Estabilidade dimensional e precisão de peças fundidas de investimento

Um dos principais objetivos dos trabalhadores de fundição de investimento é sempre melhorar continuamente a precisão dimensional das peças fundidas de investimento e reduzir o desperdício causado pela aberração dimensional.

1. Estabilidade dimensional do molde de cera e seus fatores de influência

A Figura 1 mostra os resultados obtidos pelo Professor Robert C. Voigt da Universidade da Pensilvânia após rastrear e medir 29 tipos de fundições de investimento. Pode ser visto que na maioria dos casos, quando o tamanho do molde de cera flutua muito, o tamanho das flutuações da fundição também é grande, e as exceções são poucas. Do ponto de vista geral, a flutuação do tamanho do molde de cera é responsável por 10% a 70% da flutuação do tamanho da fundição.

Figura 1 Comparação da flutuação de tamanho entre fundição de precisão e molde de cera

Nota: σ- desvio padrão

Os parâmetros do processo têm uma influência decisiva na estabilidade dimensional do molde de cera. Os principais fatores são os seguintes:

1）Temperatura de prensagem da cera

A influência da temperatura de prensagem da cera é diferente para diferentes moldes (veja Figura 2). Como pode ser visto na FIG. 2, quando o molde de base de cera é usado, a influência da temperatura de prensagem da cera na estabilidade dimensional do molde de cera é muito sensível, enquanto a influência do molde de base de resina é pequena.

2）Pressão de injeção

Como pode ser visto na FIG. 3, a taxa de encolhimento do molde de cera diminui significativamente quando a pressão é pequena e a pressão aumenta. No entanto, quando a pressão aumenta até certo ponto (>1,6 MPa), a pressão quase não tem efeito no tamanho do molde de cera.

Temperatura de prensagem da cera /℃

FIG. 2 Relação entre a temperatura de prensagem da cera e a contração do molde de cera

Pressão de injeção /MPa

FIG. 3 Relação entre pressão de injeção e contração do molde de cera

3）Velocidade do fluxo

A velocidade do fluxo do molde pode ser alterada das duas maneiras a seguir, mas o impacto no tamanho do molde de cera não é o mesmo: Ao alterar a velocidade do fluxo da configuração da prensa de cera, este método tem menos efeito na taxa de encolhimento do molde de cera. No entanto, tem influência importante no enchimento e na qualidade da superfície do molde de cera com peças de parede fina complexas ou com núcleo. Ao alterar a área da seção transversal da boca de injeção de cera, este método tem um impacto maior, porque aumentar a área da seção transversal da boca de injeção de cera pode não apenas reduzir a temperatura de prensagem da cera, mas também estender o tempo de solidificação do material do molde na boca de injeção de cera, aumentando assim o grau de compactação do molde de cera, reduzindo a taxa de encolhimento e o encolhimento da superfície.

4）Tempo de injeção

O chamado tempo de injeção de pressão aqui inclui três períodos de enchimento, compactação e retenção. O tempo de enchimento se refere ao tempo em que o molde é preenchido com as compressões.

Compactação refere-se ao tempo desde a pressão total até o fechamento do bico de cera; Retenção refere-se ao tempo desde o fechamento do bico até o desenho do molde.

O tempo de injeção tem um efeito significativo na taxa de contração do molde de cera (Figura 4), porque aumentar o tempo de injeção pode resultar em mais material de molde sendo espremido na cavidade, e o molde de cera será compactado em maior extensão, reduzindo assim a taxa de contração. Isso pode ser demonstrado pelo aumento do peso do molde de cera com a extensão do tempo de compactação (veja a Figura 5). O tempo de compactação deve ser apropriado, se o tempo de compactação for muito longo, o material do molde na boca de injeção de cera foi completamente solidificado, e a compactação não funcionará. Também pode ser visto na Figura 4 que quando o tempo de injeção é relativamente curto (15-25s), a temperatura de prensagem da cera aumenta e a taxa de contração aumenta, mas quando o tempo de injeção é estendido para 25-35s (na verdade, o tempo de compactação é estendido na premissa de que o tempo de enchimento permanece constante), a influência da temperatura de prensagem da cera se torna menor. Quando o tempo de injeção é aumentado para mais de 35s, a situação oposta ocorrerá, ou seja, conforme a temperatura de prensagem da cera aumenta, a taxa de contração do molde de cera se tornará menor (veja a Figura 5). Esse fenômeno pode ser explicado pelo fato de que aumentar a temperatura do molde e estender o tempo de compactação tem o mesmo efeito que aumentar o grau de compactação do molde de cera.

