Dimensionale stabiliteit en nauwkeurigheid van gietstukken

Het is altijd één van de hoofddoelen van werknemers in de precisiegieterij om de maatnauwkeurigheid van precisiegietstukken voortdurend te verbeteren en de hoeveelheid afval als gevolg van maatafwijkingen te verminderen.

1. Dimensionale stabiliteit van de wasvorm en de beïnvloedende factoren

Figuur 1 toont de resultaten die Professor Robert C. Voigt van de University of Pennsylvania heeft verkregen na het volgen en meten van 29 soorten investeringsgietstukken. Het is te zien dat in de meeste gevallen, wanneer de grootte van de wasvorm sterk fluctueert, de grootte van de gietstukfluctuaties ook groot zijn, en de uitzonderingen zijn klein. Vanuit het algemene oogpunt is de groottefluctuatie van de wasvorm goed voor 10% tot 70% van de groottefluctuatie van het gietstuk.

Figuur 1 Vergelijking van de groottefluctuatie tussen precisiegieten en wasvormen

Opmerking: σ- standaardafwijking

De procesparameters hebben een beslissende invloed op de dimensionale stabiliteit van de wasvorm. De belangrijkste factoren zijn als volgt:

1) Temperatuur van het persen van de was

De invloed van de temperatuur van het persen van de was is verschillend voor verschillende mallen (zie figuur 2). Zoals te zien is in figuur 2, is de invloed van de temperatuur van het persen van de was op de dimensionale stabiliteit van de wasmal zeer gevoelig wanneer een mal met een basis van was wordt gebruikt, terwijl de invloed van de mal met een basis van hars klein is.

2) Injectiedruk

Zoals te zien is in FIG. 3, neemt de krimpsnelheid van de wasmal aanzienlijk af wanneer de druk klein is en de druk toeneemt. Wanneer de druk echter tot op zekere hoogte toeneemt (>1,6 MPa), heeft de druk vrijwel geen effect op de grootte van de wasmal.

Temperatuur van het persen van de was /℃

FIGUUR 2 Verband tussen wasperstemperatuur en krimp van de wasvorm

Injectiedruk /MPa

FIG. 3 Relatie tussen injectiedruk en krimp van wasmal

3) Stroomsnelheid

De stroomsnelheid van de mal kan op de volgende twee manieren worden gewijzigd, maar de impact op de grootte van de wasmal is niet hetzelfde: Door de stroomsnelheid van de waspersinstelling te wijzigen, heeft deze methode minder effect op de krimpsnelheid van de wasmal. Het heeft echter een belangrijke invloed op de vulling en oppervlaktekwaliteit van wasmal met complexe dunwandige delen of met kern. Door de dwarsdoorsnede van de wasinjectiemond te wijzigen, heeft deze methode een grotere impact, omdat het vergroten van de dwarsdoorsnede van de wasinjectiemond niet alleen de wasperstemperatuur kan verlagen, maar ook de stollingstijd van het malmateriaal bij de wasinjectiemond kan verlengen, waardoor de mate van wasmalverdichting wordt verhoogd, de krimpsnelheid en oppervlaktekrimp worden verminderd.

4) Injectietijd

De zogenaamde drukinjectietijd omvat hier drie perioden van vullen, verdichten en vasthouden. Vultijd verwijst naar de tijd dat de mal gevuld is met de squeezes.

Verdichten heeft betrekking op de tijd vanaf de volledige druk tot het sluiten van de wasspuitmond; vasthouden heeft betrekking op de tijd vanaf het sluiten van de spuitmond tot het trekken van de mal.

De injectietijd heeft een significant effect op de krimpsnelheid van de wasmal (Figuur 4), omdat het verlengen van de injectietijd kan resulteren in het persen van meer malmateriaal in de holte, en de wasmal zal in grotere mate worden verdicht, waardoor de krimpsnelheid wordt verlaagd. Dit kan worden aangetoond door de toename van het gewicht van de wasmal met de verlenging van de verdichtingstijd (zie Figuur 5). De verdichtingstijd moet passend zijn, als de verdichtingstijd te lang is, is het malmateriaal bij de wasinjectiemond volledig gestold en zal de verdichting niet werken. Uit Figuur 4 is ook te zien dat wanneer de injectietijd relatief kort is (15-25s), de wasperstemperatuur stijgt en de krimpsnelheid toeneemt, maar wanneer de injectietijd wordt verlengd tot 25-35s (in feite wordt de verdichtingstijd verlengd op basis van de veronderstelling dat de vultijd constant blijft), de invloed van de wasperstemperatuur kleiner wordt. Wanneer de injectietijd wordt verhoogd tot meer dan 35s, zal de tegenovergestelde situatie optreden, dat wil zeggen, naarmate de wasperstemperatuur stijgt, zal de krimpsnelheid van de wasmal kleiner worden (zie Afbeelding 5). Dit fenomeen kan worden verklaard door het feit dat het verhogen van de maltemperatuur en het verlengen van de verdichtingstijd hetzelfde effect hebben als het verhogen van de verdichtingsgraad van de wasmal.

