2. VÍZSZINTES HIDEGKAMRÁS NYOMÁSOS ÖNTÉS
2.6 A Z OPTIMÁLIS ÖNTÉSI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA
A nyomásos öntvények minőségét az alábbi tényezők befolyásolják:
1. A nyomásos öntőgép: az öntődugattyú sebessége, a fémolvadékra ható fajlagos nyomás, az első és második fázis átkapcsolási pontja, vagyis a formatöltési fázis indítása és a nyomás felfutási ideje.
2. A nyomásos öntőgép és a szerszám közötti kapcsolat: a töltőkamra hosszúsága, az öntődugattyú és a töltőkamra közötti hézag nagysága, a dugattyúkenő anyaga, valamint a leválasztó anyag mennyisége és minősége.
3. A beömlőrendszer: a megvágás keresztmetszete, szélessége, vastagsága a beömlő -rendszer alakja, a formaüreg felülete (polírozott, tükrösített) és a szerszám hőmérséklete a formaüreg töltésének kezdetekor.
A megfelelő öntési paraméterek meghatározásánál a formatöltési- és a gépparaméterek összehangolása szükséges.
Az optimális formatöltési idő nagysága függ az öntvény konstrukciójától. A gyakorlati tapasztalatokon alapuló számadatok néha jelentős eltérést is mutathatnak a számítotthoz képest. Kis öntvények esetében a formatöltési idő csak néhány milliszekundum, a nagy öntvények formatöltési ideje azonban a 100 milliszekundumot is elérheti.
Az öntvény minősége jelentősen függ az öntési paraméterektől, azonban ezek megadásánál figyelembe kell venni a gép által adott lehetőségeket.
Az optimális formatöltési idő függ az öntvény geometriájától és a hőtechnikai folyamatoktól.
A formaüreget még a fém olvadék dermedésének megkezdése előtt meg kell tölteni, hogy az önvény hibamentes legyen. A fémolvadék dermedési ideje a formaüregben a formatöltési időt jelentősen befolyásolja. A fémolvadék nem azonos idő alatt dermed meg a teljes keresztmetszetben, így a formatöltési idő megválasztása szempontjából nagyon fontos, hogy mennyi idő múlva képződik szilárd kéreg.
Az öntvény dermedési idejének (t ) számítása: d
( )
sec C2- a túlhevített fém folyékony állapotához tartozó hűlés ideje.Al-ötvözeteknél: C1 =8−12
[
s cm2]
, C2 =0( )
secHorgany-ötvözeteknél: C1 =20
[
s cm2]
, C2 =0,04( )
secM az öntvény kritikus modulja:
( )
cmM S
= 2
S a legkisebb falvastagság (cm)
A dermedési idő ismeretében meghatározható az öntési idő:
( )
sec felületi hidegfolyást elkerüljük, gyors formatöltés szükséges.A 47. ábrán a szakítószilárdság változása látható a folyékony fém megvágásban mérhető sebességének függvényében. A szakítószilárdság maximumos görbe szerint változik. Ennek oka, hogy a sebesség növekedésekor -a hőátadási tényező növekedése miatt- nő a kristályosodás sebessége, ezáltal finomabbá válik a szövetszerkezet, ami szilárdságnövekedést okoz.
47. ábra A szakítószilárdság változása a folyékony fém megvágásban mérhető sebességének függvényében
Ugyanakkor nő a folyékony fémben a turbulencia, és erőteljesebbé válik a porlasztás, ami növeli a gáztartalmat, s így a szilárdság csökkenését okozza. A két ellentétes hatás eredője a maximumos görbe szerint változó szakítószilárdság. Az optimális sebesség a különböző fémeknél eltérő, az öntvénnyel szemben támasztott követelmények teljesítése szempontjából. A legkedvezőbb áramlási sebességet kell választani, az alumínium ötvözetek esetében ez a sebesség általában 40-50 m/s között változik.
Az öntési teljesítmény, (térfogatáram,
V &
) értékét az öntési térfogat és a formatöltési idő hányadosa adja meg. A beömlőrendszert ennek megfelelően kell méretezni:
ahol a vbek a fém sebessége a megvágásban (m/s), melyet az öntvénnyel szemben támasztott követelmények alapján választunk meg. A megvágásnak vékonynak, letörhetőnek kell lennie, de annyira azért vastagnak, hogy az utánnyomás hatása a dermedés során érvényesüljön.
A megvágás vastagságát az öntvény falvastagságához igazodóan választják meg, az öntvényhez csatlakozó rész falvastagságánál lényegesen kisebb, fele – harmada. A megvágás tervezésénél figyelembe kell venni az öntvény geometriáját és az áramlási viszonyokat is.
Az elosztócsatornában a fém sebesség:
A fent említett adatok és az önvény méreteinek alapján megadhatók a gép paraméterei. Olyan öntőgépet kell választani, amelyen beállíthatók az optimális értékek.
Az öntőgép kiválasztása a szükséges záróerő (Fzáró) meghatározása alapján történik:
( )
kN az öntvénnyel szemben támasztott követelmények alapján kell meghatározni.1. sebesség feltétel
P3H- az öntőgép hidraulikus dugattyújára ható multiplikált nyomás a 3. fázisban, AH- az öntőgép hidraulikus dugattyújának a keresztmetszete,
AK- kamra keresztmetszete.
