- 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
Kritiske egenskaber, der påvirker overfladefinishen af støbegods
2022-10-13
Den dimensionelle nøjagtighed, hvormed sandstøbegods nu kan fremstilles, har nærmet sig investeringsstøbegods. 3-D sandprintteknologier har i høj grad forbedret dimensionsnøjagtigheden af forme og kerner, men har ikke kunnet matche overfladeglatheden af konventionelle sandstøbegods, endsige investeringsstøbegods.
Investeringsstøbning giver meget glatte dele med fremragende funktionsopløsning og dimensionsnøjagtighed. 3-D-printede sandforme og -kerner kan være et omkostningseffektivt alternativ til investeringsstøbning, hvis processen kan opfylde både dimensions- og overfladekrav.
Selvom der er foretaget mange ændringer og forbedringer inden for støberiforbrugsvarer, er sand det ene materiale, der har holdt sig nogenlunde konstant. Efter minedrift og vask, om nødvendigt, klassificeres støbesand i individuelle eller to-maskede grupper og opbevares. De kombineres til normale distributioner til forsendelse til støberikunden. Selvom der er mange forskellige minefordelinger, leveres sand med lignende AFS-kornfinhedstal i lignende fordelinger. Overfladefinish er en integreret del af støbekvalitetsspecifikationerne. Ru indvendig overfladefinish på støbegods kan forårsage tab af effektivitet for både væsker og højhastighedsgasser. Sådan er det for komponenter til turbolader og indsugningsmanifold. University of Northern Iowa har undersøgt formmaterialeegenskaber, der påvirker overfladeglatheden for støbegods. Forskningen blev udført på aluminiumsstøbegods, men har anvendelser og relevans i jernholdige legeringer, der ikke udviser defekter såsom gennemtrængning eller smeltet sand defekter. Undersøgelsen undersøger indflydelsen af støbemediekarakteristika, såsom sandfinhed, materialetype og valg af ildfast belægning. Målet med projektet var at opnå investeringsstøbning af overfladefinish i sandstøbte dele.
Permeabilitets- og overfladearealresultater
AFS-permeabilitet er defineret som den tid, det tager for et kendt volumen luft at passere gennem en standardprøve ved en højde på 10 cm vand. Simpelthen repræsenterer AFS-permeabiliteten mængden af åbne rum mellem tilslagskornene, der tillader luft at passere. Et materiales GFN ændrer markant permeabiliteten indtil 80 GFN, hvor tendensen ser ud til at udjævnes.
Dataene viser, at den samme overfladeruhed kan opnås med enhver partikelform ved forskellige hastigheder. De sfæriske og rundkornede materialer forbedrer støbejævnheden med en accelereret hastighed sammenlignet med kantede og underkantede tilslag.
Gallium kontaktvinkel resultater
Kontaktvinkelmålinger blev udført for at måle den relative fugtbarhed af de bundne støbeaggregater med flydende metal under anvendelse af en flydende galliumtest. Keramisk sand havde den højeste kontaktvinkel, mens zirkon og olivin delte en lignende lavere kontaktvinkel. Galliumet udviste hydrofob adfærd på alle sandoverflader. En lignende AFS-GFN blev brugt til alle prøverne. Resultaterne indikerer, at kontaktvinklen for sandtyperne i høj grad afhang af aggregatets kornform som vist på den sekundære akse, snarere end grundmaterialet. Det keramiske sand havde den rundeste form, og olivinsand udviste en meget kantet form. Mens overfladebefugtning af basisaggregatet kan spille en rolle i støbeoverfladefinish, var rækken af kontaktvinkelmålinger i testserien underordnet kornformen.
Overfladeruhed Resultater fra teststøbninger
Overfladeruhedsresultater blev målt ved hjælp af et kontaktprofilometer. Der var en signifikant forbedring i overfladeglathed fra tre-sigtet 44 GFN-silica til fire-sigtet 67 GFN-silica. Ændringer ud over 67 GFN viste ikke en indvirkning på overfladeruheden på trods af variation i fordelingsbredde. Tærskelværdien på 185 RMS observeres.
En stor forbedring i glathed kan observeres mellem 101 og 106 GFN materialerne. 106 GFN sandet har over 17% mere 200 mesh materiale i sigtefordelingen. De to-skærme 115 og 118 GFN materialer resulterede i et fald i glathed. 143 GFN sandet resulterede i lignende aflæsninger til 106 GFN zircon. Tærskelværdien er 200 RMS.
