ZASTOSOWANIE MGŁY WODNEJ W PROCESIE ODLEWANIA KÓŁ SAMOCHODOWYCH

Transkrypt

1 75/22 Archives f Fundry, Year 2006, Vlume 6, 22 Archiwum Odlewnictwa, Rk 2006, Rcznik 6, Nr 22 PAN Katwice PL ISSN ZASTOSOWANIE MGŁY WODNEJ W PROCESIE ODLEWANIA KÓŁ SAMOCHODOWYCH R. WŁADYSIAK 1 Plitechnika Łódzka, Katedra Systemów Prdukcji, ul. Stefanwskieg 1/15, ŁÓDŹ, STRESZCZENIE W pracy przedstawin wyniki badań nad zastswaniem mgły wdnej d chłdzenia kkil w prcesie dlewania siluminwych kół samchdwych. Pkazan cykl pracy maszyny niskciśnieniwej pisany charakterystykami temperatury i ciśnienia w czasie. Przedstawin prównanie temperatury charakterystycznych punktów na przekrju kkili. Wykazan, że zastswanie mgły wdnej d chłdzenia kkil zwiększa efektywnść chłdzenia i skraca cykl wytwarzania dlewów kół samchdwych. Key wrds: lw pressure die casting, silumin, wheel, water mist 1. WSTĘP W budwie części maszyn craz większy udział znajdują siluminy. Zwiększa się ich zastswanie d wytwarzania dpwiedzialnych części silników samchdwych, elementów zawieszenia raz kół samchdwych. Celem przeprwadznych badań był pdwyższenie efektywnści dlewania raz sterwanie jakścią kół samchdwych wytwarzanych pd niskim ciśnieniem. Realizacja celu pracy plegała na zintensyfikwaniu prcesu chłdzenia kkili pdczas wytwarzania dlewów. Stswane becnie pwszechnie w świecie przez prducentów bręczy kół samchdwych chłdzenie ma charakter twarty i plega na wydmuchiwaniu strumienia sprężneg pwietrza na dpwiednie miejsca pwierzchni zewnętrznej kkili [1-3]. 1 dr inż., rwlady@p.ldz.pl

2 553 Przeprwadzne badania wykazały, że złżny kształt kół samchdwych raz intensywne chłdzenie kkil wdą pwdują braki z pwdu niedlewów raz pęknięć alufelg, jak również pwierzchni rbczych kkil. W związku z tym d chłdzenia kkil zastswan mieszaninę pwietrza z wdą (mgły wdnej). Ugólnine rzważania teg spsbu chłdzenia przedstawin w pracy [4]. Zastswan mgłę wdną regulwanym ciśnieniu i zawartści wdy, stanwiącą nwy w tej dziedzinie czynnik chłdzący. 2. METODYKA BADAŃ Badania przeprwadzn na maszynie typu LYNX - przemysłwym stanwisku dlewania kół samchdwych pd niskim ciśnieniem, które pkazan na rysunku 1. Zainstalwana na maszynie kkila badawcza składała się z 4 szczęk bcznych, dlneg i górneg rdzenia. Temperatura jej wstępneg pdgrzania zawierała się w zakresie C. Odlewy wytwarzan z siluminu AlSi7Mg rafinwaneg Ar raz mdyfikwaneg Ti, B i Sr. Rys. 1. Stanwisk dlewania niskciśnieniweg kół samchdwych. Fig. 1. Wrk statin f lw pressure casting prcess f car wheels. Wypełnianie wnęki kkili następwał pd wpływem ciśnienia 0,01 0,09 MPa wywieraneg na pwierzchnię ciekłeg metalu znajdująceg się w tyglu pieca pdgrzewczeg. Odlew krystalizwał pd ciśnieniem gazwym, a skurcz bjętściwy kmpenswany był ciekłym metalem z rury zalewwej. Chłdzenie kkili realizwane był za pmcą wielbwdwej instalacji pneumatycznej, której dysze umieszczn w przygtwanych twrach na zewnętrznej pwierzchni kkili. Termelementy zainstalwan w charakterystycznych 10-ciu

