En moulage au sable, les cavités de retrait et la porosité de retrait sont les défauts internes les plus fréquents des pièces moulées. Les cavités de retrait se manifestent généralement par de grandes cavités irrégulières dans les zones épaisses ou les zones de centre thermique de la pièce, caractérisées par des parois rugueuses et des cristaux dendritiques. La porosité de retrait se présente sous forme de fins amas de pores dispersés, principalement présents le long des axes de coulée ou aux jonctions d'épaisseur. Ces défauts compromettent gravement les propriétés mécaniques et l'étanchéité à l'air, pouvant entraîner des fissures et des défaillances prématurées. En tant que processus clés du processus de moulage, la conception des moules et la fabrication des noyaux jouent un rôle déterminant dans la prévention de la porosité de retrait et des cavités. Cet article décrit systématiquement les mesures efficaces pour réduire leur fréquence d'apparition en se concentrant sur les aspects critiques des procédures de fabrication des moules.
I. Optimiser la conception de la rigidité de la coulée et de la pression de remplissage
1. Assurer la hauteur de la boîte supérieure et améliorer la pression statique du métal
Une hauteur de caisson supérieure insuffisante réduit considérablement la pression de contraction du métal lors de la solidification finale des pièces moulées, ce qui diminue la capacité de refroidissement et augmente la vulnérabilité aux porosités de retrait ou aux cavités de retrait au niveau des joints thermiques. Pour les pompes en acier moulé à structure divisée horizontalement (corps de pompe à corps divisé en acier moulé), une attention particulière doit être portée à l'équilibre du poids entre les caissons supérieur et inférieur : un caisson supérieur sous-dimensionné accentue la pression de contraction insuffisante, provoquant une concentration de cavités de retrait au sommet de la bride de la pompe. Le poids du caisson supérieur doit être ≥ 1,5 fois la portance hydraulique statique du métal en fusion, avec des poids supplémentaires si nécessaire. Les pratiques de production doivent strictement interdire toute réduction de la hauteur du caisson supérieur pour économiser du sable ou réduire les coûts de moulage. Pour les structures nécessitant des caissons supérieurs peu profonds, les solutions de compensation doivent inclure :
Utiliser un manchon isolant ou une colonne chauffante pour prolonger le temps de solidification du métal liquide dans la colonne ;
Utilisez le gobelet verseur pour soulever ou ajouter en continu du liquide métallique à haute température à la colonne montante afin de maintenir le canal de remplissage lisse et la pression de remplissage.
2. Améliorer la rigidité et la compacité globales de la pièce moulée
Une rigidité insuffisante du moule peut entraîner une dilatation de la cavité lors de la cuisson avant coulage ou une pression statique due à l'écoulement du métal en fusion, ce qui peut entraîner un remplissage inadéquat du liquide. Les corps de pompe à corps divisé nécessitent un renforcement structurel renforcé en raison de leurs surfaces de roulement complexes et de leurs nombreux noyaux.
La zone épaisse de la bride du corps de la pompe est moulée localement avec des matériaux de stockage de chaleur élevés tels que le sable de chromite pour accélérer la solidification et réduire la tendance au rétrécissement et au desserrage ;
Le squelette en fer froid (tel qu'une tige en acier de Φ20 mm) est intégré dans le noyau du canal d'écoulement pour améliorer la rigidité du noyau afin d'empêcher le flottement et accélérer la dissipation de la chaleur pour éviter l'apparition de micro-rétrécissement dans l'épaisseur de la paroi du canal d'écoulement ;
Appliquer une force de pré-serrage sur le boulon de la surface de séparation après la fermeture de la boîte (≥ 0,2 MPa).
