Zandgieten:proces en kenmerken | Industrieën | Metallurgie

In dit artikel bespreken we het proces en de kenmerken van zandgieten.

Proces van zandgieten:

Het belang van zandgieten wordt met de dag groter, aangezien het wetenschappelijk onderzoek heeft geleid tot veel toepassingen en aanpassingen op het gebied van de gietindustrie. Dit is waarschijnlijk de gemakkelijkste en handigste manier om het metaal de gewenste vorm te geven.

Zand is het meest gebruikte materiaal, omdat het gemakkelijk in elke vorm kan worden verpakt, een hoge doorlaatbaarheid heeft en bestand is tegen hoge temperaturen. Zo kunnen complexe vormen eenvoudig worden gegoten met behulp van zandvormen, wat anders misschien niet mogelijk zou zijn. Om de optimale kosten- en kwaliteitsvoordelen te waarborgen, moeten de volgende ontwerpdetails terdege in overweging worden genomen.

Fig. 3.41 toont een stroomschema van het zandgietproces.

Geautomatiseerde gietsystemen:

Om de lagere materiaal- en arbeidskosten, verhoogde productiviteit, betere kwaliteit en betere arbeidsomstandigheden te bereiken, is er een trend richting automatisering van de complete gieterij. Onlangs zijn pogingen gedaan voor geautomatiseerde inductiegietsystemen.

Geautomatiseerde gietsystemen fungeren als interface tussen het maken van mallen en het smelten. Deze systemen houden het gesmolten metaal klaar om te gieten en gieten het gesmolten metaal precies zoals vereist in de mal.

De inductie-gietovens, die gebruikmaken van een gecontroleerde stop om het gesmolten metaal rechtstreeks in de vorm of in gedoseerde hoeveelheden in tussengietpannen te gieten, worden voor dit doel gebruikt en deze hebben de volgende kenmerken:Houd de temperatuur en chemische samenstelling van het gesmolten metaal constant tijdens vasthouden en gieten; elimineer slakinsluitingen van het gegoten gesmolten metaal; op het juiste moment en in exact afgemeten hoeveelheden entstoffen en legeringen toevoegen; pas de gietsnelheid aan de opnamecapaciteit van de mal aan; meet het gewicht van het gegoten metaal precies.

Een dergelijke gietoven bestaat uit een cilindrische omhulling met vuurvaste bekleding, een onder druk verzegeld deksel, een geflensde kanaalinductor, een stop en een drukregelsysteem. Het vullen en gieten gebeurt via sifonvormige kanalen, waarvan de onderkanten zich aan de voet van de oven bevinden, om een ​​vrijwel slakvrij gieten te garanderen.

Gas onder druk dwingt het gesmolten metaal via een stop in het gietmondstuk van de oven. Het onder druk staande gas houdt ook het niveau van het gesmolten metaal in het mondstuk constant, ongeacht de variërende hoeveelheid metaal in de oven. De snelheid van het gieten van metaal wordt geregeld door de beweging van de stop.

Een pneumatische servocilinder regelt de slag van de stop continu volgens het gietprogramma.

Omdat de gietposities niet altijd dezelfde zijn, kan de oven in twee richtingen (langs en dwars) bewegen ten opzichte van de vorminrichting. Een hydraulische kantelinrichting zorgt ervoor dat de oven volledig kan worden geleegd.

De schuine spoel is geflensd aan de basis van de oven. De flens is watergekoeld. Door de neiging van het hetere metaal om op te stijgen, is het gebied rond de keel grotendeels vrij van korstvorming, waardoor het toegankelijk is voor mechanische reiniging. De inductor zelf is gemakkelijk toegankelijk vanaf de buitenkant van de oven. Door de relatief lage bouwhoogte hoeft de oven niet in een put te worden geplaatst, maar kan deze op de vloer van de gieterij worden geplaatst.

Ook de vul- en schenksifons zijn machinaal eenvoudig te reinigen. De gesuspendeerde oxidedeeltjes die in de sifonkanalen ontstaan, met name wanneer het gesmolten metaal wordt behandeld met magnesium, worden afgezet op de vuurvaste bekleding. De bovenste delen van de vul- en schenksifons zijn daarom geflensd voor eenvoudige reiniging.

De inductie-gietovens elimineren slakinsluitingen, zorgen voor de vereiste gietsnelheden, meten het gewicht van het gesmolten metaal exact en houden de temperatuur van de smelt constant tijdens het gieten. Het gesmolten metaal moet worden gegoten met een snelheid die is afgestemd op de opnamecapaciteit van de mal.

