ثبات ابعادی و دقت ریخته گری سرمایه گذاری
بهبود مستمر دقت ابعادی ریخته گری سرمایه گذاری و کاهش ضایعات ناشی از انحراف ابعادی همواره یکی از اهداف اصلی کارگران ریخته گری سرمایه گذاری است.
1. پایداری ابعادی قالب موم و عوامل موثر بر آن
شکل 1 نتایج بدست آمده توسط پروفسور Robert C. Voigt از دانشگاه پنسیلوانیا پس از ردیابی و اندازه گیری 29 نوع ریخته گری سرمایه گذاری را نشان می دهد. مشاهده می شود که در اغلب موارد، زمانی که اندازه قالب مومی نوسانات زیادی دارد، اندازه نوسانات ریخته گری نیز زیاد است و استثنائات کم است. از دیدگاه کلی، نوسانات اندازه قالب موم 10٪ تا 70٪ از نوسانات اندازه ریخته گری را تشکیل می دهد.
شکل 1 مقایسه نوسانات اندازه بین ریخته گری دقیق و قالب موم
توجه: σ- انحراف معیار
پارامترهای فرآیند تأثیر تعیین کننده ای بر پایداری ابعادی قالب موم دارند. عوامل اصلی به شرح زیر است:
1) دمای پرس موم
تأثیر دمای پرس موم برای قالب های مختلف متفاوت است (شکل 2 را ببینید). همانطور که از شکل مشاهده می شود. 2، هنگامی که از قالب پایه موم استفاده می شود، تأثیر دمای فشار دادن موم بر ثبات ابعادی قالب موم بسیار حساس است، در حالی که تأثیر قالب پایه رزین کوچک است.
2) فشار تزریق
همانطور که از شکل مشاهده می شود. 3، سرعت انقباض قالب موم به طور قابل توجهی کاهش می یابد زمانی که فشار کم است و فشار افزایش می یابد. با این حال، هنگامی که فشار تا حد معینی افزایش می یابد (> 1.6MPa)، فشار تقریباً هیچ تأثیری بر اندازه قالب موم ندارد.
دمای پرس موم /℃
شکل 2 رابطه بین دمای پرس موم و انقباض قالب موم
فشار تزریق /MPa
شکل 3 ارتباط بین فشار تزریق و انقباض قالب موم
3) سرعت جریان
سرعت جریان قالب را می توان به دو روش زیر تغییر داد، اما تاثیر آن بر اندازه قالب یکسان نیست: با تغییر سرعت جریان پرس موم، این روش تاثیر کمتری بر سرعت انقباض دارد. قالب مومی با این حال، تأثیر مهمی بر پر شدن و کیفیت سطح قالب موم با قطعات دیواره نازک پیچیده یا با هسته دارد. با تغییر سطح مقطع دهانه تزریق موم، این روش تاثیر بیشتری دارد، زیرا افزایش سطح مقطع دهانه تزریق موم نه تنها می تواند دمای پرس موم را کاهش دهد، بلکه زمان انجماد قالب را نیز افزایش می دهد. مواد در دهانه تزریق موم، در نتیجه درجه فشرده سازی قالب موم را افزایش می دهد، سرعت انقباض و انقباض سطح را کاهش می دهد.
4) زمان تزریق
به اصطلاح زمان تزریق فشار در اینجا شامل سه دوره پر شدن، تراکم و نگهداری است. زمان پر شدن به زمانی اطلاق می شود که قالب با فشارها پر می شود.
تراکم به زمان از فشار کامل تا بسته شدن نازل موم اشاره دارد. Hold به زمان از بسته شدن نازل تا کشیدن قالب اشاره دارد.
زمان تزریق تأثیر قابل توجهی بر سرعت انقباض قالب موم دارد (شکل 4)، زیرا افزایش زمان تزریق ممکن است منجر به فشرده شدن بیشتر مواد قالب در حفره شود و در نتیجه قالب موم به میزان بیشتری متراکم شود. کاهش نرخ انقباض این را می توان با افزایش وزن قالب موم با افزایش زمان تراکم نشان داد (شکل 5 را ببینید). زمان تراکم باید مناسب باشد، اگر زمان تراکم بیش از حد طولانی باشد، مواد قالب در دهانه تزریق موم کاملاً جامد شده است و تراکم کار نخواهد کرد. همچنین از شکل 4 می توان دریافت که زمانی که زمان تزریق نسبتاً کوتاه است (15-25 ثانیه)، دمای پرس موم افزایش می یابد و سرعت انقباض افزایش می یابد، اما زمانی که زمان تزریق به 25-35 ثانیه افزایش می یابد (در واقع تراکم زمان با فرض ثابت ماندن زمان پر شدن طولانی می شود، تأثیر دمای فشار دادن موم کمتر می شود. هنگامی که زمان تزریق به بیش از 35 ثانیه افزایش می یابد، وضعیت برعکس رخ می دهد، یعنی با افزایش دمای پرس موم، سرعت انقباض قالب موم کوچکتر می شود (شکل 5 را ببینید). این پدیده را می توان با این واقعیت توضیح داد که افزایش دمای قالب و افزایش زمان تراکم اثری مشابه با افزایش درجه تراکم قالب مومی دارد.
