Das Gießen des Ventilkörpers ist ein wichtiger Teil des Ventilherstellungsprozesses, und die Qualität des Ventilgusses bestimmt die Qualität des Ventils.Im Folgenden werden verschiedene Gießverfahren vorgestellt, die üblicherweise in der Ventilindustrie verwendet werden:
Sandguss:
Sandguss, der üblicherweise in der Ventilindustrie verwendet wird, kann je nach Bindemittel in Grünsand, Trockensand, Wasserglassand und selbsthärtenden Furanharzsand unterteilt werden.
(1) Grüner Sand ist ein Formverfahren, bei dem Bentonit als Bindemittel verwendet wird.
Seine Eigenschaften sind:Die fertige Sandform muss nicht getrocknet oder ausgehärtet werden, die Sandform weist eine gewisse Nassfestigkeit auf und der Sandkern und die Formschale weisen eine gute Ergiebigkeit auf, sodass sich die Gussteile leicht reinigen und ausschütteln lassen.Die Effizienz der Formteilproduktion ist hoch, der Produktionszyklus ist kurz, die Materialkosten sind niedrig und es ist bequem, die Fließbandproduktion zu organisieren.
Seine Nachteile sind:Gussteile sind anfällig für Mängel wie Poren, Sandeinschlüsse und Sandanhaftungen, und die Qualität der Gussteile, insbesondere die Eigenqualität, ist nicht optimal.
Anteils- und Leistungstabelle von Grünsand für Stahlgussteile:
(2) Trockensand ist ein Formverfahren, bei dem Ton als Bindemittel verwendet wird.Durch Zugabe von etwas Bentonit kann die Nassfestigkeit verbessert werden.
Seine Eigenschaften sind:Die Sandform muss getrocknet werden, weist eine gute Luftdurchlässigkeit auf, ist nicht anfällig für Fehler wie Sandauswaschung, Sandanhaften und Poren und die inhärente Qualität des Gussstücks ist gut.
Seine Nachteile sind:Es erfordert Sandtrocknungsgeräte und der Produktionszyklus ist lang.
(3) Wasserglassand ist ein Modellierungsverfahren, bei dem Wasserglas als Bindemittel verwendet wird.Seine Eigenschaften sind: Wasserglas hat die Funktion, automatisch auszuhärten, wenn es CO2 ausgesetzt wird, und kann verschiedene Vorteile der Gashärtungsmethode für die Modellierung und Kernherstellung haben, aber es gibt Mängel wie eine schlechte Kollabierbarkeit der Formschale und Schwierigkeiten bei der Sandreinigung Gussteile und geringe Regenerations- und Recyclingrate von Altsand.
Anteils- und Leistungstabelle Wasserglas-CO2-Härtersand:
(4) Das selbsthärtende Sandformen aus Furanharz ist ein Gießverfahren, bei dem Furanharz als Bindemittel verwendet wird.Der Formsand verfestigt sich durch die chemische Reaktion des Bindemittels unter Einwirkung des Härters bei Raumtemperatur.Seine Besonderheit besteht darin, dass die Sandform nicht getrocknet werden muss, was den Produktionszyklus verkürzt und Energie spart.Kunstharzformsand ist leicht zu verdichten und weist gute Zerfallseigenschaften auf.Der Formsand von Gussteilen ist leicht zu reinigen.Die Gussteile weisen eine hohe Maßhaltigkeit und eine gute Oberflächengüte auf, was die Qualität der Gussteile erheblich verbessern kann.Seine Nachteile sind: hohe Qualitätsanforderungen an Rohsand, leicht stechender Geruch am Produktionsstandort und hohe Harzkosten.
Anteil und Mischverfahren der Furanharz-No-Bake-Sandmischung:
Der Mischprozess von selbsthärtendem Furanharzsand: Zur Herstellung von selbsthärtendem Harzsand verwenden Sie am besten einen kontinuierlichen Sandmischer.Rohsand, Harz, Härter usw. werden nacheinander zugegeben und schnell vermischt.Es kann jederzeit gemischt und verwendet werden.
Die Reihenfolge der Zugabe verschiedener Rohstoffe beim Mischen von Harzsand ist wie folgt:
Rohsand + Härter (wässrige Lösung von p-Toluolsulfonsäure) – (120 ~ 180S) – Harz + Silan – (60 ~ 90S) – Sandproduktion
(5) Typischer Sandguss-Produktionsprozess:
Präzisionsguss:
In den letzten Jahren haben Ventilhersteller der optischen Qualität und Maßhaltigkeit von Gussteilen immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt.Da ein gutes Erscheinungsbild die Grundanforderung des Marktes ist, ist es auch der Positionierungsmaßstab für den ersten Bearbeitungsschritt.
