Керамический пенофильтр для литья (CFF)

17 марта Керамический пенофильтр для литья (CFF)

Керамический пенофильтр для литья
Общее описание керамических пенопластовых фильтров
В последние годы керамические фильтрующие пены были разработаны в качестве нового типа фильтров для расплавленного металла с целью снижения количества дефектов литья; они играют важную роль в литейной промышленности, где используются для удаления примесей из расплавленного металла с целью повышения качества и эксплуатационных характеристик конечного продукта.
Даже малейшие неметаллические примеси в расплавленном металле могут оказать разрушительное воздействие на эксплуатационные характеристики и прочность готовых металлических изделий. Это может привести к тому, что конечная продукция не будет соответствовать необходимым стандартам качества; керамические фильтры играют важнейшую роль в удалении этих примесей и обеспечении высокого качества литья.

Применение керамических пенопластовых фильтров
1. Провели обеззараживание расплавленного металла.
2. Упрощённая система управления затворами.
3. Улучшить металлургическую структуру отливок.
4. Снизить количество шлаковых включений в отливках.
5. Повысить показатель качества литья.
6. Снизить количество дефектов, связанных с повторным окислением внутри отливки.
7. Уменьшить количество дефектов поверхности после механической обработки отливок.

Преимущества керамических пенопластовых фильтров
1. Высокая прочность без содержания сыпучих керамических частиц или порошка.
2. Трехмерная сплошная сетчатая структура и высокая пористость.
3. Большая площадь поверхности для сбора шлака, большая внутренняя фильтрующая площадь.
4. Превосходная термоударная стойкость.
5. Доступны различные размеры, формы и размеры пор.
6. Частицы, размер которых превышает размер пор, задерживаются в верхней части керамического пенофильтра.
7. Более мелкие частицы задерживаются на фильтрационном осадке, образованном более крупными частицами.
8. Более мелкие частицы задерживаются в порах фильтра.

Керамический пенопластовый фильтр «Dimension»
660 × 660 × 50 (26 дюймов)
584 × 584 × 50 (23 дюйма)
508 × 508 × 50 (20 дюймов)
432 × 432 × 50 (17 дюймов)
381 × 381 × 50 (15 дюймов)
305 × 305 × 50 (12 дюймов)
228 × 228 × 50 (9 дюймов)
178×178×50 (7 дюймов)
Керамический пенофильтр. Размер пор (PPI):10/20/30/40/50/60

Набор керамических пенопластовых фильтров
Каждый фильтр упаковывается в отдельную картонную коробку, а затем укладывается в большую картонную коробку или фанерный ящик в зависимости от размера.
Для получения подробной информации о пакетах услуг, пожалуйста, обратитесь в наш отдел продаж.

Подробнее: Как изготовить керамический пенофильтр?

Что такое керамический пенофильтр и зачем он нужен при работе с расплавленным металлом?

Керамический пенофильтр представляет собой пористую трехмерную керамическую структуру, изготавливаемую путем нанесения керамической суспензии на каркас из полиуретановой пены, а затем обжига изделия при высокой температуре, в ходе которого органическая пена сгорает, а керамика спекается в жесткий сетчатый каркас. В результате получается лёгкий блок, испещрённый взаимосвязанными порами, которые заставляют жидкий металл двигаться по извилистому пути, а не по прямой линии.

Мы уже много раз объясняли это руководителям заводов: расплавленный металл, будь то алюминий A356 или высокопрочное чугун, содержит взвешенные частицы. К ним относятся оксидные пленки, шлак, частицы осколков огнеупорных материалов, песчинки, отрывающиеся во время разливки, а также интерметаллические соединения. Если эти примеси попадают в форму, они становятся причиной образования упрочнённых участков, путей утечки или очагов растрескивания в готовой детали. Механические цеха, работающие на последующих этапах производства, отбракуют детали с такими дефектами, а гарантийные ремонты конструкционных или герметичных компонентов могут обойтись гораздо дороже, чем сама отливка.

