מבוא לתהליך יציקת שסתומים

יציקת גוף השסתום היא חלק חשוב בתהליך ייצור השסתומים ואיכות יציקת השסתום קובעת את איכות השסתום.להלן מוצגות מספר שיטות תהליך יציקה הנפוצות בתעשיית השסתומים:

יציקת חול:

ניתן לחלק את יציקת החול הנפוצה בתעשיית השסתומים לחול ירוק, חול יבש, חול זכוכית מים וחול מתקשה עצמית של שרף פוראן לפי קלסרים שונים.

(1) חול ירוק הוא תהליך דפוס באמצעות בנטוניט כחומר מקשר.

המאפיינים שלו הם:אין צורך לייבש או להתקשות את תבנית החול המוגמרת, לתבנית החול יש חוזק רטוב מסוים, ולליבת החול וקליפת התבנית יש תפוקה טובה, מה שמקל על הניקוי והניעור של היציקות.יעילות ייצור הדפוס גבוהה, מחזור הייצור קצר, עלות החומר נמוכה ונוח לארגן את ייצור פס הייצור.

החסרונות שלו הם:יציקות מועדות לפגמים כמו נקבוביות, תכלילי חול והידבקות חול, ואיכות היציקות, במיוחד האיכות הפנימית, אינה אידיאלית.

טבלת פרופורציות וביצועים של חול ירוק ליציקות פלדה:

(2) חול יבש הוא תהליך דפוס באמצעות חימר כחומר מקשר.הוספת מעט בנטוניט יכולה לשפר את החוזק הרטוב שלו.

המאפיינים שלו הם:יש לייבש את תבנית החול, בעלת חדירות אוויר טובה, אינה חשופה לפגמים כגון שטיפת חול, הדבקות חול ונקבוביות, והאיכות הטבועה של היציקה טובה.

החסרונות שלו הם:זה דורש ציוד ייבוש חול ומחזור הייצור ארוך.

(3) חול זכוכית מים הוא תהליך מידול באמצעות זכוכית מים כחומר מקשר.המאפיינים שלה הם: לזכוכית מים יש את הפונקציה של התקשות אוטומטית בחשיפה ל-CO2, ויכולות להיות לה יתרונות שונים של שיטת התקשות גז לצורך מודלים ויצירת ליבות, אך ישנם חסרונות כגון קריסה לקויה של מעטפת התבנית, קושי בניקוי חול של יציקות, וקצב התחדשות ומיחזור נמוך של חול ישן.

טבלת פרופורציות וביצועים של חול מתקשה CO2 מזכוכית מים:

(4) יציקת חול מתקשה עצמית שרף פוראן היא תהליך יציקה באמצעות שרף פוראן כחומר מקשר.חול היציקה מתמצק עקב התגובה הכימית של המקשר תחת פעולת חומר המרפא בטמפרטורת החדר.המאפיין שלה הוא שאין צורך לייבוש את תבנית החול, מה שמקצר את מחזור הייצור וחוסך באנרגיה.חול דפוס שרף קל לדחוס ובעל תכונות פירוק טובות.חול הדפוס של יציקות קל לניקוי.ליציקות דיוק ממדים גבוה וגימור משטח טוב, מה שיכול לשפר מאוד את איכות היציקות.החסרונות שלו הם: דרישות איכות גבוהות לחול גולמי, ריח חריף קל באתר הייצור ועלות גבוהה של שרף.

פרופורציה ותהליך ערבוב של תערובת חול ללא אפייה שרף פוראן:

תהליך הערבוב של חול מתקשה עצמית שרף פוראן: עדיף להשתמש במערבל חול רציף להכנת חול מתקשה עצמית של שרף.חול גולמי, שרף, חומר ריפוי וכו' מוסיפים ברצף ומערבבים במהירות.ניתן לערבב ולהשתמש בו בכל עת.

סדר הוספת חומרי גלם שונים בעת ערבוב חול שרף הוא כדלקמן:

חול גולמי + חומר ריפוי (תמיסה מימית חומצה p-toluenesulfonic) - (120 ~ 180S) - שרף + סילאן - (60 ~ 90S) - ייצור חול

(5) תהליך ייצור יציקת חול טיפוסי:

יציקה מדויקת:

בשנים האחרונות, יצרני השסתומים הקדישו יותר ויותר תשומת לב לאיכות המראה ולדיוק הממדים של יציקות.מכיוון שמראה טוב הוא הדרישה הבסיסית של השוק, הוא גם מדד המיקום לשלב הראשון של עיבוד שבבי.

