Lubang penyusutan adalah cacat internal yang umum terjadi pada die casting paduan aluminium, sering muncul pada ketebalan dinding produk yang besar atau mudah membentuk posisi hot spot. Secara umum, selama lubang penyusutan tidak mempengaruhi penggunaan kinerja produk, ditentukan dengan cara yang memenuhi syarat. Namun, untuk beberapa bagian penting, seperti lubang saluran air pendingin blok silinder mesin mobil atau lubang saluran oli pelumas, penyusutan tidak diperbolehkan untuk menentukan kualifikasi.
Salah satu crankcase mesin perusahaan kami yang terbuat dari paduan aluminium dilemparkan ke dalam mesin die casting ruang dingin 28.000kN milik Bühler, yang terbuat dari Paduan ADC12. Massa kotor pengecoran adalah 6,3 kg, dan ketika deteksi cacat sinar-X dilakukan pada pasca-proses, ditemukan bahwa terdapat lubang penyusutan pada saluran oli pada lubang bantalan poros engkol kedua, yang berjarak sekitar 8 mm dari saluran oli, dan terdapat risiko kebocoran oli yang besar. Menurut statistik, tingkat pengikisan lubang penyusutan pada posisi ini adalah 5% pada tahun 2017, dan setelah serangkaian eksplorasi, tingkat pengikisan berhasil dikurangi menjadi 0,2%.
Mekanisme dan morfologi pembentukan lubang penyusutan die casting paduan aluminium
Mekanisme pembentukan penyusutan
Menyebabkan penyusutan die casting paduan aluminium lebih banyak alasan, melacak asalnya, terutama dari fase cair paduan aluminium ke proses transisi fase padat penyusutan cairan aluminium yang disebabkan oleh tidak cukup. Alasan umum penyusutan adalah:
(1)Gradien suhu cetakan tidak masuk akal, sehingga mengakibatkan kontraksi lokal aluminium cair yang tidak konsisten.
Volume penuangan aluminium cair kecil, menghasilkan kue yang tipis, tahap tekanan yang tidak mencukupi untuk menekan.
③ Terdapat simpul panas atau area yang tajam pada cetakan.
Gerbang bagian dalam cetakan tidak cukup lebar dan areanya kecil, yang menyebabkan pemadatan dini pada pengecoran, dan transfer tekanan terhalang pada tahap pendorongan, dan cairan aluminium tidak dapat membentuk penyusutan.
⑤ Tekanan pengecoran ditetapkan terlalu rendah, dan efek penyusutannya buruk.
Pola lubang penyusutan pengecoran
Lubang penyusutan adalah sejenis die casting paduan aluminium dan bahkan pengecoran cacat internal yang umum, sering muncul pada ketebalan dinding produk yang besar, sudut tajam cetakan dan perbedaan suhu suhu cetakan yang besar dan area lainnya. Gambar 2 untuk pola lubang susut karter mesin tertentu, lubang susut seperti elips, sekitar 10 mm dari lubang oli bantalan, dinding bagian dalam kasar, tidak berkilau. Area lubang penyusutan ketebalan dinding pengecoran lebih besar, sekitar 22 mm; pin lubang saluran oli bagian depan tanpa air pendingin, suhu cetakan lebih tinggi. Dua jurnal utama poros engkol mesin mobil (jurnal utama dan jurnal batang penghubung) memiliki beban kerja yang besar dan keausan yang serius, dan harus dilumasi dengan tekanan selama bekerja. Dalam hal ini, adanya lubang penyusutan di dekat lubang saluran oli pada jurnal akan sangat mempengaruhi efek pelumasan.
Penanggulangan terkait lubang susut
Cacat pengecoran die casting paduan aluminium disebabkan oleh karakteristik struktural produk itu sendiri, sistem penuangan desain cetakan dan desain sistem pendingin tidak masuk akal, parameter proses tidak dirancang alasan. Menurut alasan umum untuk cacat pengecoran dan proses perawatan cacat pengecoran paduan aluminium, untuk mengeksplorasi solusi die casting paduan aluminium bagian tebal lubang penyusutan yang sesuai dengan tindakan pencegahan.