Der in der Ventilindustrie am häufigsten verwendete Präzisionsguss ist der Feinguss, der wie folgt kurz vorgestellt wird:
(1) Zwei Prozessmethoden des Lösungsgießens:
①Verwendung von Niedertemperatur-Formmaterial auf Wachsbasis (Stearinsäure + Paraffin), Niederdruck-Wachseinspritzung, Wasserglasschale, Heißwasserentparaffinierung, atmosphärischem Schmelz- und Gießverfahren, hauptsächlich verwendet für Gussteile aus Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Stahl mit allgemeinen Qualitätsanforderungen , Die Maßgenauigkeit von Gussteilen kann den nationalen Standard CT7~9 erreichen.
② Unter Verwendung von Formmaterial auf Harzbasis bei mittlerer Temperatur, Hochdruck-Wachseinspritzung, Silica-Sol-Formschale, Dampfentparaffinierung, schnellem atmosphärischem oder Vakuumschmelzgussverfahren kann die Maßgenauigkeit von Gussteilen CT4-6-Präzisionsgussteile erreichen.
(2) Typischer Prozessablauf beim Feinguss:
(3) Merkmale des Feingusses:
①Der Guss weist eine hohe Maßhaltigkeit, eine glatte Oberfläche und ein gutes Erscheinungsbild auf.
② Es ist möglich, Teile mit komplexen Strukturen und Formen zu gießen, die mit anderen Verfahren nur schwer zu verarbeiten sind.
③ Gussmaterialien sind nicht beschränkt, verschiedene Legierungsmaterialien wie: Kohlenstoffstahl, Edelstahl, legierter Stahl, Aluminiumlegierung, Hochtemperaturlegierung und Edelmetalle, insbesondere Legierungsmaterialien, die schwer zu schmieden, zu schweißen und zu schneiden sind.
④ Gute Produktionsflexibilität und starke Anpassungsfähigkeit.Es kann in großen Mengen hergestellt werden und eignet sich auch für die Einzelstück- oder Kleinserienfertigung.
⑤ Feinguss weist auch gewisse Einschränkungen auf, wie zum Beispiel: umständlicher Prozessablauf und langer Produktionszyklus.Aufgrund der begrenzten Gießtechniken, die verwendet werden können, kann seine Druckbelastbarkeit beim Gießen druckbelasteter dünnschaliger Ventilgussteile nicht sehr hoch sein.
Analyse von Gussfehlern
Jedes Gussstück weist innere Mängel auf. Das Vorhandensein dieser Mängel birgt große versteckte Gefahren für die innere Qualität des Gussstücks, und die Schweißreparatur zur Beseitigung dieser Mängel im Produktionsprozess stellt ebenfalls eine große Belastung für den Produktionsprozess dar.Insbesondere bei Ventilen handelt es sich um druck- und temperaturbeständige dünnwandige Gussteile, bei denen die Kompaktheit ihrer inneren Strukturen sehr wichtig ist.Daher werden die inneren Fehler von Gussteilen zum entscheidenden Faktor für die Qualität von Gussteilen.
Zu den inneren Mängeln von Ventilgussteilen zählen vor allem Poren, Schlackeneinschlüsse, Schwindungsporosität und Risse.
(1) Poren:Poren werden durch Gas erzeugt, die Oberfläche der Poren ist glatt, sie entstehen innerhalb oder nahe der Oberfläche des Gussstücks und ihre Form ist meist rund oder länglich.
Die Hauptgasquellen, die Poren erzeugen, sind:
① Der im Metall gelöste Stickstoff und Wasserstoff bleiben beim Erstarren des Gussstücks im Metall enthalten und bilden geschlossene kreisförmige oder ovale Innenwände mit metallischem Glanz.
②Feuchtigkeit oder flüchtige Substanzen im Formmaterial werden durch Erhitzen zu Gas und bilden Poren mit dunkelbraunen Innenwänden.
③ Während des Gießvorgangs des Metalls wird aufgrund der instabilen Strömung die Luft an der Bildung von Poren beteiligt.