Фильтр работает за счет трех отдельных механизмов, действующих одновременно. Во-первых, механическая фильтрация физически задерживает частицы, размер которых превышает размер пор. Во-вторых, извилистая внутренняя геометрия приводит к переходу турбулентного потока в ламинарный, что позволяет более мелким частицам оседать под действием силы тяжести или прилипать к керамическим стенкам (явление, которое инженеры-литейщики называют “глубинной фильтрацией”). В-третьих, сама керамическая поверхность обладает химической аффинностью к оксидным пленкам, в результате чего они прилипают к стенкам пор, а не проходят вместе с потоком металла.

Мы наблюдали за этим процессом на производственных площадках с помощью высокоскоростных камер, и эффект сглаживания потока зачастую оказывает большее влияние на качество конечного отливка, чем сам по себе эффект фильтрации. Турбулентный поток металла, поступающий в форму, увлекает за собой воздух и мгновенно образует новые оксидные пленки; фильтр, сглаживающий поток, предотвращает образование этого вторичного загрязнения.

Из каких материалов изготавливаются керамические пенные фильтры и какой из них подходит для вашего сплава?

ТРИ МЕХАНИЗМА ФИЛЬТРАЦИИ В КЕРАМИЧЕСКИХ ПЕННЫХ ФИЛЬТРАХ

Не всякая керамика подходит для любого металла. Химическая совместимость фильтрующего материала и расплавленного сплава определяет, сможет ли фильтр выдержать процесс разливки, не растворившись, не растрескавшись и не загрязнив расплав собственными частицами.

У нас были клиенты, которые пытались сэкономить, используя фильтр из оксида алюминия для литья из серого чугуна, поскольку он обходился дешевле за штуку, чем фильтр из карбида кремния. В результате фильтр растворился прямо во время разливки, что привело к загрязнению всей партии и обошлось примерно в сорок раз дороже, чем стоил бы правильный фильтр. На выборе материала не стоит экономить, и любой уважающий себя поставщик скажет вам об этом сразу, а не будет просто продавать вам то, что есть на складе.

Фильтры из диоксида циркония заслуживают особого упоминания, поскольку за последние пятнадцать лет они стали стандартным выбором для предприятий по литью стали. Температура разливки стали (обычно 1550–1650 °C) создает огромную термическую нагрузку на керамические конструкции, а превосходная термоударная стойкость циркония предотвращает растрескивание, которое было характерно для более ранних стальных фильтров на основе оксида алюминия.

Сколько существует вариантов плотности пор и как выбрать подходящий?

Плотность пор, измеряемая в количестве пор на линейный дюйм (PPI), пожалуй, является самым непонятым техническим параметром при выборе фильтров из керамической пены. Каждую неделю к нам обращаются специалисты по закупкам, которые заказали фильтры с неправильным показателем PPI просто потому, что никто не объяснил им взаимосвязь между степенью очистки и пропускной способностью.

Выбор слишком мелкой сетки (PPI) для крупных сечений отливки приводит к преждевременному забиванию фильтра, а металл может застыть внутри литниковой системы до полного заполнения формы. Мы были свидетелями случаев, когда это приводило к полному срыву заливки крупных чугунных отливок, когда неопытный закупщик указал сетку 50 PPI для детали, которой требовалась сетка 20 PPI.

Контрастность фильтрующей пены 10–60 PPI

И наоборот, выбор слишком крупного шага решетки (PPI) для тонкостенной прецизионной детали приводит к тому, что мелкие включения проходят незамеченными, в результате чего отливка не проходит рентгеновский контроль или испытание под давлением на последующих этапах. Наше общее правило, выработанное в ходе многолетних пробных запусков совместно с заказчиками, заключается в том, что PPI следует подбирать с учётом как самого тонкого участка стенки отливки, так и общей массы отливки в совокупности, а не отдельно по каждому из этих факторов.

Как размер фильтра влияет на вес налива?

