Matmenų tikslumas, kuriuo dabar galima gaminti smėlio liejinius, priartėjo prie investicinių liejinių. 3-D smėlio spausdinimo technologijos labai pagerino formų ir šerdžių matmenų tikslumą, tačiau nesugebėjo prilygti įprastų smėlio liejinių paviršiaus lygumo, jau nekalbant apie investicinius liejinius.
Investicinis liejimas suteikia labai lygias dalis su puikia skiriamąja geba ir matmenų tikslumu. 3-D spausdintos smėlio formos ir šerdys gali būti ekonomiška alternatyva investiciniam liejimui, jei procesas gali atitikti matmenų ir paviršiaus reikalavimus.
Nors liejyklų eksploatacinių medžiagų srityje buvo atlikta daug pakeitimų ir patobulinimų, smėlis yra ta medžiaga, kuri išliko šiek tiek pastovi. Po kasybos ir plovimo, jei reikia, liejyklų smėlis suskirstomas į atskiras arba dviejų akių grupes ir saugomas. Jie sujungiami į įprastus paskirstymus, skirtus gabenimui liejyklos klientui. Nors yra daug skirtingų kasyklų, panašių AFS grūdelių smulkumo smėlis tiekiamas panašiais paskirstymais. Paviršiaus apdaila yra neatsiejama liejimo kokybės specifikacijų dalis. Grubus vidinis liejinių paviršius gali sumažinti skysčių ir didelio greičio dujų efektyvumą. Taip yra turbokompresoriaus ir įsiurbimo kolektoriaus komponentų atveju. Šiaurės Ajovos universitetas tyrė liejimo formos medžiagų charakteristikas, kurios turi įtakos liejinių paviršiaus lygumui. Tyrimas buvo atliktas su aliuminio liejiniais, bet yra pritaikymas ir tinkamas geležies lydiniams, kurie neturi defektų, pvz., prasiskverbimo ar lydyto smėlio defektų. Tyrime tiriama liejimo terpės charakteristikų, tokių kaip smėlio smulkumas, medžiagos tipas ir ugniai atsparios dangos pasirinkimas, įtaka. Projekto tikslas buvo atlikti investicinio liejimo paviršiaus apdailą smėlio liejimo detalėse.
Pralaidumas ir paviršiaus ploto rezultatai
AFS pralaidumas apibrėžiamas kaip laikas, per kurį žinomas oro tūris praeina per standartinį mėginį 10 cm vandens aukštyje. Paprasčiausiai AFS pralaidumas parodo atvirų tarpų tarp užpildų grūdelių, leidžiančių orui praeiti, kiekį. Medžiagos GFN žymiai pakeičia pralaidumą iki 80 GFN, kur tendencija išsilygins.
Duomenys rodo, kad tą patį paviršiaus šiurkštumą galima pasiekti naudojant bet kokią dalelių formą skirtingu greičiu. Sferinės ir apvalios grūdėtosios medžiagos pagerina liejimo lygumą pagreitintu greičiu, palyginti su kampiniais ir pokampiais užpildais.
Galio kontaktinio kampo rezultatai
Buvo atlikti kontaktinio kampo matavimai, siekiant išmatuoti surištų liejimo agregatų santykinį drėgnumą su skystu metalu, naudojant skysto galio testą. Keraminis smėlis turėjo didžiausią kontaktinį kampą, o cirkonis ir olivinas turėjo panašų mažesnį kontaktinį kampą. Galis pasižymėjo hidrofobiniu elgesiu ant visų smėlio paviršių. Visiems mėginiams buvo naudojamas panašus AFS-GFN. Rezultatai rodo, kad smėlio tipų kontaktinis kampas labai priklausė nuo užpildo grūdelių formos, kaip parodyta antrinėje ašyje, o ne nuo pagrindinės medžiagos. Keraminis smėlis buvo apvaliausios formos, o olivininis smėlis – labai kampuotos formos. Nors pagrindo užpildo paviršiaus drėgnumas gali turėti įtakos liejimo paviršiaus apdailai, bandymų serijos kontaktinio kampo matavimų diapazonas buvo pavaldus grūdelių formai.
Bandomųjų liejinių paviršiaus šiurkštumo rezultatai
Paviršiaus šiurkštumo rezultatai buvo matuojami naudojant kontaktinį profilometrą. Paviršiaus lygumas žymiai pagerėjo nuo trijų ekranų 44 GFN silicio dioksido iki keturių ekranų 67 GFN silicio dioksido. Pokyčiai, viršijantys 67 GFN, neparodė poveikio paviršiaus šiurkštumui, nepaisant pasiskirstymo pločio skirtumo. Stebima 185 RMS slenkstinė vertė.
