La importancia y el diseño del cuello elevador de hierro fundido

1. Los puntos de diseño del cuello elevador de hierro fundido son los siguientes:

Diámetro de determinación del tamaño: el diámetro del cuello del elevador generalmente es 0.3-0.8 veces el diámetro del círculo de punto caliente del fundición. El diámetro del círculo de punto caliente de la fundición es grande, con un valor sesgado hacia 0.3; El diámetro del círculo de punto caliente es pequeño, con un valor sesgado hacia 0.8. Longitud: generalmente entre 20-50 mm. Para partes pequeñas de hierro fundido, la longitud del cuello elevador se puede tomar como el límite inferior; Las partes grandes de hierro fundido están sujetas a un límite superior. Las formas comunes para el diseño de forma incluyen cilíndrico, trapezoidal, etc. El cuello del elevador cilíndrico es fácil de procesar y adecuado para la mayoría de las situaciones; El cuello ascendente trapezoidal es beneficioso para compensar la contracción y se usa ampliamente en piezas fundidas con altos requisitos para compensar la contracción.

La selección de posición del cuello elevador debe colocarse en la unión caliente de la fundición, de modo que el líquido metálico en el elevador puede fluir preferentemente a la unión caliente, lograr una solidificación secuencial y complementar efectivamente la contracción. Trate de evitar colocarlo en el área de concentración de estrés de la fundición para evitar el estrés causado por la contracción de solidificación del cuello elevador, lo que puede exacerbar la tendencia de deformación y agrietamiento de la fundición. La cantidad se determina en función del tamaño de la fundición, la complejidad de la estructura y la distribución de los puntos calientes. Los fundiciones pequeñas y simples solo pueden requerir un cuello elevador, mientras que los fundiciones grandes y complejas pueden requerir múltiples cuellos elevadores para garantizar una contracción suficiente en cada articulación caliente. La conexión entre el elevador y la fundición debe tener una transición suave, evitando esquinas derecha o afilada para reducir la resistencia al flujo de metal fundido. La conexión entre el cuello elevador y la fundición debe ser firme para evitar la rotura debido al impacto del metal fundido durante el proceso de fundición. Al mismo tiempo, la forma y el tamaño de la conexión deben diseñarse razonablemente para evitar la formación de zonas excesivas afectadas por calor en la fundición, lo que puede causar defectos en la fundición.

2. Análisis de casos de diseño del cuello elevador de hierro fundido

La mayoría de las aleaciones exhiben un comportamiento consistente y predecible durante el proceso de enfriamiento de líquido a sólido a temperatura. Hay dos etapas diferentes de contracción. En primer lugar, cuando la temperatura de fundición de aleación se enfría a la línea de líquido, esto se conoce comúnmente como contracción líquida o contracción sobrecalentada. En segundo lugar, cuando una aleación se enfría de líquido a sólido, comúnmente se conoce como contracción de solidificación. Por otro lado, las partes de hierro fundido de grafito (incluyendo hierro fundido gris, hierro dúctil y hierro fundido maleable) están acompañadas de un fenómeno inusual durante el enfriamiento y la solidificación, donde el metal comienza a expandirse. Esta expansión generalmente se atribuye a la precipitación de fases de grafito de menor densidad, superando y excediendo la contracción asociada con la solidificación de refrigerante y austenita. Hasta ahora, el aspecto más importante del diseño de elevadores y sistemas de activación para el hierro fundido es el requisito de mantener una presión líquida positiva durante todo el proceso de solidificación. Inicialmente, se debe permitir que la presión atmosférica actúe sobre el líquido en el elevador, y para que esto ocurra, el elevador debe estar (comprimido). Una vez que comienza la expansión, un sistema elevador cuidadosamente diseñado controla la presión de expansión y garantiza la contracción automática de la fundición durante el proceso de solidificación restante. Esto contrasta con el acero, el aluminio, el cobre, etc., ya que no implican expansión, lo que requiere la adición de metal fundido a la fundición durante la solidificación.

3. Presión de control

El cuello elevador puede ser el componente más crítico en el diseño del sistema elevador, ya que generalmente determina la magnitud de la presión residual sobre el líquido. La superficie de contacto del cuello elevador debe ser lo suficientemente grande como para transferir el metal fundido del elevador al fundición durante un largo período de tiempo. Si es necesario, se debe liberar presión excesiva en la cavidad del moho, pero debe ser apropiado mantener la presión positiva del líquido al final de la solidificación y facilitar la eliminación del elevador del fundición. El cuello elevador puede considerarse como una "válvula de seguridad" en los recipientes a presión, y su diseño debe garantizar que la presión dentro de la fundición se mantenga a un nivel manejable. El material de moldeo, o más específicamente, el molde de arena que puede soportar la presión de expansión sin expansión, generalmente determina el grado de controlabilidad. Si el material del moho es débil, como cuando se usa moldes de arena de arcilla, se debe diseñar un cuello elevador para liberar cierta presión de expansión para evitar la expansión del moho. Esto se logra diseñando el cuello del elevador para solidificarse en una etapa relativamente tardía, lo que permite que se libere cierta presión al elevador a través del cuello del elevador. Mediante el uso de materiales de unión de modelos más fuertes y más duros (como los sistemas de resina), el cuello ascendente puede diseñarse para ser más pequeño, lo que le permite solidificarse más temprano durante la fase de expansión y mantener una mayor presión de líquido residual. Sin embargo, un cuello elevador demasiado pequeño puede conducir a una presión residual excesiva dentro de la fundición, lo que resulta en una porosidad relacionada con la expansión del moho. Un cuello elevador excesivamente grande generalmente conduce a una pérdida de presión positiva sobre el líquido antes de que se complete la solidificación, lo que resulta en la contracción y la descarga de gas del líquido metálico relacionado con la solidificación. El tamaño del cuello ascendente en las reglas de diseño generalmente se basa en el módulo geométrico (MC) del casting. El valor típico del hierro fundido producido en la arena de arcilla es entre 0.6 (MC) y 0.9 (MC). El valor preciso depende de la dureza del material del molde de arena, la composición química y el grado de inoculación de hierro y la velocidad de enfriamiento de la fundición. Si el elevador se mueve más cerca de la fundición, el efecto de calentamiento sobre la arena entre la fundición y el cuello del elevador reducirá el módulo geométrico de contacto mientras mantendrá el módulo térmico equivalente. Si el cuello es lo suficientemente corto como para ser igual o menor que el tamaño transversal de contacto más pequeño, el módulo geométrico puede reducirse de forma segura 0.6 veces, es decir, el módulo del cuello más largo (Mn (corto) = 0.6mn (largo)). Esto indica una reducción de aproximadamente el 65% en el área de contacto.

conclusión

La contracción exitosa del hierro fundido de grafito implica mantener y controlar la presión positiva del hierro líquido durante todo el proceso de solidificación. Diseñando correctamente el sistema elevador y de vertido, y controlando bien el tiempo metalúrgico y de vertido, son cruciales para la producción de piezas de hierro fundido de grafito sin contracción.