Pra-analisis dan tindakan pencegahan
Pra-analisis penyusutan pengecoran dari parameter proses yang mudah dioperasikan, melalui pengukuran dan pengamatan di tempat, mengukur ketebalan gerbang cetakan 4 mm, kecepatan gerbang dalam yang dihitung 40 m / s, ketebalan dinding produk dari tempat tertipis untuk 4,6 mm; ketebalan kue 25 mm; tekanan pengecoran 60 MPa. Dari pengalaman, desain cetakan sesuai dengan karakteristik struktural produk, sistem pengecoran cetakan tidak boleh memiliki tahap bertekanan untuk mengatasi penyusutan masalah yang tidak mencukupi. Namun, cairan aluminium pada tahap bertekanan tidak cukup untuk menutupi penyusutan. Namun, penyusutan cairan aluminium pada tahap penguat berhubungan langsung dengan ketebalan kue dan tekanan penguat, dan ketebalan kue yang sesuai serta tekanan pengecoran dapat membentuk pengecoran dengan organisasi internal yang padat. Oleh karena itu, dapat diduga bahwa lubang penyusutan disebabkan oleh tekanan pengecoran yang rendah dan kue yang tipis.
Tindakan pencegahan untuk menghilangkan penyusutan pada coran pada tahap pertama dibagi menjadi dua:
- Tingkatkan tekanan pengecoran dari 65MPa menjadi 90MPa;
- Ketebalan kue disesuaikan dari 25 mm menjadi 30 mm. Setelah penerapan langkah-langkah di atas, tingkat penyusutan berkurang dari 5% menjadi 4,8% setelah verifikasi aliran khusus batch kecil, efeknya tidak jelas, yang menunjukkan bahwa parameter proses bukanlah penyebab utama penyusutan coran.
Analisis jangka menengah dan langkah-langkah penanggulangan
Karena penyebab utama penyusutan pengecoran adalah penyusutan pemadatan aluminium yang tidak mencukupi, dan distribusi suhu cetakan yang tidak merata dapat dengan mudah menyebabkan urutan pemadatan aluminium yang tidak masuk akal, sehingga penyusutan tidak mencukupi, oleh karena itu, analisis penanggulangan jangka menengah terutama dimulai dari memastikan suhu cetakan yang wajar. Dari model 3D produk, terlihat bahwa ketebalan dinding pada lubang penyusutan pengecoran adalah 22,6 mm, dan ketebalan dinding lebih besar, yang mudah menyebabkan suhu cetakan lebih tinggi. Ketika cairan aluminium membeku, cairan aluminium di dalam pengecoran dengan ketebalan dinding yang besar masih dalam fase cair atau fase campuran padat-cair karena suhu yang tinggi, sedangkan saluran untuk membentuk penyusutan di gerbang bagian dalam mungkin sudah mengeras saat ini. Akibatnya, pengecoran tidak dapat menggantikan cairan aluminium selama fase bertekanan, yang dapat menyebabkan terbentuknya lubang penyusutan. Untuk memastikan suhu cetakan yang sesuai, kamera pencitraan termal digunakan untuk mengukur suhu maksimum cetakan setelah penyemprotan zat pelepas cetakan adalah 272 ℃, yang lebih tinggi dari suhu normal cetakan setelah penyemprotan, dan suhu cetakan serta distribusinya normal di area lain. Oleh karena itu, perlu dilakukan penurunan suhu cetakan pada lubang susut. Selain itu, diukur bahwa jarak antara dasar lubang air pendingin dan permukaan rongga cetakan adalah 20 mm, karena jarak perpindahan panas yang lebih besar akan mengurangi efek pendinginan cetakan, sehingga lubang air pendingin perlu diubah.