En konstant forbedring i overfladeglathed blev observeret fra fire-sigtet 49 GFN-chromit til tre-sigtet 73 GFN-chromit på trods af, at partikelfordelingen blev smallere. En stigning på 19 % i retention af 140-mesh-skærmen blev set i 73 GFN-chromiten sammenlignet med 49 GFN. En signifikant stigning i støbejævnhed blev vist fra tre-sigtet 73 GFN til fire-sigtet 77 GFN chromitsand uanset deres tilsvarende kornfinhedstal. Der blev ikke observeret nogen ændring i glathed mellem 77 GFN og 99 GFN chromitmaterialerne. Interessant nok delte de to sand en meget lignende fastholdelse i 200-mesh-skærmen. Tærskelværdien er 250 RMS.
Der er en betydelig forbedring i støbejævnheden fra 78 GFN olivin til 84 GFN olivin på trods af den smallere fordeling. En stigning på 15 % retention i 140-mesh sigten var synlig i 84 GFN olivinen. Der er betydning mellem 84 og 85 GFN olivin. 85 GFN-olivinen forbedrede glatheden med 50. 85 GFN-olivinen er et tre-sigtet sand med næsten 10% retention i 200-mesh sigten, mens 84 GFN-olivinen simpelthen er et to-sigtet materiale. En konstant forbedring i glathed kan observeres fra 85 GFN olivin til 98 GFN olivin. Skærmfordelingen viser en stigning på 5 % retention i 200-mesh skærmen. Der blev ikke set nogen ændring fra 98 GFN til 114 GFN olivin på trods af en stigning i 200 mesh retention på næsten 7%.
En tærskelværdi på 244 RMS kan observeres.
Overfladeruhedsresultaterne for støbegods opnået fra keramiske kerner viser en lille forbedring mellem 32 GFN og 41 GFN materialerne. Der var en stigning i tilbageholdelse af 70-mesh sigten med 34% i 41 GFN sandet. En signifikant stigning i glathed blev observeret mellem 41 GFN og 54 GFN keramikken. 54 GFN-materialet havde over 19% større retention i 100-mesh-skærmen sammenlignet med 41 GFN-materialet. Denne forbedring skete på trods af fordelingens indsnævring i 54 GFN-materialet. Den største påvirkning i de keramiske resultater blev set mellem 54 GFN og 68 GFN sand. 68 GFN sandet havde 15 % højere retention i 140-mesh sigten, hvilket udvidede fordelingen. På trods af en stigning på over 40 % retention i 140-mesh-skærmen blev der observeret en lille forbedring mellem 68 GFN- og 92 GFN-materialerne. Tærskelværdien er 236 RMS.
Overfladerne, der genereres af 3-D-printet sand, er væsentligt mere ru end en vædret sandoverflade, der bruger det samme tilslag. Prøverne printet i XY-retningen gav den glatteste teststøbningsoverflade, mens dem der blev printet i XZ- og YZ-retningen resulterede i den groveste.
Det rammede silica ubelagte 83 GFN silicasand resulterede i en ruhedsværdi på 185 RMS. Selvom støbegodset så glattere ud, øgede de ildfaste belægninger overfladeruheden målt med profilometeret. Den alkoholbaserede aluminiumoxidbelægning udviste den bedste ydeevne, mens den alkoholbaserede zirkonbelægning resulterede i den højeste ruhed. De 83 GFN 3-D printede prøver viste den modsatte effekt. Mens den ubetrukne prøve blev trykt i den mest gunstige orientering af XY, udviste den ubelagte prøve en støberuhed på 943 RMS. Belægningerne udglattede overfladen væsentligt fra den ubelagte overfladefinish fra et lavpunkt på 339 til et maksimum på 488 RMS. Det ser ud til, at overfladefinishen af det belagte sand er noget uafhængigt af ruheden af substratsandet og afhænger i høj grad af formuleringen af den ildfaste belægning. 3-D-printet sand, selvom det starter med en meget ru overfladefinish, kan forbedres betydeligt ved brug af ildfaste belægninger.
