Lors de la conception d'un moule de lingotière, il est nécessaire de combiner les propriétés thermodynamiques de la coulée des métaux, la durée de vie du moule, et les exigences de qualité du lingot, et de se concentrer sur les paramètres de processus suivants :
1. Paramètres de taille et de structure de la cavité
• Volume et taille de la cavité : Il est nécessaire de faire correspondre le poids (généralement de centaines à plusieurs tonnes) et la forme (par exemple, rectangle, trapèze) du lingot cible pour s'assurer que la profondeur et la largeur de la cavité correspondent au volume du métal en fusion afin d'éviter une formation de lingot incomplète ou gaspillée en raison d'un écart dimensionnel.
• Inclinaison de la cavité (dépouille) : Pour faciliter le démoulage, la paroi latérale de la cavité doit être conçue avec une certaine inclinaison (généralement 0,5 ° à 2 °). Une inclinaison trop faible est sujette au collage du moule, et une inclinaison trop importante peut affecter la précision dimensionnelle du lingot.
• Traitement des arrondis et des bords : Le fond et les coins de la cavité doivent être arrondis (angle R) pour réduire la concentration de contraintes et éviter les fissures dans le moule dues aux chocs thermiques ; en même temps, empêcher le retrait ou le soudage à froid aux coins du lingot.
2. Paramètres thermiques et de refroidissement
• Conception de l'épaisseur de paroi : L'épaisseur de paroi du moule doit être calculée en fonction du point de fusion du métal de coulée (par exemple, l'aluminium environ 660 °C, le cuivre environ 1083 °C) et de la capacité thermique pour s'assurer qu'il peut résister au choc thermique du métal en fusion à haute température et contrôler le taux de dissipation thermique grâce à une épaisseur de paroi raisonnable (trop épaisse refroidira trop lentement, trop fine se déformera facilement).
• Disposition du système de refroidissement : Si un refroidissement forcé (tel que le refroidissement par eau) est utilisé, la position, le diamètre et l'espacement du canal de refroidissement doivent être conçus. Le canal doit éviter la zone de concentration de contraintes de la cavité et garder une distance raisonnable de la surface de la cavité (généralement ≥ 50 mm) pour assurer un refroidissement uniforme du lingot et réduire les défauts tels que les retassures et les fissures.
• Compensation de la dilatation thermique : Compte tenu du taux de retrait de solidification du métal en fusion (tel que le taux de retrait de l'aluminium est d'environ 1,3 % à 2 %) et du coefficient de dilatation thermique du moule lui-même, réserver une compensation dans la conception de la taille de la cavité pour éviter un écart de taille du lingot ou le blocage du moule.
3. Paramètres d'écoulement et de remplissage du métal liquide
• Conception de la poche et de la carotte : La position de la poche doit éviter que le métal liquide n'impacte directement le fond de la cavité (pour éviter les éclaboussures et l'oxydation), et la section transversale de la carotte doit correspondre au débit du métal liquide pour assurer une vitesse de remplissage uniforme (généralement contrôlée à 0,5-1,5 m/s) et réduire les inclusions et les pores.
• Structure d'évent : Concevoir des rainures d'évent (largeur 0,1-0,3 mm, profondeur 0,5-1 mm) en haut ou dans le coin de la cavité pour éviter l'encapsulation d'air et les pores lorsque le métal liquide est rempli, et empêcher un remplissage incomplet en raison de la contre-pression du gaz.
4. Paramètres de performance mécanique
• Résistance et rigidité du moule : Selon le poids du lingot (par exemple, 500 kg à 5 tonnes) et la pression statique du métal en fusion (formule de calcul : pression = densité du métal en fusion × hauteur × accélération gravitationnelle), sélectionner le matériau approprié (tel que l'acier moulé, la fonte ductile) et concevoir la structure de la nervure de renfort pour empêcher la déformation ou la fissuration du moule.
• Correspondance du mécanisme de démoulage : Si un démoulage mécanique ou hydraulique est utilisé, il est nécessaire de réserver l'espace d'installation du dispositif de démoulage (tel que le trou d'éjection, la position du vérin hydraulique) pour s'assurer que la force de démoulage (généralement 1,5 à 2 fois le poids du lingot) agit uniformément sur le fond du lingot pour éviter d'endommager le lingot ou le moule.
5. Paramètres de traitement des matériaux et de surface
• Résistance à la fatigue thermique du matériau : Pour le processus cyclique de chauffage répété (tel que le liquide d'aluminium à 660 °C) et le refroidissement du métal en fusion, sélectionner des matériaux avec une conductivité thermique modérée (telle que la conductivité thermique de l'acier moulé d'environ 40-50 W/(m·K)) et une résistance élevée à la fatigue thermique pour réduire la fissuration thermique.
• Processus de traitement de surface : Améliorer la résistance à l'usure de surface et les performances anti-adhésives de l'aluminium grâce à la nitruration (dureté jusqu'à 50-60 HRC), au grenaillage ou au revêtement (tel que le revêtement céramique), réduire la résistance au démoulage et réduire l'érosion et l'usure de la surface du moule par le métal en fusion.
Ces paramètres doivent être optimisés de manière globale en combinaison avec les caractéristiques des métaux de coulée spécifiques (aluminium, cuivre, zinc, etc.), l'efficacité de la production (telle que le nombre de pièces coulées par heure) et les normes de qualité (telles que les exigences de détection des défauts internes pour les lingots), et finalement atteindre l'objectif d'une longue durée de vie du moule et d'une qualité élevée des lingots.