Площадь поверхности фильтра должна зависеть от общего объема металла, проходящего через него, а не только от плотности пор. Фильтр, размер которого правильно подобран с учетом степени очистки, но площадь поверхности которого слишком мала, будет забиваться независимо от показателя PPI.

При переходе на новую геометрию детали мы всегда рекомендуем проводить пробную заливку, а не полагаться исключительно на таблицу, поскольку конструкция литниковой системы и скорость заливки влияют на фактическую нагрузку на фильтр.

Какие формы доступны и где используется каждая из них?

Керамические пенофильтры могут иметь различную геометрию. Литейные предприятия выбирают форму с учетом конструкции литниковой системы и способа встраивания фильтра в форму или фильтрующий отпечаток.

Квадратные фильтры остаются наиболее широко используемой формой, поскольку они подходят к стандартным полостям для литья фильтров, применяемым во всей отрасли песчаного литья. Большинство алюминиевых литейных заводов, производящих автомобильные детали в больших объемах, по умолчанию используют квадратные фильтры просто из-за стандартизации инструментов.

Круглые фильтры чаще встречаются в литье под действием силы тяжести и в некоторых видах литья по выплавляемым моделям, где система литников по конструкции имеет круглую форму. Они также широко используются на литейных заводах по производству высокопрочного чугуна с применением вертикальных литников.

Прямоугольные фильтры указываются в тех случаях, когда система литниковых каналов имеет широкое и неглубокое поперечное сечение, что часто встречается в крупных плоских отливках, таких как блоки цилиндров или корпуса коробки передач, где металл должен распределиться по широкому литнику перед поступлением в форму.

Фильтрующие узлы в корпусе, в которых два или более фильтра объединены в единый узел, позволяют обрабатывать чрезвычайно большие объемы литья в крупных стальных или чугунных отливках, распределяя поток по более широкой фильтрующей поверхности без необходимости перепроектирования всей литниковой системы.

Чем керамические пенные фильтры отличаются от других технологий фильтрации?

У литейных предприятий есть несколько вариантов фильтрации, и мы считаем, что стоит честно признать, в каких случаях керамические пенофильтры действительно превосходят альтернативные решения, а в каких — нет.

Экструдированные керамические фильтры, которые иногда называют сотовыми фильтрами, стоят дешевле, но имеют прямые каналы вместо извилистой пенной структуры. Это означает, что они почти полностью полагаются на механическую фильтрацию и не обеспечивают преимуществ глубокой фильтрации. Как правило, мы не рекомендуем клиентам использовать такие фильтры, за исключением случаев, когда бюджетные ограничения очень серьезны, а критичность детали невысока.

Фильтры из стекловолоконной ткани задерживают крупные частицы, но не справляются с оксидными пленками или мелкими включениями, а в некоторых случаях могут выделять стекловолокна в расплав. Мы редко рекомендуем их использовать для чего-либо, кроме некритичных декоративных отливок.

Какие производственные стандарты и технические условия следует проверить перед покупкой?

Мы заметили, что отделы закупок зачастую уделяют внимание исключительно цене за единицу и упускают из виду проверку качества изготовления, что впоследствии приводит к проблемам. При оценке поставщика некоторые технические характеристики имеют большее значение, чем другие.

Прочность на сжатие определяет, выдержит ли фильтр манипуляции, установку в фильтрующий блок и гидростатическое давление металлической головки во время разливки. Приемлемые в отрасли диапазоны обычно составляют от 0,8 МПа до 2,5 МПа в зависимости от материала фильтра и плотности сетки (PPI), причем фильтры с более мелкой сеткой, как правило, требуют более высокой прочности на сжатие, чтобы избежать деформации.

Устойчивость к термическим ударам Это имеет значение, поскольку при контакте с металлом температура фильтра за считанные секунды поднимается от комнатной до более 700 °C (алюминий) или более 1500 °C (железо/сталь). Фильтр с низкой термоударной стойкостью расколется при контакте, в результате чего осколки керамики попадут прямо в отливку, что, пожалуй, хуже, чем отсутствие фильтра вообще.

