výsledky byl pozorován mezi písky 54 GFN a 68 GFN. Písek 68 GFN měl o 15 % vyšší retenci na sítu 140 mesh, což rozšířilo distribuci. Navzdory zvýšení retence o více než 40 % na sítu 140 mesh bylo pozorováno malé zlepšení mezi materiály 68 GFN a 92 GFN. Prahová hodnota je 236 RMS.
Povrchy generované 3-D tištěnými písky jsou výrazně drsnější než povrch dusaného písku s použitím stejného kameniva. Vzorky vytištěné v orientaci XY poskytly nejhladší testovací povrch odlitku, zatímco vzorky vytištěné v orientaci XZ a YZ měly nejdrsnější povrch.
U pěchovaného křemičitého nepotaženého křemičitého písku 83 GFN byla dosažena hodnota drsnosti 185 RMS. I když se odlitky zdály hladší, žáruvzdorné povlaky zvýšily drsnost povrchu měřenou profilometrem. Alkoholový povlak oxidu hlinitého vykazoval nejlepší výkon, zatímco povlak zirkonu na alkoholové bázi měl za následek nejvyšší drsnost. 83 GFN 3-D tištěných vzorků ukázalo opačný efekt. Zatímco nepotažený vzorek vytištěný v nejvýhodnější orientaci XY, nepotažený vzorek vykazoval drsnost odlitku 943 RMS. Povlaky vyhladily povrch v podstatě od nepotažené povrchové úpravy z nízké hodnoty 339 na vysokou hodnotu 488 RMS. Zdá se, že povrchová úprava potažených písků je do jisté míry nezávislá na drsnosti substrátového písku a silně závisí na složení žáruvzdorného povlaku. 3-D tištěný písek, i když začíná s mnohem hrubší povrchovou úpravou, lze výrazně zlepšit použitím žáruvzdorných povlaků.
Závěry
V současnosti dostupné formovací agregáty mají schopnost dosahovat hodnot drsnosti povrchu nižších než 200 RMS mikropalců. Tyto hodnoty jsou mírně v rámci hodnot spojených s investičními odlitky. U testovaných materiálů každý vykazoval pokles drsnosti odlitku se zvyšující se jemností zrna kameniva AFS. To platilo pro všechny materiály až do prahové hodnoty, kdy nebyl pozorován žádný další pokles drsnosti odlitku s rostoucí AFS-GFN. To bylo podpořeno dříve provedeným výzkumem.
Ve všech materiálových skupinách byl účinek AFS-GFN sekundární k vypočtené ploše povrchu a propustnosti kameniva. Zatímco propustnost lze považovat za popis otevřených oblastí zhutněného písku, povrchová plocha lépe popisuje rozložení písku na sítu a odpovídající množství jemných částic. Jak propustnost, tak plocha povrchu přímo souvisely s hladkostí povrchu odlitku. Je třeba poznamenat, že to platilo pro agregáty v rámci tvarové skupiny. Ačkoli hranaté a podúhlové agregáty měly vysoký povrch, jejich propustnost byla vysoká a ukazovala na otevřený povrch. Kulovité a zaoblené agregáty vykazovaly nejhladší povrch kombinující nízkou propustnost s velkým povrchem.
Původně se věřilo, že povrchová smáčivost měřená kontaktním úhlem mezi tekutým kovem a spojeným agregátem je kritickým faktorem výsledné povrchové úpravy odlitku. I když se ukázalo, že kontaktní úhel na různých materiálech při podobném AFS-GFN nebyl úměrný drsnosti odlitku, bylo potvrzeno, že hlavním faktorem byl tvar zrna. Neexistenci vztahu mezi kontaktním úhlem a drsností povrchu odlitku lze vysvětlit skutečností, že tvar zrna byl považován za hlavní vliv na drsnost povrchu. Existuje významná možnost, že kontaktní úhel různých materiálů byl ovlivněn více tvarem zrna a výslednou hladkostí povrchu než smáčivostí samotného materiálu.
