En la fundición en arena, las cavidades y la porosidad por contracción son los defectos internos más comunes en las piezas fundidas. Estas cavidades suelen manifestarse como grandes cavidades irregulares en áreas gruesas o zonas de centro térmico de la pieza, caracterizadas por paredes rugosas y cristales dendríticos. La porosidad por contracción se presenta como grupos de poros finos y dispersos, que se presentan predominantemente a lo largo de los ejes de la pieza o en las uniones de espesor. Estos defectos comprometen gravemente las propiedades mecánicas y la hermeticidad, lo que puede provocar grietas y fallos prematuros. Como procesos fundamentales en el flujo de trabajo de la fundición, el diseño de moldes y las operaciones de fabricación de machos desempeñan un papel decisivo en la prevención de la porosidad y las cavidades por contracción. Este artículo describe sistemáticamente medidas eficaces para reducir su incidencia, centrándose en aspectos críticos de los procedimientos de fabricación de moldes.
I. Optimizar el diseño de la rigidez de la fundición y la presión de llenado.
1. Asegure la altura de la caja superior y mejore la presión estática del metal.
Una altura insuficiente de la caja superior reduce significativamente la presión de contracción del metal durante la etapa final de solidificación de las piezas fundidas, lo que reduce la capacidad de enfriamiento y aumenta la susceptibilidad a la porosidad o cavidades por contracción en las juntas térmicas. En el caso de bombas de acero fundido con estructura dividida horizontalmente (carcasa de bomba de caja dividida de acero fundido), se debe prestar especial atención al equilibrio de peso entre las cajas superior e inferior: Una caja superior de tamaño insuficiente agrava la presión de contracción insuficiente, causando cavidades por contracción concentradas en la parte superior de la brida de la bomba. El peso de la caja superior debe ser ≥1,5 veces la elevación hidráulica estática del metal fundido, con pesos adicionales cuando sea necesario. Las prácticas de producción deben prohibir estrictamente comprometer la altura de la caja superior para ahorrar arena o reducir los costos del molde. Para estructuras que requieren cajas superiores poco profundas, las soluciones de compensación deben incluir:
Utilice una funda elevadora aislante o una tubería elevadora calefactora para prolongar el tiempo de solidificación del líquido metálico en la tubería elevadora;
Utilice el recipiente de vertido para levantar o agregar continuamente líquido metálico a alta temperatura al tubo ascendente para mantener el canal de llenado suave y la presión de llenado.
2. Mejorar la rigidez general y la compacidad de la pieza fundida.
Una rigidez insuficiente del molde puede provocar la expansión de la cavidad durante el horneado del premoldeo o la presión estática del flujo de metal fundido, lo que resulta en una recarga de líquido inadecuada. Los cuerpos de bomba de carcasa partida requieren un refuerzo estructural mejorado debido a la complejidad de sus superficies de rodete y a la gran cantidad de núcleos.
El área gruesa de la brida del cuerpo de la bomba está moldeada localmente con materiales de alto almacenamiento de calor, como arena de cromita, para acelerar la solidificación y reducir la tendencia a la contracción y al aflojamiento;
El esqueleto de hierro frío (como una varilla de acero de Φ20 mm) está incrustado en el núcleo del canal de flujo para mejorar la rigidez del núcleo para evitar la flotación y acelerar la disipación de calor para evitar la aparición de microcontracción en el espesor de la pared del canal de flujo;
Aplique una fuerza de preapriete al perno de la superficie de separación después de cerrar la caja (≥0,2 MPa).
2、Diseño científico del sistema de bebedero y hierro frío
1. Fortalecer la solidificación secuencial y la contracción direccional.
Diseño especial de fundición: El cuerpo de la bomba, ubicado en la carcasa intermedia, presenta un tubo ascendente visible en la parte superior de las bridas de entrada/salida, con un diseño de cuello cónico invertido (más ancho en la parte superior y más estrecho en la inferior) para garantizar canales de compensación de contracción sin obstrucciones. Un tubo ascendente oculto se instala detrás del paso del impulsor, aprovechando la cavidad interna del núcleo de arena para ventilar el aire y evitar la contracción axial causada por la lenta disipación de calor en esta zona.
Aplicación innovadora de hierro frío: Implemente hierros fríos curvados conformados (aproximadamente 0,8 veces el espesor de pared) en la sección transversal variable de la voluta de la bomba. La separación entre los hierros fríos se reduce a 1,5 veces el espesor de pared, lo que permite un control preciso de los gradientes de enfriamiento locales. La separación entre los hierros fríos y la arena de moldeo se mantiene ≤0,5 mm para evitar la penetración de metal fundido que podría crear puentes térmicos que causan cavidades por contracción.
Sistema de vertido: Se recomienda el sistema de vertido abierto con inyección inferior para evitar la erosión excesiva de la cavidad por el metal fundido. La posición del canal de vertido interno debe favorecer la refrigeración adecuada de los puntos calientes, evitando así la formación de zonas calientes aisladas y porosidad por contracción.
2. Evitar las juntas térmicas y optimizar la estructura de las piezas fundidas/moldeadas.
Optimice la estructura de la pieza fundida mediante tolerancias y correcciones de procesamiento: evite cambios drásticos en el tamaño de la sección (diferencia excesiva de espesor de pared) y reduzca las juntas calientes aisladas. El diseño de transición se utiliza en la conexión entre piezas gruesas y delgadas.
Diseño adecuado de esquinas: Un radio (R) insuficiente en las esquinas cóncavas reduce la eficiencia del enfriamiento de la arena, retrasa la solidificación y aumenta la porosidad por contracción del aire. Un radio (R) excesivo puede crear zonas de choque térmico gruesas que provocan porosidad por contracción. El radio ideal de esquina debe ser aproximadamente un tercio del espesor de la pared adyacente.