Een van de nieuwste ontwikkelingen in de gieterij is de elektronische bewaking van het gietproces, die ofwel met open lus kan worden geregeld met behulp van het teach-in-principe of met gesloten lus kan worden geregeld door het niveau van de vormpoort te regelen.

De productiviteit kan aanzienlijk worden verhoogd door tussenlepels te gebruiken, die ofwel als kantelsysteem of met stopcontrole worden gebruikt wanneer speciale eisen aan het gietproces worden gesteld.

Moderne, geautomatiseerde gietsystemen maken een continue gieterijwerking mogelijk door het gesmolten metaal te allen tijde gereed te houden om te worden gegoten en ervoor te zorgen dat het precies zoals vereist in de mal wordt gegoten.

Gating-voorziening:

Een zandgietstuk wordt geproduceerd door het gesmolten metaal in de mal te gieten via een poort genaamd 'poort'. Het is de gebruikelijke praktijk om de poort ofwel bij de scheidingslijn of in het onderste deel van het gietstuk te plaatsen.

Het poortsysteem (bestaande uit een stortbak, spruw, loper, poorten etc.) bereikt de volgende doeleinden:

(i) Om het gesmolten metaal met minimale turbulentie in de mal te leiden. Overmatige turbulentie veroorzaakt aanzuiging van lucht en vorming van slak.

(ii) Om het matrijssysteem volledig te vullen. (Het zou dit met de minste verstoring moeten doen, waardoor reinheid wordt bevorderd en oxidatie wordt verminderd).

(iii) Het metaal verdelen met de minste verstoring om erosie van het vormmateriaal en de daaruit voortvloeiende zandinsluitingen te verminderen.

(iv) Om slakken of andere vreemde stoffen af ​​te schuimen of te scheiden, d.w.z. als het metaal door het poortsysteem stroomt, moet worden voorkomen dat los zand, oxiden en slakken de vormholte binnendringen door te zorgen voor een afschuimende werking. (Het is wenselijk dat de aanhangsels, die de metaalstroom belemmeren, niet worden gebruikt. Ook de dunne kernen of scheidingswanden, die zouden kunnen afbrokkelen bij blootstelling aan heet metaal, worden in het ontwerp vermeden).

Zwaardere secties moeten worden gevoed met voldoende heet metaal door koppen en stijgbuizen om de krimptoeslag te compenseren.

Vereisten van een ideaal poortsysteem:

Zoals reeds vermeld omvat het poortsysteem een ​​stortbak, spruw, lopers, stootborden en poorten. Het poortsysteem moet temperatuurgradiënten bevorderen die gunstig zijn voor directionele stolling. De invoersnelheid van metaal moet het minst en vrij van turbulentie zijn om erosie van de mal en de kernoppervlakken te voorkomen. Het poortsysteem moet zo hard of harder worden geramd dan de vormholte.

Verschillende delen van het poortsysteem moeten afgerond, glad en gestroomlijnd zijn om turbulentie en erosie te voorkomen. Het moet de vorming van oxiden en andere slakken vermijden en vrij worden gehouden van los zand en voorkomen dat ze doorstromen naar het gieten. Een loper moet enige afstand voorbij de laatste poort worden verlengd om eventuele slakken van de eerste stroom metaal op te vangen. De slakken en slakken die in de pollepel aanwezig zijn, mogen niet naar de vormholte worden gebracht.

Het poortsysteem moet het meesleuren of absorberen van lucht/gassen in het metaal vermijden terwijl het er doorheen gaat. Metaal met overmatige oververhitting kan het gasgehalte van het metaal verhogen en kan meer slak produceren en de directionele stolling nadelig beïnvloeden. De poorten moeten metaal naar de zwaardere delen van een gietstuk leiden, bij voorkeur onder of door een stijgbuis. Ten slotte moet de poort praktisch en economisch te maken zijn.

Gietsysteem:

De belangrijke punten waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van het gietsysteem van gietstukken zijn:

(i) Vloeistofstroom mag de matrijswanden niet beschadigen (eroderen).

(ii) Vloeistof mag geen zand of grof vuil in het gietstuk dragen.

(iii) Aanzuiging van gassen in de stroom gesmolten metaal dient te worden vermeden.

(iv) Gieten van metaal met minimaal temperatuurverlies en het instellen van een temperatuurgradiënt op de vormoppervlakken en in het metaal om de directionele stolling naar de stijgbuis te helpen.

Dit alles kan worden bereikt door een geschikt ontwerp van het poortsysteem en een goed poringsysteem.