Untuk mengurangi suhu cetakan pada lubang penyusutan, ada tiga metode utama yang digunakan:
- Tingkatkan sistem pendingin cetakan. Lubang penyusutan yang menempel pada kedalaman lubang air pendingin diperdalam dari permukaan cetakan 20 mm menjadi 12 mm, untuk menghilangkan panas cetakan di dekat cetakan dengan cepat, kurangi suhu cetakan; semua pipa air pendingin cetakan dan pipa air nomor terpadu, korespondensi satu per satu, untuk mencegah pengawetan cetakan dengan cara yang salah, yang mempengaruhi efek pendinginan.
- Kurangi suhu penuangan, dari 675 ℃ ke 645 ℃.
- memperpanjang lubang penyusutan pada waktu penyemprotan cetakan, dari 2 detik menjadi 3 detik. Setelah penerapan tindakan korektif di atas, suhu penyemprotan cetakan area lubang penyusutan sangat berkurang, sekitar 200 ℃, termasuk dalam kisaran normal. Tingkat penyusutan 4,8% hingga 4%, menunjukkan bahwa tindakan tersebut memiliki efek tertentu pada penyusutan, tetapi tidak dapat sepenuhnya menyelesaikan masalah penyusutan di area ini!
Pasca-analisis dan tindakan pencegahan
Melalui dua peningkatan sebelumnya, pada dasarnya memastikan bahwa cetakan die-casting berada dalam kondisi yang masuk akal secara teoritis, yaitu desain sistem penuangan masuk akal, pengaturan sistem pendingin sesuai, dan parameter proses dirancang secara optimal. Namun, tingkat penyusutan pengecoran masih sebanyak 4%. Lubang penyusutan pengecoran pada ketebalan dinding 22,6 mm, jauh lebih besar dari bagian lain dari ketebalan dinding, ketebalan dinding yang lebih besar dapat menyebabkan pemadatan pusat pengecoran penyusutan komplementer tidak mencukupi, setelah akhir pemadatan wilayah belum sepenuhnya dipadatkan, dan terus berkontraksi pada lubang penyusutan. Oleh karena itu, bagaimana mengatasi lubang penyusutan pengecoran pada penyusutan susut komplementer, mungkin merupakan kunci dari masalah tersebut. Secara umum, penyusutan pengecoran melalui kue → sariawan → gerbang → jalur pengecoran. Karena pengecoran bagian tebal setelah pemadatan gerbang bagian dalam, potong tekanan saluran penyusutan make-up yang terlambat, sehingga tidak dapat menebus penyusutan.
Mengingat tahap tekanan konvensional dari pukulan injeksi melalui kue untuk memberikan tekanan pengecoran untuk mencapai peran penyusutan, langkah-langkah yang diambil adalah di lubang penyusutan pengecoran di dekat peningkatan struktur paket terak yang serupa untuk bertindak sebagai kue, penggunaan sepasang mekanisme pemompaan silinder sebagai pukulan, dalam pemadatan pengecoran di akhir wilayah yang rentan terhadap lubang penyusutan pada penyusutan tekanan kedua untuk menghilangkan tujuan lubang penyusutan. Secara umum, mekanisme tekanan sekunder ini disebut pin ekstrusi, ini adalah prinsip tekanan dalam cairan logam atau paduan yang mengalir untuk benar-benar mengeras sebelum menerapkan tekanan yang sesuai untuk memperkuat efek penyusutan pemadatan pengecoran, untuk meningkatkan kepadatan pengecoran, mengurangi atau menghilangkan tujuan lubang penyusutan. Pemadatan bertekanan dapat mengubah parameter fisik logam dan paduannya serta proses kristalisasi, mengubah distribusi dan ukuran rongga yang longgar, meningkatkan kepadatan pengecoran, meningkatkan kekuatan dan kekerasan tarik pengecoran dan sifat lainnya.