Mantenimiento del molde/casa: Revise y repare periódicamente el molde/casa desgastado para garantizar que el espesor de la pared de la pieza fundida cumpla con los requisitos de diseño y evitar adelgazamiento local que obstaculice el canal de refundición.
III. Control estricto del rendimiento de la arena y del proceso de recubrimiento.
1. El rendimiento de la arena de moldeo es la base
• Permeabilidad al aire: Una permeabilidad al aire deficiente dificulta la descarga de vapor de agua y gas en el molde, y la presión del gas puede infiltrarse en el metal líquido no solidificado, agravando la tendencia a la contracción y formando defectos compuestos por contracción por gas. Es necesario realizar la detección y el ajuste con regularidad.
• Humedad y emisión de gases: Controle estrictamente la humedad de la arena para reducir la emisión de gases. Un exceso de humedad no solo reduce la resistencia y aumenta la emisión de gases, sino que también retrasa el enfriamiento local y provoca contracción y aflojamiento.
• Resistencia y estabilidad térmica: asegúrese de tener suficiente resistencia en húmedo/seco y estabilidad térmica para evitar que la pared del molde ceda demasiado pronto o se agriete, lo que destruirá el entorno para el enfriamiento complementario.
2. Optimización del proceso de recubrimiento
• Aplique un recubrimiento de enfriamiento rápido (por ejemplo, recubrimiento en polvo de zirconio) en áreas gruesas o nodos calientes para acelerar la solidificación del área.
Controle estrictamente la concentración y el espesor del recubrimiento para garantizar su uniformidad. Un recubrimiento demasiado grueso o irregular dañará el aislamiento térmico y afectará el gradiente de solidificación secuencial ideal.
IV. Enfoque en los detalles y el control del proceso de la operación de perforación de núcleos.
1. Conformación fina y fabricación de núcleos
• Estandarizar la operación de moldeo y recorte para evitar el cepillado excesivo con agua en áreas locales, lo que resulta en acumulación de humedad en la arena de moldeo y un enfriamiento desigual.
• Asegúrese de que el núcleo de arena esté completamente seco (especialmente en la cabeza del núcleo) y que los canales de ventilación (alambre de cera, aguja de ventilación) no tengan obstáculos para evitar que el gas del núcleo de arena interfiera con el proceso de solidificación y contracción del metal, lo que daría como resultado contracción suelta o agujeros de contracción de aire.
• Asegúrese de la posición y la estabilidad del núcleo de arena, evite espesores de pared desiguales causados por flotación o desplazamiento del núcleo y produzcan juntas calientes inesperadas.
2. Preparaciones para el sellado y vertido de cajas
• La caja está colocada con precisión para evitar la formación de juntas calientes causadas por engrosamiento local debido al tipo incorrecto.
• El vaso de vertido y el anillo elevador están colocados de forma estable y bien sellados.
• Para piezas fundidas grandes y complejas, se prefiere el moldeo de núcleos de arena de resina para mejorar la precisión y la rigidez generales de la pieza fundida.
V. Características de operación y coordinación con otros procesos
Puntos de funcionamiento especiales de la bomba de apertura media
• Posicionamiento de combinación de núcleo de arena: la placa de tarjeta de posicionamiento de impresión 3D se utiliza para ensamblar el grupo de núcleos del canal de flujo, y el espacio entre la cabeza del núcleo es inferior a 0,8 mm para evitar que la deriva del núcleo provoque un espesor de pared desigual y contracción térmica accidental y aflojamiento;
• Mantener la presión de cierre de la caja: comprimir el espesor de la tira de sellado en la superficie de separación al 80% del original, y utilizar la presión de cierre de la caja para compactar el sello, a fin de evitar que el levantamiento de la caja provoque la interrupción del llenado y la formación de orificios de contracción.
Intercambio de información en la fundición: Al ajustar con precisión las características del metal, el proceso de fundición puede proporcionar información en tiempo real sobre la composición del acero fundido (p. ej., contenido de C y Si) al molde. Dado que el acero con alto contenido de carbono presenta una mayor tendencia a la contracción, el diseño del molde requiere un mayor volumen de mazarota para compensar la contracción, junto con enfriadores adicionales para acelerar la solidificación en secciones de paredes gruesas y evitar la porosidad por contracción.
• Coordinación de caída de arena: el tiempo de aislamiento de más de 500 ℃ es más de 6 h (2-3 h para piezas convencionales), enfriamiento lento para liberar la tensión y evitar grietas derivadas en la zona de contracción.
epílogo
La práctica de controlar la contracción y los orificios de contracción en el cuerpo de la bomba de apertura media muestra que las fundiciones de estructuras complejas necesitan romper el diseño del tubo ascendente convencional (como el tubo ascendente oculto detrás del corredor), la clave para prevenir la contracción en áreas de paredes delgadas es fortalecer la rigidez del núcleo (esqueleto de hierro frío incorporado) y la estrategia de enfriamiento diferenciada (hierro frío curvado + revestimiento regional) puede controlar con precisión la sección caliente.
El control de las cavidades por contracción y la porosidad en la fundición en arena se basa fundamentalmente en el establecimiento de un entorno de solidificación triple mediante procesos de moldeo: la construcción de moldes rígidos, la implementación de enfriadores de precisión y el mantenimiento de una presión continua para compensar la contracción. Solo mediante una profunda integración de las técnicas de conformado de machos con las características estructurales de las piezas fundidas (como cuellos de tubería ascendentes cónicos invertidos en las bridas del cuerpo de la bomba y enfriadores adaptados al canal de flujo) se puede reducir la tasa de defectos por debajo del 0,5%, cumpliendo así con los requisitos de seguridad inherentes a las piezas fundidas sometidas a presión.