Konklusioner
Aktuelt tilgængelige støbeaggregater har evnen til at opnå overfladeruhedsværdier på mindre end 200 RMS mikrotommer. Disse værdier ligger lidt inden for værdierne forbundet med investeringsstøbninger. For de testede materialer udviste hver et fald i støberuhed med stigende aggregat AFS-kornfinhed. Dette var sandt med alle materialer op til en tærskelværdi, på hvilket tidspunkt der ikke blev set yderligere fald i støberuhed med stigende AFS-GFN. Dette blev understøttet af tidligere udført forskning.
Inden for alle materialegrupper var effekten af AFS-GFN sekundær til både beregnet overfladeareal og aggregatpermeabilitet. Mens permeabiliteten kan tænkes at beskrive de åbne områder af det komprimerede sand, beskriver overfladearealet bedre skærmfordelingen af sandet og den tilsvarende mængde af fine partikler. Både permeabilitet og overfladeareal var direkte relateret til støbeoverfladeglatheden. Det skal bemærkes, at dette var tilfældet for aggregater inden for en formgruppe. Selvom kantede og underkantede aggregater havde høje overfladearealer, var deres permeabilitet høj og indikerede en åben overflade. Kugleformede og afrundede aggregater udviste de glatteste overflader, der kombinerede lav permeabilitet med højt overfladeareal.
Det blev oprindeligt antaget, at overfladebefugtning målt ved kontaktvinklen mellem flydende metal og det bundne tilslag var en kritisk faktor i den resulterende støbeoverfladefinish. Mens det blev vist, at kontaktvinklen på forskellige materialer ved lignende AFS-GFN ikke var proportional med støberuheden, blev det bekræftet, at kornformen var en væsentlig faktor. Fraværet af en sammenhæng mellem kontaktvinkel og støbeoverfladeruhed kan forklares ved, at kornformen blev set som en stor indflydelse på overfladeruheden. Der er en betydelig mulighed for, at kontaktvinklen for forskellige materialer blev påvirket mere af kornformen og den resulterende overfladeglathed end af materialets befugtningsevne alene.
Investeringsstøbning giver meget glatte dele med fremragende funktionsopløsning og dimensionsnøjagtighed. 3-D-printede sandforme og -kerner kan være et omkostningseffektivt alternativ til investeringsstøbning, hvis processen kan opfylde både dimensions- og overfladekrav.
Selvom der er foretaget mange ændringer og forbedringer inden for støberiforbrugsvarer, er sand det ene materiale, der har holdt sig nogenlunde konstant. Efter minedrift og vask, om nødvendigt, klassificeres støbesand i individuelle eller to-maskede grupper og opbevares. De kombineres til normale distributioner til forsendelse til støberikunden. Selvom der er mange forskellige minefordelinger, leveres sand med lignende AFS-kornfinhedstal i lignende fordelinger. Overfladefinish er en integreret del af støbekvalitetsspecifikationerne. Ru indvendig overfladefinish på støbegods kan forårsage tab af effektivitet for både væsker og højhastighedsgasser. Sådan er det for komponenter til turbolader og indsugningsmanifold. University of Northern Iowa har undersøgt formmaterialeegenskaber, der påvirker overfladeglatheden for støbegods. Forskningen blev udført på aluminiumsstøbegods, men har anvendelser og relevans i jernholdige legeringer, der ikke udviser defekter såsom gennemtrængning eller smeltet sand defekter. Undersøgelsen undersøger indflydelsen af støbemediekarakteristika, såsom sandfinhed, materialetype og valg af ildfast belægning. Målet med projektet var at opnå investeringsstøbning af overfladefinish i sandstøbte dele.
Permeabilitets- og overfladearealresultater
AFS-permeabilitet er defineret som den tid, det tager for et kendt volumen luft at passere gennem en standardprøve ved en højde på 10 cm vand. Simpelthen repræsenterer AFS-permeabiliteten mængden af åbne rum mellem tilslagskornene, der tillader luft at passere. Et materiales GFN ændrer markant permeabiliteten indtil 80 GFN, hvor tendensen ser ud til at udjævnes.
Dataene viser, at den samme overfladeruhed kan opnås med enhver partikelform ved forskellige hastigheder. De sfæriske og rundkornede materialer forbedrer støbejævnheden med en accelereret hastighed sammenlignet med kantede og underkantede tilslag.