Opdat er geen lucht door het vloeibare metaal wordt geabsorbeerd bij zijn neerwaartse doorgang in de poort, moet de vorm van de poort zodanig zijn dat de druk van de vloeistof op elk punt in de poortdoorgang niet lager is dan de atmosferische druk. Dit is mogelijk wanneer de zijkanten van de neerwaartse poort in doorsnede hyperboloïde worden gemaakt.

Aangezien hyperbolische vorm moeilijk te produceren is, kan een taps deel met meer diameter aan de bovenkant en kleiner aan de onderkant het doel dienen. In de praktijk wordt aan de bovenzijde een schenkbak voorzien en wordt het metaal via een taps toelopende verticale aanspuiting en een korte horizontale poort aangevoerd, zoals weergegeven in Fig. 3.43. Deze opstelling minimaliseert oxidatie en vermindert de schade aan de vormholte omdat de kracht van het binnenkomende metaal wordt verminderd.

De dwarsdoorsnede van de spruw kan cirkelvormig, vierkant of rechthoekig zijn. De grootte van de spruw varieert gewoonlijk van 10 mm in het vierkant voor kleine gietstukken (minder dan 12 kg) tot ongeveer 20 mm in het vierkant voor zware gietstukken. De grootte van de spruw moet zo groot zijn dat deze tijdens het hele gietproces vol blijft en dat het metaal niet met hoge snelheid in de vormholte komt, wat spatten en turbulentie veroorzaakt.

Als de spruw recht is en scherpe hoeken heeft, treedt ernstige aspiratie op, wat resulteert in turbulentie in het metaal. De aanzuiging is verwaarloosbaar zonder turbulentie, als de aanspuiting taps toeloopt, de hoeken afgerond, de aangietput is voorzien en een damtype gietbassin is gemaakt.

Het gietbassin vermindert ook het eroderende effect van de vloeibare metaalstroom die rechtstreeks uit de oven komt en het helpt bij het handhaven van een constante gietkop. Een keramische zeef kan aan de bovenkant van de spruw worden geplaatst om slakken te verwijderen.

Een keramische spatkern zou op de bodem van de spruw kunnen worden geplaatst om de eroderende kracht van de vloeibare metaalstroom te verminderen. Een skim bob-val geplaatst in een horizontale poort zou kunnen worden aangebracht om te voorkomen dat zwaardere en lichtere onzuiverheden de mal binnendringen.

Ontwerp van poort:

Poort wordt gedefinieerd als het openen van de loper (gemeenschappelijke doorgang om metaal aan het aantal holtes toe te voeren) naar de mal. De grootte en locatie van de poort moeten zodanig zijn dat een snelle vulling van schimmel, distributie van metaal in de vormholte met een juiste snelheid, zonder overmatig temperatuurverlies, turbulentie, minimale erosie van schimmel, zonder insluiting van gassen en slakken, geen ontwikkeling van scheuren bij koeling, en gemakkelijke verwijdering van poort zonder het gieten te beschadigen.

Om te voorkomen dat los zand en slakken in de vormholte terechtkomen en om het metaal in een klein stroompje te laten vallen, is er een groot formaat gietbassin voorzien op de bovenkant van de spruecum-riser of kan een zeefkern in de gietvorm worden aangebracht. bassin.

Als metaal heel langzaam in een vormholte wordt gegoten, kan het stollen beginnen terwijl het nog niet eens helemaal is opgevuld. Als het zeer snel wordt gegoten, zal hoge snelheid het schimmeloppervlak eroderen. Een optimale gietsnelheid is dus essentieel.

Poorten kunnen, afhankelijk van hun positie, van het boven-, scheidings- en bodemtype zijn. In het geval van top-gating wordt het gesmolten metaal langs de kop of stijgbuis gegoten. Dus erosie van schimmel door het laten vallen van metaal moet worden verzekerd door harde schimmel te maken. In dit geval blijft het hete metaal bovenaan en worden dus de juiste temperatuurgradiënten tot stand gebracht voor directionele stolling naar de stijgbuis. Bovenste poort kan worden gemaakt om als stijgbuis te dienen.

Toppoorten zijn meestal beperkt tot kleine en eenvoudige mal of grotere gietstukken gemaakt in mallen van erosiebestendig materiaal. Topgating is niet aan te raden voor lichte en oxideerbare metalen zoals aluminium en magnesium vanwege de angst voor beknelling door turbulent gieten.

In het scheidingslijngatsysteem komt het metaal de vormholte binnen op hetzelfde niveau als de vormverbinding of scheidingslijn. De spruw is via een poort in horizontale richting met het gietstuk verbonden. Het is dus mogelijk om skimbob of skim-gate aan te brengen om eventuele slakken of zand in het metaal op te vangen. De smoorspoel die als restrictie dient, regelt de stroomsnelheid.