Investiční lití poskytuje velmi hladké díly s vynikajícím rozlišením vlastností a rozměrovou přesností. 3-D tištěné pískové formy a jádra mohou poskytnout nákladově efektivní alternativu k lití na vytavitelný model, pokud proces může splňovat požadavky na rozměry i povrch.
Přestože v oblasti slévárenských spotřebních materiálů bylo provedeno mnoho změn a vylepšení, písek je materiál, který zůstal poněkud konstantní. Slévárenské písky se po těžbě a promývání v případě potřeby roztřídí do jednotlivých nebo dvousíťových skupin a skladují. Jsou spojeny do normálních rozvodů pro expedici k zákazníkovi slévárny. Ačkoli existuje mnoho různých distribucí dolů, písek podobného čísla jemnosti zrn AFS je dodáván v podobných distribucích. Povrchová úprava je nedílnou součástí specifikací kvality odlitků. Hrubé vnitřní povrchové úpravy odlitků mohou způsobit ztrátu účinnosti jak u kapalin, tak u plynů s vysokou rychlostí. To je případ komponentů turbodmychadla a sacího potrubí. University of Northern Iowa zkoumala vlastnosti materiálů forem, které ovlivňují hladkost povrchu odlitků. Výzkum byl proveden na hliníkových odlitcích, ale má aplikace a význam ve slitinách železa, které nevykazují vady, jako je penetrace nebo vady taveného písku. Studie zkoumá vliv charakteristik formovacího média, jako je jemnost písku, typ materiálu a výběr žáruvzdorného povlaku. Cílem projektu bylo provedení povrchových úprav vytavitelných odlitků v pískových odlitcích.
Výsledky propustnosti a plochy povrchu
Propustnost AFS je definována jako doba, kterou potřebuje známý objem vzduchu projít standardním vzorkem při výšce 10 cm vody. Jednoduše řečeno, propustnost AFS představuje množství otevřených prostorů mezi zrny kameniva, které umožňují průchod vzduchu. GFN materiálu výrazně mění propustnost až do 80 GFN, kde se zdá, že se trend vyrovnává.
Data ukazují, že stejné drsnosti povrchu lze dosáhnout s jakýmkoli tvarem částic při různých rychlostech. Sférické a kulaté materiály zlepšují hladkost odlévání urychleným tempem ve srovnání s hranatými a podúhlovými agregáty.
Výsledky kontaktního úhlu galia
Měření kontaktního úhlu bylo provedeno za účelem měření relativní smáčivosti spojených formovacích agregátů tekutým kovem pomocí testu tekutým galliem. Keramické písky měly nejvyšší kontaktní úhel, zatímco zirkon a olivín sdílely podobný nižší kontaktní úhel. Gallium vykazovalo hydrofobní chování na všech pískových površích. Pro všechny vzorky byl použit podobný AFS-GFN. Výsledky naznačují, že kontaktní úhel pro typy písku silně závisel na tvaru zrna kameniva, jak je znázorněno na sekundární ose, spíše než na základním materiálu. Keramické písky měly nejkulatější tvar a olivínové písky vykazovaly vysoce hranatý tvar. Zatímco povrchová smáčivost základního kameniva může hrát roli v povrchové úpravě odlitku, rozsah měření kontaktního úhlu ve zkušební sérii byl podřízen tvaru zrna.
Výsledky drsnosti povrchu ze zkušebních odlitků
Výsledky drsnosti povrchu byly měřeny pomocí kontaktního profilometru. Došlo k výraznému zlepšení hladkosti povrchu od třísítového 44 GFN oxidu křemičitého na čtyřsítové 67 GFN oxidu křemičitého. Změny nad 67 GFN nevykazovaly dopad na drsnost povrchu navzdory změnám v šířce rozložení. Je dodržena prahová hodnota 185 RMS.