Email : cast@ebcastings.com
Lors de la conception d'un moule de lingotière, il est nécessaire de combiner les propriétés thermodynamiques de la coulée des métaux, la durée de vie du moule, et les exigences de qualité du lingot, et de se concentrer sur les paramètres de processus suivants :
1. Paramètres de taille et de structure de la cavité
• Volume et taille de la cavité : Il est nécessaire de faire correspondre le poids (généralement de centaines à plusieurs tonnes) et la forme (par exemple, rectangle, trapèze) du lingot cible pour s'assurer que la profondeur et la largeur de la cavité correspondent au volume du métal en fusion afin d'éviter une formation de lingot incomplète ou gaspillée en raison d'un écart dimensionnel.
• Inclinaison de la cavité (dépouille) : Pour faciliter le démoulage, la paroi latérale de la cavité doit être conçue avec une certaine inclinaison (généralement 0,5 ° à 2 °). Une inclinaison trop faible est sujette au collage du moule, et une inclinaison trop importante peut affecter la précision dimensionnelle du lingot.
• Traitement des arrondis et des bords : Le fond et les coins de la cavité doivent être arrondis (angle R) pour réduire la concentration de contraintes et éviter les fissures dans le moule dues aux chocs thermiques ; en même temps, empêcher le retrait ou le soudage à froid aux coins du lingot.
2. Paramètres thermiques et de refroidissement
• Conception de l'épaisseur de paroi : L'épaisseur de paroi du moule doit être calculée en fonction du point de fusion du métal de coulée (par exemple, l'aluminium environ 660 °C, le cuivre environ 1083 °C) et de la capacité thermique pour s'assurer qu'il peut résister au choc thermique du métal en fusion à haute température et contrôler le taux de dissipation thermique grâce à une épaisseur de paroi raisonnable (trop épaisse refroidira trop lentement, trop fine se déformera facilement).
• Disposition du système de refroidissement : Si un refroidissement forcé (tel que le refroidissement par eau) est utilisé, la position, le diamètre et l'espacement du canal de refroidissement doivent être conçus. Le canal doit éviter la zone de concentration de contraintes de la cavité et garder une distance raisonnable de la surface de la cavité (généralement ≥ 50 mm) pour assurer un refroidissement uniforme du lingot et réduire les défauts tels que les retassures et les fissures.
• Compensation de la dilatation thermique : Compte tenu du taux de retrait de solidification du métal en fusion (tel que le taux de retrait de l'aluminium est d'environ 1,3 % à 2 %) et du coefficient de dilatation thermique du moule lui-même, réserver une compensation dans la conception de la taille de la cavité pour éviter un écart de taille du lingot ou le blocage du moule.
3. Paramètres d'écoulement et de remplissage du métal liquide
• Conception de la poche et de la carotte : La position de la poche doit éviter que le métal liquide n'impacte directement le fond de la cavité (pour éviter les éclaboussures et l'oxydation), et la section transversale de la carotte doit correspondre au débit du métal liquide pour assurer une vitesse de remplissage uniforme (généralement contrôlée à 0,5-1,5 m/s) et réduire les inclusions et les pores.
• Structure d'évent : Concevoir des rainures d'évent (largeur 0,1-0,3 mm, profondeur 0,5-1 mm) en haut ou dans le coin de la cavité pour éviter l'encapsulation d'air et les pores lorsque le métal liquide est rempli, et empêcher un remplissage incomplet en raison de la contre-pression du gaz.
4. Paramètres de performance mécanique
• Résistance et rigidité du moule : Selon le poids du lingot (par exemple, 500 kg à 5 tonnes) et la pression statique du métal en fusion (formule de calcul : pression = densité du métal en fusion × hauteur × accélération gravitationnelle), sélectionner le matériau approprié (tel que l'acier moulé, la fonte ductile) et concevoir la structure de la nervure de renfort pour empêcher la déformation ou la fissuration du moule.
• Correspondance du mécanisme de démoulage : Si un démoulage mécanique ou hydraulique est utilisé, il est nécessaire de réserver l'espace d'installation du dispositif de démoulage (tel que le trou d'éjection, la position du vérin hydraulique) pour s'assurer que la force de démoulage (généralement 1,5 à 2 fois le poids du lingot) agit uniformément sur le fond du lingot pour éviter d'endommager le lingot ou le moule.
5. Paramètres de traitement des matériaux et de surface
• Résistance à la fatigue thermique du matériau : Pour le processus cyclique de chauffage répété (tel que le liquide d'aluminium à 660 °C) et le refroidissement du métal en fusion, sélectionner des matériaux avec une conductivité thermique modérée (telle que la conductivité thermique de l'acier moulé d'environ 40-50 W/(m·K)) et une résistance élevée à la fatigue thermique pour réduire la fissuration thermique.
• Processus de traitement de surface : Améliorer la résistance à l'usure de surface et les performances anti-adhésives de l'aluminium grâce à la nitruration (dureté jusqu'à 50-60 HRC), au grenaillage ou au revêtement (tel que le revêtement céramique), réduire la résistance au démoulage et réduire l'érosion et l'usure de la surface du moule par le métal en fusion.
Ces paramètres doivent être optimisés de manière globale en combinaison avec les caractéristiques des métaux de coulée spécifiques (aluminium, cuivre, zinc, etc.), l'efficacité de la production (telle que le nombre de pièces coulées par heure) et les normes de qualité (telles que les exigences de détection des défauts internes pour les lingots), et finalement atteindre l'objectif d'une longue durée de vie du moule et d'une qualité élevée des lingots.
Email : cast@ebcastings.com
