Alüminium die casting maşınından istifadə edərkən porozluğu necə azalda bilərəm?

Porozitet: Hər bir alüminium atışında gizli xərc

Porozitet alüminiumun yüksək təzyiqli döyüşmə qabıqlarında keyfiyyət problemlərinin ən böyük səbəbidir. Porozitetə bağlı imtina nisbətləri adətən mənfəəti azaldır — bir araşdırmaya görə, porozitet soyuq otaqlı alüminium döyüşmə qabıqlarında digər bütün amillərdən daha çox atılan döyüşmə qabıqlarına səbəb olur. Maliyyə təsiri sürətlə artır: atılan detallar, təkrar emal üçün əmək haqqı, daşınma müddətlərinin gecikməsi və başqa təchizatçı axtaran məmnun olmayan müştərilər.

Kök səbəb sirli deyil. Erimiş alüminiumun yüksək sürət və təzyiqdə kalıb boşluğuna sıxışdırılması zamanı axın əsasən turbulents olur. Bu turbulens hava tutur. Metalların bərkidilməsi zamanı bu tutulan qaz cibləri boşluqlara çevrilir — porozluq. Soyuma zamanı yaranan büzülüş əlavə boşluqlar yaradır. Nəticədə hissə xarici görünüşcə mükəmməl ola bilər, lakin içində təzyiq möhkəmliyini, emal ediləbilərliyi və struktur bütövlüyünü zəiflədə biləcək daxili zəifliklər gizlədir.

Yaxşı xəbər budur ki, porozluq işin bir hissəsi kimi qəbul edilməlidir və bunun qarşısını almaq mümkün deyil. Maşının quraşdırılması, proses idarə edilməsi və kalıb dizaynı üçün düzgün yanaşma ilə porozluq səviyyəsi hətta çox tələbkar spesifikasiyalara uyğun olacaq qədər azaldıla bilər.

Maşının İnjeksiya Parametrlərindən Başlayın

İnjeksiya mərhələsi əksər porozluq problemlərinin yarandığı yerdir. Doğru shot profili seçmək, tək bir parametrin dəyişdirilməsindən daha böyük fərq yaradır.

Yavaş atış sürəti xüsusi diqqət tələb edir. Metalın ilk dəfə atış kovası daxil olduğu vaxt — atışın başlanğıc mərhələsi — qarışığa hava çəkməmək üçün kifayət qədər yavaş hərəkət etməlidir. Yayğın səhv, yavaş atışı çox sürətli işlətməkdir; bu, kovan divarlarına qarşı havanı tutan dalğa effekti yaradır. Bu hava sonradan boşluğa düşür. Yavaş atış sürətini 20–30% azaltmaq adətən poroziteti əhəmiyyətli dərəcədə azaldır, lakin dəqiq rəqəm atış kovası diametrinə və detalların konfiqurasiyasına görə dəyişir.

Yavaşdan sürətli atışa keçid nöqtəsi eyni dərəcədə vacibdir. Çox erkən keçid hava qatılmasına səbəb olur. Çox gec keçid isə metalın qapıya çatmadan soyumağa başlamasına səbəb olur. Böyük tam bir parça alüminium die oyuğu üzərində aparılan tədqiqatlarda yüksək sürətli pistonun keçid mövqeyinin yalnızca 40 mm qədər dəyişdirilməsinin porozitet səviyyələrində ölçülməsi mümkün fərqlər yaratdığı göstərilmişdir. Bu parametr o qədər həssasdır.

Sıxlıq təzyiqi — boşluq doldurulduqdan sonra tətbiq olunan zirvə təzyiqi — çəkilməyə dəyər başqa bir idarəetmə amilidir. Eksperiment dizaynı yanaşmasından istifadə edən tədqiqatlar göstərir ki, sıxlıq təzyiqinin tətbiqi tökmə nümunələrində porozluğu azaltmaqda, həmçinin cəlb olunma müqavimətini və uzanmanı yaxşılaşdırmaqda əhəmiyyətli rol oynayır. Sıxlıq təzyiqini çox aşağı tutmaq sıxılma porozluğuna səbəb olur. Onu isə çox yüksək tutmaq kalıbı qəfildən aça (flaş) və ya maşını yükləyə bilər. Ən optimal dəyər adətən əksər alüminium ərintiləri üçün 80–120 MPa aralığında yerləşir, lakin hissəyə xas doğrulama mütləq tələb olunur.

Vakuum dəstəyi oyunu dəyişdirir

Tutumluq (sızdırmazlıq) və ya istilik emalı tələb edən hissələr üçün vakuumla kömək olunan tökmə investisiya etməyə dəyərdir. Prinsip sadədir: boşluq doldurulmadan əvvəl və proses zamanı içərisindəki havanı çıxarmaq, beləliklə, tutulma ehtimalı olan havanın miqdarını azaltmaq.