Methode zur Vorbeugung von Stomadefekten:
① Beim Schmelzen sollten rostige Metallrohstoffe so wenig wie möglich verwendet werden, und Werkzeuge und Schöpfkellen sollten gebacken und getrocknet werden.
②Das Gießen von geschmolzenem Stahl sollte bei hoher Temperatur und bei niedriger Temperatur erfolgen, und der geschmolzene Stahl sollte ordnungsgemäß beruhigt sein, um das Schweben des Gases zu erleichtern.
③ Das Prozessdesign des Gießsteigrohrs sollte die Druckhöhe der Stahlschmelze erhöhen, um Gaseinschlüsse zu vermeiden, und einen künstlichen Gasweg für eine angemessene Absaugung einrichten.
④Formmaterialien sollten den Wassergehalt und das Gasvolumen kontrollieren, die Luftdurchlässigkeit erhöhen und die Sandform und der Sandkern sollten so weit wie möglich gebacken und getrocknet werden.
(2) Schrumpfhohlraum (lose):Es handelt sich um einen zusammenhängenden oder inkohärenten kreisförmigen oder unregelmäßigen Hohlraum (Hohlraum), der im Inneren des Gussteils (insbesondere an der heißen Stelle) entsteht, mit einer rauen Innenoberfläche und dunklerer Farbe.Grobe Kristallkörner, meist in Form von Dendriten, sammeln sich an einer oder mehreren Stellen und neigen bei hydraulischen Tests zu Undichtigkeiten.
Der Grund für die Schrumpfung (Lockerheit):Volumenschrumpfung tritt auf, wenn das Metall vom flüssigen in den festen Zustand erstarrt.Wenn zu diesem Zeitpunkt nicht genügend geschmolzener Stahl nachgefüllt wird, kommt es unweigerlich zu Schrumpfungshohlräumen.Der Schrumpfhohlraum von Stahlgussteilen wird im Wesentlichen durch eine unsachgemäße Steuerung des sequentiellen Erstarrungsprozesses verursacht.Zu den Gründen können falsche Steigrohreinstellungen, eine zu hohe Gießtemperatur der Stahlschmelze und eine starke Metallschrumpfung gehören.
Methoden zur Vermeidung von Lunkerbildung (Lockerheit):① Entwerfen Sie das Gießsystem von Gussteilen wissenschaftlich, um eine sequentielle Erstarrung des geschmolzenen Stahls zu erreichen, und die Teile, die zuerst erstarren, sollten mit geschmolzenem Stahl aufgefüllt werden.②Riser, Fördermittel, inneres und äußeres Kalteisen richtig und angemessen einstellen, um eine sequentielle Erstarrung sicherzustellen.③Wenn die Stahlschmelze gegossen wird, ist die Einspritzung von oben aus dem Steigrohr von Vorteil, um die Temperatur der Stahlschmelze und der Zufuhr sicherzustellen und das Auftreten von Lunkerbildung zu reduzieren.④ In Bezug auf die Gießgeschwindigkeit ist das Gießen mit niedriger Geschwindigkeit der sequentiellen Erstarrung förderlicher als das Gießen mit hoher Geschwindigkeit.⑸Die Gießtemperatur sollte nicht zu hoch sein.Der geschmolzene Stahl wird bei hoher Temperatur aus dem Ofen entnommen und nach der Sedierung gegossen, was sich positiv auf die Reduzierung von Lunkern auswirkt.
(3) Sandeinschlüsse (Schlacke):Sandeinschlüsse (Schlacke), allgemein als Blasen bekannt, sind diskontinuierliche kreisförmige oder unregelmäßige Löcher, die im Inneren von Gussteilen auftreten.Die Löcher werden mit Formsand oder Stahlschlacke unregelmäßiger Größe vermischt und darin aggregiert.An einer oder mehreren Stellen, oft mehr im oberen Teil.
Ursachen für den Einschluss von Sand (Schlacke):Schlackeneinschlüsse entstehen durch einzelne Stahlschlacken, die während des Schmelz- oder Gießvorgangs zusammen mit der Stahlschmelze in das Gussstück gelangen.Sandeinschlüsse werden durch die unzureichende Dichtheit des Formhohlraums beim Formen verursacht.Wenn geschmolzener Stahl in den Formhohlraum gegossen wird, wird der Formsand von der Stahlschmelze angeschwemmt und gelangt in das Innere des Gussteils.Darüber hinaus sind auch unsachgemäße Bedienung beim Trimmen und Schließen der Box sowie das Phänomen des herausfallenden Sandes Gründe für Sandeinschlüsse.