Galima pastebėti didelį lygumo pagerėjimą tarp 101 ir 106 GFN medžiagų. 106 GFN smėlis turi daugiau nei 17% daugiau 200 akių medžiagos ekrano paskirstyme. Dviejų ekranų 115 ir 118 GFN medžiagos sumažino lygumą. 143 GFN smėlio rodmenys buvo panašūs į 106 GFN cirkonio rodmenis. Slenkstinė vertė yra 200 RMS.
Pastebėtas nuolatinis paviršiaus lygumo pagerėjimas nuo keturių ekranų 49 GFN chromito iki trijų ekranų 73 GFN chromito, nepaisant to, kad dalelių pasiskirstymas tapo siauresnis. 73 GFN chromite, palyginti su 49 GFN, buvo pastebėtas 19% didesnis 140 akių ekrano išlaikymas. Buvo parodytas reikšmingas liejimo lygumo padidėjimas nuo trijų sluoksnių 73 GFN iki keturių ekranų 77 GFN chromito smėlio, nepaisant jų panašių grūdelių smulkumo. Tarp 77 GFN ir 99 GFN chromito medžiagų lygumo pokyčių nepastebėta. Įdomu tai, kad 200 akių tinklelio ekrane šie du smėliai buvo labai panašūs. Slenkstinė vertė yra 250 RMS.
Nepaisant siauresnio pasiskirstymo, labai pagerėjo liejimo lygumas nuo 78 GFN olivino iki 84 GFN olivino. 84 GFN olivine buvo matomas 15% padidėjimas 140 akių tinklelio ekrane. Yra reikšmė tarp 84 ir 85 GFN olivino. 85 GFN olivinas pagerino glotnumą 50. 85 GFN olivinas yra trijų tinklelių smėlis, sulaikantis beveik 10 % 200 akių tinklelio, o 84 GFN olivinas yra tiesiog dviejų tinklelių medžiaga. Nuo 85 GFN olivino iki 98 GFN olivino galima pastebėti nuolatinį glotnumo pagerėjimą. Ekrano pasiskirstymas rodo 5 % padidėjimą 200 tinklelio tinklelio ekrane. Nebuvo pastebėta jokių pokyčių nuo 98 GFN iki 114 GFN olivino, nepaisant to, kad 200 akių sulaikymas padidėjo beveik 7%.
Galima stebėti 244 RMS slenkstinę vertę.
Liejinių, gautų iš keraminių šerdžių, paviršiaus šiurkštumo rezultatai rodo nedidelį pagerėjimą tarp 32 GFN ir 41 GFN medžiagų. 41 GFN smėlyje 70 akių tinklelio išlaikymas padidėjo 34%. Buvo pastebėtas reikšmingas glotnumo padidėjimas tarp 41 GFN ir 54 GFN keramikos. 54 GFN medžiaga turėjo daugiau nei 19% didesnį sulaikymą 100 akių tinklelyje, palyginti su 41 GFN medžiaga. Šis pagerėjimas įvyko nepaisant pasiskirstymo susiaurėjimo 54 GFN medžiagoje. Didžiausias poveikis keramikos rezultatams buvo pastebėtas tarp 54 GFN ir 68 GFN smėlio. 68 GFN smėlis turėjo 15% didesnį sulaikymą 140 akių tinklelyje, todėl pasiskirstymas buvo išplėstas. Nepaisant daugiau nei 40% padidėjimo 140 akių tinklelio ekrane, tarp 68 GFN ir 92 GFN medžiagų buvo pastebėtas nedidelis pagerėjimas. Slenkstinė vertė yra 236 RMS.
Paviršiai, sukurti naudojant 3-D spausdintą smėlį, yra žymiai šiurkštesni nei suspausto smėlio paviršius, naudojant tą patį užpildą. Pavyzdžiai, atspausdinti XY orientacija, suteikė lygiausią bandomąjį liejimo paviršių, o atspausdinti XZ ir YZ kryptimis – šiurkštiausią.