3 554 punktach kkili wybraneg d badań dlewu. Rzmieszczenie punktów pmiaru temperatury raz dysz chłdzących pkazan na rysunku 2. Termelementy G4 G3 G1 G2 D3 D2 D1 Dysze bwdw chldzenia Rys. 2. Schemat rzmieszczenia termelementów i bwdów chłdzenia. Fig. 2. Scheme f thermcuples and cling systems layut. Rys. 3. Autmatyczny intensyfikatr chłdzenia. Fig. 3. Autmatic cling serv. Prjekt systemu chłdzenia mieszaniną pwietrza i wdy pprzedzn badaniami wstępnymi mdelu funkcyjneg i zakńczn sknstruwaniem raz instalacją na

4 555 stanwisku dlewniczym rzeczywisteg urządzenia d wytwarzania mgły wdnej. Przedstawine na rysunku 3 urządzenie stanwi unwcześniną drugą wersję. Obwdy chłdzące zasilan sprężnym pwietrzem zmiennym ciśnieniu w zakresie 0,25 0,65 MPa raz wdą ciśnieniu zmienianym d 0,05 0,6 MPa. Rejestrację temperatury prwadzn z zastswaniem termelementów płaszczwych typu K raz rejestratra JUMO Lgscreen z autmatycznym zapisem 10-ciu kanałów pmiarwych w jednsekundwych dstępach czasu. 3. WYNIKI BADAŃ W pracy zbadan rzkład temperatury w wybranych punktach kkili dla następujących rdzajów chłdzenia: pwietrzem ciśnieniu 0,65MPa raz mieszaniną pwietrza ciśnieniu 0,35-0,55 MPa i wdy ciśnieniu dpwiedni 0,40-0,60 MPa. W dalszej części stswan następujące znaczenia mieszaniny: ciśnienie pwietrza / ciśnienie wdy np. 0,55/0,60. Przykładw na rysunku 4 przedstawin charakterystykę zmiany temperatury wybranych punktów 2 d 10 kkili chłdznej mgłą wdną parametrach 0,35/0,40 MPa (rys. 2) pdczas cyklu dlewania kła. Z przedstawinych danych wynika, że największą temperaturę kkili (538 C) zarejestrwan dla punktu 10 natmiast temperatura minimalna (162 C) wystąpiła w punkcie 3 w bszarze rzety. Pnadt z trzymanych charakterystyk wynika, że temperatura pszczególnych punktów zmienia się płynnie w szerkim zakresie wartści. W pczątkwym etapie zalewania następuje pwlny wzrst temperatury d wartści maksymalnej, natmiast w drugiej części cyklu wyraźnie widczne są miejsca zmieniającej się intensywnści stygnięcia badanych punktów kkili, dpwiadające włączaniu i wyłączaniu pszczególnych bwdów chłdzenia. Sterwanie cyklem pracy niskciśnieniwej maszyny dlewniczej plega na zmianach ciśnienia wywieraneg na lustr metalu w piecu pdgrzewczym, a tym samym w kkili w czasie cyklu dlewania. Charakter raz wartści zmian ciśnienia dla badanych rdzajów chłdzenia przedstawin na rysunku 5. Mżna na nim wydrębnić następujące etapy cyklu: I faza zalewania, pdczas której wzrst ciśnienia w zakresie 0 0,045 MPa pwduje spkjne wprwadzenie ciekłeg siluminu d rury zalewwej i wnęki kkili, II faza zalewania ze wzrstem ciśnienia w zakresie 0,045 0,09 MPa, pdczas któreg następuje kńcwe wypełnienie wnęki metalem i dpraswanie niwelujące skurcz bjętściwy dlewu, krzepnięcie dlewu pd stałym ciśnieniem 0,09 MPa, bniżenie ciśnienia w piecu pdgrzewczym, stygnięcie pd niskim ciśnieniem, które kńczy cykl.