Methoden zur Vermeidung von Sandeinschlüssen (Schlacke):① Beim Schmelzen der Stahlschmelze sollten Abgase und Schlacke so gründlich wie möglich abgesaugt werden.② Versuchen Sie, den Gießbeutel für geschmolzenen Stahl nicht umzudrehen, sondern verwenden Sie einen Teekannenbeutel oder einen Bodengießbeutel, um zu verhindern, dass die Schlacke über dem geschmolzenen Stahl zusammen mit dem geschmolzenen Stahl in den Gusshohlraum gelangt.③ Beim Gießen von geschmolzenem Stahl sollten Maßnahmen ergriffen werden, um zu verhindern, dass Schlacke mit dem geschmolzenen Stahl in den Formhohlraum gelangt.④Um die Möglichkeit von Sandeinschlüssen zu verringern, stellen Sie beim Modellieren sicher, dass die Sandform dicht ist, achten Sie darauf, dass beim Trimmen kein Sand verloren geht, und blasen Sie den Formhohlraum sauber, bevor Sie den Kasten schließen.
(4) Risse:Die meisten Risse in Gussstücken sind Heißrisse mit unregelmäßiger Form, durchdringend oder nicht durchdringend, kontinuierlich oder intermittierend, und das Metall an den Rissen ist dunkel oder weist eine Oberflächenoxidation auf.
Gründe für Risse, nämlich Hochtemperaturspannung und Flüssigkeitsfilmverformung.
Unter Hochtemperaturspannung versteht man die Spannung, die durch Schrumpfung und Verformung von geschmolzenem Stahl bei hohen Temperaturen entsteht.Wenn die Spannung die Festigkeits- oder plastische Verformungsgrenze des Metalls bei dieser Temperatur überschreitet, kommt es zu Rissen.Unter Flüssigkeitsfilmverformung versteht man die Bildung eines Flüssigkeitsfilms zwischen Kristallkörnern während des Erstarrungs- und Kristallisationsprozesses von geschmolzenem Stahl.Mit fortschreitender Erstarrung und Kristallisation verformt sich der Flüssigkeitsfilm.Wenn der Verformungsgrad und die Verformungsgeschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert überschreiten, entstehen Risse.Der Temperaturbereich thermischer Risse liegt bei etwa 1200 bis 1450 °C.
Faktoren, die Risse beeinflussen:
① S- und P-Elemente in Stahl sind schädliche Faktoren für Risse, und ihre Eutektika mit Eisen verringern die Festigkeit und Plastizität von Gussstahl bei hohen Temperaturen, was zu Rissen führt.
② Der Einschluss und die Entmischung von Schlacke im Stahl erhöht die Spannungskonzentration und damit die Tendenz zur Heißrissbildung.
③ Je größer der lineare Schrumpfkoeffizient der Stahlsorte ist, desto größer ist die Tendenz zur Heißrissbildung.
④ Je höher die Wärmeleitfähigkeit des Stahltyps ist, desto höher ist die Oberflächenspannung, desto besser sind die mechanischen Hochtemperatureigenschaften und desto geringer ist die Tendenz zur Heißrissbildung.
⑤ Das strukturelle Design von Gussteilen ist schlecht herstellbar, z. B. zu kleine abgerundete Ecken, große Wanddickenunterschiede und starke Spannungskonzentrationen, die zu Rissen führen.
⑥Die Kompaktheit der Sandform ist zu hoch und die schlechte Ausbeute des Kerns behindert das Schrumpfen des Gussstücks und erhöht die Rissneigung.
⑦Andere Faktoren, wie z. B. eine falsche Anordnung des Steigrohrs, zu schnelles Abkühlen des Gussteils, übermäßige Beanspruchung durch Schneiden des Steigrohrs und Wärmebehandlung usw. wirken sich ebenfalls auf die Entstehung von Rissen aus.
Abhängig von den Ursachen und Einflussfaktoren der oben genannten Risse können entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um das Auftreten von Rissfehlern zu reduzieren und zu vermeiden.
Basierend auf der obigen Analyse der Ursachen von Gussfehlern, der Ermittlung der bestehenden Probleme und der Ergreifung entsprechender Verbesserungsmaßnahmen können wir eine Lösung für Gussfehler finden, die zur Verbesserung der Gussqualität beiträgt.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 31. August 2023