5）Temperatura de moldagem e equipamento de prensagem de cera

O molde de cera esfria lentamente e a taxa de encolhimento aumenta com a alta temperatura de moldagem. Isso ocorre porque o molde de cera ainda está na prensa antes do molde ser desenhado, e o encolhimento é limitado, e depois que o molde é transformado em encolhimento livre. Portanto, se a temperatura do molde for alta, a taxa de encolhimento final é grande, e vice-versa, a taxa de encolhimento é pequena.

Da mesma forma, o sistema de resfriamento da prensa de cera pode ter um impacto de cerca de 0,3% no tamanho do molde de cera.

Finalmente, vale ressaltar que quando o material de moldagem de base de cera é usado, a pasta de cera é um sistema de coexistência trifásica sólida, líquida e gasosa. A relação de volume entre as três fases tem uma grande influência no tamanho do molde de cera. A relação proporcional entre as três não pode ser controlada na produção real, o que também é uma razão importante para a baixa estabilidade dimensional do molde de cera prensado com o molde de base de cera.

FIG. 4 Efeitos abrangentes do tempo de injeção e da temperatura da cera na contração do molde de cera

Tempo de injeção /s

FIG. 5 Influência do tempo de prensagem no grau de compactação do molde de cera

2. Influência do material do invólucro e do processo de fabricação do invólucro na estabilidade dimensional das peças fundidas

A influência da casca no tamanho das peças fundidas é causada principalmente pela expansão térmica, deformação térmica (fluência em alta temperatura) e restrição (obstáculo) da casca na contração por resfriamento das peças fundidas.

1）Expansão térmica da casca

Depende principalmente do material da casca. A taxa de expansão de diferentes materiais refratários é diferente. Entre os materiais refratários comumente usados, a taxa de expansão do quartzo fundido é a menor, seguida pelo silicato de alumínio, e a sílica é a maior e irregular. Após o teste para determinar a casca de silicato de alumínio do aquecimento à temperatura ambiente a 1000℃, a casca pode produzir cerca de 0,25% de expansão, a proporção da contração geral do tamanho da fundição não é grande, então se tais refratários forem usados, a casca tem boa estabilidade dimensional, como o uso de quartzo fundido será, sem dúvida, melhor. No entanto, se a sílica for usada, o tamanho da casca flutua muito.

2）Deformação térmica

Por exemplo, o grau de fluência da casca com vidro aquoso como ligante é significativamente maior do que o da casca de sol de sílica e silicato de etila em altas temperaturas acima de 1000℃.

Embora o corindo fundido em si tenha uma alta refratariedade, devido à presença de impurezas como óxido de sódio, a temperatura de torrefação da casca acima de 1000℃ também pode produzir fluência, resultando em baixa estabilidade dimensional.

3）As restrições do invólucro na contração da fundição - a conciliação e a colapsabilidade do invólucro dependem principalmente do material do invólucro.
Em resumo, a influência da casca na flutuação do tamanho da fundição, o material refratário desempenha um papel principal, mas o papel do ligante não pode ser ignorado. Em contraste, o impacto do processo de fabricação da casca é menor.

3. A influência do estresse na estabilidade dimensional causada pelo resfriamento irregular das peças fundidas
A velocidade de resfriamento de cada parte da fundição (incluindo o sistema de vazamento) é diferente e o estresse térmico causa a deformação da fundição, o que afeta a estabilidade dimensional. Isso é frequentemente encontrado na produção real. Reduzir a taxa de resfriamento das peças fundidas e melhorar a combinação do sprue são medidas preventivas eficazes.