Leave Your Message
Stabilność wymiarowa i dokładność odlewów precyzyjnych

Wiadomości branżowe

Stabilność wymiarowa i dokładność odlewów precyzyjnych

2024-10-11 09:22:37

Jednym z głównych celów pracowników zajmujących się odlewnictwem precyzyjnym jest ciągła poprawa dokładności wymiarowej odlewów precyzyjnych i redukcja ilości odpadów powstających w wyniku aberracji wymiarowych.

1.Stabilność wymiarowa formy woskowej i czynniki na nią wpływające

Rysunek 1 przedstawia wyniki uzyskane przez profesora Roberta C. Voigta z University of Pennsylvania po śledzeniu i pomiarze 29 rodzajów odlewów precyzyjnych. Można zauważyć, że w większości przypadków, gdy rozmiar formy woskowej ulega dużym wahaniom, wahania wielkości odlewu są również duże, a wyjątków jest niewiele. Z ogólnego punktu widzenia wahania wielkości formy woskowej odpowiadają za 10% do 70% wahań wielkości odlewu.

1 (1).jpg

Rysunek 1 Porównanie wahań wielkości pomiędzy odlewem precyzyjnym a formą woskową

Uwaga: σ- odchylenie standardowe

Parametry procesu mają decydujący wpływ na stabilność wymiarową formy woskowej. Główne czynniki są następujące:

1) Temperatura prasowania wosku

Wpływ temperatury prasowania wosku jest różny dla różnych form (patrz rysunek 2). Jak widać na rysunku 2, gdy używana jest forma z podstawą woskową, wpływ temperatury prasowania wosku na stabilność wymiarową formy woskowej jest bardzo wrażliwy, podczas gdy wpływ formy z podstawą żywiczną jest niewielki.

2) Ciśnienie wtrysku

Jak widać na FIG. 3, szybkość kurczenia się formy woskowej znacznie spada, gdy ciśnienie jest małe i wzrasta. Jednakże, gdy ciśnienie wzrasta do pewnego stopnia (>1,6 MPa), ciśnienie nie ma prawie żadnego wpływu na rozmiar formy woskowej.

2.png

Temperatura prasowania wosku /℃

Rys. 2 Zależność pomiędzy temperaturą prasowania wosku a skurczem formy woskowej

2 (2).png

Ciśnienie wtrysku /MPa

Rys. 3 Zależność między ciśnieniem wtrysku a skurczem formy woskowej

3) Prędkość przepływu

Prędkość przepływu formy można zmienić na dwa następujące sposoby, ale wpływ na rozmiar formy woskowej nie jest taki sam: Zmieniając prędkość przepływu ustawienia prasy woskowej, ta metoda ma mniejszy wpływ na szybkość skurczu formy woskowej. Ma jednak istotny wpływ na wypełnienie i jakość powierzchni formy woskowej ze złożonymi częściami o cienkich ściankach lub z rdzeniem. Zmieniając pole przekroju poprzecznego otworu wtryskowego wosku, ta metoda ma większy wpływ, ponieważ zwiększenie pola przekroju poprzecznego otworu wtryskowego wosku może nie tylko obniżyć temperaturę prasowania wosku, ale także wydłużyć czas krzepnięcia materiału formy przy otworze wtryskowym wosku, zwiększając tym samym stopień zagęszczenia formy woskowej, zmniejszając szybkość skurczu i skurcz powierzchni.

4) Czas wtrysku

Tak zwany czas wtrysku ciśnieniowego obejmuje tutaj trzy okresy napełniania, zagęszczania i retencji. Czas napełniania odnosi się do czasu, w którym forma jest wypełniana za pomocą wyciskania.

Zagęszczanie odnosi się do czasu od pełnego ciśnienia do zamknięcia dyszy woskowej; utrzymywanie odnosi się do czasu od zamknięcia dyszy do wyciągnięcia formy.

Czas wtrysku ma znaczący wpływ na szybkość skurczu formy woskowej (rysunek 4), ponieważ wydłużenie czasu wtrysku może spowodować wciśnięcie większej ilości materiału formy do wnęki, a forma woskowa zostanie bardziej zagęszczona, co spowoduje zmniejszenie szybkości skurczu. Można to wykazać poprzez zwiększenie ciężaru formy woskowej wraz z wydłużeniem czasu zagęszczania (patrz rysunek 5). Czas zagęszczania powinien być odpowiedni, jeśli czas zagęszczania jest zbyt długi, materiał formy przy otworze wtrysku wosku został całkowicie zestalony i zagęszczanie nie zadziała. Na rysunku 4 można również zobaczyć, że gdy czas wtrysku jest stosunkowo krótki (15-25 s), temperatura prasowania wosku wzrasta, a szybkość skurczu wzrasta, ale gdy czas wtrysku zostanie wydłużony do 25-35 s (w rzeczywistości czas zagęszczania jest wydłużany przy założeniu, że czas napełniania pozostaje stały), wpływ temperatury prasowania wosku staje się mniejszy. Gdy czas wtrysku zostanie zwiększony do ponad 35 s, nastąpi sytuacja odwrotna, tzn. wraz ze wzrostem temperatury prasowania wosku, współczynnik skurczu formy woskowej stanie się mniejszy (patrz rysunek 5). Zjawisko to można wyjaśnić tym, że zwiększenie temperatury formy i wydłużenie czasu zagęszczania ma taki sam efekt, jak zwiększenie stopnia zagęszczenia formy woskowej.