Допуски на размеры от этого зависит, правильно ли фильтр устанавливается в корпус фильтра, без зазоров, через которые нефильтрованный металл может полностью обойти фильтр. Мы запрашиваем у поставщиков данные о допусках в письменном виде и, как правило, ожидаем, что для стандартных размеров они будут составлять +/- 0,5 мм.

Равномерность пористости Равномерное распределение потока по всей поверхности фильтра предотвращает образование локальных каналов с высоким расходом, которые снижают общую эффективность фильтрации. Авторитетные производители проводят партийные испытания и по запросу могут предоставить сертификаты испытаний; если поставщик не может предоставить эту документацию, мы рассматриваем это как тревожный сигнал.

Как следует устанавливать и обращаться с керамическими пенофильтрами в литейном цехе?

Мы провели достаточно времени на производственных площадках, чтобы понять: даже идеально изготовленный фильтр выйдет из строя, если с ним неправильно обращаться. Несколько ключевых подходов отличают литейные предприятия, добивающиеся стабильных результатов, от тех, которые сталкиваются с необъяснимыми показателями брака.

В большинстве технологических процессов, особенно при литье чугуна и стали, фильтры необходимо предварительно нагревать перед контактом с металлом. Холодный фильтр поглощает тепло от первоначального потока металла, что может привести к локальному застыванию непосредственно на поверхности фильтра и ограничить поток на оставшейся части заливки. Предварительный нагрев до температуры в диапазоне от 150 °C до 300 °C (в зависимости от сплава и материала фильтра) позволяет избежать этой проблемы, связанной с термическим шоком, и обеспечивает термическую стабильность фильтра до поступления основной массы металла.

Фильтр должен полностью укладываться в полость формы для фильтра без зазоров по краям. Мы установили, что множество жалоб клиентов на брак связано с тем, что фильтр слегка сместился при сборке формы, в результате чего по одному из краев образовался обходной канал, через который нефильтрованный металл проникал напрямую. Некоторые литейные предприятия теперь используют тонкую прокладку из керамического волокна по периметру фильтра, чтобы обеспечить полную герметичность.

Условия хранения перед использованием имеют большее значение, чем принято считать. Керамические пенопластовые фильтры со временем впитывают влагу из окружающей среды, и при заливке металла на влажный фильтр внутри его пористой структуры происходит паровой взрыв, который может привести к растрескиванию фильтра или, что ещё хуже, к сильному разбрызгиванию металла. Мы рекомендуем хранить фильтры в сухом помещении с контролируемым микроклиматом и проводить цикл низкотемпературной прокачки, если фильтры хранились в течение длительного времени или в условиях повышенной влажности.

Важное значение имеет также контроль скорости разливки. Слишком быстрая разливка превышает пропускную способность фильтра и вызывает турбулентный перелив вокруг отпечатка фильтра, что полностью сводит на нет смысл фильтрации. Слишком медленная разливка приводит к охлаждению и частичному замерзанию металлической передней части фильтра, что ограничивает поток на оставшейся части процесса разливки. Литейные цеха, обеспечивающие стабильную скорость разливки благодаря квалифицированным операторам или автоматизированным системам разливки, демонстрируют заметно более высокую эффективность фильтра по сравнению с цехами, где разливка осуществляется вручную с переменной скоростью.

Сертификат качества керамического пенопластового фильтра AdTech

Какие проблемы возникают чаще всего и как их диагностировать?

Каждый литейный завод, с которым мы работали, рано или поздно сталкивается с одной из этих проблем. Своевременное выявление симптомов позволяет избежать брака партий.

Мы размещаем эту таблицу в отделах контроля качества нескольких наших клиентов, поскольку эти семь проблем охватывают примерно 90% жалоб, связанных с фильтрами, которые мы получаем в течение года.

Как оценить и выбрать поставщика керамических пенофильтров?

Именно здесь пригодится наш опыт в сфере закупок, поскольку решения о покупке данного продукта часто оказываются ошибочными по причинам, не имеющим никакого отношения к самому фильтру.