5 t, C "10" "9" "5" "6" "4" "3" "7" "2" Start zalewania Otwarcie czas, s 400 Rys. 4. Temperatura kkili chłdznej mgłą wdną parametrach 0,35/0,40 MPa pdczas cyklu dlewania kła. Fig. 4. Temperature f die during casting cycle fr cling with 0,35/0,40 MPa parameters f water mist. Pw. + wda 0,35/0,40 MPa Pw. + wda 0,55/0,60 MPa Pw. + wda 0,45/0,50 MPa Pwietrze 0,65 MPa Rys. 5. Wpływ rdzaju chłdzenia na cykl pracy maszyny dlewniczej. Fig. 5. The effect f cling methd n casting machine wrk cycle.

6 557 Z danych przedstawinych na rysunku 5 wynika, że najkrótszy cykl - 190s trzyman dla chłdzenia mieszaniną pwietrza i wdy 0,35/0,40 MPa. Dla tych warunków na rysunku 6 przedstawin czas rzpczęcia chłdzenia i jeg trwania w bwdach D1 d G4 (rys. 2). Pierwsza jaśniejsza część słupków pisuje czas d startu cyklu d rzpczęcia chłdzenia, a druga czas trwania chłdzenia. W dlnej części wykresu pkazan również czas sterwania ciśnieniem w piecu pdgrzewczym maszyny ciśnieniwej dla w/w rdzajów chłdzenia. Z przedstawinych badań wynika, że czas chłdzenia mieszaniną pwietrza i mgły wdnej parametrach 0,35/0,40 MPa w pszczególnych bwdach zawiera się w zakresie 40-75s i jest krótszy w stsunku d chłdzenia pwietrzem. Przykładw, w bwdzie G3 czas chłdzenia skrócn z 115s dla pwietrza d 45s dla mieszaniny pwietrza i wdy: 0,35/0,40 MPa. Obwód G Obwód G3 Obwód G2 Obwód G1 Obwód D Obwód D Cykl czas, s 240 Rys. 6. Cykl chłdzenia mgłą wdną parametrach 0,35/0,40 MPa. Fig. 6. Cling cycle with 0,35/0,40 MPa parameters f water mist. Na rysunku 7 przedstawin prównanie całkwiteg czasu chłdzenia pwietrzem ciśnieniu 0,65 MPa raz badanych mieszanin pwietrza i mgły wdnej ciśnieniu d 0,35/0,40 MPa d 0,55/0,60 MPa. Wynika z nieg, że największe skrócenie czasu cyklu dlewania kkilweg kół siągnięt przy zastswaniu chłdzenia mieszaniną pwietrza i mgły wdnej ciśnieniu 0,35/0,40 MPa.

7 558 Czas cyklu maszyny, s s % 200s 80% 215s 86% 190s 76% 0 Pwietrze 0,65MPa Pw.+ wda 0,55/0,6MPa Pw.+ wda 0,45/0,5MPa Pw.+ wda 0,35/0,4MPa Rys. 7. Wpływ rdzaju chłdzenia na czas cyklu dlewania. Fig. 7. The effect f cling methd n the casting cycle. Celem sterwania bwdami chłdzenia jest minimalizwanie czasu dlewania raz uzyskanie dbrej jakści mikrstruktury dlewu kła pprzez realizację kierunkweg krzepnięcia dlewu d górnych bszarów krawędzi bręczy, pprzez jej płaszcz, bręcz dlną, szprychy, piastę i na wlewie kńcząc.z przedstawinych badań wynika, że zastswanie chłdzenia mgłą wdną kilkakrtnie skrócił czas chłdzenia bwdem G4, który jest umieszczny w pbliżu węzła cieplneg na płączeniu szprychy i bręczy raz skrócenie czasu bwdów G3, G2, G1. W stsunku d cyklu pracy maszyny, przy chłdzeniu kkili pwietrzem chłdzenie mgłą wdną spwdwał skrócenie czasu krzepnięcia i stygnięcia pd ciśnieniem 0,09 MPa i atmsferycznym, nie wpływając na długść etapów zalewania kkili siluminem. W rezultacie spwdwał t całkwite skrócenie cyklu kł 24%. Na rysunku 8 przedstawin prównanie zmiany temperatury w badanych punktach kkili i dlewu dla chłdzenia pwietrzem ciśnieniu 0,65 MPa i mgłą wdną parametrach: 0,45/0,50 MPa.

