Optymalizacja i kontrola procesu odlewania metodą traconej pianki
1. Kontrola procesu formowania w suchym piasku
Formowanie w suchym piasku polega na zakopaniu modelu w piaskownicy, a następnie wibrowaniu i zagęszczaniu go na stole wibracyjnym, co zapewnia, że suchy piasek wokół modelu zostanie wypełniony na miejscu i uzyska określony stopień zwartości, dzięki czemu piasek formierski będzie miał wystarczającą wytrzymałość, aby oprzeć się uderzeniom i ciśnieniu ciekłego metalu.
Pierwszym etapem formowania w suchym piasku jest wsypanie suchego piasku do piaskownicy. Podczas dodawania piasku, aby upewnić się, że suchy piasek zostanie wypełniony na miejscu, najpierw wsyp do piaskownicy odpowiednią grubość piasku dennego, zawibruj go i zagęść, a następnie umieść w nim klaster modelu i dodaj odpowiednią grubość suchego piasku. Klaster modelu jest zasypywany do jednej trzeciej lub połowy jego głębokości, a następnie odpowiednio wibrowany, aby suchy piasek wypełnił wewnętrzną przestrzeń modelu. Na koniec wypełnij piaskownicę i zawibruj ją. Czas wibrowania nie powinien być zbyt długi, aby zapobiec uszkodzeniu i odkształceniu modelu, a jednocześnie zapobiec odpadaniu i pękaniu warstwy powłoki.
Parametry drgań należy dobrać odpowiednio do struktury odlewu i kształtu klastra modelu. W przypadku większości odlewów zazwyczaj stosuje się pionowe drgania jednokierunkowe. W przypadku odlewów o bardziej złożonej strukturze można rozważyć jednokierunkowe drgania poziome lub drgania dwuwymiarowe i trójwymiarowe. Wielkość intensywności drgań ma duży wpływ na proces formowania w suchej masie, a intensywność drgań wyraża się za pomocą przyspieszenia drgań. W przypadku odlewów i klastrów modeli o ogólnej złożoności przyspieszenie drgań wynosi od 10 do 20 m/s². Amplituda jest ważnym parametrem drgań, który wpływa na utrzymanie określonej sztywności modelu. Amplituda odlewów z pianki traconej wynosi zazwyczaj od 0.5 do 1 mm. Wybór czasu drgań jest stosunkowo subtelny i powinien być dostosowany do struktury odlewu i klastra modelu. Jednak generalnie czas drgań powinien być kontrolowany i wynosić od około 1 do 5 minut. Jednocześnie czas drgań, gdy piasek denny i klaster modelu są w połowie zasypane, powinien być jak najkrótszy i może wynosić od 1 do 2 minut. Czas wibracji po całkowitym zakopaniu klastra modelu jest na ogół regulowany i wynosi od 2 do 3 minut.
2. Kontrola procesu odlewania
Proces odlewania metodą traconej pianki obejmuje projektowanie systemu odlewania i podnoszenia, kontrolę temperatury odlewania, kontrolę operacji odlewania, kontrolę ciśnienia ujemnego itp.
Układ wlewowy odgrywa bardzo ważną rolę w procesie odlewania metodą traconej pianki i jest kluczem do sukcesu lub porażki produkcji odlewu. Projektując układ wlewowy, należy wziąć pod uwagę specyfikę tego procesu. Ze względu na istnienie klastra modeli, zachowanie ciekłego metalu po zalaniu jest bardzo różne od zachowania się odlewu piaskowego. Dlatego konstrukcja układu wlewowego musi różnić się od konstrukcji odlewu piaskowego. Projektując wymiary przekroju poprzecznego każdej części układu wlewowego, należy uwzględnić opór stawiany przez model podczas wlewania ciekłego metalu odlewu metodą traconej pianki, a minimalny obszar oporu przepływu powinien być nieco większy niż w przypadku odlewu piaskowego.