In het onderste gating-systeem stroomt het gesmolten metaal langs de bodem van de vormholte in de weerstand en komt het op de bodem van het gietstuk binnen en stijgt zachtjes in de vorm en rond de kernen. Bodempoorten zijn het meest geschikt voor grote stalen gietstukken. Turbulentie en schimmelerosie zijn in dit geval het minst. De tijd die nodig is om schimmel op te vullen, is echter meer.

Directionele stolling is moeilijk te bereiken bij bodemgating omdat het metaal zijn warmte blijft verliezen in de vormholte en wanneer het de stijgbuis bereikt, wordt metaal veel koeler.

Aspiratie-effect:

Bij een defect matrijsontwerp kan de metaalsnelheid hoog zijn en kan de druk onder de atmosfeer dalen en kunnen de gassen die afkomstig zijn van het bakken van organische verbindingen de stroom van gesmolten metaal veranderen, waardoor poreuze gietstukken ontstaan.

Er zijn twee gevallen mogelijk in mallen waar negatieve druk kan worden ervaren. De ene is in het sprue-ontwerp en de andere, waar een plotselinge verandering in de stromingsrichting plaatsvindt. Verwijzend naar figuur 3.47, zal men zien dat de druk op de punten 1 en 3 atmosferisch is.

Volgens de stelling van Bernoulli zal de druk negatief zijn bij 2, als spruw is zoals weergegeven door stippellijnen. Om dit probleem op te lossen, moet de sprue taps worden gemaakt, bij voorkeur met een curve zoals weergegeven in een stevige lijn tussen 1 en 2.

Een andere toestand wordt getoond in Fig. 3.48, waar als gevolg van verandering in de stroomrichting van metaal, vena contract effect wordt ervaren. Om negatieve druk in dit gebied te voorkomen, moet de vorm van de mal zijn volgens het vena-contractprofiel.

Gating-ratio:

De poortverhouding wordt gedefinieerd als de verhouding van het sprue-oppervlak tot het totale runner-oppervlak en het totale poortoppervlak. Een poortverhouding van 4 :3 :2 resulteert in een systeem onder druk. In dit systeem zijn de verhoudingen van de dwarsdoorsnede van de spruw, loper en poort zo gerangschikt dat tegendruk op het poortsysteem wordt gehandhaafd door een vloeistoffilmrestrictie bij de poorten. Dit systeem wordt gebruikt voor metalen zoals staal, ijzer, messing enz.

Het onder druk staande poortsysteem wordt vol metaal gehouden. De tegendruk als gevolg van restrictie bij de poorten heeft de neiging het gevaar van het wegtrekken van het metaal van de matrijswanden met de daaruit voortvloeiende luchtaanzuiging tot een minimum te beperken. Onder druk staande systemen zijn over het algemeen kleiner in volume voor een gegeven metaalstroomsnelheid dan drukloze systemen.

Er blijft dus minder metaal achter in het poortsysteem en het gietrendement is hoger. Er kan echter ernstige turbulentie optreden op kruispunten en hoeken, tenzij zorgvuldige stroomlijning wordt toegepast. Hoge snelheid en turbulentie resulteren in beknelling, slakvorming en schimmelerosie.

In het geval van een drukloos systeem bevindt de primaire beperking van de vloeistof zich op of zeer dicht bij de spruw. De poortverhoudingen zoals 1:3:3, 1:2:2 zullen een drukloos systeem produceren. Een dergelijk systeem wordt gebruikt voor lichte, oxideerbare metalen zoals aluminium en magnesium, waar de turbulentie moet worden geminimaliseerd door de snelheid van de metaalstroom te vertragen.

In het geval van drukloze systemen is een zorgvuldig ontwerp vereist om ervoor te zorgen dat ze tijdens het gieten gevuld blijven. Dragrunners en Cope Gates helpen om een ​​volledige hardloper te behouden, maar zorgvuldige stroomlijning is essentieel om de scheidingseffecten en de daaruit voortvloeiende luchtaanzuiging te elimineren.

Directionele stolling:

Als het gesmolten metaal in de mal afkoelt, stolt het en krimpt het in volume. Aangezien niet alle delen van een gietstuk met dezelfde snelheid afkoelen als gevolg van verschillende secties, variërende mate van warmteverlies aan aangrenzende vormwanden, enz., is de kans groot dat er holtes en holten worden gevormd in bepaalde gebieden van het gietstuk.