Gallium kontaktvinkel resultater
Kontaktvinkelmålinger blev udført for at måle den relative fugtbarhed af de bundne støbeaggregater med flydende metal under anvendelse af en flydende galliumtest. Keramisk sand havde den højeste kontaktvinkel, mens zirkon og olivin delte en lignende lavere kontaktvinkel. Galliumet udviste hydrofob adfærd på alle sandoverflader. En lignende AFS-GFN blev brugt til alle prøverne. Resultaterne indikerer, at kontaktvinklen for sandtyperne i høj grad afhang af aggregatets kornform som vist på den sekundære akse, snarere end grundmaterialet. Det keramiske sand havde den rundeste form, og olivinsand udviste en meget kantet form. Mens overfladebefugtning af basisaggregatet kan spille en rolle i støbeoverfladefinish, var rækken af kontaktvinkelmålinger i testserien underordnet kornformen.
Overfladeruhed Resultater fra teststøbninger
Overfladeruhedsresultater blev målt ved hjælp af et kontaktprofilometer. Der var en signifikant forbedring i overfladeglathed fra tre-sigtet 44 GFN-silica til fire-sigtet 67 GFN-silica. Ændringer ud over 67 GFN viste ikke en indvirkning på overfladeruheden på trods af variation i fordelingsbredde. Tærskelværdien på 185 RMS observeres.
En stor forbedring i glathed kan observeres mellem 101 og 106 GFN materialerne. 106 GFN sandet har over 17% mere 200 mesh materiale i sigtefordelingen. De to-skærme 115 og 118 GFN materialer resulterede i et fald i glathed. 143 GFN sandet resulterede i lignende aflæsninger til 106 GFN zircon. Tærskelværdien er 200 RMS.
En konstant forbedring i overfladeglathed blev observeret fra fire-sigtet 49 GFN-chromit til tre-sigtet 73 GFN-chromit på trods af, at partikelfordelingen blev smallere. En stigning på 19 % i retention af 140-mesh-skærmen blev set i 73 GFN-chromiten sammenlignet med 49 GFN. En signifikant stigning i støbejævnhed blev vist fra tre-sigtet 73 GFN til fire-sigtet 77 GFN chromitsand uanset deres tilsvarende kornfinhedstal. Der blev ikke observeret nogen ændring i glathed mellem 77 GFN og 99 GFN chromitmaterialerne. Interessant nok delte de to sand en meget lignende fastholdelse i 200-mesh-skærmen. Tærskelværdien er 250 RMS.
Der er en betydelig forbedring i støbejævnheden fra 78 GFN olivin til 84 GFN olivin på trods af den smallere fordeling. En stigning på 15 % retention i 140-mesh sigten var synlig i 84 GFN olivinen. Der er betydning mellem 84 og 85 GFN olivin. 85 GFN-olivinen forbedrede glatheden med 50. 85 GFN-olivinen er et tre-sigtet sand med næsten 10% retention i 200-mesh sigten, mens 84 GFN-olivinen simpelthen er et to-sigtet materiale. En konstant forbedring i glathed kan observeres fra 85 GFN olivin til 98 GFN olivin. Skærmfordelingen viser en stigning på 5 % retention i 200-mesh skærmen. Der blev ikke set nogen ændring fra 98 GFN til 114 GFN olivin på trods af en stigning i 200 mesh retention på næsten 7%.
En tærskelværdi på 244 RMS kan observeres.
Overfladeruhedsresultaterne for støbegods opnået fra keramiske kerner viser en lille forbedring mellem 32 GFN og 41 GFN materialerne. Der var en stigning i tilbageholdelse af 70-mesh sigten med 34% i 41 GFN sandet. En signifikant stigning i glathed blev observeret mellem 41 GFN og 54 GFN keramikken. 54 GFN-materialet havde over 19% større retention i 100-mesh-skærmen sammenlignet med 41 GFN-materialet. Denne forbedring skete på trods af fordelingens indsnævring i 54 GFN-materialet. Den største påvirkning i de keramiske resultater blev set mellem 54 GFN og 68 GFN sand. 68 GFN sandet havde 15 % højere retention i 140-mesh sigten, hvilket udvidede fordelingen. På trods af en stigning på over 40 % retention i 140-mesh-skærmen blev der observeret en lille forbedring mellem 68 GFN- og 92 GFN-materialerne. Tærskelværdien er 236 RMS.