8 559 t, C t, C t, C t, C Rdzaj chldzenia: 0,65MPa pwietrze, 0,45/0,5MPa pw.+ wda Rys. 8. Zmiana temperatury kkili i dlewu dla chłdzenia pwietrzem 0,65 MPa i mgłą wdną: 0,45/0,5MPa. Fig. 8. Change f temperature f die and casting with cling 0,65 MPa air pressure and 0,45/0,5 MPa water mist. Wyniki prównania zmiany temperatury przedstawin w tabeli 1. Z przedstawinych badań wynika, że zastswanie mgły wdnej 0,45/0,50 MPa w prównaniu z chłdzeniem kkili pwietrzem pwduje: bniżenie minimalnej temperatury kkili d C, bniżenie maksymalnej temperatury kkili d C, wzrst zakresu bniżenia temperatury kkili C, c stanwi %.

9 560 Tabela 1. Wpływ rdzaju chłdzenia na temperaturę kkili Table 1. The influence f cling methd n the temperature f die Rdzaj chłdzenia t min, t max, t max cyklu, C Pwietrze 0,65 MPa t min1, t max1, t max1 437,6 536, ,6 532,4 91,8 481, ,7 446,3 506,2 59,9 401,2 545,4 144,2 471,2 574,4 103,2 Pw.+wda: 0,45/0,5 MPa t min2, t max2, t max2 119,2 381,6 262,4,3 338,6 238,3 264,9 431, ,9 477, ,8 197,8 232,3 519,5 287,2 t min1 - t min2, t max1 - t max2, ( t max2 - t max1 ) 318, ,4 340,3 193,8 146,5 216,4 103,1 113,3 43,4 28,8 15,1 126,2 72,6 53,6 238,9 54,9 184 [( t max2 - t max1 ) / t max1 ]*% 165% 159% 210% 25% 37% 178% Przeprwadzne badania ptwierdziły mżliwści zintensyfikwania prcesu kkilweg dlewania kół samchdwych z siluminów przez zastswanie mgły wdnej d chłdzenia kkil. 4. WNIOSKI Z wyknanych badań wynika, że chłdzenie kkili za pmcą mgły wdnej: - jest bardziej efektywne d chłdzenia tylk pwietrzem, - zwiększa mżliwść regulacji intensywnści chłdzenia pszczególnych bszarów kkili, zapewniając trzymanie dbrej jakści dlewu, - zapewnia największą efektywnść chłdzenia przy ciśnieniu 0,45 MPa pwietrza i 0,5 MPa wdy, - skraca cykl dlewania kkilweg pnad 20% i zmniejsza zużycia pwietrza.

10 561 LITERATURA [1] Górny Z.: Odlewanie kkilwe stpów metali nieżelaznych. WNT [2] Pietrwski S., Władysiak R.: Opracwanie i wdrżenie technlgiczneg systemu wdneg chłdzenia kkil w prcesie dlewania kół samchdwych ze stpów aluminium. Prjekt Celwy nr 6T C/ [3] Pietrwski S., Władysiak R.: Analiza prcesu dlewania pd niskim ciśnieniem kół samchdwych ze stpów Al-Si. Archiwum Odlewnictwa, PAN Katwice, 2006, nr 20 [4] Liu G. W., Mrsi S. Y., Claytn B. R.: Characterisatin f the spray cling heat transfer invlved in a high pressure die casting prcess. Internatinal Jurnal f Thermal Science, (2000) 39, Praca wyknana w ramach realizacji prjektu celweg Nr 6T C/06487 SUMMARY IMPLEMENTATION OF WATER MIST IN CAR WHEELS CASTING PROCESS The cling prcess f car wheel s casting using the water and air mixture as a cling factr the die was presented in the paper. It was shwn the wrk cycle f lwpressure machine which was described with the time temperature and time - pressure characteristics. It was presented here the cmparisns f characteristic pints f the temperature, the cycle time and the turn s rder f die s cling sectins. It was prved that using f water spray fr dies cling increases the cling effectiveness and quality f car wheel castings. Recenzwał Prf. Jerzy Sbczak