Rəqəmlər öz-özünə danışır. Bir araşdırma göstərdi ki, die casting zamanı vakuum tətbiq etmək səhv olan tökmələrin nisbətini 7,2%-dən 2,9%-ə qədər azaldır. Bu, atılan hissələrin nisbətinin yarısından çox azalması deməkdir. Başqa bir tədqiqat göstərdi ki, vakuumu intensifikasiya təzyiqi ilə birləşdirmək poroziteti minimuma endirərək uzanmanı daha da yaxşılaşdırır.

Vakuum səviyyəsi vacibdir. Yüksək-vakuum die casting — formanın içini 50 mbar və ya daha aşağıya çəkmək — ən təmiz nəticələri verir, lakin bu, daha mürəkkəb sistem və daha sıx forma möhürlənməsini tələb edir. 100–200 mbar diapazonundakı orta vakuum hələ də daha aşağı xərclə qənaətbəxş yaxşılaşmalar verir. Əsas şey sabitlikdir: vakuum hər siklda eyni nöqtədə, eyni intensivliklə tətbiq olunmalıdır; əks halda, partiyadan-partiyaya fərqliliklər faydaları zəiflədər.

Buna baxmayaraq, vakuum sihirli güllə deyil. O, səhv hazırlanmış qapı sisteminin arxasını tuta bilməz və ya səhv püskürmə parametrlərini kompensasiya edə bilməz. Onu bir imkan verici kimi düşünün — yaxşı proses nəzarətini daha da yaxşılaşdırır, lakin pis proses nəzarətini yaxşı etməyə qadir deyil.

Porozluqla mübarizə aparan kalıp dizaynı

Kalıp özü porozluq üzərində çox vaxt istehsalat menecerlərinin fərq etdiyi qədər böyük təsir göstərir. Qapı dizaynı, axın kanallarının düzülüşü və aşma sahələrinin yerləşdirilməsi havanın necə çıxarılmasına və metalin necə axmasına təsir edir.

Çox incə qapılar axını məhdudlaşdırır və artıq sürət yaradır; bu da metali atomlaşdırır və havanı tutur. Çox qalın qapılar isə sürəti azaldır, lakin hissənin səthi keyfiyyətini aşağı salır və dövr müddətini uzadır. Doğru qapı qalınlığı dolqunun müddətini sürətlə tarazlaşdırır — adətən alüminium üçün qapı sürətləri 30–60 m/s aralığında olur; bu, divar qalınlığı və hissənin mürəkkəbliyindən asılıdır.

Runner dizaynı eyni dərəcədə diqqət tələb edir. Tədqiqatlar göstərmişdir ki, runnerin en kəsiyində strateji dəyişikliklər — xüsusilə, dəzgahın giriş yerinə yaxın hissəsində daralma yaratmaq — metal axınına porozitet defektlərinin əvvəlcədən formalaşmasını aradan qaldıran şəkildə təsir göstərə bilər. Bu yanaşma axını effektiv şəkildə "ölçər" və metalın forma boşluğuna daxil olmasından əvvəl turbulensiyani azaldar.

Keçidlər və ventilyatorlar porozitetin azaldılmasında qeyri-məşhur qəhrəmanlardır. Düzgün yerləşdirilmiş keçidlər havanın və çirklənmiş metalın detalların formasının içi yerinə başqa yere getməsinə imkan verir. Ventilyatorlar havanın çıxmasına icazə verən, lakin metalın keçməsinə mane olan dərinliyə malik olmalıdır. Ümumi qayda: alüminium üçün ventilyator dərinliyi təxminən 0,05–0,10 mm olmalıdır; ümumi ventilyator sahəsi isə forma boşluğunun həcmi ilə uyğunlaşdırılmalıdır.

Porozitetə təsir göstərən alət seçimi ilə bağlı sürətli istinad:

Atış kovası və pistonun saxlanması: Nəzərdən qaçılan amil

Kirli və ya aşınmış atış kovası porozitetin yaranmasına səbəb olur. Bunun səbəbi budur: Ərimiş alüminium atış kovasına töküləndə səthdə kiçik miqdarda oksid drossu əmələ gəlir. Bu dross metalın sıxılması zamanı önünə itələnir. Əgər kova müntəzəm olaraq təmizlənməzsə, dross bir-birinə yapışaraq axınla birlikdə daxil olur və porozitet yaradır.

Piston ucunun vəziyyəti də əhəmiyyətlidir. Aşınmış uclarda metalın keçməsinə imkan verilir; bu da atış profilini pozan və havanı tutan «gizli» axını yaradır. Piston uçlarının yalnız sızdıqları zaman deyil, müəyyən vaxt aralıqları ilə dəyişdirilməsi bu problemdən qorunmağa kömək edir.

Yağlama başqa bir dəyişəndir. Sürüşmə kovşunda çoxlu yağlayıcı maye erimiş alüminiumla təmasda olduqda buxarlanır və porozluğa səbəb olan qaz əmələ gətirir. Az yağlayıcı isə sürtünməyə və aşınmanın sürətlənməsinə səbəb olur. Doğru miqdar sürüşmə kovşunun diametrinə və sikl müddətinə görə dəyişir, lakin yaxşı başlanğıc nöqtəsi görünən toplanma olmadan nazik, bərabər film qoyan miqdardır.