Bij een goed gietontwerp worden deze holtes opgevuld met vloeibaar metaal uit het deel van het gietstuk dat nog vloeibaar is. De stolling zou dus geleidelijk moeten doorgaan vanaf het dunste gedeelte dat het eerst stolt naar de stijgbuizen, die als laatste stollen. Dit proces staat bekend als 'Directional Solidification', dat is bedoeld voor het produceren van degelijke gietstukken.

Directionele stolling kan worden verzekerd door het poortsysteem en de stootborden op de juiste manier te ontwerpen en te positioneren, de dikte van bepaalde delen van het gietstuk te vergroten door het gebruik van opvulling, het gebruik van exotherme materialen in de stootborden of in het bekledingszand rond bepaalde delen van het gietstuk, met behulp van koude rillingen in de vormen.

Er kan worden voorkomen dat onzuiverheden in het gietstuk terechtkomen door het volgende in acht te nemen:

(i) Het voorzien van een gietbassin van voldoende grootte helpt bij het afbreken van de eroderende kracht van de stroom gesmolten metaal, wanneer deze uit een pollepel wordt gegoten. Een goed ontwerp van het gietbassin regelt de snelheid waarmee metaal binnenkomt, laat het metaal soepel in de aangiet stromen en voorkomt turbulentie.

(ii) Het aanbrengen van een keramische zeef in de donzen spruw helpt bij het voorkomen dat slakken van de pollepel in het gietstuk terechtkomen.

(iii) De maximale impact wordt gevoeld aan de onderkant van de verticale spruw vanwaar het zand waarschijnlijk zal worden geërodeerd en in de schimmel zal terechtkomen. Dit kan worden voorkomen door een keramische spatkern aan de onderkant van de verticale spruw aan te brengen.

(iv) Scherpe hoeken in het metaalstroompad moeten worden gestroomlijnd om turbulentie en dode hoeken te voorkomen (zie Fig. 3.46).

(v) Het voorzien van magere bob helpt bij het opvangen van zowel zwaardere als lichtere onzuiverheden die naar het gietstuk stromen.

Sectiedikte:

De minimale sectiedikte die voor verschillende metalen kan worden gegoten, is beperkt vanwege het verschil in stoltemperatuur en vloeibaarheid. Minimale sectiedikte die zorgt voor de nodige sterkte of gewicht, zonder dat er buitensporige temperaturen nodig zijn om ervoor te zorgen dat hardlopen moet worden gebruikt.

De normale waarden van minimale dikte voor gietstukken met een eenvoudig ontwerp zijn 3 mm voor gietijzer, 2,25 mm voor smeedbaar ijzer, 6 mm voor staal, 2,25 mm voor messing en brons en 3 mm voor aluminium. Als de stroomlengte groter is, moet een grotere dikte dan de hierboven gegeven waarden worden opgegeven. De minimale diktewaarde voor het verkrijgen van degelijke gietstukken zal hoog zijn als er fijne kneepjes in de vormholte zijn.

Er moet een zo groot mogelijke uniformiteit zijn van de metalen sectie tussen nokken en nokken en het lichaam van het gietstuk om een ​​adequate toevoer van nok of nok mogelijk te maken.

Risering:

Riser is een gat dat in de kap is gesneden of gegoten om het gesmolten metaal boven het hoogste punt in het gietstuk te laten uitsteken. Het biedt een visuele controle om het opvullen van de vormholte te verzekeren.

Het dient als een feeder om het gesmolten metaal in de hoofdgietholte te voeren om krimp te compenseren. Het ontwerp van de stijgbuis moet zodanig zijn dat het temperatuurgradiënten in het gietstuk tot stand brengt, zodat het gietstuk stolt in de richting van de stijgleiding. Het helpt ook bij het gemakkelijk uitwerpen van stoom, gas en lucht uit de vormholte terwijl de vorm wordt gevuld met het gesmolten metaal.

Voor een grotere degelijkheid kunnen bij gieten met dunne delen meerdere stootborden worden gebruikt. Voor effectiviteit moet de stijgbuis het laatste deel van het gietstuk zijn dat stolt.

Riser-voorzieningen:

Nadat de mal is gevuld, komt er metaal in de risers. Risers fungeren als reservoir en warmtegradiëntregelaar en zorgen voor het noodzakelijke vloeibare metaal om vloeibaar metaal en stollingskrimp te compenseren. De stijgbuizen bevinden zich meestal in het bovenste deel van de sectie die wordt gevoed.

