Грамотно спроектированная система литья позволяет исключить появление пористости, вызванной усадкой в «горячих точках» в местах соединения тонких и толстых стенок. При проектировании форм для литья методами LPDC, гравитационного литья и литья под противодавлением (CPC) необходимо обеспечить согласованность последовательности затвердевания, этапа удержания противодавления, сохранения температуры литниковых каналов и охлаждения формы.
Основной принцип литья: направленное затвердевание. Тонкостенная часть затвердевает раньше; «горячая точка» в месте соединения с толстой стенкой затвердевает позже и сохраняет связь с литниковым каналом до полного затвердевания, что обеспечивает контроль качества литья конструкционных деталей методом EV.
Продолжительность поддержания давления удержания при литье под противодавлением (CPC) является критическим параметром. Давление удержания должно поддерживаться до полного затвердевания литникового канала. Слишком раннее снятие давления перекрывает литниковый канал; зона «горячей точки» теряет подачу расплава, что приводит к образованию усадочной пористости в формах для литья под противодавлением (CPC).
Анализ градиента времени затвердевания Procast позволяет оценить непрерывность пути подачи. Когда градиент времени затвердевания меняется на противоположный, литниковый канал затвердевает раньше «горячей точки» отливки; даже высокое противодавление не может обеспечить подачу расплава при разработке форм для литья под действием силы тяжести.
Проектирование теплоудерживающей способности литника: поперечное сечение литника должно быть больше, чем сечение «горячей точки» отливки. Литниковый канал должен затвердевать позже, чем «горячая точка» отливки; литниковый канал уменьшенного размера быстро затвердевает и теряет способность к питанию при проектировании алюминиевых колесных форм для литья под давлением (LPDC).
Оптимизация локального охлаждения соответствует схеме питания: усиление охлаждения в области тонких стенок для ускорения их затвердевания; следует избегать прямого переохлаждения «горячей точки» в области толстого соединения. Неправильная схема охлаждения нарушает последовательность направленного затвердевания для форм структурных деталей электромобилей.
Контроль расстояния между внутренними охлаждающими каналами в зоне толстого соединения: расстояние от канала до поверхности полости должно составлять 20–24 мм. Слишком близкое расположение приводит к переохлаждению и блокирует путь подачи; слишком большое расстояние не позволяет подавить пиковую температуру «горячей точки» в формах для литья под противодавлением (CPC).
Проектирование поперечного сечения переливной горловины литника: толщина горловины не должна быть меньше 1/3 размера толстого соединения соседнего отлива. Слишком узкая горловина преждевременно затвердевает и нарушает функцию питания литника при оптимизации литниковой системы для форм литья под действием силы тяжести.
Выбор величины удерживающего давления при литье под противодавлением: чрезмерное удерживающее давление не может компенсировать нарушение пути подачи. Если питательный канал уже затвердел, более высокое давление лишь увеличивает нагрузку на вставку, не устраняя пористости, вызванной усадкой, при серийном производстве с использованием форм LPDC.
Распространённая ошибка проектирования: размещение вентиляционной щели непосредственно в «горячей точке» — месте наибольшей толщины. Вентиляционная щель ускоряет локальное отведение тепла, приводит к преждевременному затвердеванию поверхностной оболочки «горячей точки», герметизирует внутреннюю усадочную полость и усугубляет дефекты усадки в алюминиевых литейных формах.
Алгоритм проверки: сначала смоделировать последовательность затвердевания, затем отладить схему охлаждения формы, и, наконец, подтвердить минимально необходимое время удержания CPC посредством рассечения пробных образцов. Результаты моделирования должны быть подтверждены реальным осмотром сечения отливки для партий конструкционных деталей EV.
Примечание к спецификации трансграничного проекта: эффективность системы литниковой подачи нельзя оценивать только по внешнему виду. Приемочные испытания должны включать распиловку отливки или неразрушающий контроль с помощью рентгеновской томографии (XCT) для подтверждения отсутствия внутренней усадки в соответствии со стандартом приемочной проверки формы перед отгрузкой.
(Количество слов: 893)
Часто задаваемые вопросы
В: Какой принцип затвердевания сердечника лежит в основе эффективного проектирования системы литниковых каналов?
О: Необходимо обеспечить направленное затвердевание; «горячая точка» затвердевает позже, чем канал литникового канала.
В: Какой риск возникает, если противодавление CPC снимается слишком рано?
О: Литниковый канал затвердевает и перекрывает подачу расплава, что приводит к образованию усадочных пор в «горячей точке».
В: Какое основное требование к сечению литникового канала гарантирует непрерывную подачу расплава?
О: Поперечное сечение литникового канала должно быть больше, чем размер поперечного сечения «горячей точки» отливки.
В: Какой диапазон расстояния от охлаждающего канала до полости применим к зоне «горячей точки» с толстым соединением?
О: Следует поддерживать расстояние 20–24 мм; следует избегать переохлаждения или недостаточного эффекта терморегулирования.
В: Каково минимальное требование к толщине горловины для конструкции горловины перелива литника?
О: Толщина горловины не должна быть менее 1/3 толщины соседнего участка отливки с толстым соединением.
В: Может ли увеличение давления удержания в системе CPC устранить усадочную пористость при блокировке канала подачи?
О: Нет; более высокое давление лишь увеличивает нагрузку на форму, не устраняя застывший канал подачи.
В: Почему вентиляционную щель не следует размещать непосредственно в зоне максимальной температуры в месте перехода от тонкой к толстой части отливки?
О: Вентиляционная щель ускоряет локальное охлаждение поверхности, герметизируя внутреннюю усадочную полость и усугубляя дефект.
