استقرار الأبعاد ودقة المسبوكات الاستثمارية

يعد دائمًا أحد الأهداف الرئيسية لعمال صب الاستثمار هو التحسين المستمر لدقة الأبعاد للمسبوكات الاستثمارية وتقليل النفايات الناتجة عن انحراف الأبعاد.

1. الثبات الأبعادي للعفن الشمعي والعوامل المؤثرة عليه

ويبين الشكل 1 النتائج التي حصل عليها البروفيسور روبرت سي. فويغت من جامعة بنسلفانيا بعد تتبع وقياس 29 نوعا من المسبوكات الاستثمارية. يمكن ملاحظة أنه في معظم الحالات، عندما يتقلب حجم قالب الشمع بشكل كبير، يكون حجم تقلبات الصب كبيرًا أيضًا، والاستثناءات قليلة. من وجهة النظر العامة، فإن تقلب حجم قالب الشمع يمثل 10% إلى 70% من تقلب حجم الصب.

الشكل 1: مقارنة تقلب الحجم بين الصب الدقيق وقالب الشمع

ملاحظة: σ- الانحراف المعياري

معلمات العملية لها تأثير حاسم على استقرار الأبعاد لقالب الشمع. العوامل الرئيسية هي كما يلي:

1) درجة حرارة ضغط الشمع

يختلف تأثير درجة حرارة ضغط الشمع باختلاف القوالب (انظر الشكل 2). كما يتبين من الشكل. 2، عند استخدام قالب قاعدة الشمع، يكون تأثير درجة حرارة ضغط الشمع على ثبات الأبعاد لقالب الشمع حساسًا للغاية، في حين أن تأثير قالب قاعدة الراتنج يكون صغيرًا.

2) ضغط الحقن

كما يتبين من الشكل. 3، ينخفض ​​معدل انكماش قالب الشمع بشكل ملحوظ عندما يكون الضغط صغيرًا ويزداد الضغط. ومع ذلك، عندما يزيد الضغط إلى حد معين (> 1.6 ميجا باسكال)، فإن الضغط ليس له أي تأثير تقريبًا على حجم قالب الشمع.

درجة حرارة ضغط الشمع/درجة مئوية

تين. 2 العلاقة بين درجة حرارة ضغط الشمع وانكماش قالب الشمع

ضغط الحقن/ميجا باسكال

تين. 3 العلاقة بين ضغط الحقن وانكماش القالب الشمعي

3) سرعة التدفق

يمكن تغيير سرعة تدفق القالب بالطريقتين التاليتين، لكن التأثير على حجم قالب الشمع ليس هو نفسه: من خلال تغيير سرعة تدفق إعداد ضغط الشمع، يكون لهذه الطريقة تأثير أقل على معدل انكماش القالب قالب الشمع. ومع ذلك، فإنه له تأثير مهم على الحشو وجودة السطح لقالب الشمع مع أجزاء الجدار الرقيقة المعقدة أو ذات القلب. عن طريق تغيير مساحة المقطع العرضي لفم حقن الشمع، يكون لهذه الطريقة تأثير أكبر، لأن زيادة مساحة المقطع العرضي لفم حقن الشمع لا يمكن أن تقلل درجة حرارة ضغط الشمع فحسب، بل يمكنها أيضًا إطالة وقت تصلب القالب المواد الموجودة في فم حقن الشمع، وبالتالي زيادة درجة ضغط قالب الشمع، وتقليل معدل الانكماش وانكماش السطح.

4) وقت الحقن

يتضمن ما يسمى بوقت حقن الضغط هنا ثلاث فترات من التعبئة والضغط والاحتفاظ. يشير وقت التعبئة إلى الوقت الذي يتم فيه ملء القالب بالعصارات.

يشير الضغط إلى الوقت من الضغط الكامل إلى إغلاق فوهة الشمع؛ يشير التعليق إلى الوقت من إغلاق الفوهة إلى رسم القالب.

وقت الحقن له تأثير كبير على معدل انكماش قالب الشمع (الشكل 4)، لأن زيادة وقت الحقن قد يؤدي إلى ضغط المزيد من مادة القالب في التجويف، وسيتم ضغط قالب الشمع إلى حد أكبر، وبالتالي تقليل معدل الانكماش. ويمكن إثبات ذلك من خلال الزيادة في وزن قالب الشمع مع تمديد وقت الضغط (انظر الشكل 5). يجب أن يكون وقت الضغط مناسبًا، إذا كان وقت الضغط طويلًا جدًا، فقد تم ترسيخ مادة القالب الموجودة في فم حقن الشمع تمامًا، ولن يعمل الضغط. يمكن أن نرى أيضًا من الشكل 4 أنه عندما يكون وقت الحقن قصيرًا نسبيًا (15-25 ثانية)، ترتفع درجة حرارة ضغط الشمع ويزداد معدل الانكماش، ولكن عندما يمتد وقت الحقن إلى 25-35 ثانية (في الواقع، الضغط يتم تمديد الوقت على أساس أن وقت التعبئة يظل ثابتًا)، ويصبح تأثير درجة حرارة ضغط الشمع أصغر. عندما يتم زيادة وقت الحقن إلى أكثر من 35 ثانية، سيحدث الوضع المعاكس، أي أنه مع ارتفاع درجة حرارة ضغط الشمع، سيصبح معدل انكماش قالب الشمع أصغر (انظر الشكل 5). يمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال حقيقة أن زيادة درجة حرارة القالب وإطالة زمن الضغط لهما نفس تأثير زيادة درجة ضغط القالب الشمعي.

