Quali parametri di processo dovrebbero essere considerati nella progettazione di stampi per lingotti di alluminio e stampi per colata di suini?

Quando si progetta uno stampo per lingotti, è necessario combinare le proprietà termodinamiche della colata di metallo, la durata dello stampo e i requisiti di qualità del lingotto, concentrandosi sui seguenti parametri di processo:

I. Dimensioni della cavità e parametri strutturali
Volume e dimensioni della cavità: È necessario adattare il peso (solitamente centinaia a diverse tonnellate) e la forma (ad esempio, rettangolo, trapezio) del lingotto target per garantire che la profondità e la larghezza della cavità corrispondano al volume del metallo fuso per evitare una formatura incompleta o dispendiosa del lingotto a causa di deviazioni dimensionali.

Angolo di sformo della cavità: Per facilitare lo sformo, la parete laterale della cavità deve essere progettata con una certa pendenza (solitamente 0,5°-2°). Una pendenza troppo piccola è incline all'adesione allo stampo, mentre una pendenza troppo grande può influire sull'accuratezza dimensionale del lingotto.

Raccordi e lavorazione dei bordi: Il fondo e gli angoli della cavità devono essere arrotondati (angolo R) per ridurre la concentrazione di stress ed evitare crepe nello stampo dovute a shock termico; allo stesso tempo, prevenire il ritiro o la cricca a freddo negli angoli del lingotto.

II. Parametri termici e di raffreddamento

Progettazione dello spessore della parete: Lo spessore della parete dello stampo deve essere calcolato in base al punto di fusione del metallo di fusione (ad esempio, alluminio circa 660°C, rame circa 1083°C) e alla capacità termica per garantire che possa resistere allo shock termico del metallo fuso ad alta temperatura e controllare la velocità di dissipazione del calore attraverso uno spessore della parete ragionevole (troppo spesso raffredderà troppo lentamente, troppo sottile si deformerà facilmente).

Layout del sistema di raffreddamento: Se si utilizza il raffreddamento forzato (ad esempio, raffreddamento ad acqua), è necessario progettare la posizione, il diametro e la spaziatura del canale di raffreddamento. Il canale deve evitare l'area di concentrazione dello stress della cavità e mantenere una distanza ragionevole dalla superficie della cavità (solitamente ≥50 mm) per garantire un raffreddamento uniforme del lingotto e ridurre difetti come cavità di ritiro e crepe.

Compensazione dell'espansione termica: Considerando il tasso di ritiro per solidificazione del metallo fuso (ad esempio, il tasso di ritiro dell'alluminio è circa 1,3%-2%) e il coefficiente di espansione termica dello stampo stesso, riservare una compensazione nella progettazione delle dimensioni della cavità per evitare deviazioni dimensionali del lingotto o blocco dello stampo.

III. Parametri di flusso e riempimento del liquido metallico

Progettazione di canale di colata e materozza: La posizione del canale di colata dovrebbe evitare l'impatto diretto del liquido metallico sul fondo della cavità (per prevenire schizzi e ossidazione), e la sezione trasversale della materozza dovrebbe corrispondere alla portata del liquido metallico per garantire una velocità di riempimento uniforme (generalmente controllata a 0,5-1,5 m/s) e ridurre scorie e pori.

Struttura di sfiato: Progettare scanalature di sfiato (larghezza 0,1-0,3 mm, profondità 0,5-1 mm) nella parte superiore o negli angoli della cavità per evitare intrappolamento d'aria e pori quando il liquido metallico viene riempito, e prevenire il riempimento incompleto dovuto alla contropressione del gas.

IV. Parametri di prestazione meccanica

Resistenza e rigidità dello stampo: In base al peso del lingotto (ad esempio, 500 kg-5 tonnellate) e alla pressione statica del metallo fuso (formula di calcolo: pressione = densità metallo fuso × altezza × accelerazione di gravità), selezionare il materiale appropriato (ad esempio, acciaio fuso, ghisa sferoidale) e progettare la struttura delle nervature di rinforzo per prevenire la deformazione o la fessurazione dello stampo.

Corrispondenza del meccanismo di sformo: Se si utilizza lo sformo meccanico o idraulico, è necessario riservare lo spazio di installazione del dispositivo di sformo (ad esempio, il foro di espulsione, la posizione del cilindro idraulico) per garantire che la forza di sformo (solitamente 1,5-2 volte il peso del lingotto) agisca uniformemente sul fondo del lingotto per evitare danni al lingotto o allo stampo.

V. Parametri di materiale e trattamento superficiale

Resistenza alla fatica termica del materiale: Per il processo ciclico di riscaldamento (ad esempio, liquido di alluminio 660°C) e raffreddamento ripetuti del metallo fuso, selezionare materiali con conducibilità termica moderata (ad esempio, conducibilità termica dell'acciaio fuso di circa 40-50 W/(m·K)) e alta resistenza alla fatica termica per ridurre le crepe termiche.

Processo di trattamento superficiale: Migliorare la resistenza all'usura superficiale e le prestazioni antiaderenti all'alluminio tramite nitrurazione (durezza fino a 50-60HRC), pallinatura o rivestimento (ad esempio, rivestimento ceramico), ridurre la resistenza allo sformo e diminuire l'erosione e l'usura della superficie dello stampo da parte del metallo fuso.

Questi parametri devono essere ottimizzati in modo completo in combinazione con le caratteristiche dei metalli di fusione specifici (alluminio, rame, zinco, ecc.), l'efficienza di produzione (ad esempio, il numero di getti all'ora) e gli standard di qualità (ad esempio, i requisiti di ispezione dei difetti interni per i lingotti), e infine raggiungere l'obiettivo di una lunga durata dello stampo e di un'alta qualità del lingotto.

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