היציקה המדויקת הנפוצה בתעשיית השסתומים היא יציקת השקעה, אשר מוצגת בקצרה כדלקמן:

(1) שתי שיטות תהליך של יציקת תמיסה:

① שימוש בחומר עובש מבוסס שעווה בטמפרטורה נמוכה (חומצה סטארית + פרפין), הזרקת שעווה בלחץ נמוך, מעטפת זכוכית מים, הסרת שעווה במים חמים, תהליך התכה ויציקה אטמוספרי, משמש בעיקר ליציקות פלדת פחמן ויציקות פלדה מסגסוגת נמוכה עם דרישות איכות כלליות , דיוק הממדים של יציקות יכול להגיע לתקן הלאומי CT7 ~ 9.

② שימוש בחומר עובש מבוסס שרף בטמפרטורה בינונית, הזרקת שעווה בלחץ גבוה, מעטפת עובש סיליקה סול, הסרת שעווה בקיטור, תהליך יציקה מהירה באטמוספירה או התכה בוואקום, הדיוק הממדים של יציקות יכול להגיע ליציקות מדויקות CT4-6.

(2) זרימת תהליך טיפוסית של יציקת השקעה:

(3) מאפיינים של יציקת השקעה:

① ליציקה יש דיוק ממדי גבוה, משטח חלק ואיכות מראה טובה.

② ניתן ליצוק חלקים בעלי מבנים וצורות מורכבים שקשה לעבד אותם בתהליכים אחרים.

③ חומרי יציקה אינם מוגבלים, חומרי סגסוגת שונים כגון: פלדת פחמן, נירוסטה, פלדת סגסוגת, סגסוגת אלומיניום, סגסוגת בטמפרטורה גבוהה, ומתכות יקרות, במיוחד חומרי סגסוגת שקשה לזייף, לרתך ולחתוך.

④ גמישות ייצור טובה ויכולת הסתגלות חזקה.ניתן לייצר אותו בכמויות גדולות, והוא מתאים גם לייצור חתיכה בודדת או אצווה קטנה.

⑤ ליציקת השקעה יש גם מגבלות מסוימות, כגון: זרימת תהליך מסורבלת ומחזור ייצור ארוך.בשל טכניקות היציקה המצומצמות שניתן להשתמש בהן, כושר נשיאת הלחץ שלו לא יכול להיות גבוה במיוחד כאשר הוא משמש ליציקת שסתומים דקים נושאי לחץ.

ניתוח ליקויי יציקה

בכל יציקה יהיו פגמים פנימיים, קיומם של ליקויים אלו יביא סכנות נסתרות גדולות לאיכות הפנימית של היציקה, ותיקון הריתוך לסילוק ליקויים אלו בתהליך הייצור יביא גם הוא לעומס רב על תהליך הייצור.בפרט, שסתומים הם יציקות קליפה דקה העומדות בלחץ ובטמפרטורה, והקומפקטיות של המבנים הפנימיים שלהם חשובה מאוד.לכן, הפגמים הפנימיים של יציקות הופכים לגורם המכריע המשפיע על איכות היציקות.

הפגמים הפנימיים של יציקות שסתומים כוללים בעיקר נקבוביות, תכלילי סיגים, נקבוביות התכווצות וסדקים.

(1) נקבוביות:הנקבוביות מיוצרות על ידי גז, פני הנקבוביות חלקים, והן נוצרות בתוך או בסמוך לפני השטח של היציקה, והצורות שלהן לרוב עגולות או מאורכות.

המקורות העיקריים של גז היוצרים נקבוביות הם:

① החנקן והמימן המומסים במתכת כלולים במתכת במהלך התמצקות היציקה, ויוצרים קירות פנימיים עגולים או סגלגלים סגורים עם ברק מתכתי.