5) صب درجة الحرارة ومعدات الضغط على الشمع

يبرد قالب الشمع ببطء ويزداد معدل الانكماش مع ارتفاع درجة حرارة القالب. وذلك لأن قالب الشمع لا يزال في الصحافة قبل سحب القالب، ويكون الانكماش محدودا، وبعد أن يتحول القالب إلى انكماش حر. ولذلك، إذا كانت درجة حرارة القالب مرتفعة، فإن معدل الانكماش النهائي يكون كبيرا، والعكس صحيح، فإن معدل الانكماش صغير.

وبالمثل، قد يكون لنظام التبريد الخاص بآلة ضغط الشمع تأثير يبلغ حوالي 0.3% على حجم قالب الشمع.

أخيرًا، تجدر الإشارة إلى أنه عند استخدام مادة صب قاعدة الشمع، فإن معجون الشمع عبارة عن نظام تعايش ثلاثي الأطوار صلب وسائل وغازي. نسبة الحجم بين المراحل الثلاث لها تأثير كبير على حجم قالب الشمع. لا يمكن التحكم في العلاقة التناسبية بين الثلاثة في الإنتاج الفعلي، وهو أيضًا سبب مهم لضعف ثبات الأبعاد لقالب الشمع المضغوط بقالب قاعدة الشمع.

تين. 4 تأثيرات شاملة لوقت الحقن ودرجة حرارة الشمع على انكماش قالب الشمع

وقت الحقن/ث

تين. 5 تأثير زمن الضغط على درجة ضغط القالب الشمعي

2. تأثير مادة القشرة وعملية صنع القشرة على ثبات أبعاد المسبوكات

تأثير القشرة على حجم المسبوكات يرجع بشكل رئيسي إلى التمدد الحراري، والتشوه الحراري (الزحف عند درجة حرارة عالية) وتقييد (عائق) القشرة على انكماش التبريد للمسبوكات.

1) التمدد الحراري للقشرة

يعتمد بشكل أساسي على مادة القشرة. يختلف معدل التوسع للمواد الحرارية المختلفة. من بين المواد المقاومة للحرارة شائعة الاستخدام، يعد معدل تمدد الكوارتز المنصهر هو الأصغر، يليه سيليكات الألومنيوم، والسيليكا هي الأكبر وغير المتساوية. بعد الاختبار لتحديد غلاف سيليكات الألومنيوم من تسخين درجة حرارة الغرفة إلى 1000 درجة مئوية، يمكن أن تنتج القشرة حوالي 0.25٪ من التمدد، ونسبة الانكماش الإجمالي لحجم الصب ليست كبيرة، لذلك إذا تم استخدام هذه الحراريات، فإن القشرة يتمتع بثبات جيد للأبعاد، مثل استخدام الكوارتز المنصهر سيكون بلا شك أفضل. ومع ذلك، إذا تم استخدام السيليكا، فإن حجم القشرة يتقلب بشكل كبير.

2) التشوه الحراري

على سبيل المثال، درجة زحف القشرة مع الزجاج المائي كمادة رابطة أكبر بكثير من درجة زحف سول السيليكا وقذيفة سيليكات الإيثيل عند درجة حرارة عالية فوق 1000 درجة مئوية.

على الرغم من أن اكسيد الالمونيوم المنصهر نفسه يتمتع بمقاومة عالية للحرارة، نظرًا لوجود شوائب مثل أكسيد الصوديوم، فإن درجة حرارة تحميص القشرة التي تزيد عن 1000 درجة مئوية قد تنتج أيضًا زحفًا، مما يؤدي إلى ضعف استقرار الأبعاد.

3) قيود القشرة على انكماش الصب - يعتمد التوفيق والانهيار للقذيفة بشكل أساسي على مادة القشرة.
باختصار، تأثير القشرة على تقلب حجم الصب، تلعب المادة المقاومة للحرارة دورًا رئيسيًا، لكن لا يمكن تجاهل دور الرابط. وفي المقابل، فإن تأثير عملية صنع القشرة يكون أقل.

3. تأثير الإجهاد على ثبات الأبعاد الناتج عن التبريد غير المتساوي للمسبوكات
تختلف سرعة التبريد لكل جزء من الصب (بما في ذلك نظام الصب) ويسبب الضغط الحراري تشوه الصب، مما يؤثر على استقرار الأبعاد. غالبًا ما يتم مواجهة هذا في الإنتاج الفعلي. يعد تقليل معدل تبريد المسبوكات وتحسين تركيبة الذباب من التدابير الوقائية الفعالة.