中國壓鑄雜志
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2019精准一肖中特平:快速計算機層析X射線攝影術研究壓鑄件內孔隙度

作者:admin 來源:原創 發表時間:2016-07-12

058期一肖中特虎猴 www.ykvve.icu Prof•Dr•lng.Eberhard
Otto-von-Guericke  大學
(馬格德堡)

眾所周知,由于澆鑄合金在冷凝時體積收縮,氣體釋放以及壓鑄模具排氣不暢,在壓鑄件內經?;嶧蚨嗷蟶儆鋅紫?。鑄件內孔隙形成的部位,數量及體積明顯不一樣,主要與以下因素有關:
1、鑄件的形狀及模具型腔內液態金屬的流動(模具型腔幾何形狀,例如夾雜氣體對型芯環流,流動金屬渦流的形成,流動前端等)。
2、澆口及排氣系統的結構及尺寸。
3、壓鑄模具內所用脫模劑的種類及用量。
4、壓鑄過程工藝技術參數。
5、澆注合金的冷凝情況(收縮率)
6、澆注合金的含氣量(超過氣體溶解度極限)
壓鑄件內的孔隙,在實際生產條件下是難以防止的。因此,不斷完善壓鑄工藝的目的就是減少孔隙形成,或者使孔隙不影響壓鑄構件的功能作用。
一、測量孔隙度的方法

在德國鑄造協會(VDG)-<<說明書/操作設備準則>>P202,“鋁合金、鎂合金及鋅合金鑄件體積收縮”2010年9月對許多檢測方法的測定值,使用條件及結果評價作了詳細介紹(表1)。
目前,許多要求高技術含量產品的壓鑄廠家,不僅在用隨機取樣檢查孔隙度進行評價,更多的是在追蹤整個加工過程,了解壓鑄工藝的全過程。同時將部分有孔隙的不合格鑄件,在機加工前剔出去。潛藏的孔隙在切削加工時會暴露,導致廢品。在機加工前,嚴把檢查關,避免由于機加工消耗所造成的經濟損失。
適合于此要求唯一的檢查方法是新開發的快速跨線計算機層析X射線攝影術(圖1)。采用這樣的技術有可能在極短壓鑄循環時間內(20-100S),深入評價一個壓鑄件在孔隙顯現方面的綜合質量。鑄造專家以此能夠對一個構件質量評價,及時調整改變壓鑄造工藝技術參數。

因此,根據產品類型及批量的不同,有兩種不同的檢測方法:
1、在多種產品類型的壓鑄車間內,如果不是在線(即不是在加工流水線)檢查,而是在加工線之旁檢查,可在確定的間距內,對各壓鑄單元的鑄件進行掃描,立刻顯示結果。
2、在大批量系列加工時,只有一種鑄件或較少的鑄件種類,可以將快速CT直接歸入流水線,每個被掃描的鑄件與質量標準對比(質量標準處于計算機內),自動顯示所不希望的偏差,并及時中斷信號,將有問題的鑄件通過機械手移去。
這樣的作法不僅顧及鑄造工藝,對下一步的加工工藝也作了預先考慮。
采用這樣的方法,可以減少對不允許有明顯缺陷的零件加工,或者將此有缺陷的零件在加工工序之前就剔出去。

據文獻介紹,目前所有醫療上的計算機層析X射線攝影是以螺旋方法工作,此時,所研究的物體以固定的速度,沿其縱向軸通過射線層面運動,而射線源一探測機構以固有的角速度轉動。按照此儀器,多個軸向層面同時讀入。因此,該方法比較快速,對人身體傷害大大減少。
通過優秀的X射線檢查裝備人員的努力,最近醫療上所用的計算機層析X射線攝影術優點在工業領域轉換成無損傷材料檢查。此開發項目特有魅力在于,相對于普通的計算機層析X射線攝影,將掃描速度提高幾百倍,大大節約了時間。
圖2表示一個工業計算機層析X射線攝影結構,通過放大鏡觀察,可清楚看到配有X射線管、射線場及探測器的跨線橋。


二、孔隙度的重要性
壓鑄件內的孔隙度,是無所不在的。但是壓鑄的生產效率高,效益好,加工精度高,可壓鑄復雜的結構及好的表面質量,這是一個可以接受的事實。  
所有壓鑄作業參與者(例如汽車工業方面,設計人員及加工專家)以及壓鑄人員,各自都在努力,將孔隙度的負面作用控制在最低程度。因為孔隙度存在明顯的缺點,以致于造成廢品:
1、構件主應力方向內的孔隙,在靜載荷情況下,會減少橫斷面,增加應力。
2、孔隙應力集中其中會影響壓鑄件動強度,成為裂紋的起始點。
3、當鑄造坯件不符合加工件功能要求,由于切削加工,表面附近孔隙露出,這會影響功能面,例如:面的斷裂或漏孔,使液體或氣體漏失。
近來許多科學家對高承載壓鑄件孔隙影響進行了深入研究。
圖3a-c所示孔隙的位置:圖3a中的孔隙位于加工余量內,在切削加工時完全去掉,在圖3b中的孔隙位于成品(部件)與加工余量間的過渡區,在切削加工時被切開,此時有與孔隙群相通的危險,有可能介質不密封;圖3c的孔隙只位于成品部件內,切削加工未觸動。

三、通過快速計算機層析X射線攝影了解孔隙度的研究。
1、孔隙度的預告
高承載壓鑄件的設計人員,以及壓鑄作業者,在很大程度上對孔隙度預告感興趣,因為這對于鑄件質量及使用條件是一個基本參數。
壓鑄人員采用軟件,對壓鑄及冷凝過程模擬,以獲得推測孔隙第1印象。各種軟件系統市場上有銷售;例如:MAGMA鑄造技術公司的Magmasoft,RWP公司Wincast的軟件。
圖4表示對機組支架構件,用各種軟件模擬獲得的結果之例。由圖可以看出,在圖示內的分析結果是不同的,但描述的是相同的狀態。


孔隙形成的原因,在冷凝時體積收縮或在充模時空氣的夾雜,模擬軟件有可能預告形成孔隙度的危險性,在預告孔隙度時,不但考慮熱力學問題,還要考慮流動力學的原因,來進行評價和說明,如圖5a-b所示。如果將此圖與圖6所示的構件實際孔隙的層析X射線照片對比,明顯看出,在單個對比中,模擬結果與實際構件之間有差別。綜合多個評價及相應的解釋,會確認定性的預告和真實性明顯接近。當然,定量的推斷孔隙的體積及大小是不可能的。

此研究所感興趣的是孔隙顯現從一個壓鑄過程到另一個壓鑄過程,在其它相同的工藝參數下,在多大程度上是一致的。圖7表示在5個彼此重疊放映的層析X射線照片上,孔隙顯現的高度重復精確性。這可以想象,這與相當簡單的構件造型有關,因為復雜的構件,由于混亂的流動情況,這樣的觀察不能證明。在此澆鑄的是GD-Alsi9cu合金。
對于鑄造專家來說,更感興趣的是在其它相同的澆注條件下,當更換澆鑄合金時,是否會有另一些孔隙顯現。為此,澆鑄用的是相同的模具,合金為GD-Alsi10MnMg。層析X射線攝影研究結果示于圖8,由圖可看出出現十分多的孔隙。因此,澆鑄合金的冷卻狀態對鑄件的孔隙度有很大影響。

 

 

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