②לחות או חומרים נדיפים בחומר התבנית יהפכו לגז עקב חימום, ויצרו נקבוביות עם קירות פנימיים חומים כהים.

③ במהלך תהליך יציקת המתכת, בגלל הזרימה הלא יציבה, האוויר מעורב ליצירת נקבוביות.

שיטת מניעה של פגם בסטומה:

① בהתכה, יש להשתמש בחומרי גלם מתכת חלודים כמה שפחות או לא, ולאפות ולייבש כלים ומצקות.

② יציקת הפלדה המותכת צריכה להיעשות בטמפרטורה גבוהה וליצוק אותה בטמפרטורה נמוכה, ויש להרדים את הפלדה המותכת כראוי כדי להקל על ציפה של גז.

③ עיצוב התהליך של העלה המזיגה צריך להגדיל את ראש הלחץ של פלדה מותכת כדי למנוע לכידת גז, ולהגדיר נתיב גז מלאכותי לפליטת פליטה סבירה.

④ חומרי הדפוס צריכים לשלוט בתכולת המים ובנפח הגז, להגביר את חדירות האוויר, ויש לאפות ולייבש את תבנית החול וליבת החול ככל האפשר.

(2) חלל התכווצות (רופף):זהו חלל (חלל) קוהרנטי או לא קוהרנטי מעגלי או לא סדיר המתרחש בתוך היציקה (במיוחד בנקודה החמה), עם משטח פנימי מחוספס וצבע כהה יותר.גרגרי קריסטל גסים, בעיקר בצורת דנדריטים, נאספים במקום אחד או יותר, מועדים לדליפה במהלך בדיקה הידראולית.

הסיבה להתכווצות חלל (רפיון):הצטמקות נפח מתרחשת כאשר המתכת מתמצקת ממצב נוזלי למוצק.אם אין מספיק חידוש פלדה מותכת בשלב זה, חלל התכווצות יתרחש בהכרח.חלל ההתכווצות של יציקות פלדה נגרם בעצם על ידי שליטה לא נכונה בתהליך ההתמצקות הרציף.הסיבות עשויות לכלול הגדרות שגויות בזרימה, טמפרטורת יציקה גבוהה מדי של פלדה מותכת והתכווצות מתכת גדולה.

שיטות למניעת חללי התכווצות (רפיון):① תכנן באופן מדעי את מערכת היציקה של יציקות כדי להשיג התמצקות רציפה של פלדה מותכת, ויש למלא את החלקים שמתמצקים ראשונים בפלדה מותכת.② הגדרה נכונה והגיונית של מגהץ, סבסוד, ברזל קר פנימי וחיצוני כדי להבטיח התמצקות רציפה.③כאשר יוצקים את הפלדה המותכת, הזרקה עליונה מהעלייה מועילה כדי להבטיח את הטמפרטורה של הפלדה המותכת והזנה, ולהפחית את התרחשותם של חללי התכווצות.④ במונחים של מהירות מזיגה, מזיגה במהירות נמוכה תורמת יותר להתמצקות רציפה מאשר מזיגה במהירות גבוהה.⑸טמפרטורת המזיגה לא צריכה להיות גבוהה מדי.הפלדה המותכת נלקחת מהכבשן בטמפרטורה גבוהה ויוצקת לאחר הרגעה, מה שמועיל להפחתת חללי הצטמקות.

(3) תכלילים של חול (סיגים):תכלילי חול (סיגים), הידועים בדרך כלל כשלפוחיות, הם חורים עגולים או לא סדירים המופיעים בתוך יציקות.החורים מעורבבים עם חול דפוס או סיגי פלדה, בעלי גדלים לא סדירים ומצטברים בהם.מקום אחד או יותר, לרוב יותר בחלק העליון.

גורמים להכללת חול (סיגים):הכללת סיגים נגרמת על ידי סיגי פלדה נפרדים הנכנסים ליציקה יחד עם הפלדה המותכת במהלך תהליך ההיתוך או היציקה.הכללת חול נגרמת על ידי אטימות לא מספקת של חלל העובש במהלך הדפוס.כאשר יוצקים פלדה מותכת לתוך חלל התבנית, חול היציקה נשטף על ידי הפלדה המותכת ונכנס אל פנים היציקה.בנוסף, פעולה לא תקינה בזמן חיתוך וסגירת ארגזים ותופעת נפילת החול הם גם הסיבות לשילוב החול.