5) Vormtemperatuur en waspersapparatuur

De wasmal koelt langzaam af en de krimpsnelheid neemt toe met een hoge giettemperatuur. Dit komt omdat de wasmal nog in de pers zit voordat de mal wordt getrokken, en de krimp beperkt is, en nadat de mal in vrije krimp is veranderd. Daarom is de uiteindelijke krimpsnelheid groot als de maltemperatuur hoog is, en omgekeerd is de krimpsnelheid klein.

Op vergelijkbare wijze kan het koelsysteem van de waspers een impact van ongeveer 0,3% op de grootte van de wasmal hebben.

Ten slotte is het de moeite waard om te benadrukken dat wanneer het wasbasisvormmateriaal wordt gebruikt, de waspasta een vast, vloeibaar en gasvormig driefasencoëxistentiesysteem is. De volumeverhouding tussen de drie fasen heeft een grote invloed op de grootte van de wasvorm. De proportionele relatie tussen de drie kan niet worden gecontroleerd in de daadwerkelijke productie, wat ook een belangrijke reden is voor de slechte dimensionale stabiliteit van de wasvorm die is geperst met wasbasisvorm.

FIG. 4 Uitgebreide effecten van injectietijd en wastemperatuur op krimp van wasmal

Injectietijd /s

FIG. 5 Invloed van de perstijd op de verdichtingsgraad van de wasmal

2. Invloed van het schelpmateriaal en het schelpproductieproces op de dimensionale stabiliteit van gietstukken

De invloed van de schaal op de grootte van gietstukken wordt hoofdzakelijk veroorzaakt door thermische uitzetting, thermische vervorming (kruip bij hoge temperatuur) en de belemmering (belemmering) van de schaal bij het krimpen van gietstukken bij koeling.

1) Thermische uitzetting van de schil

Hangt voornamelijk af van het materiaal van de schaal. De expansiesnelheid van verschillende vuurvaste materialen is verschillend. Van de veelgebruikte vuurvaste materialen is de expansiesnelheid van gesmolten kwarts het kleinst, gevolgd door aluminiumsilicaat, en silica is het grootst en ongelijk. Na testen om de aluminiumsilicaatschaal te bepalen van kamertemperatuurverwarming tot 1000℃, kan de schaal ongeveer 0,25% expansie produceren, het aandeel van de totale krimp van de grootte van het gietstuk is niet groot, dus als dergelijke vuurvaste materialen worden gebruikt, heeft de schaal een goede dimensionale stabiliteit, zoals het gebruik van gesmolten kwarts ongetwijfeld beter zal zijn. Als er echter silica wordt gebruikt, fluctueert de grootte van de schaal sterk.

2) Thermische vervorming

Zo is bijvoorbeeld de kruipgraad van de schil met waterglas als bindmiddel aanzienlijk groter dan die van de silicasol- en ethylsilicaatschil bij hoge temperaturen boven de 1000℃.

Hoewel gesmolten korund zelf een hoge vuurvastheid heeft, kan de aanwezigheid van onzuiverheden zoals natriumoxide ervoor zorgen dat de mantel bij een temperatuur van meer dan 1000℃ ook kruip veroorzaakt, wat resulteert in een slechte maatvastheid.

3) De beperkingen van de schaal op de krimp van het gietstuk - de verzoening en inklapbaarheid van de schaal zijn voornamelijk afhankelijk van het schaalmateriaal.
Samenvattend, de invloed van de schelp op de groottefluctuatie van het gietstuk, het vuurvaste materiaal speelt een hoofdrol, maar de rol van het bindmiddel kan niet worden genegeerd. Daarentegen is de impact van het schelpvormingsproces minder.

3. De invloed van spanning op de dimensionale stabiliteit veroorzaakt door ongelijkmatige koeling van gietstukken
De afkoelsnelheid van elk onderdeel van het gietstuk (inclusief het gietsysteem) is anders en de thermische spanning veroorzaakt de vervorming van het gietstuk, wat de dimensionale stabiliteit beïnvloedt. Dit komt vaak voor in de daadwerkelijke productie. Het verlagen van de afkoelsnelheid van gietstukken en het verbeteren van de gietkanaalcombinatie zijn effectieve preventieve maatregelen.