Overfladerne, der genereres af 3-D-printet sand, er væsentligt mere ru end en vædret sandoverflade, der bruger det samme tilslag. Prøverne printet i XY-retningen gav den glatteste teststøbningsoverflade, mens dem der blev printet i XZ- og YZ-retningen resulterede i den groveste.
Det rammede silica ubelagte 83 GFN silicasand resulterede i en ruhedsværdi på 185 RMS. Selvom støbegodset så glattere ud, øgede de ildfaste belægninger overfladeruheden målt med profilometeret. Den alkoholbaserede aluminiumoxidbelægning udviste den bedste ydeevne, mens den alkoholbaserede zirkonbelægning resulterede i den højeste ruhed. De 83 GFN 3-D printede prøver viste den modsatte effekt. Mens den ubetrukne prøve blev trykt i den mest gunstige orientering af XY, udviste den ubelagte prøve en støberuhed på 943 RMS. Belægningerne udglattede overfladen væsentligt fra den ubelagte overfladefinish fra et lavpunkt på 339 til et maksimum på 488 RMS. Det ser ud til, at overfladefinishen af det belagte sand er noget uafhængigt af ruheden af substratsandet og afhænger i høj grad af formuleringen af den ildfaste belægning. 3-D-printet sand, selvom det starter med en meget ru overfladefinish, kan forbedres betydeligt ved brug af ildfaste belægninger.
Konklusioner
Aktuelt tilgængelige støbeaggregater har evnen til at opnå overfladeruhedsværdier på mindre end 200 RMS mikrotommer. Disse værdier ligger lidt inden for værdierne forbundet med investeringsstøbninger. For de testede materialer udviste hver et fald i støberuhed med stigende aggregat AFS-kornfinhed. Dette var sandt med alle materialer op til en tærskelværdi, på hvilket tidspunkt der ikke blev set yderligere fald i støberuhed med stigende AFS-GFN. Dette blev understøttet af tidligere udført forskning.
Inden for alle materialegrupper var effekten af AFS-GFN sekundær til både beregnet overfladeareal og aggregatpermeabilitet. Mens permeabiliteten kan tænkes at beskrive de åbne områder af det komprimerede sand, beskriver overfladearealet bedre skærmfordelingen af sandet og den tilsvarende mængde af fine partikler. Både permeabilitet og overfladeareal var direkte relateret til støbeoverfladeglatheden. Det skal bemærkes, at dette var tilfældet for aggregater inden for en formgruppe. Selvom kantede og underkantede aggregater havde høje overfladearealer, var deres permeabilitet høj og indikerede en åben overflade. Kugleformede og afrundede aggregater udviste de glatteste overflader, der kombinerede lav permeabilitet med højt overfladeareal.
Det blev oprindeligt antaget, at overfladebefugtning målt ved kontaktvinklen mellem flydende metal og det bundne tilslag var en kritisk faktor i den resulterende støbeoverfladefinish. Mens det blev vist, at kontaktvinklen på forskellige materialer ved lignende AFS-GFN ikke var proportional med støberuheden, blev det bekræftet, at kornformen var en væsentlig faktor. Fraværet af en sammenhæng mellem kontaktvinkel og støbeoverfladeruhed kan forklares ved, at kornformen blev set som en stor indflydelse på overfladeruheden. Der er en betydelig mulighed for, at kontaktvinklen for forskellige materialer blev påvirket mere af kornformen og den resulterende overfladeglathed end af materialets befugtningsevne alene.
Som med alle måleinstrumenter kan artefakter af testmetoden påvirke resultaterne til en vis grad. Stigningen i støberuhed, selvom støbegodset visuelt så glattere ud med påføring af ildfast belægning, kan skyldes formen af toppe og dale, der er skabt med belægningerne. Per definition og måling øgede de ildfaste belægninger kun overfladeruheden i forhold til ikke-belagte prøver. Alle de ildfaste belægninger var meget vellykkede til at forbedre overfladeruheden af 3-D-printet sand. Det viste sig, at overfladefinishen af teststøbegodset fra coatede prøver var noget uafhængig af udgangssubstratsandet. Belægningerne havde en stor effekt på overfladefinishen, men der kræves yderligere arbejde for at revidere belægningerne for at forbedre støbefinishen.
Redigeret af Santos Wang fra Ningbo Zhiye Mechanical Components Co.,Ltd.
https://www.zhiyecasting.com
santos@zy-casting.com
86-18958238181
