Welke procesparameters moeten in overweging worden genomen bij het ontwerpen van een matrijs voor zeugen en een aluminium ingots-matrijs?

Bij het ontwerpen van een gietvorm is het noodzakelijk om de thermodynamische eigenschappen van metaalgieten, de levensduur van de vorm en de kwaliteitsvereisten van de ingot te combineren, en te focussen op de volgende procesparameters:

I. Holteafmetingen en structurele parameters
• Holtevolume en -afmetingen: Het is noodzakelijk om het gewicht (meestal honderden tot enkele tonnen) en de vorm (zoals rechthoek, trapezium) van de doel-ingot aan te passen om ervoor te zorgen dat de diepte en breedte van de holte overeenkomen met het volume van het gesmolten metaal om onvolledige of verspillende ingotvorming te voorkomen als gevolg van dimensionale afwijkingen.

• Holtehelling (lossingshoek): Om het ontvormen te vergemakkelijken, moet de zijwand van de holte worden ontworpen met een bepaalde helling (meestal 0,5°-2°). Een te kleine helling is gevoelig voor het vastplakken van de vorm, en een te grote helling kan de dimensionale nauwkeurigheid van de ingot beïnvloeden.

• Afronding en randafwerking: De bodem en hoeken van de holte moeten worden afgerond (R-hoek) om spanningsconcentratie te verminderen en scheuren in de vorm als gevolg van thermische schokken te voorkomen; tegelijkertijd voorkomen dat krimp of koude naden in de hoeken van de ingot ontstaan.

II. Thermische en koelingsparameters

• Wanddikteontwerp: De wanddikte van de vorm moet worden berekend op basis van het smeltpunt van het gietmetaal (zoals aluminium ongeveer 660°C, koper ongeveer 1083°C) en de warmtecapaciteit om ervoor te zorgen dat deze de thermische schok van gesmolten metaal op hoge temperatuur kan weerstaan en de warmteafvoersnelheid kan regelen door een redelijke wanddikte (te dik koelt te langzaam, te dun is gemakkelijk te vervormen).

• Koelsysteemindeling: Indien geforceerde koeling (zoals waterkoeling) wordt gebruikt, moeten de positie, diameter en afstand van het koelkanaal worden ontworpen. Het kanaal moet het spanningsconcentratiegebied van de holte vermijden en een redelijke afstand tot het holteoppervlak houden (meestal ≥50 mm) om een uniforme koeling van de ingot te garanderen en defecten zoals krimp-holtes en scheuren te verminderen.

• Thermische uitzettingscompensatie: Rekening houdend met de stollingskrimping van het gesmolten metaal (zoals de krimpingssnelheid van aluminium ongeveer 1,3%-2%) en de thermische uitzettingscoëfficiënt van de vorm zelf, moet compensatie worden gereserveerd in het holteafmetingenontwerp om afwijkingen in de ingotafmetingen of het vastlopen van de vorm te voorkomen.

III. Vloeistofstroming en vulparameters van metaal

• Poort- en kanaalontwerp: De positie van de poort moet vermijden dat het gesmolten metaal direct op de bodem van de holte inslaat (om spatten en oxidatie te voorkomen), en de dwarsdoorsnede van het kanaal moet overeenkomen met de stroomsnelheid van het gesmolten metaal om een uniforme vulnelheid te garanderen (over het algemeen gecontroleerd op 0,5-1,5 m/s) en slakrollen en poriën te verminderen.

• Ontluchtingsstructuur: Ontwerp ontluchtingsgroeven (breedte 0,1-0,3 mm, diepte 0,5-1 mm) aan de bovenkant of hoek van de holte om luchtinsluiting en poriën te voorkomen wanneer het gesmolten metaal wordt gevuld, en om onvolledige vulling als gevolg van gas tegendruk te voorkomen.

IV. Mechanische prestatieparameters

• Vormsterkte en stijfheid: Afhankelijk van het gewicht van de ingot (zoals 500 kg - 5 ton) en de statische druk van het gesmolten metaal (formule: druk = dichtheid gesmolten metaal × hoogte × zwaartekrachtversnelling), selecteer het geschikte materiaal (zoals gietstaal, nodulair gietijzer) en ontwerp de verstevigingsribstructuur om vervorming of scheuren van de vorm te voorkomen.

• Matrijzenontvormingsmechanisme afstemming: Indien mechanisch of hydraulisch ontvormen wordt gebruikt, is het noodzakelijk om de installatieruimte van het ontvormingsapparaat te reserveren (zoals de uitwerpergat, de positie van de hydraulische cilinder) om ervoor te zorgen dat de ontvormingskracht (meestal 1,5-2 keer het gewicht van de ingot) gelijkmatig op de bodem van de ingot wordt uitgeoefend om schade aan de ingot of vorm te voorkomen.

V. Materiaal- en oppervlaktebehandelingsparameters

• Thermische vermoeiingsweerstand van materiaal: Voor het cyclische proces van herhaaldelijk verwarmen (zoals aluminiumvloeistof 660°C) en koelen van gesmolten metaal, selecteer materialen met matige thermische geleidbaarheid (zoals gietstaal thermische geleidbaarheid van ongeveer 40-50 W/(m·K)) en hoge thermische vermoeiingssterkte om thermische scheurvorming te verminderen.

• Oppervlaktebehandelingsproces: Verbeter de slijtvastheid van het oppervlak en de anti-kleefprestaties van aluminium door vernikkelen (hardheid tot 50-60HRC), shot peening of coating (zoals keramische coating), verminder de ontvormingsweerstand en verminder de erosie en slijtage van het vormoppervlak door gesmolten metaal.

Deze parameters moeten uitgebreid worden geoptimaliseerd in combinatie met de kenmerken van specifieke gietmetalen (aluminium, koper, zink, enz.), productie-efficiëntie (zoals het aantal gietsels per uur) en kwaliteitsnormen (zoals interne defectdetectievereisten voor ingots), en uiteindelijk het doel bereiken van een lange levensduur van de vorm en hoge ingotkwaliteit.

E-mail: cast@ebcastings.com