Stabilità dimensionale e precisione delle fusioni a cera persa
Uno degli obiettivi principali degli addetti alla fusione a cera persa è sempre quello di migliorare costantemente la precisione dimensionale delle fusioni a cera persa e ridurre gli sprechi causati dalle aberrazioni dimensionali.
1.Stabilità dimensionale dello stampo in cera e fattori che lo influenzano
La figura 1 mostra i risultati ottenuti dal professor Robert C. Voigt dell'Università della Pennsylvania dopo aver monitorato e misurato 29 tipi di fusioni a cera persa. Si può vedere che nella maggior parte dei casi, quando le dimensioni dello stampo in cera fluttuano notevolmente, anche le dimensioni delle fluttuazioni della fusione sono grandi e le eccezioni sono poche. Dal punto di vista generale, la fluttuazione delle dimensioni dello stampo in cera rappresenta dal 10% al 70% della fluttuazione delle dimensioni della fusione.
Figura 1 Confronto delle fluttuazioni dimensionali tra fusione di precisione e stampo in cera
Nota: σ- deviazione standard
I parametri di processo hanno un'influenza decisiva sulla stabilità dimensionale dello stampo in cera. I fattori principali sono i seguenti:
1)Temperatura di pressatura della cera
L'influenza della temperatura di pressatura della cera è diversa per stampi diversi (vedere Figura 2). Come si può vedere dalla FIG. 2, quando si utilizza uno stampo a base di cera, l'influenza della temperatura di pressatura della cera sulla stabilità dimensionale dello stampo a base di cera è molto sensibile, mentre l'influenza dello stampo a base di resina è minima.
2)Pressione di iniezione
Come si può vedere dalla FIG. 3, il tasso di restringimento dello stampo di cera diminuisce significativamente quando la pressione è piccola e la pressione aumenta. Tuttavia, quando la pressione aumenta fino a un certo punto (>1,6 MPa), la pressione non ha quasi alcun effetto sulle dimensioni dello stampo di cera.
Temperatura di pressatura della cera /℃
FIG. 2 Relazione tra la temperatura di pressatura della cera e il restringimento dello stampo in cera
Pressione di iniezione /MPa
FIG. 3 Relazione tra pressione di iniezione e restringimento dello stampo in cera
3)Velocità del flusso
La velocità di flusso dello stampo può essere modificata nei due modi seguenti, ma l'impatto sulla dimensione dello stampo di cera non è lo stesso: modificando la velocità di flusso dell'impostazione della pressa per cera, questo metodo ha un effetto minore sul tasso di restringimento dello stampo di cera. Tuttavia, ha un'influenza importante sul riempimento e sulla qualità della superficie dello stampo di cera con parti complesse a parete sottile o con anima. Modificando l'area della sezione trasversale della bocca di iniezione della cera, questo metodo ha un impatto maggiore, perché l'aumento dell'area della sezione trasversale della bocca di iniezione della cera può non solo ridurre la temperatura di pressatura della cera, ma anche estendere il tempo di solidificazione del materiale dello stampo nella bocca di iniezione della cera, aumentando così il grado di compattazione dello stampo di cera, riducendo il tasso di restringimento e il restringimento della superficie.
4)Tempo di iniezione
Il cosiddetto tempo di iniezione a pressione qui include tre periodi di riempimento, compattazione e ritenzione. Il tempo di riempimento si riferisce al momento in cui lo stampo viene riempito con le compressioni.
La compattazione si riferisce al tempo che intercorre tra la pressione massima e la chiusura dell'ugello della cera; la tenuta si riferisce al tempo che intercorre tra la chiusura dell'ugello e l'estrazione dello stampo.
Il tempo di iniezione ha un effetto significativo sul tasso di restringimento dello stampo di cera (Figura 4), perché l'aumento del tempo di iniezione può comportare una maggiore compressione di materiale dello stampo nella cavità e lo stampo di cera verrà compattato in misura maggiore, riducendo così il tasso di restringimento. Ciò può essere dimostrato dall'aumento del peso dello stampo di cera con l'estensione del tempo di compattazione (vedere Figura 5). Il tempo di compattazione dovrebbe essere appropriato, se il tempo di compattazione è troppo lungo, il materiale dello stampo nella bocca di iniezione della cera è stato completamente solidificato e la compattazione non funzionerà. Si può anche vedere dalla Figura 4 che quando il tempo di iniezione è relativamente breve (15-25 s), la temperatura di pressatura della cera aumenta e il tasso di restringimento aumenta, ma quando il tempo di iniezione viene esteso a 25-35 s (in effetti, il tempo di compattazione viene esteso sulla premessa che il tempo di riempimento rimane costante), l'influenza della temperatura di pressatura della cera diventa minore. Quando il tempo di iniezione viene aumentato a più di 35 secondi, si verificherà la situazione opposta, ovvero, all'aumentare della temperatura di pressatura della cera, il tasso di restringimento dello stampo di cera diventerà più piccolo (vedere Figura 5). Questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che l'aumento della temperatura dello stampo e l'estensione del tempo di compattazione hanno lo stesso effetto dell'aumento del grado di compattazione dello stampo di cera.