A kamra átmérőjének megválasztása tehát a hagyományos nyomásos öntőgépek esetén egy olyan optimum keresés eredménye, mely a formatöltés sebesség-feltételeinek és a szükséges utánnyomás követelményeknek is megfelel. Ellennyomás alkalmazásának lehetősége esetén a kamra átmérőjét a formatöltés sebesség-feltételeinek és az optimális töltöttségi fok létrehozásának figyelembe vételével határozzák meg.
A nyomásos öntögépek gyártói a hidraulikus rendszer adatait (hidraulikus dugattyú átmérője, multiplikálási hányados) általában nem adják meg, viszont a prospektusok és a gépkönyv minden esetben tartalmazza az adott gépen a legkisebb és legnagyobb kamramérethez tartozó fémre ható nyomást. Ezek alapján a kiválasztott kamramérethez tartozó fémre ható nyomás meghatározható, illetve a szükséges fémre ható nyomás ismeretében a megvalósításához tartozó kamraátmérő kiszámolható.
A kamra átmérőjének értékét a gépkönyv adataihoz kell igazítani. Ezután meg kell határozni az öntőkamra hosszát és térfogatát. A kamra hosszát a szerszám álló részének és a kiválasztott öntőgép álló felfogólapjának vastagságától függően választják meg. A kiválasztott kamra átmérő esetén a geometriai viszonyok miatt a szükségesnél nagyobb kamrahossz hatására a töltöttségi fok csökken le, melyhez igazodó dugattyú-mozgatást kell megvalósítani a kamratöltés közben.
Az első fázis optimális dugattyú sebességét állandó sebességű mozgatásnál a Garber formulával lehet meghatározni. A kamra teljes keresztmetszetét kitöltő hullámmagasságot nagy (50-60%) töltöttségi fok esetén lehet elérni. Amennyiben a kamra töltöttségi foka kisebb, akkor a teljes kamra keresztmetszetet kitöltő hullám nagy dugattyúsebességgel hozható létre, ami a hullámcsapás kialakulását okozza. Ebben az esetben a kritikusnál kisebb dugattyúsebességet választunk, melynél az első hullám után a végfalról visszaverődő hullám sem tölti ki teljesen a kamrát. Erre épül fel a harmadik hullám mely a kamra tetejéig ér. A kamratöltés közbeni levegő bezáródás így elkerülhető.
Első fázisbeli dugattyúsebesség,
( )
vd1 számítása Garber formulával:( ) ( )
m sRészletes magyarázat a 23. ábrán látható.
Amikor a folyékony fém teljes keresztmetszetében feltöltötte a kamrát és elérte a megvágást, az első fázis befejeződik. indítja el, ezután az öntődugattyú felgyorsul a második fázis sebességére.
( )
m s méretpontatlanságok és plusz megmunkálások csökkentik a gyártás gazdaságosságát. A nagy nyomáscsúcsok kialakulását meg kell előzni, pl. a modern SC gépeknél programozható dugattyúfékezést alkalmaznak, így a dugattyú sebességét le lehet csökkenteni a felütközéskor.A második fázis úthossza: átmérőjénél. Nagyon rövid dugattyú úthossz esetén nincs elegendő idő a felgyorsulás után az egyenletes dugattyúsebesség kialakulására, bizonytalanná válik a formatöltés sebesség- és időbeli lefolyása. Vékony falvastagságú, kis tömegű öntvények esetén a fészekszám növelésével célszerű a nagyobb öntött fémtérfogat elérésére törekedni, ezáltal a kedvezőbb kamratöltöttségi fok és nagyobb formatöltés közbeni úthossz érhető el.
A teljes dugattyú úthossz a kamratöltéshez tartozó első fázis úthosszának, a beömlőrendszer feltöltéséhez tartozó dugattyú úthossznak és a formatöltéshez tartozó úthossznak az összege.
L
3= L
1+L
beömlő+L
2Ennek az úthossznak a végén a fém megtölti a formaüreget és a túlfolyókat, ekkor kell a multiplikátort indítani.
A kamra töltésénél a tervezettnél több fém „késői”, a kevesebb fém „korai” átkapcsolást eredményez az I. és a II. fázis között. Amikor az átkapcsolás „késik”, a folyékony fém már túljutott a megvágáson. A „korai” átkapcsolás esetén a dugattyú már a kamra feltöltésének a végén felgyorsul, ez többlet levegő bezáródások kialakulását idézi elő. A modern fémadagolók (kanalas, vagy sűrített levegővel adagoló kemencék) a folyékony fémet ±1,5mm pogácsavastagság pontosságban képesek az öntőkamrába adagolni, biztosítva a megfelelő öntvényminőség reprodukálhatóságát.
A fent leírt folyamatokat időben pontosan össze kell hangolni, hogy a termelés folyamán ciklusonként pontosan ismétlődjön. A formatöltési folyamatok vizsgálata alapján megállapíthatjuk, hogy a korszerű minőségi követelményeket csak akkor lehet tartósan teljesíteni, ha jól szabályozható, mérőeszközökkel is felszerelt gépen megfelelően méretezett és kipróbált öntési paraméterekkel dolgozunk. Csak ekkor lehet minden öntési ciklusban az előírt határértékek közötti jellemzőkkel kis selejtszázalékkal öntvényt gyártani.