Мы рекомендуем покупателям запрашивать у поставщиков сертификат анализа на каждую партию, а не только на первый пробный заказ. При производстве керамики на основе пены естественны отклонения между партиями, и поставщик, уверенный в качестве своего процесса, предоставит этот документ без колебаний. Если поставщик уклоняется от ответа или затягивает с предоставлением документации, на это стоит обратить внимание.

В большинстве случаев стабильность сроков поставки имеет большее значение, чем заявленная цена. Фильтр, который стоит на 10% дешевле, но поставляется с двухнедельной задержкой в период наращивания объемов производства, обходится гораздо дороже из-за простоев, чем позволяет сэкономить на стоимости единицы продукции. Мы не раз были свидетелями того, как покупатели гнались за самой низкой ценой в предложении, а затем впадали в панику, когда фактические показатели поставки поставщика не соответствовали обещаниям отдела продаж.

Минимальные объемы заказа значительно различаются у разных производителей, что сказывается на объеме оборотного капитала, связанного в запасах. Небольшим литейным цехам, работающим по индивидуальным заказам, следует искать поставщиков, готовых работать с меньшими минимальными объемами заказа даже при небольшой надбавке к цене, вместо того чтобы создавать избыточные запасы фильтров одного размера, который может измениться при следующей модификации инструмента.

Наличие технической поддержки отличает обычных поставщиков от настоящих партнеров. Когда у нас возникали необычные дефекты литья, которые, возможно, были связаны с фильтрацией, именно те поставщики, которые направляли инженера для проверки технологического процесса (а не просто отправляли замену), являются теми, с кем стоит строить долгосрочные отношения.

Как выглядит структура затрат на керамические пенофильтры и какова реальная окупаемость инвестиций?

Цены на керамические пенофильтры варьируются в зависимости от материала, размера и плотности (PPI), однако мы можем предложить ориентировочные диапазоны цен с учетом текущей рыночной конъюнктуры в различных регионах, из которых мы осуществляем закупки.

Эти показатели варьируются в зависимости от стоимости сырья (в частности, цен на цирконий и карбид кремния) и объема заказов, но служат ориентиром при составлении бюджета.

Расчет рентабельности инвестиций (ROI), который мы проводим вместе с клиентами, ориентирован на сокращение брака, а не только на стоимость фильтров. Если литейное производство выпускает 1 000 отливок в месяц по средней цене $50 за штуку, а фильтрация снижает долю брака с 8% до 3%, это означает уменьшение количества бракованных отливок на 50 штук в месяц, что составляет $2 500. На фоне увеличения затрат на фильтры, возможно, на $500–800 в месяц в связи с модернизацией для корректировки PPI или материала, окупаемость наступает мгновенно и повторяется каждый последующий месяц. Мы проводили именно такие расчёты для клиентов, переходящих с тканевых фильтров на правильно подобранные фильтры из керамической пены, и цифры неизменно оправдывают такой переход уже в течение первого месяца производства.

Часто задаваемые вопросы

1. Можно ли повторно использовать керамический пенофильтр после одного цикла литья?
Нет. Керамические пенофильтры являются расходными материалами одноразового использования. Структура пор забивается захваченными включениями уже при первой заливке, и попытка повторного использования либо приведет к значительному ограничению пропускной способности, либо вызовет попадание ранее уловленных примесей обратно в новый расплав.

2. По какой причине керамический пенопластовый фильтр трескается во время заливки?
Основной причиной является термический шок, который обычно возникает в результате контакта непредварительно нагретого фильтра с расплавленным металлом, находящимся на максимальной температуре разливки. Свою роль также играют несоответствие материалов (использование оксида алюминия в условиях, требующих более высокой термоударной стойкости) и механические повреждения, полученные при манипуляциях с фильтром до его установки.

3. Как долго можно хранить керамические пенопластовые фильтры до использования?
Большинство производителей указывают срок хранения 12–24 месяца при хранении в сухих условиях с контролируемым микроклиматом. По истечении этого срока возникает реальная опасность поглощения влаги, поэтому мы рекомендуем проводить цикл просушки для любого фильтра, хранившегося более шести месяцев в неидеальных складских условиях.

