Al diseñar un molde de cerda, es necesario combinar las propiedades termodinámicas de la fundición de metal, la vida útil del molde y los requisitos de calidad del lingote, y centrarse en los siguientes parámetros del proceso:
一. Tamaño de la cavidad y parámetros estructurales.
•Volumen y tamaño de la cavidad: Es necesario hacer coincidir el peso (generalmente de cientos a varias toneladas) y la forma (como rectángulo, trapezoide) del lingote objetivo para garantizar que la profundidad y el ancho de la cavidad coincidan con el volumen del metal fundido para evitar un lingoteo incompleto o derrochador debido a una desviación dimensional.
•Pendiente de la cavidad (pendiente de tiro): Para facilitar el desmolde, la pared lateral de la cavidad debe diseñarse con una cierta pendiente (normalmente 0,5°-2°). Una pendiente demasiado pequeña es propensa a que el molde se pegue, y una pendiente demasiado grande puede afectar la precisión dimensional del lingote.
•Procesamiento de filetes y bordes: el fondo y las esquinas de la cavidad deben redondearse (ángulo R) para reducir la concentración de tensiones y evitar grietas en el molde debido al choque térmico; al mismo tiempo, evite la contracción o el cierre en frío en las esquinas del lingote.
二. Parámetros térmicos y de refrigeración.
•Diseño del espesor de la pared: El espesor de la pared del molde debe calcularse en función del punto de fusión del metal fundido (como el aluminio aproximadamente 660 ℃, el cobre aproximadamente 1083 ℃) y la capacidad calorífica para garantizar que pueda resistir el choque térmico del metal fundido a alta temperatura y controlar la tasa de disipación de calor a través de un espesor de pared razonable (demasiado grueso se enfriará demasiado lentamente, demasiado delgado será fácil de deformar).
•Disposición del sistema de refrigeración: si se utiliza refrigeración forzada (como refrigeración por agua), es necesario diseñar la posición, el diámetro y el espacio del canal de refrigeración. El canal debe evitar el área de concentración de tensión de la cavidad y mantenerse a una distancia razonable de la superficie de la cavidad (generalmente ≥50 mm) para garantizar un enfriamiento uniforme del lingote y reducir defectos como cavidades de contracción y grietas.
•Compensación de expansión térmica: considerando la tasa de contracción por solidificación del metal fundido (como la tasa de contracción del aluminio es aproximadamente 1,3%-2%) y el coeficiente de expansión térmica del propio molde, reserve la compensación en el diseño del tamaño de la cavidad para evitar la desviación del tamaño del lingote o el bloqueo del molde.
三. Parámetros de llenado y flujo de líquido metálico.
•Diseño de compuerta y corredor: La posición de la compuerta debe evitar que el líquido metálico impacte directamente el fondo de la cavidad (para evitar salpicaduras y oxidación), y la sección transversal del corredor debe coincidir con el caudal de líquido metálico para garantizar una velocidad de llenado uniforme (generalmente controlada a 0,5-1,5 m/s) y reducir los rollos de escoria y los poros.
•Estructura de ventilación: Diseñe ranuras de ventilación (ancho 0,1-0,3 mm, profundidad 0,5-1 mm) en la parte superior o esquina de la cavidad para evitar la encapsulación de aire y los poros cuando se llena el líquido metálico, y evitar un llenado incompleto debido a la contrapresión del gas.
四. Parámetros de rendimiento mecánico.
•Resistencia y rigidez del molde: según el peso del lingote (como 500 kg-5 toneladas) y la presión estática del metal fundido (fórmula de cálculo: presión = densidad del metal fundido × altura × aceleración de la gravedad), seleccione el material apropiado (como acero fundido, hierro dúctil) y diseñe la estructura de nervaduras de refuerzo para evitar que el molde se deforme o agriete.
•Coincidencia del mecanismo de desmolde: si se utiliza un desmolde mecánico o hidráulico, es necesario reservar el espacio de instalación del dispositivo de desmolde (como el orificio eyector, la posición del cilindro hidráulico) para garantizar que la fuerza de desmoldeo (generalmente 1,5 a 2 veces el peso del lingote) actúe uniformemente en la parte inferior del lingote para evitar daños al lingote o al molde.
五. Parámetros de tratamiento de materiales y superficies.
•Resistencia a la fatiga térmica del material: Para el proceso cíclico de calentamiento repetido (como aluminio líquido a 660 ℃) y enfriamiento de metal fundido, seleccione materiales con conductividad térmica moderada (como conductividad térmica de acero fundido de aproximadamente 40-50 W/(m・K)) y alta resistencia a la fatiga térmica para reducir el agrietamiento térmico.
•Proceso de tratamiento de superficies: mejora la resistencia al desgaste de la superficie y el rendimiento antiadherente del aluminio mediante nitruración (dureza de hasta 50-60 HRC), granallado o recubrimiento (como recubrimiento cerámico), reduce la resistencia al desmoldeo y reduce la erosión y el desgaste de la superficie del molde por el metal fundido.
Estos parámetros deben optimizarse integralmente en combinación con las características de metales de fundición específicos (aluminio, cobre, zinc, etc.), la eficiencia de producción (como el número de piezas fundidas por hora) y los estándares de calidad (como los requisitos de detección de fallas internas para lingotes) y, en última instancia, lograr el objetivo de una larga vida útil del molde y una alta calidad de los lingotes.
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