用树脂选择减少铝铸件收缩


BRODIE BIERSNER | 2019 秋季
转载的许可从简单的解决方案,工作!
下载 PDF:英语

文章要点:

  1. 树脂和树脂类型的量可以改变提高砂型温度和合金凝固速度所需的能量。
  2. 立即发现收缩相关缺陷的减少。

随着铸造几何形状在设计上变得更薄和更复杂,树脂选择的影响将在提供固体铸造中发挥更关键的作用。一家铝铸造厂遇到了枝状收缩缺陷的问题,该缺陷与树脂包装的最近变化有关,导致收缩缺陷的废品率较高。

在这种情况下,唯一改变并产生树枝状收缩缺陷的变量是树脂。HA International 设计了一个实验来确定 PUCB 树脂百分比和聚氨酯冷箱中使用的溶剂包装如何影响凝固过程中收缩对 A316 铸造的影响。

利用 HAI 的 SigmaCure 系列酚醛聚氨酯冷箱 (PUCB) 中发现的最新溶剂包装,对新开发的酚醛聚氨酯冷箱和该新系统的改进版本进行了评估。该研究的实验设置包括计算机辅助建模、分析测试和实际铸造测试,以生成冷却曲线。这些结果, 结合与温度相关的属性被用来为冷箱沙子混合创建模拟模型数据集,以模拟实际的沙子模型物理属性并理解它是如何产生收缩缺陷的。在建模软件中进行了 1,500-2,000 次设计迭代,以获得与实际实验室铸造结果相匹配的数据集。模拟数据集所需的比热容和密度结果直接使用测试模具上的仪器进行测量。

树脂百分比的影响
第一轮测试研究了降低树脂百分比的影响。先前的研究已经证明,聚合物的热容值大约是陶瓷和金属的 2 倍。对于使用原始 PUCB 包装的第一个实验,研究了总树脂百分比从 1.00% 减少到 0.75% 的减少。这种减少导致了液态金属离开和进入砂型的热量的可测量差异。更多的热量将从液态金属中传递,并以更快的速度以更高的树脂百分比散发到模具中,图 1。减少树脂百分比导致热流峰值从 3.3 w/g 增加到 3.6 w/g。增加增加砂型温度所需的能量。图 2 和图 3 显示了从成型介质中收集的温度曲线。热电偶被放置在成型介质中,以了解效果并将结果实施到建模软件中。这些曲线是通过在模制介质中放置一个距离模具/金属界面 1/8 "和距离模具金属界面 1/4" 的热电偶来创建的。25% 的树脂百分比的减少显示了更少的热量被吸收到砂型中。结果指出,金属将保持在流体状态更长时间。

树脂选择性的影响
第二轮测试考虑修改树脂包装的一部分。开发了一个实验部分 2,以了解树脂系统的化学变化将如何影响模具的热传递。只改变第二部分确实显示了对从液态金属中散热到模制介质中的速度的影响。使用改进的第二部分,热流从 3.3 w/g 增加到 4.0 w/g,图 4。模具介质温度曲线也显示了变化。这种影响在 1/8 的位置不容易被检测到,图 5。然而,随着这种热能更深入地传递到模具中,图 6,砂型的温度随着未修改的 (原始) 部分 2 进入模具中而更高。修改后的第二部分在金属中保留了更多的热量,允许增加凝固时间。

结果确认
在整个测试过程中,通过将热电偶直接放置到铸件的中点,随着 A316 合金的冷却曲线收集浇注温度。从冷却曲线计算凝固的开始和凝固的结束。计算结果可以在表 1 中找到。当使用原始 PUCB 树脂包装将树脂从 1.00% 减少到 0.75% 时,凝固时间延长了 5.3%。在使用改进的第二部分的实验中,凝固时间延长了 0.76%。

将结果付诸生产
实验室实验结果证实,树脂和树脂类型的数量会改变提高砂型温度和合金凝固速度所需的能量。

实验结果被应用到固化软件中,并为客户创建了新开发的砂混合物的自定义数据集。有了这个新的数据集,对实际部分进行了模拟,模拟结果显示,对于这种特殊的铸造应用,通过远离原始配方的 1.00% 树脂,可以发现更合理的铸造。

向客户展示了树脂包装如何影响和减少这一特定零件收缩的产生的研究和模拟结果。数据和模拟结果证明了树脂需要改变。根据研究结论,对 PUCB 树脂进行了生产试验。当对树脂进行调整时,立即发现收缩相关缺陷的减少。这种修改减少了收缩相关的缺陷低于原来的树脂系统报废水平。审判后,这一改变被永久实施。

表 1: 实验室测试的凝固结果比较原始的冷盒树脂包装和改进的包装。

图 1: 仅使用原始树脂包装和仅使用改性树脂百分比确定热流的 DSC 测试结果。

图 2: 使用原始配方比较树脂还原效果的成型介质的温度曲线。热电偶放置在离模具/金属界面 1/8 的地方。

图 3: 将原始包装与热电偶放置在距离模具/金属界面 1/4 的地方进行比较的成型介质的温度曲线。

图 4: 对比原始包装和修改版本的 DSC 测试结果,以确定热流。

图 5: 使用热电偶放置在离模具/金属界面 1/8 的地方,比较原始包装和改进版本的成型介质的温度曲线。

图 6: 对比原始包装和改进版本的成型介质的温度曲线。热电偶放置在离模具/金属界面 1/4 的地方。