2. Conception scientifique du système de coulée et de fonte froide
1. Renforcer la solidification séquentielle et le retrait directionnel
Conception moulée spéciale : Le corps de pompe à corps central doit comporter une colonne montante visible au sommet des brides d'entrée/sortie, avec un col conique inversé (plus large en haut et plus étroit en bas) pour garantir des canaux de compensation de retrait dégagés. Une colonne montante dissimulée est installée derrière le passage de la roue, utilisant la cavité interne du noyau en sable pour évacuer l'air et prévenir le retrait axial dû à la lente dissipation thermique dans cette zone.
Application innovante de fonte froide : Mise en œuvre de fontes froides courbées conformes (environ 0,8 fois l'épaisseur de paroi) dans la section variable de la volute de la pompe. L'espacement entre les fontes froides est réduit à 1,5 fois l'épaisseur de paroi, permettant un contrôle précis des gradients de refroidissement locaux. L'espace entre les fontes froides et le sable de moulage reste inférieur ou égal à 0,5 mm afin d'empêcher la pénétration de métal en fusion, susceptible de créer des ponts thermiques et des cavités de retrait.
Système de coulée : Privilégier le système de coulée ouverte par injection par le bas afin d'éviter une érosion excessive de la cavité par le métal en fusion. L'emplacement du canal de coulée interne doit permettre un refroidissement suffisant des points chauds, afin d'éviter la formation de zones chaudes isolées et de porosités de retrait.
2. Éviter les joints thermiques et optimiser la structure des pièces moulées
Optimiser la structure de la pièce moulée en traitant les surépaisseurs et en les corrigeant : éviter les variations drastiques de la section (différences d'épaisseur de paroi excessives) et réduire les joints chauds isolés. La conception de transition est utilisée pour les assemblages épais-minces.
Conception d'angle appropriée : Un rayon (R) insuffisant aux angles concaves réduit l'efficacité du refroidissement du sable, retarde la solidification et augmente la porosité due au retrait à l'air. Un rayon (R) excessif peut créer d'épaisses zones de choc thermique, responsables de porosité due au retrait. Le rayon d'angle idéal doit être d'environ un tiers de l'épaisseur de la paroi adjacente.
Entretien du moule/de la maison : Vérifiez et réparez régulièrement le moule/la maison usé pour vous assurer que l'épaisseur de la paroi de la pièce moulée répond aux exigences de conception et évitez un amincissement local qui gêne le canal de refonte.
III. Contrôle strict des performances du sable et du processus de revêtement
1. La performance du sable de moulage est la base
Perméabilité à l'air : Une mauvaise perméabilité à l'air entrave l'évacuation de la vapeur d'eau et des gaz dans le moule, et la pression du gaz peut s'infiltrer dans le métal liquide non solidifié, aggravant ainsi la tendance au retrait et à la formation de défauts composites de retrait dû au gaz. Une détection et un réglage réguliers sont nécessaires.
Humidité et émissions de gaz : Contrôler rigoureusement l'humidité du sable et réduire les émissions de gaz. Un excès d'humidité non seulement réduit la résistance, augmente les émissions de gaz, mais retarde également le refroidissement local et provoque retrait et relâchement.
• Résistance et stabilité thermique : assurer une résistance humide/sec et une stabilité thermique suffisantes pour éviter que la paroi du moule ne cède trop tôt ou ne se fissure, ce qui détruirait l'environnement de refroidissement supplémentaire.
2. Optimisation du processus de revêtement
• Appliquer un revêtement de refroidissement rapide (par exemple, un revêtement en poudre de zircone) sur les zones épaisses ou les nœuds chauds pour accélérer la solidification de la zone.
• Contrôler rigoureusement la concentration et l'épaisseur du revêtement pour garantir son uniformité. Un revêtement trop épais ou irrégulier peut altérer l'isolation thermique et affecter le gradient de solidification séquentielle idéal.
IV. Se concentrer sur les détails et le contrôle du processus de forage carotté
1. Façonnage fin et fabrication du noyau
• Normaliser les opérations de moulage et de parage pour éviter un brossage excessif à l'eau dans les zones locales, entraînant une accumulation d'humidité du sable de moulage et un refroidissement inégal.