Ze względu na dużą różnorodność i różne kształty odlewów, specyficzny proces produkcyjny każdego odlewu ma swoje własne cechy i jest bardzo zróżnicowany. Czynniki te bezpośrednio wpływają na dokładność wyników projektowania układu wlewowego. Z tego powodu odlewy można w pewien sposób klasyfikować. W przypadku odlewów małych i średnich rozmiarów można je klasyfikować według cech procesu produkcyjnego odlewów. Połączenie klastrów modeli może zasadniczo odzwierciedlać cechy odlewów i formę kompensacji skurczu odlewów. Wymiary przekroju poprzecznego każdej części układu wlewowego są powiązane z rozmiarem odlewu, połączeniem klastrów modeli i liczbą części w pudełku. Z tego powodu podczas projektowania procesu nowych odlewów należy wykonać ukierunkowane obliczenia w oparciu o cechy odlewów i cechy układu wlewowego podobnych odlewów.
Ze względu na istnienie modelu, zgazowanie modelu wymaga absorpcji ciepła podczas procesu odlewania, dlatego temperatura odlewania odlewu z pianki traconej powinna być nieco wyższa niż w przypadku odlewu piaskowego. W przypadku innych materiałów stopowych, w porównaniu z odlewem piaskowym, temperatura odlewania odlewu z pianki traconej jest zazwyczaj kontrolowana na poziomie o 30-50°C wyższym niż w przypadku odlewu piaskowego. Temperatura stopionego metalu wyższa o 30-50°C może zapewnić ciepło wymagane do zgazowania modelu. Zbyt niska temperatura odlewania może prowadzić do wad, takich jak niedostateczne zalanie, zwarcie na zimno i pomarszczona powierzchnia. Zbyt wysoka temperatura odlewania może prowadzić do wad, takich jak przywieranie piasku.
Największym tabu w procesie odlewania metodą traconej pianki jest przerywane odlewanie, które łatwo prowadzi do wad zwarcia na zimno w odlewie, tzn. obniżania się temperatury pierwszego wlanego ciekłego metalu, co powoduje zwarcie na zimno między kolejnymi wlanymi ciekłymi metalami. Ponadto, system odlewania metodą traconej pianki zazwyczaj wykorzystuje zamknięty system wlewu, aby zapewnić stabilność procesu odlewania. Z tego względu kształt kubka wlewowego jest ściśle związany z stabilnością procesu odlewania. Podczas odlewania poziom cieczy w kubku powinien być stabilny, aby zapewnić stabilność ciśnienia dynamicznego.
Podciśnienie jest niezbędnym środkiem do odlewania metodą traconej pianki ze stopów żelaza. Rola podciśnienia jest ważnym środkiem gwarantującym zwiększenie wytrzymałości i sztywności formy piaskowej, a także głównym środkiem usuwania produktów zgazowania z modelu. Wielkość i czas utrzymywania podciśnienia zależą od materiału odlewu, struktury klastra modelu i powłoki. W przypadku powłok o dobrej przepuszczalności powietrza i grubości poniżej 1 mm, wielkość podciśnienia dla części żeliwnych wynosi zazwyczaj 0.04–0.06 MPa, a górną granicę przyjmuje się dla części ze staliwa. W przypadku części aluminiowych wielkość podciśnienia jest zazwyczaj kontrolowana na poziomie 0.02–0.03 MPa. Czas utrzymywania podciśnienia zależy od struktury klastra modelu. Jeśli w każdym polu znajduje się duża liczba klastrów modelu, czas utrzymywania podciśnienia można odpowiednio wydłużyć. Zasadniczo podciśnienie można usunąć, gdy zestalona skorupa na powierzchni odlewu osiągnie określoną grubość. W przypadku grubszych powłok i gorszej przepuszczalności powietrza powłoki, można odpowiednio zwiększyć podciśnienie i czas utrzymywania.