5)Temperatura di stampaggio e attrezzatura per la pressatura della cera
Lo stampo in cera si raffredda lentamente e il tasso di restringimento aumenta con l'alta temperatura di stampaggio. Questo perché lo stampo in cera è ancora nella pressa prima che lo stampo venga disegnato, e il restringimento è limitato, e dopo che lo stampo viene trasformato in restringimento libero. Pertanto, se la temperatura dello stampo è alta, il tasso di restringimento finale è grande, e viceversa, il tasso di restringimento è piccolo.
Allo stesso modo, il sistema di raffreddamento della pressa per cera può avere un impatto di circa lo 0,3% sulle dimensioni dello stampo per cera.
Infine, vale la pena sottolineare che quando si utilizza il materiale di stampaggio a base di cera, la pasta di cera è un sistema di coesistenza trifase solido, liquido e gassoso. Il rapporto di volume tra le tre fasi ha una grande influenza sulla dimensione dello stampo di cera. La relazione proporzionale tra le tre non può essere controllata nella produzione effettiva, il che è anche un motivo importante per la scarsa stabilità dimensionale dello stampo di cera pressato con stampo a base di cera.
FIG. 4 Effetti complessivi del tempo di iniezione e della temperatura della cera sul restringimento dello stampo in cera
Tempo di iniezione /s
FIG. 5 Influenza del tempo di pressatura sul grado di compattazione dello stampo di cera
2. Influenza del materiale del guscio e del processo di fabbricazione del guscio sulla stabilità dimensionale dei getti
L'influenza della conchiglia sulle dimensioni dei getti è causata principalmente dall'espansione termica, dalla deformazione termica (scorrimento ad alta temperatura) e dall'ostacolo della conchiglia al ritiro da raffreddamento dei getti.
1)Espansione termica del guscio
Dipende principalmente dal materiale del guscio. Il tasso di espansione di diversi materiali refrattari è diverso. Tra i materiali refrattari comunemente usati, il tasso di espansione del quarzo fuso è il più piccolo, seguito dal silicato di alluminio e la silice è la più grande e irregolare. Dopo aver testato per determinare il guscio di silicato di alluminio dal riscaldamento a temperatura ambiente a 1000℃, il guscio può produrre circa lo 0,25% di espansione, la proporzione del restringimento complessivo delle dimensioni della fusione non è grande, quindi se vengono utilizzati tali refrattari, il guscio ha una buona stabilità dimensionale, come l'uso di quarzo fuso sarà senza dubbio migliore. Tuttavia, se viene utilizzata la silice, le dimensioni del guscio fluttuano notevolmente.
2)Deformazione termica
Ad esempio, il grado di scorrimento del guscio con vetro solubile come legante è significativamente maggiore di quello del guscio di sol di silice e silicato di etile ad alte temperature superiori a 1000℃.
Sebbene il corindone fuso abbia di per sé un'elevata refrattarietà, a causa della presenza di impurità come l'ossido di sodio, anche la temperatura di tostatura del guscio superiore a 1000 ℃ può produrre scorrimento, con conseguente scarsa stabilità dimensionale.
3) I vincoli del guscio sul ritiro del getto: la conciliazione e la collassabilità del guscio dipendono principalmente dal materiale del guscio.
In sintesi, l'influenza del guscio sulla fluttuazione dimensionale della fusione, il materiale refrattario gioca un ruolo principale, ma il ruolo del legante non può essere ignorato. Al contrario, l'impatto del processo di fabbricazione del guscio è minore.
3. L'influenza dello stress sulla stabilità dimensionale causata dal raffreddamento non uniforme dei getti
La velocità di raffreddamento di ogni parte della fusione (incluso il sistema di colata) è diversa e lo stress termico provoca la deformazione della fusione, che influisce sulla stabilità dimensionale. Ciò si verifica spesso nella produzione effettiva. Ridurre la velocità di raffreddamento delle fusioni e migliorare la combinazione di sprue sono misure preventive efficaci.