שיטות למניעת תכלילים של חול (סיגים):① כאשר הפלדה המותכת מותכת, יש למצות את הפליטה והסיגים בצורה יסודית ככל האפשר.② השתדלו לא להפוך את שקית המזיגה של הפלדה המותכת, אלא השתמשו בשקית קומקום תה או בשקית מזיגה תחתונה כדי למנוע מהסיגים שמעל הפלדה המותכת להיכנס לחלל היציקה יחד עם הפלדה המותכת.③ בעת יציקת פלדה מותכת, יש לנקוט באמצעים למניעת כניסת סיגים לחלל התבנית עם הפלדה המותכת.④על מנת לצמצם את האפשרות של הכללת חול, הקפידו על אטימות של תבנית החול בעת הדוגמנות, היזהר לא לאבד חול בעת חיתוך, ופוצץ את חלל התבנית נקי לפני סגירת הקופסה.

(4) סדקים:רוב הסדקים ביציקות הם סדקים חמים, בעלי צורות לא סדירות, חודרים או לא חודרים, מתמשכים או לסירוגין, והמתכת בסדקים כהה או בעלת חמצון פני השטח.

סיבות לסדקים, כלומר לחץ בטמפרטורה גבוהה ועיוות סרט נוזלי.

לחץ בטמפרטורה גבוהה הוא הלחץ הנוצר מהתכווצות ועיוות של פלדה מותכת בטמפרטורות גבוהות.כאשר הלחץ עולה על גבול החוזק או העיוות הפלסטי של המתכת בטמפרטורה זו, יתרחשו סדקים.עיוות של סרט נוזלי הוא היווצרות של סרט נוזלי בין גרגרי גביש במהלך תהליך ההתמצקות וההתגבשות של פלדה מותכת.עם התקדמות ההתמצקות וההתגבשות, הסרט הנוזל מעוות.כאשר כמות העיוות ומהירות העיוות עולים על גבול מסוים, נוצרים סדקים.טווח הטמפרטורות של סדקים תרמיים הוא בערך 1200 ~ 1450 ℃.

גורמים המשפיעים על סדקים:

① אלמנטים S ו-P בפלדה הם גורמים מזיקים לסדקים, והאיקוטיקה שלהם עם ברזל מפחיתה את החוזק והפלסטיות של פלדה יצוקה בטמפרטורות גבוהות, וכתוצאה מכך נוצרים סדקים.

② הכללת סילג והפרדה בפלדה מגבירים את ריכוז המתח, ובכך מגבירה את הנטייה לפיצוח חם.

③ ככל שמקדם הכיווץ הליניארי של סוג הפלדה גדול יותר, כך גדלה הנטייה של פיצוח חם.

④ ככל שהמוליכות התרמית של סוג הפלדה גדולה יותר, מתח פני השטח גדול יותר, כך התכונות המכאניות בטמפרטורה גבוהה טובות יותר, והנטייה לפיצוח חם קטנה יותר.

⑤ העיצוב המבני של יציקות דל בייצור, כגון פינות מעוגלות קטנות מדי, פער גדול בעובי דופן וריכוז מתח חמור, שיגרמו לסדקים.

⑥הדחיסות של תבנית החול גבוהה מדי, והתפוקה הגרועה של הליבה מעכבת את כיווץ היציקה ומגבירה את הנטייה לסדקים.

⑦אחרים, כגון סידור לא תקין של הגבהה, קירור מהיר מדי של היציקה, מתח מוגזם הנגרם מחיתוך הגבהה וטיפול בחום וכו' ישפיעו אף הם על יצירת סדקים.

על פי הגורמים וגורמי ההשפעה של הסדקים הנ"ל, ניתן לנקוט באמצעים מתאימים על מנת לצמצם ולמנוע את התרחשותם של פגמי סדקים.

בהתבסס על הניתוח לעיל של הגורמים לליקויי יציקה, בירור הבעיות הקיימות ונקיטת צעדי שיפור תואמים, נוכל למצוא פתרון לליקויי יציקה, המסייע לשיפור איכות היציקה.