Afhankelijk van het metaal dat wordt gegoten, wordt hun volume tussen 25 en 55% van het gietstuk gehouden. Het is belangrijk op te merken dat de stijgbuizen op een geschikte plaats zijn geplaatst, zodat er geen noodzaak is voor overmatige verwijdering van metaal om de afgewerkte contour te produceren. De stijgbuizen zijn met het gietstuk verbonden door een metalen hals die poort wordt genoemd, waardoor de stijgleiding na het stollen gemakkelijk uit het gietstuk kan worden verwijderd.

Verhogingsontwerp:

Als er tijdens het gieten geen stijgbuis wordt aangebracht, begint het stollen vanaf de wanden en wordt vloeibaar metaal in het midden omgeven door een gestolde schaal en zal de samentrekkende vloeistof holtes produceren naar het midden van het gietstuk. Verdere afkoeling van de vaste stof in het midden zorgt voor ongewenste spanningen in het gietstuk.

Het aanbrengen van stijgbuizen overwint deze problemen aangezien deze gesmolten metaal leveren voor een stollend gietstuk. Daartoe moeten de stijgbuizen groot genoeg zijn om na het stollen van het gietstuk vloeibaar te blijven en voldoende metaal bevatten om de krimpverliezen op te vangen. Verder moeten deze zo gepositioneerd zijn dat ze tijdens de stollingsperiode metaal blijven leveren.

Ontwerp en positionering van risers:

De meest efficiënte vorm van een stijgbuis van een bepaalde grootte is die welke resulteert in een minimum aan warmteverlies, dus warm blijft en het metaal zo lang mogelijk in gesmolten toestand houdt. Met andere woorden, een stijgbuis moet worden ontworpen met een zo klein mogelijk volume, terwijl de afkoelsnelheid lager blijft dan die van het gietstuk.

De beste vorm voor de algemene reeks gietstukken om bovenstaand doel te bereiken, is een cilinder. De hoogte van de stijgbuis moet hoog genoeg zijn zodat de pijp die erin wordt gevormd niet door het gietstuk kan dringen. De verhouding tussen hoogte en diameter varieert meestal van 1:1 tot 3:2.

De optimale diameter van de stijgbuis voor een bepaald gietstuk kan worden verkregen door de volgende regels te volgen:

(a) Regel van Chvorinov:

Er staat dat de bevriezingstijd

(b) Caine's methode:

Deze methode is gebaseerd op de relatieve bevriezingstijd van het gietstuk en de stijgbuis. Het definieert de relatieve bevriezingstijd van het gietstuk en de stijgbuis.

Het definieert de relatieve bevriezingstijd om de stolling te voltooien als de verhouding van het oppervlak van het gietstuk ÷ het volume van het gietstuk:het oppervlak van de stijgbuis ÷ het volume van de stijgbuis.

Volgens Caine, (1) als het gietstuk oneindig snel stolt, moet het volume van de feeder (stijgbuis) gelijk zijn aan de stollingskrimp van het gietstuk, en (2) als de feeder en het gietstuk met dezelfde snelheid stollen, moet de feeder oneindig groot.

Afb. 3.49, toont deze hyperbolische relatie tussen de relatieve bevriezingstijd en het relatieve volume.

Verder kan voor een gietstuk met een lage A/V-verhouding, zoals in het geval van een kubus en bol, één centrale stijgbuis het hele gietstuk voeden. Wanneer de A/V-verhouding echter hoog is, zoals in het geval van een staaf en een plaat, is meer dan één stijgbuis nodig. Een goede plaatsing van de stijgbuis is in zo'n geval essentieel.

Voor een stalen plaat met een dikte van 100 mm is één centrale stijgbuis voldoende als de maximale aanvoerafstand kleiner is dan 4,5 t vanaf de rand van de stijgbuis [Zie Fig. 3.51 (a)]. Als er meer stijgbuizen nodig zijn, moet de afstand tussen twee dichtstbijzijnde randen van stijgbuizen kleiner zijn dan 4 t [Zie Fig. 3.51 (6)].

Voor een staaf met een vierkante doorsnede van 50-200 mm zijde (s), is een centrale stijgbuis goed als de maximale invoerafstand 30 s vanaf de rand is en de afstand tussen twee stijgbuizen (dichtstbijzijnde randen) minder dan 1,2 s moet zijn.

De voerafstand van de stijgbuis kan worden vergroot door gebruik te maken van rillingen, wat zorgt voor een scherpe thermische gradiënt en de voedingsweerstand vermindert. In het geval van een enkele stijgleiding, moet de chiller aan het einde worden geplaatst en voor meer dan één stijgleiding, moet deze halverwege tussen twee stijgleidingen worden geplaatst.