Suspausto silicio dioksido nepadengto 83 GFN silicio dioksido smėlio šiurkštumo vertė buvo 185 RMS. Nors liejiniai atrodė lygesni, ugniai atsparios dangos padidino paviršiaus šiurkštumą, išmatuotą profilometru. Alkoholio pagrindu pagaminta aliuminio oksido danga pasižymėjo geriausiomis savybėmis, o alkoholio pagrindu pagamintos cirkonio dangos šiurkštumas buvo didžiausias. 83 GFN 3-D atspausdinti pavyzdžiai parodė priešingą efektą. Nors nepadengtas pavyzdys buvo atspausdintas palankiausia XY orientacija, nepadengto pavyzdžio liejimo šiurkštumas buvo 943 RMS. Dangos iš esmės išlygino paviršių nuo nepadengto paviršiaus apdailos nuo žemiausios 339 iki aukščiausios 488 RMS. Atrodo, kad padengto smėlio paviršiaus apdaila šiek tiek nepriklauso nuo pagrindo smėlio šiurkštumo ir labai priklauso nuo ugniai atsparios dangos sudėties. 3-D spausdintas smėlis, nors ir pradedant nuo daug šiurkštesnio paviršiaus, gali būti žymiai patobulintas naudojant ugniai atsparias dangas.
Išvados
Šiuo metu turimi liejimo agregatai gali pasiekti mažesnes nei 200 RMS mikrocolių paviršiaus šiurkštumo vertes. Šios vertės šiek tiek atitinka vertes, susijusias su investicijų liejimu. Išbandytų medžiagų kiekvienos iš jų liejimo šiurkštumas sumažėjo, didėjant užpildo AFS grūdelių smulkumui. Tai pasakytina apie visas medžiagas iki slenkstinės vertės, o tuo metu, didėjant AFS-GFN, liejimo šiurkštumas nebemažėjo. Tai patvirtino anksčiau atlikti tyrimai.
Visose medžiagų grupėse AFS-GFN poveikis buvo antrinis tiek apskaičiuotam paviršiaus plotui, tiek agregato pralaidumui. Nors galima manyti, kad pralaidumas apibūdina atviras sutankinto smėlio sritis, paviršiaus plotas geriau apibūdina smėlio pasiskirstymą ekrane ir atitinkamą smulkių dalelių kiekį. Tiek pralaidumas, tiek paviršiaus plotas buvo tiesiogiai susiję su liejimo paviršiaus lygumu. Reikėtų pažymėti, kad tai pasakytina apie formos grupės agregatus. Nors kampiniai ir pokampiniai agregatai turėjo didelius paviršiaus plotus, jų pralaidumas buvo didelis ir rodo atvirą paviršių. Sferiniai ir suapvalinti užpildai turėjo lygiausius paviršius, derinančius mažą pralaidumą ir didelį paviršiaus plotą.
Iš pradžių buvo manoma, kad paviršiaus drėgnumas, išmatuotas pagal kontaktinį kampą tarp skysto metalo ir surišto užpildo, buvo esminis liejimo paviršiaus apdailos veiksnys. Nors buvo įrodyta, kad įvairių medžiagų kontaktinis kampas, esant panašus AFS-GFN, nebuvo proporcingas liejimo šiurkštumui, buvo patvirtinta, kad grūdelių forma buvo pagrindinis veiksnys. Ryšio tarp kontaktinio kampo ir liejimo paviršiaus šiurkštumo nebuvimas gali būti paaiškintas tuo, kad grūdelių forma buvo laikoma pagrindine paviršiaus šiurkštumo įtaka. Yra didelė tikimybė, kad įvairių medžiagų sąlyčio kampą labiau paveikė grūdelių forma ir dėl to paviršiaus lygumas, o ne vien medžiagos drėgnumas.
Kaip ir su visomis matavimo priemonėmis, bandymo metodo artefaktai gali tam tikru mastu paveikti rezultatus. Liejimo šiurkštumo padidėjimas, nors vizualiai liejiniai atrodė lygesni užtepus ugniai atsparią dangą, gali būti dėl dangomis sukurtų viršūnių ir slėnių formos. Pagal apibrėžimą ir matavimą ugniai atsparios dangos tik padidino nedengtų mėginių paviršiaus šiurkštumą. Visos ugniai atsparios dangos labai sėkmingai pagerino 3-D spausdintų smėlio paviršiaus šiurkštumą. Paaiškėjo, kad bandomųjų liejinių iš padengtų mėginių paviršiaus apdaila šiek tiek nepriklauso nuo pradinio substrato smėlio. Dangos turėjo didelį poveikį paviršiaus apdailai, tačiau reikia toliau dirbti, kad danga būtų peržiūrėta siekiant pagerinti liejimo apdailą.
Redagavo Santos Wang iš Ningbo Zhiye Mechanical Components Co.,Ltd.
https://www.zhiyecasting.com
santos@zy-casting.com
86-18958238181