Mezi materiály 101 a 106 GFN lze pozorovat velké zlepšení hladkosti. Písek 106 GFN má o více než 17 % více 200 mesh materiálu v rozvodu síta. Dvousítové materiály 115 a 118 GFN vedly ke snížení hladkosti. Písek 143 GFN vedl k podobným hodnotám jako zirkon 106 GFN. Prahová hodnota je 200 RMS.
Trvalé zlepšování hladkosti povrchu bylo pozorováno od chromitu 49 GFN se čtyřmi síty po chromit se třemi síty 73 GFN, přestože se distribuce částic zužovala. U chromitu 73 GFN bylo pozorováno 19% zvýšení retence síta 140 mesh ve srovnání s 49 GFN. Výrazné zvýšení hladkosti odlévání bylo prokázáno u třísítových chromitových písků 73 GFN na čtyřsítové 77 GFN bez ohledu na jejich podobná čísla jemnosti zrna. Mezi chromitovými materiály 77 GFN a 99 GFN nebyla pozorována žádná změna hladkosti. Je zajímavé, že tyto dva písky sdílely velmi podobnou retenci na sítu 200 mesh. Prahová hodnota je 250 RMS.
I přes užší distribuci došlo k výraznému zlepšení hladkosti odlévání z olivínu 78 GFN na olivín 84 GFN. Nárůst 15% retence na sítu 140 mesh byl viditelný u 84 GFN olivínu. Mezi 84 a 85 GFN olivínem existuje význam. 85 GFN olivín zlepšil hladkost o 50. 85 GFN olivín je třísítový písek s téměř 10% zadržením na 200-mesh, zatímco olivín 84 GFN je jednoduše dvousítový materiál. Od 85 GFN olivínu k 98 GFN olivínu lze pozorovat trvalé zlepšení hladkosti. Rozložení síta ukazuje zvýšení retence o 5 % na sítu 200 mesh. Nebyla pozorována žádná změna z 98 GFN na 114 GFN olivín navzdory zvýšení retence 200 mesh o téměř 7 %.
Lze pozorovat prahovou hodnotu 244 RMS.
Výsledky drsnosti povrchu odlitků získaných z keramických jader vykazují mírné zlepšení mezi materiály 32 GFN a 41 GFN. V písku 41 GFN došlo ke zvýšení retence síta 70 mesh o 34 %. Mezi keramikou 41 GFN a 54 GFN byl pozorován významný nárůst hladkosti. Materiál 54 GFN měl o více než 19 % vyšší retenci na sítu 100 mesh ve srovnání s materiálem 41 GFN. Toto zlepšení nastalo navzdory zúžení distribuce v materiálu 54 GFN. Největší dopad na keramické výsledky byl pozorován mezi písky 54 GFN a 68 GFN. Písek 68 GFN měl o 15 % vyšší retenci na sítu 140 mesh, což rozšířilo distribuci. Navzdory zvýšení retence o více než 40 % na sítu 140 mesh bylo pozorováno malé zlepšení mezi materiály 68 GFN a 92 GFN. Prahová hodnota je 236 RMS.
Povrchy generované 3-D tištěnými písky jsou výrazně drsnější než povrch dusaného písku s použitím stejného kameniva. Vzorky vytištěné v orientaci XY poskytly nejhladší testovací povrch odlitku, zatímco vzorky vytištěné v orientaci XZ a YZ měly nejdrsnější povrch.