De juiste plaatsing van de stijgbuis is even belangrijk, omdat deze het stollende gietstuk effectief moet kunnen voeden. Als het gietstuk een kubus- of bolvorm heeft (d.w.z. een dikke vorm met een lage waarde van A_c /V_c ) dan is een enkele stijgbuis voldoende om het gieten bij het stollen te voeden. Maar wanneer de waarde van A_c /A_c hoog is (zoals in het geval van staaf- en plaatvormige gietstukken), kan meer dan één stijgbuis nodig zijn.

Als in dergelijke gevallen slechts een enkele stijgbuis wordt gebruikt, kan de modderige toestand net voor het stollen de metaalstroom uit een enkele stijgbuis beperken en krimp in de hartlijn veroorzaken. Als vuistregel kan worden gezegd dat een enkele stijgbuis voldoende is als de invoerlengte minder is dan 4,5 keer de plaatdikte voor 12-100 mm dikke staalplaten.

In het geval van vierkante staven met een afmeting (zijkant) 50-200 mm, kan een centrale stijgbuis worden gebruikt voor afstanden van minder dan 6 keer de V-staafmaat. Langere voerafstanden dan hierboven zijn mogelijk door het gebruik van koelingen, die de koelsnelheid verhogen en de voedingsweerstand van de middellijn verminderen. In het geval van legeringen met een hogere hartlijnvoedingsweerstand dan staal, moeten koude rillingen worden gebruikt om de stevigheid van die delen van het gietstuk te verzekeren die de grootste sterkte vereisen.

Exotherme materialen worden soms gebruikt in stijgbuizen voor het produceren van directionele stolling door warmte te creëren. Ze bestaan ​​uit oxiden van metalen zoals ijzer, chroom, nikkel of koper en aluminiummetaal in poedervorm.

Deze verbindingen kunnen ofwel direct na het gieten aan het oppervlak van het gesmolten metaal in de stijgbuis worden toegevoegd, of ze kunnen aan het zand van de wanden van de stijgbuis worden toegevoegd. Er vindt een chemische reactie plaats door het contact met gesmolten metaal dat een grote hoeveelheid warmte produceert. Zo wordt het metaal in de stijgbuis oververhit en blijft het voor een langere tijd gesmolten.

Het aanbrengen van isolerende kussens en mouwen rond de stootborden helpt om warmte vast te houden. Het voorzien van geschikte koelingen op gewenste locaties helpt ook om directionele stolling te bevorderen.

Invloed van stolling:

Het ontwerp van de gietsectie moet zodanig zijn dat de stijgbuizen kunnen voldoen aan de behoeften van het leveren van heet metaal en het beheersen van directionele stolling. In Fig. 3.52 zal het gesmolten metaal bijvoorbeeld naar binnen stollen vanaf het grensvlak van de metalen mal door progressieve stolling.

Met de juiste omstandigheden van temperatuurverschillen, zal het snijpunt van de progressieve bevriezing omhoog bewegen naar de locatie van de heetste plek, die zich binnen de stijgbuis zou moeten bevinden. Dit wordt “directionele stolling” . genoemd .

Als de hoogte van een sectie te groot is in vergelijking met de dwarsdoorsnede, dan zal de progressieve stollingssnelheid de directionele stolling overschrijden, en resulteren in fijne porositeit in de middellijn of zelfs een grotere of reeks van grote holtes. Om een ​​dergelijke toestand te vermijden, is het essentieel dat de dwarsdoorsnede naar beneden taps toeloopt, groter aan de bovenkant en kleiner aan de onderkant.

Sectieproportionering:

Als de secties adequaat kunnen worden gevoed, zijn de beperkingen van sectie-aanpassing niet zo kritisch als het ontwerp van de kruising. Er moet rekening worden gehouden met krimpspanningen als gevolg van sterk verschillende temperatuurgradiënten. Het is gewoonlijk mogelijk om gietstukken te produceren zonder gebruik te maken van koeling, waarbij de dikte van de secties niet minder dan 80% of meer dan 120% van de aangrenzende sectie is, wat betreft sectievariaties die verwijderd zijn van stijgbuizen.

Kruispunten en krimp:

Krimpholten veroorzaakt door onjuiste directionele stolling komen het vaakst voor in L-, T-, Y-, X-secties en waar grote secties abrupt worden samengevoegd met kleine secties. Wat er in deze secties gebeurt, is dat, aangezien er een grotere massa is bij het verbindingspunt in vergelijking met de benen, het gebied van het verbindingspunt een hotspot wordt met directioneel bevriezen naar de hotspot, die op zijn beurt de benen voedt en de krimpholte ontwikkelt .