• Assurez-vous que le noyau de sable est complètement sec (en particulier au niveau de la tête du noyau) et que les canaux de ventilation (fil de cire, aiguille de ventilation) ne sont pas obstrués pour empêcher le gaz du noyau de sable d'interférer avec le processus de solidification et de retrait du métal, ce qui entraînerait un retrait lâche ou des trous de retrait d'air.
• Assurer le positionnement et la stabilité du noyau de sable, éviter les épaisseurs de paroi inégales causées par le flottement ou le déplacement du noyau et produire des joints chauds inattendus.
2. Préparations pour la fermeture et le coulage des boîtes
• La boîte est positionnée avec précision pour éviter la formation de joints chauds causés par un épaississement local dû à un type incorrect.
• Le gobelet verseur et l'anneau de levage sont placés de manière stable et bien scellés.
• Pour les pièces moulées de grande taille et complexes, le moulage du noyau en sable de résine est préféré pour améliorer la précision et la rigidité globales de la pièce moulée.
V. Caractéristiques de fonctionnement et coordination avec d'autres processus
Points de fonctionnement spéciaux de la pompe à ouverture moyenne
• Positionnement combiné du noyau de sable : une plaque de positionnement d'impression 3D est utilisée pour assembler le groupe de noyaux du canal d'écoulement, et l'espace entre la tête du noyau est inférieur à 0,8 mm pour empêcher la dérive du noyau de provoquer une épaisseur de paroi inégale et un rétrécissement thermique et un desserrage accidentels ;
• Maintenir la pression de fermeture de la boîte : comprimer l'épaisseur de la bande d'étanchéité sur la surface de séparation à 80 % de l'original et utiliser la pression de fermeture de la boîte pour compacter le joint, de manière à éviter que le soulèvement de la boîte ne provoque l'interruption du remplissage et la formation de trous de rétrécissement.
Partage d'informations en fusion : Grâce à l'adaptation précise des caractéristiques du métal, le processus de fusion peut fournir des informations en temps réel sur la composition de l'acier en fusion (par exemple, teneurs en C et en Si) au moulage. L'acier à haute teneur en carbone présentant une plus grande tendance au retrait, la conception du moule nécessite une compensation accrue du volume de la colonne montante pour ce retrait, ainsi que des refroidisseurs supplémentaires pour accélérer la solidification dans les sections à parois épaisses et prévenir la porosité due au retrait.
• Coordination des chutes de sable : le temps d'isolation de plus de 500℃ est supérieur à 6h (2-3h pour les pièces conventionnelles), refroidissement lent pour libérer les contraintes et éviter les fissures dérivées dans la zone de retrait.
épilogue
La pratique du contrôle du retrait et des trous de retrait dans le corps de la pompe à ouverture moyenne montre que les pièces moulées à structure complexe doivent percer la disposition conventionnelle de la colonne montante (comme la colonne montante cachée derrière le coureur), la clé pour empêcher le retrait dans les zones à parois minces est de renforcer la rigidité du noyau (squelette en fer froid intégré) et la stratégie de refroidissement différenciée (fer froid incurvé + revêtement régional) peut contrôler avec précision la section chaude.
Le contrôle des cavités de retrait et de la porosité en moulage au sable repose fondamentalement sur la mise en place d'un environnement de solidification à trois niveaux lors des procédés de moulage : la construction de moules rigides, la mise en œuvre de fers de refroidissement de précision et le maintien d'une pression continue pour compenser le retrait. Seule une intégration poussée des techniques de formage du noyau aux caractéristiques structurelles des pièces moulées (telles que les cols coniques inversés des brides de corps de pompe et les fers de refroidissement adaptés aux canaux d'écoulement) permet de réduire le taux de défauts à moins de 0,5 %, répondant ainsi aux exigences de sécurité inhérentes aux pièces moulées sous pression.