U pěchovaného křemičitého nepotaženého křemičitého písku 83 GFN byla dosažena hodnota drsnosti 185 RMS. I když se odlitky zdály hladší, žáruvzdorné povlaky zvýšily drsnost povrchu měřenou profilometrem. Alkoholový povlak oxidu hlinitého vykazoval nejlepší výkon, zatímco povlak zirkonu na alkoholové bázi měl za následek nejvyšší drsnost. 83 GFN 3-D tištěných vzorků ukázalo opačný efekt. Zatímco nepotažený vzorek vytištěný v nejvýhodnější orientaci XY, nepotažený vzorek vykazoval drsnost odlitku 943 RMS. Povlaky vyhladily povrch v podstatě od nepotažené povrchové úpravy z nízké hodnoty 339 na vysokou hodnotu 488 RMS. Zdá se, že povrchová úprava potažených písků je do jisté míry nezávislá na drsnosti substrátového písku a silně závisí na složení žáruvzdorného povlaku. 3-D tištěný písek, i když začíná s mnohem hrubší povrchovou úpravou, lze výrazně zlepšit použitím žáruvzdorných povlaků.
Závěry
V současnosti dostupné formovací agregáty mají schopnost dosahovat hodnot drsnosti povrchu nižších než 200 RMS mikropalců. Tyto hodnoty jsou mírně v rámci hodnot spojených s investičními odlitky. U testovaných materiálů každý vykazoval pokles drsnosti odlitku se zvyšující se jemností zrna kameniva AFS. To platilo pro všechny materiály až do prahové hodnoty, kdy nebyl pozorován žádný další pokles drsnosti odlitku s rostoucí AFS-GFN. To bylo podpořeno dříve provedeným výzkumem.
Ve všech materiálových skupinách byl účinek AFS-GFN sekundární k vypočtené ploše povrchu a propustnosti kameniva. Zatímco propustnost lze považovat za popis otevřených oblastí zhutněného písku, povrchová plocha lépe popisuje rozložení písku na sítu a odpovídající množství jemných částic. Jak propustnost, tak plocha povrchu přímo souvisely s hladkostí povrchu odlitku. Je třeba poznamenat, že to platilo pro agregáty v rámci tvarové skupiny. Ačkoli hranaté a podúhlové agregáty měly vysoký povrch, jejich propustnost byla vysoká a ukazovala na otevřený povrch. Kulovité a zaoblené agregáty vykazovaly nejhladší povrch kombinující nízkou propustnost s velkým povrchem.
Původně se věřilo, že povrchová smáčivost měřená kontaktním úhlem mezi tekutým kovem a spojeným agregátem je kritickým faktorem výsledné povrchové úpravy odlitku. I když se ukázalo, že kontaktní úhel na různých materiálech při podobném AFS-GFN nebyl úměrný drsnosti odlitku, bylo potvrzeno, že hlavním faktorem byl tvar zrna. Neexistenci vztahu mezi kontaktním úhlem a drsností povrchu odlitku lze vysvětlit skutečností, že tvar zrna byl považován za hlavní vliv na drsnost povrchu. Existuje významná možnost, že kontaktní úhel různých materiálů byl ovlivněn více tvarem zrna a výslednou hladkostí povrchu než smáčivostí samotného materiálu.
Stejně jako u všech měřicích přístrojů mohou výsledky do určité míry ovlivnit artefakty zkušební metody. Zvýšení drsnosti odlitku, i když vizuálně vypadaly odlitky hladší po aplikaci žáruvzdorného povlaku, může být způsobeno tvarem vrcholů a prohlubní vytvořených povlaky. Podle definice a měření žáruvzdorné povlaky pouze zvyšovaly drsnost povrchu oproti vzorkům bez povlaku. Všechny žáruvzdorné povlaky byly velmi úspěšné ve zlepšení drsnosti povrchu 3-D tištěných písků. Ukázalo se, že povrchová úprava zkušebních odlitků z potažených vzorků byla poněkud nezávislá na výchozím substrátovém písku. Povlaky měly velký vliv na povrchovou úpravu, ale je zapotřebí další práce na revizi povlaků, aby se zlepšila povrchová úprava odlitků.
Editoval Santos Wang z Ningbo Zhiye Mechanical Components Co., Ltd.
https://www.zhiyecasting.com
santos@zy-casting.com
86-18958238181