De hotspot kan worden geëlimineerd door ofwel de sectie uniformer te maken of koude rillingen te gebruiken in de buurt van de dwarsdoorsnede met een grotere massa (zie Fig. 3.53). Hoewel alles in het werk moet worden gesteld om isolatie van zware secties die 'hot spots' kunnen worden, te voorkomen, wordt het soms moeilijk.

Onder dergelijke omstandigheden wordt het aan de gieter overgelaten om het invriezen te beheersen door middel van:

(i) Speciale manipulatie van de positie van stijgbuizen in schimmel,

(ii) Regeling van de gietsnelheid,

(iii) Gebruik van heet metaal in de stijgbuizen,

(iv) Gebruik van vormmaterialen met verschillende thermische eigenschappen.

Filets:

Adequate filets op alle kruispunten verhogen aanzienlijk de sterkte en degelijkheid van gietstukken. Grootte van filets is afhankelijk van het gebruikte metaal, vorm en dikte van het wandgedeelte en de grootte van het gietstuk. De afrondingsstraal mag niet groter zijn dan de sectiedikte.

Het elimineren van hete tranen:

Bij een gietstuk zijn hete tranen het gevolg van temperatuurgradiënten, die verschillende snelheden van samentrekking tot stand brengen tijdens het stollen en daardoor spanningen induceren als gevolg van de weerstand van het zand van een grootte die voldoende is om breuk te veroorzaken. Deze kunnen worden geminimaliseerd door een goed ontwerp toe te passen, d.w.z. het vermijden van abrupte veranderingen in doorsnede, scherpe hoeken en niet-uniforme banen die zijn verbonden met flenzen.

Gassen elimineren in gietstukken:

Gassen in gietstukken kunnen verschijnen als gasgaten (grote gaten, weinig in aantal verdeeld over verschillende plaatsen in het gietstuk), gaatjes (kleine gaatjes, groot in aantal aan de bovenkant van het gietstuk), gaatjes (kleine gaatjes verdeeld over het gietstuk) ). Een goed ontwerp van de stijgbuis en voldoende ventilatie van doorlatende schimmels zijn essentieel om deze defecten te voorkomen.

Een andere bron van gassen zijn de bij hoge temperatuur opgeloste gassen in het vloeibare metaal, die bij afkoeling vrijkomen. Vacuümsmelten en vacuümontgassen (het plaatsen van vloeibaar metaal in een lagedrukkamer om opgeloste gassen te verwijderen) kan worden gebruikt om gas in smelt te verminderen.

Kenmerken van zandafgietsels:

1. Aangezien het stollen van metaal plaatsvindt onder niet-evenwichtige omstandigheden, zijn de gietstukken vatbaar voor afkoelingsscheuren als bij het ontwerp niet de juiste zorg wordt betracht. Krimpproblemen kunnen worden verholpen door gerichte stolling te bevorderen door het gebruik van taps toelopende delen, metalen rillingen in de vormwanden en vermindering van hete plekken op kruispunten van uniforme secties.

2. Gestold metaal heeft een slechte afwerking. Het oppervlak wordt beïnvloed door de patroonafwerking, zandstructuur, schimmelvullingen, schimmelontluchting en toegang tot schimmel voor het verwijderen van losse zanddeeltjes voordat de schimmel wordt gesloten.

3. Zandgietstukken zijn poreus genoeg en kunnen daarom niet worden gebruikt voor drukdichte vaten (meestal gebruikt tot 10 kg/cm ² ).

4. Structuur verkregen door zandgieten is los en daarom niet sterker dan bewerkte producten.

5. Omdat de korrels niet dichtbij zijn, heeft het gietstuk een lagere dichtheid en een slechte sterkte.

6. Gietstukken verkregen door het vormproces hebben een goede hardheid. Interne spanningen kunnen worden geëlimineerd door scherpe hoeken en fysieke beperkingen te vermijden.

7. Zandafgietsels hebben een slechte vervormbaarheid.

8. De vormmethode is geschikt voor middelmatige en bijzonder grote gietstukken en ongeschikt voor dunnere secties.

9. De geschiktheid van zandafgietsels ligt bij het hoge smeltpunt van gesmolten metaal.

10. De zandafgietsels zijn minder duur omdat de kosten van zandvormen minder zijn.

11. Interne degelijkheid van gietstukken kan worden gegarandeerd door de gasontwikkeling tijdens het stollen te minimaliseren en turbulentie tijdens het gieten te vermijden. Fysieke dwang moet worden voorkomen, omdat dit leidt tot heet scheuren.