Hệ thống Gating và Đóng rắn: Chìa khóa để Loại bỏ Lỗ rỗng

Khi chuyển sang quy trình đúc đầu tư, điều quan trọng là phải hiểu tất cả các yếu tố liên quan đến việc tạo ra một phần thành công. Một trong những bước đầu tiên để tránh lỗi phần là đảm bảo độ vững chắc cần thiết của một phần trước khi nó được đúc. Đúc đầu tư là một trong số ít các quy trình sản xuất có thể chứng minh thành công của thành phần một cách sơ bộ.

Các hệ thống Gating

Khi thiết kế một phần được đúc đầu tư, vị trí và kích thước của cổng phải được xem xét. Cổng là một lỗ nhỏ cho phép kim loại nóng chảy chảy tự do vào khoang và có thể coi như điểm kết nối giữa nguồn cấp, hoặc sprue, và phần. Cổng được đặt ở vị trí lý tưởng trên phần dày nhất và nặng nhất của sản phẩm đúc, cho phép kim loại chảy liên tục và lấp đầy toàn bộ phần trước khi đóng rắn.

Cách kim loại đóng rắn trong quá trình đúc

Quá trình đóng rắn kim loại là một yếu tố quan trọng trong việc hiểu hệ thống gating. Khi thép nóng chảy nguội từ nhiệt độ đổ ban đầu khoảng 3000°F đến nhiệt độ đóng rắn khoảng 2500°F, nó sẽ trải qua sự co thể tích. Sự co này tiếp tục khi kim loại đóng rắn và sau đó lại xảy ra khi nó nguội đến nhiệt độ phòng, do sự mở rộng nhiệt.

Để minh họa, một khối lập phương 1" x 1" x 1" khi được lấp đầy bằng thép nóng chảy sẽ co lại khoảng 0.96" x 0.96" x 0.96" ở nhiệt độ phòng. Thay đổi thể tích này yêu cầu xem xét cẩn thận về hình dáng của phần và vị trí cũng như kích thước của cổng. Thiết kế phù hợp đảm bảo rằng sản phẩm đúc được cấp đầy kim loại lỏng liên tục để bù đắp cho sự co lại khi quá trình đóng rắn diễn ra.

Điều gì tạo nên một phần đúc thành công?

Vị trí và kích thước cổng

Sau khi hiểu những cơ bản về quá trình đóng rắn của kim loại, chúng ta có thể bắt đầu xác định kích thước và vị trí của cổng. Nếu không tính đến chi tiết cổng, cổng có thể đóng rắn trước khi kim loại có cơ hội lấp đầy sản phẩm đúc và thay thế thể tích bị mất. Điều này có thể tạo ra những túi lớn bên trong phần không được lấp đầy hoàn toàn, còn được gọi là lỗ rỗng nội bộ. Lỗ rỗng đề cập đến mức độ vững chắc đạt được, tức là liệu có tồn tại các khoang hoặc lỗ bên trong phần hay không. Nếu một thành phần không được gating cẩn thận với chức năng của phần trong tâm trí, điều này có thể dẫn đến lỗi phần.

Thiết kế phần

Cổng không phải là yếu tố duy nhất quyết định việc loại bỏ lỗ rỗng. Hình dáng của phần có thể ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn theo hướng của kim loại. Thiết kế phải tính đến việc tạo ra các gradient nhiệt đủ dốc để giữ cho các đường cấp từ sprue đến phần sạch sẽ. Vì các phần không đồng thời đóng rắn và chúng nguội từ ngoài vào trong, một thiết kế chất lượng sẽ cho phép kim loại nguội ra khỏi cổng trước tiên. Hình dạng giống như một cành băng là ví dụ tiêu biểu cho một sản phẩm đúc hoàn hảo, với đầu cành đóng băng trước và phần còn lại của cành đóng băng từ các phần nhỏ nhất quay trở lại phần dày nhất (nguồn nước).

Trong những thiết kế cho thấy lỗ rỗng ban đầu, việc thêm các tính năng như các rãnh cấp liệu có thể loại bỏ mọi túi không mong muốn. Thiết kế phần cũng có thể được nâng cấp bằng các thay đổi cấu trúc, chẳng hạn như làm dốc sàn đáy, để giảm lỗ rỗng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, hình dáng của phần không thể thay đổi. Chúng ta có thể tận dụng nhiệt bức xạ, thiết kế cổng với các cánh tay không đáng kể giữ cho các bức tường mỏng đủ nóng để cấp cho phần, bao gồm cả các tấm cuối, khi nó đóng rắn.

Khi làm việc gần gũi với khách hàng, các kỹ sư thiết kế của Signicast có thể hiểu rõ hơn về chức năng của phần và tối ưu hóa hình dáng của phần để đáp ứng các yêu cầu của ứng dụng.

Chọn Vật liệu Đúc

Ngoài các yếu tố thiết kế, việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến lỗ rỗng bên trong một phần và quá trình đóng rắn của sản phẩm đúc. Mỗi nguyên tố trong một hợp kim có nhiệt độ đóng rắn khác nhau, khiến cho một hợp kim như thép không gỉ 17-4 có dải nhiệt độ lớn hơn khi nó chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn do số lượng nguyên tố trong hợp kim. Dải nhiệt độ lớn làm cản trở dòng chảy, khiến nó ít khoan dung hơn so với thép carbon thấp. Biết yêu cầu vật liệu ở giai đoạn đầu của dự án, các kỹ sư thiết kế có cơ hội tốt hơn để dự đoán sự thành công của phần và hạn chế lỗ rỗng trước khi chuyển sang giai đoạn chế tạo khuôn.

Trước khi tiến vào sản xuất đầy đủ với một thiết kế phần, điều quan trọng là xác định vấn đề lỗ rỗng tiềm ẩn. Tại Signicast, chúng tôi sử dụng phần mềm đóng rắn và dòng chảy để xác định hiệu quả của các vị trí cổng và dự đoán lỗ rỗng đúc để xác thực thiết kế. Các kỹ sư thiết kế của chúng tôi có thể đưa ra các gợi ý thiết kế có lợi, mang lại các phần thành công mà không làm trì hoãn thời gian ra thị trường.