4. Влияет ли показатель PPI фильтра на качество поверхности отливки?
В косвенном смысле — да. Фильтры PPI с более мелким шагом удаляют мелкие включения и обеспечивают более плавный поток металла, что в совокупности снижает вероятность появления поверхностных дефектов, таких как холодные швы или точечные коррозионные повреждения, вызванные включениями. Однако один только PPI не определяет качество поверхности; не менее важную роль играют конструкция литниковой системы и покрытие формы.

5. Можно ли использовать один тип фильтра для алюминия, железа и стали?
Ни один материал не обеспечивает оптимальные характеристики во всех трёх случаях. Оксид алюминия хорошо подходит для алюминия, но теряет свои свойства при рабочих температурах, характерных для чугуна и стали. Карбид кремния подходит для чугуна. Цирконий выдерживает более высокие температурные нагрузки, характерные для стали. Использование неподходящего фильтра чревато загрязнением и разрушением самого фильтра в процессе разливки.

6. В чём разница между отпечатком, полученным с помощью фильтра, и самим фильтром?
Отпечаток фильтра — это углубление, вылепленное в песчаной форме или штампе, которое удерживает фильтр из керамической пены на месте во время заливки. Сам фильтр представляет собой керамический элемент. Размеры отпечатка фильтра должны точно соответствовать размерам фильтра, чтобы избежать образования зазоров, через которые может происходить утечка.

7. Влияют ли керамические пенопластовые фильтры на химический состав металлов?
Правильно подобранный фильтр практически не вступает в химическое взаимодействие с расплавом. Неподходящий же фильтр может частично раствориться и привести к попаданию керамических примесей в сплав, поэтому перед запуском крупносерийного производства крайне важно проверить совместимость материалов.

8. Всегда ли необходима предварительная нагревка?
При литье чугуна и стали предварительный нагрев является стандартной практикой и настоятельно рекомендуется. При литье алюминия при более низких температурах некоторые литейные предприятия успешно обходятся без предварительного нагрева, хотя мы по-прежнему рекомендуем его при изготовлении фильтров больших размеров или при крупносерийном литье, когда риск термического шока возрастает с увеличением массы фильтра.

9. Как понять, подходит ли текущее значение PPI фильтра для моего технологического процесса?
К признакам несоответствия PPI относятся: частые случаи преждевременного застывания (слишком мелкий PPI), видимые включения в готовых отливках, несмотря на фильтрацию (слишком крупный PPI), либо нестабильное время заполнения при якобы идентичных заливках (отклонения в размерах фильтра или вариации PPI). Проведение контролируемого испытания с соседними марками PPI обычно позволяет определить правильную спецификацию в течение двух-трёх пробных партий.

10. Какую документацию следует запросить у поставщика керамических пенофильтров?
Как минимум, запрашивайте данные о составе материала, результаты испытаний на прочность при сжатии, номинальные значения максимальной рабочей температуры, а также сертификаты качества для конкретной партии. Для производства продукции авиакосмического или автомобильного назначения также запрашивайте полную документацию по отслеживаемости материала и любые сертификаты сторонних организаций, имеющиеся у поставщика.

Связанные публикации:

фильтры из керамической пены в литейном производстве Керамический пенофильтр для литейной промышленности Керамический пенофильтр для литейного завода, предназначенный для повышения качества литейной продукции Керамические пенофильтры из алюминиевого сплава для литья Для фильтрации алюминиевых отливок Типы керамических пенофильтров, применяемых в литейном производстве Керамический фильтр из расплавленной алюминиевой пены Керамический пенофильтр для литейной промышленности Справочные рекомендации по применению пенных фильтров. Керамический фильтр Zro2 Foam Керамический пенофильтр для литья алюминия Пенокерамический фильтр для фильтрации литейной массы Керамический пенофильтр, применяемый в металлургии и литейном производстве Керамический пенофильтр для литья