Orta Qərbdəki bir istehsalat müəssisəsi bu dərsi çox ağır şəkildə öyrəndi. Onlar 900 tonluq soyuq kameraya malik maşında avtomobil transmissiya korpusunu istehsal edirdilər və 8%-dən yuxarı porozluq reyeksiya dərəcəsilə mübarizə aparırdılar. İnjeksiya parametrlərini həftələr boyu optimallaşdırmağa çalışdıqları halda minimal yaxşılaşma əldə etdilər; sonra sürüşmə kovşunu çıxartdılar və tökmə dəliyində 0,3 mm aşınma çıxıntısı tapdılar. Kovşu dəyişdirib sabit yağlama rejimi tətbiq etdikdən sonra reyeksiya dərəcəsi bir ay ərzində 3%-dən aşağı endi. Bu təmir bir neçə min dollar costu. Atılan material və təkrar emal xərclərindəki qənaət bu xərcləri altı həftə ərzində ödədi.

Ərinti seçimi və əritmə keyfiyyəti

Bütün alüminium ərintiləri porozluq baxımından eyni şəkildə davranmır. Daha yüksək silisium tərkibli ərintilər – məsələn, A380 və ya ADC12 – daha yaxşı axır və daha çox tolerantdır. Silisiumu az olan ərintilər – məsələn, A356 və ya A357 – daha yaxşı mexaniki xassələr göstərir, lakin sıxılma porozluğuna daha meyllidir.

Eritmənin keyfiyyəti qeyri-müəyyən amildir. Hidrogen erimiş alüminiumda asanlıqla həll olur – və bu hidrogenin katılaşma zamanı həlldən çıxması nəticəsində qaz porozluğu əmələ gəlir. Alüminiumdakı hidrogenin həllolma qabiliyyəti metallar soyuduqca kəskin şəkildə azalır; beləliklə, erimədə mövcud olan bütün hidrogen katılaşma zamanı çıxmağa çalışacaq. Əgər çıxa bilməzsə, dəliklər əmələ gətirir.

Azot və ya argonla dövrəvi dezqazlaşdırma standart həll yoludur. Tipik dezqazlaşdırma dövrü 10–15 dəqiqə davam edir və hidrogen miqdarını 0,3–0,4 sm³/100 q-dan 0,1–0,15 sm³/100 q-a qədər azalda bilir. Porozluq fərqi mikroskop altında görünür və mexaniki xassələrdə ölçülməlidir.

Eritmə temperaturu da əhəmiyyətlidir. Eritməni çox yüksək temperaturda aparmaq hidrogenin həll olma qabiliyyətini artırır və qatılaşmış qalıqların (dross) əmələ gəlməsini sürətləndirir. Çox aşağı temperaturda eritmə isə maye metalın axıcılığını azaldır və soyuq bağlanma (cold shuts) riskini artırır. Əksər alüminium ərintiləri üçün optimal temperatur intervalı, maye fazanın başlama temperaturundan (liquidus) 50–80°C yuxarıdır.

Nə vaxt «Kifayət qədər yaxşı» deməli?

Burada bir narahat edici həqiqət var: yüksək təzyiqli döyülən tökmədə sıfır porozitet əldə etmək praktiki olaraq mümkün deyil və «sıfır porozitet» tələbi qoymaq adətən səhvdir. Şimali Amerika Döyülən Tökmə Assosiasiyası (NADCA) istifadəçilərə tətbiq sahəsinin tələb etdiyindən daha sərt porozitet məhdudiyyətləri təyin etməməyi tövsiyə edir. Porozitet tələblərinin artıq dərəcədə sərt qoyulması real dəyər əlavə etmədən xərcləri artırır.

Doğru yanaşma, funksiyaya əsaslanaraq qəbul edilə bilən porozluq səviyyələrini müəyyənləşdirməkdir. Dekorativ bəzək detalları hidravlik klapan korpusundan daha çox porozluğa dözməyə qadirdir. Qaynaqlanan hissə qaynaqlanmayan hissədən daha sıx nəzarət tələb edir. Realist standartların təsdiqlənməsi — məhv edici testlər və rentgen müayinəsi ilə — sonsuz nəzarət artımı və əsassız tullantı yaradılması dövrünü qarşısını alır.

İstehsal miqyasında monitorinq də vacibdir. Nümunə detalların müntəzəm kəsilməsi və KT skanlanması problemlər baş verməzdən əvvəl meylləri aşkar edir. Həftə ərzində orta porozluqda 0,1% artım rədd etməyə səbəb olmasa da, prosesdə bir şeyin sapdığını göstərir — və bunu erkən aşkar etmək, sonradan düzəltməkdən daha ucuzdur.