5) دمای قالب گیری و تجهیزات فشار دادن موم
قالب موم به آرامی سرد می شود و سرعت انقباض با دمای قالب گیری بالا افزایش می یابد. این به این دلیل است که قالب موم قبل از کشیده شدن قالب هنوز در پرس است و انقباض محدود است و پس از تبدیل قالب به جمع شدگی آزاد. بنابراین، اگر دمای قالب بالا باشد، نرخ انقباض نهایی زیاد است و بالعکس، نرخ انقباض کم است.
به طور مشابه، سیستم خنک کننده پرس موم ممکن است حدود 0.3٪ بر اندازه قالب موم تأثیر بگذارد.
در نهایت، شایان ذکر است که هنگامی که از مواد قالب گیری پایه مومی استفاده می شود، خمیر موم یک سیستم همزیستی سه فاز جامد، مایع و گاز است. نسبت حجم بین سه فاز تأثیر زیادی بر اندازه قالب موم دارد. رابطه تناسبی بین این سه را نمی توان در تولید واقعی کنترل کرد، که این نیز دلیل مهمی برای ثبات ابعادی ضعیف قالب مومی پرس شده با قالب پایه مومی است.
شکل 4 اثرات جامع زمان تزریق و دمای موم بر انقباض قالب موم
زمان تزریق / ثانیه
شکل 5 تاثیر زمان پرس بر درجه تراکم قالب موم
2. تأثیر مواد پوسته و فرآیند ساخت پوسته بر پایداری ابعادی قطعات ریخته گری
تأثیر پوسته بر اندازه ریختهگری عمدتاً ناشی از انبساط حرارتی، تغییر شکل حرارتی (خزش در دمای بالا) و مهار (مانع) پوسته در انقباض خنککننده ریختهگری است.
1) انبساط حرارتی پوسته
عمدتاً به مواد پوسته بستگی دارد. سرعت انبساط مواد نسوز مختلف متفاوت است. در میان مواد نسوز متداول، سرعت انبساط کوارتز ذوب شده کمترین است و پس از آن سیلیکات آلومینیوم و سیلیس بزرگترین و ناهموار است. پس از آزمایش برای تعیین پوسته سیلیکات آلومینیوم از گرمایش دمای اتاق تا 1000 درجه سانتیگراد، پوسته می تواند حدود 0.25٪ انبساط ایجاد کند، نسبت انقباض کلی اندازه ریخته گری زیاد نیست، بنابراین اگر از چنین مواد نسوز استفاده شود، پوسته پایداری ابعادی خوبی دارد، مانند استفاده از کوارتز ذوب شده بدون شک بهتر خواهد بود. با این حال، در صورت استفاده از سیلیس، اندازه پوسته به شدت نوسان می کند.
2) تغییر شکل حرارتی
به عنوان مثال، درجه خزش پوسته با شیشه آب به عنوان بایندر به طور قابل توجهی بیشتر از سیلیس سل و پوسته سیلیکات اتیل در دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد است.
اگرچه کوراندوم ذوب شده خود نسوز بالایی دارد، به دلیل وجود ناخالصی هایی مانند اکسید سدیم، دمای برشته شدن پوسته بالای 1000 درجه سانتیگراد نیز ممکن است خزش ایجاد کند و در نتیجه ثبات ابعادی ضعیفی داشته باشد.
3) محدودیت های پوسته در انقباض ریخته گری - سازگاری و جمع شدن پوسته عمدتاً به مواد پوسته بستگی دارد.
به طور خلاصه، تأثیر پوسته در نوسانات اندازه ریخته گری، مواد نسوز نقش اصلی را ایفا می کند، اما نقش بایندر را نمی توان نادیده گرفت. در مقابل، تاثیر فرآیند ساخت پوسته کمتر است.
3. تأثیر تنش بر پایداری ابعادی ناشی از سرد شدن ناهموار قطعات ریخته گری
سرعت سرمایش هر قسمت از ریخته گری (از جمله سیستم ریخته گری) متفاوت است و تنش حرارتی باعث تغییر شکل ریخته گری می شود که بر پایداری ابعادی تأثیر می گذارد. این اغلب در تولید واقعی مشاهده می شود. کاهش سرعت سرد شدن قطعات ریخته گری و بهبود ترکیب اسپرو از اقدامات پیشگیرانه موثر است.