Menurut penyusutan pengecoran, hukum tekanan, sinyal aksi pin ekstrusi menggunakan proses pengecoran sinyal tekanan, dan berdasarkan penundaan sebagai sinyal awal, oleh karena itu, pin ekstrusi terutama untuk mengontrol kedalaman ekstrusi dan waktu tunda ekstrusi dua parameter. Kedalaman ekstrusi sesuai dengan struktur pengecoran dan distribusi lubang susut, ukuran, umumnya 10 ~ 20 mm; waktu tunda ekstrusi terutama diatur dengan mengacu pada waktu bertekanan, umumnya 2 ~ 5 detik. Dalam proyek yang sebenarnya, parameter ekstrusi ditentukan berdasarkan nilai empiris pengecoran sesuai dengan optimalisasi situasi. Untuk memfasilitasi penyesuaian parameter ekstrusi, silinder terpisah biasanya digunakan untuk mengontrol aksi pin ekstrusi.
Untuk pengecoran bak mesin, langkah perbaikan selanjutnya adalah mengatur dua pin ekstrusi secara simetris di dekat lubang bantalan cetakan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, dengan menyesuaikan dua parameter utama kedalaman ekstrusi dan penundaan ekstrusi, efek tekanan sekunder dari pin ekstrusi dioptimalkan untuk mengurangi laju penyusutan pengecoran. Berdasarkan langkah-langkah tersebut di atas, laju penyusutan cetakan setelah penambahan dua pin ekstrusi menurun secara signifikan, dan tingkat cacat berkurang dari 4% menjadi 0,2%. Pada saat yang sama, pada 0,2% produk cacat penyusutan, ukuran lubang penyusutan berkurang secara signifikan. Oleh karena itu, program pin pemerasan memainkan peran yang lebih baik dalam mengontrol laju penyusutan coran dengan peningkatan ketebalan dinding. Namun, dalam proses perbaikan ini, tingkat cacat penyusutan pengecoran juga mengalami fenomena fluktuasi, melalui optimalisasi parameter ekstrusi kedalaman ekstrusi 15 mm, waktu tunda ekstrusi 2,5 detik dan ketentuan masa pakai pin ekstrusi (kali / 8000 die) dan spesifikasi terkait lainnya, sehingga tingkat cacat pengecoran menjadi stabil di sekitar 0,2%.
Gambar di atas menunjukkan perbandingan pemeriksaan sinar-X sebelum dan sesudah perbaikan area penyusutan pengecoran. Terlihat bahwa lubang penyusutan pengecoran muncul di dekat lubang bantalan, yang tersebar luas dan tersebar, dan pengorganisasiannya relatif longgar, karena lubang bantalan blok silinder perlu dilewatkan ke oli pelumas bertekanan, sehingga terdapat risiko kebocoran oli selama masa servis pengecoran; setelah dilakukan perbaikan, distribusi longgar dari lubang penyusutan tidak lagi terlihat pada foto inspeksi sinar-X, dan organisasi internal pengecoran tampak lebih padat.
Kesimpulan
- Lubang penyusutan adalah cacat internal yang umum terjadi pada pengecoran, yang mudah muncul di area dengan ketebalan dinding yang lebih besar dan suhu cetakan yang lebih tinggi. Biasanya dimulai dari beberapa aspek seperti desain cetakan (sistem penuangan, sistem pendingin), pengaturan parameter proses dan jaminan kondisi pengecoran. Untuk ketebalan dinding yang terlibat dalam pengecoran yang lebih besar, langkah-langkah perbaikan tradisional hanya dapat berperan dalam mengurangi peran tersebut, tetapi tidak sepenuhnya menyelesaikan masalah.
- Meniru pukulan pada tahap tekanan dari peran kontraksi komplementer yang dirancang dua pin ekstrusi, wilayah lubang penyusutan untuk memainkan peran kontraksi komplementer bertekanan kedua, efeknya lebih jelas.