5) Temperatura formowania i sprzęt do prasowania wosku

Forma woskowa stygnie powoli, a szybkość kurczenia się wzrasta wraz z wysoką temperaturą formowania. Dzieje się tak, ponieważ forma woskowa jest nadal w prasie przed wyciągnięciem formy, a skurcz jest ograniczony, a po tym forma przechodzi w swobodny skurcz. Dlatego jeśli temperatura formy jest wysoka, końcowa szybkość kurczenia się jest duża, i odwrotnie, szybkość kurczenia się jest mała.

Podobnie, układ chłodzenia prasy woskowej może mieć wpływ wynoszący około 0,3% na wielkość formy woskowej.

Na koniec warto podkreślić, że gdy używany jest materiał do formowania na bazie wosku, pasta woskowa jest stałym, ciekłym i gazowym trójfazowym systemem współistnienia. Stosunek objętości między trzema fazami ma duży wpływ na rozmiar formy woskowej. Proporcjonalnego związku między trzema fazami nie można kontrolować w rzeczywistej produkcji, co jest również ważnym powodem słabej stabilności wymiarowej formy woskowej prasowanej za pomocą formy na bazie wosku.

1.png

Rys. 4. Kompleksowy wpływ czasu wtrysku i temperatury wosku na skurcz formy woskowej

3.png

Czas wtrysku /s

Rys. 5 Wpływ czasu prasowania na stopień zagęszczenia formy woskowej

2.Wpływ materiału powłoki i procesu wytwarzania powłoki na stabilność wymiarową odlewów

Wpływ powłoki na wielkość odlewów spowodowany jest głównie rozszerzalnością cieplną, odkształceniem cieplnym (pełzaniem w wysokiej temperaturze) i ograniczeniem (przeszkodą) powłoki na skurcz chłodzący odlewów.

1) Rozszerzalność cieplna powłoki

Zależy głównie od materiału powłoki. Współczynnik rozszerzalności różnych materiałów ogniotrwałych jest różny. Spośród powszechnie stosowanych materiałów ogniotrwałych, współczynnik rozszerzalności kwarcu topionego jest najmniejszy, następnie krzemianu glinu, a krzemionka jest największa i nierównomierna. Po przeprowadzeniu testów w celu określenia powłoki krzemianu glinu od ogrzewania w temperaturze pokojowej do 1000℃, powłoka może wytworzyć około 0,25% rozszerzenia, udział całkowitego skurczu rozmiaru odlewu nie jest duży, więc jeśli zostaną użyte takie materiały ogniotrwałe, powłoka ma dobrą stabilność wymiarową, taką jak użycie kwarcu topionego niewątpliwie będzie lepsze. Jednak jeśli zostanie użyta krzemionka, rozmiar powłoki znacznie się waha.

2) Odkształcenie termiczne

Na przykład, stopień pełzania powłoki ze szkłem wodnym jako spoiwem jest znacznie większy niż w przypadku powłoki z zolu krzemionkowego i krzemianu etylu w wysokiej temperaturze powyżej 1000℃.

Mimo że stopiony korund sam w sobie ma wysoką ognioodporność, to ze względu na obecność zanieczyszczeń, takich jak tlenek sodu, temperatura prażenia skorupy powyżej 1000℃ może również powodować pełzanie, co skutkuje słabą stabilnością wymiarową.

3) Ograniczenia powłoki dotyczące kurczenia się odlewu - możliwość pojednania i zapadnięcia się powłoki zależą głównie od materiału powłoki.
Podsumowując, wpływ powłoki na wahania wielkości odlewu, materiał ogniotrwały odgrywa główną rolę, ale rola spoiwa nie może być ignorowana. Natomiast wpływ procesu wytwarzania powłoki jest mniejszy.

3.Wpływ naprężeń na stabilność wymiarową wywołanych nierównomiernym chłodzeniem odlewów
Prędkość chłodzenia każdej części odlewu (w tym systemu odlewania) jest inna, a naprężenie cieplne powoduje odkształcenie odlewu, co wpływa na stabilność wymiarową. Często występuje to w rzeczywistej produkcji. Zmniejszenie szybkości chłodzenia odlewów i poprawa kombinacji wlewów to skuteczne środki zapobiegawcze.