Yatırım dökümlerinin boyutsal kararlılığı ve doğruluğu

Yatırım döküm işçilerinin temel hedeflerinden biri, yatırım dökümlerin boyutsal doğruluğunu sürekli iyileştirmek ve boyutsal sapmalardan kaynaklanan atıkları azaltmaktır.

1.Mum kalıbının boyutsal kararlılığı ve onu etkileyen faktörler

Şekil 1, Pennsylvania Üniversitesi'nden Profesör Robert C. Voigt'in 29 çeşit yatırım dökümünü izleyip ölçtükten sonra elde ettiği sonuçları göstermektedir. Çoğu durumda, balmumu kalıbının boyutu büyük ölçüde dalgalandığında, döküm dalgalanmalarının boyutunun da büyük olduğu ve istisnaların az olduğu görülebilir. Genel bakış açısından, balmumu kalıbının boyut dalgalanması, dökümün boyut dalgalanmasının %10 ila %70'ini oluşturur.

Şekil 1 Hassas döküm ve mum kalıp arasındaki boyut dalgalanmasının karşılaştırılması

Not: σ- standart sapma

İşlem parametreleri, mum kalıbının boyutsal kararlılığı üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Başlıca faktörler şunlardır:

1)Mum presleme sıcaklığı

Balmumu presleme sıcaklığının etkisi farklı kalıplar için farklıdır (bkz. Şekil 2). Şekil 2'den görülebileceği gibi, balmumu tabanlı kalıp kullanıldığında, balmumu presleme sıcaklığının balmumu kalıbının boyutsal kararlılığı üzerindeki etkisi çok hassastır, reçine tabanlı kalıbın etkisi ise küçüktür.

2) Enjeksiyon basıncı

Şekil 3'te görülebileceği gibi, basınç küçük olduğunda ve basınç arttığında balmumu kalıbının büzülme oranı önemli ölçüde azalır. Ancak, basınç belirli bir dereceye kadar arttığında (>1.6MPa), basıncın balmumu kalıbının boyutu üzerinde neredeyse hiç etkisi olmaz.

Balmumu presleme sıcaklığı /℃

ŞEKİL 2 Balmumu presleme sıcaklığı ile balmumu kalıp büzülmesi arasındaki ilişki

Enjeksiyon basıncı /MPa

ŞEKİL 3 Enjeksiyon basıncı ile mum kalıbının büzülmesi arasındaki ilişki

3)Akış hızı

Kalıbın akış hızı aşağıdaki iki şekilde değiştirilebilir, ancak balmumu kalıbının boyutu üzerindeki etki aynı değildir: Balmumu pres ayarının akış hızını değiştirerek bu yöntem balmumu kalıbının büzülme oranı üzerinde daha az etkiye sahiptir. Ancak, karmaşık ince duvarlı parçalara sahip veya çekirdekli balmumu kalıbının dolumu ve yüzey kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Balmumu enjeksiyon ağzının enine kesit alanını değiştirerek, bu yöntemin daha büyük bir etkisi vardır, çünkü balmumu enjeksiyon ağzının enine kesit alanını artırmak yalnızca balmumu presleme sıcaklığını azaltmakla kalmaz, aynı zamanda balmumu enjeksiyon ağzındaki kalıp malzemesinin katılaşma süresini de uzatabilir, böylece balmumu kalıbının sıkıştırma derecesini artırarak büzülme oranını ve yüzey büzülmesini azaltır.

4) Enjeksiyon süresi

Burada sözde basınç enjeksiyon süresi, doldurma, sıkıştırma ve tutma olmak üzere üç periyodu içerir. Doldurma süresi, kalıbın sıkıştırmalarla doldurulduğu zamanı ifade eder.

Sıkıştırma, tam basınçtan mum nozulunun kapanmasına kadar geçen süreyi ifade eder; Tutma, nozulun kapanmasından kalıbın çekilmesine kadar geçen süreyi ifade eder.

Enjeksiyon süresi, balmumu kalıbının büzülme oranı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir (Şekil 4), çünkü enjeksiyon süresinin artırılması, daha fazla kalıp malzemesinin boşluğa sıkıştırılmasına neden olabilir ve balmumu kalıbı daha fazla sıkıştırılarak büzülme oranı azaltılır. Bu, sıkıştırma süresinin uzatılmasıyla balmumu kalıbının ağırlığındaki artışla gösterilebilir (bkz. Şekil 5). Sıkıştırma süresi uygun olmalıdır, eğer sıkıştırma süresi çok uzunsa, balmumu enjeksiyon ağzındaki kalıp malzemesi tamamen katılaşmış olur ve sıkıştırma işe yaramaz. Şekil 4'ten ayrıca, enjeksiyon süresi nispeten kısa olduğunda (15-25 sn), balmumu presleme sıcaklığının yükseldiği ve büzülme oranının arttığı, ancak enjeksiyon süresi 25-35 sn'ye uzatıldığında (aslında, sıkıştırma süresi, doldurma süresinin sabit kaldığı varsayımıyla uzatılır), balmumu presleme sıcaklığının etkisinin daha küçük hale geldiği görülebilir. Enjeksiyon süresi 35 saniyeden fazla artırıldığında, tam tersi durum meydana gelir, yani balmumu presleme sıcaklığı arttıkça balmumu kalıbının büzülme oranı küçülür (bkz. Şekil 5). Bu olgu, kalıp sıcaklığını artırmanın ve sıkıştırma süresini uzatmanın balmumu kalıbının sıkıştırma derecesini artırmakla aynı etkiye sahip olmasıyla açıklanabilir.

5）Kalıplama sıcaklığı ve mum presleme ekipmanı

Balmumu kalıbı yavaşça soğur ve büzülme oranı yüksek kalıplama sıcaklığıyla artar. Bunun nedeni, balmumu kalıbının kalıp çekilmeden önce hala preste olması ve büzülmenin sınırlı olması ve kalıp serbest büzülmeye çevrildikten sonra olmasıdır. Bu nedenle, kalıp sıcaklığı yüksekse, son büzülme oranı büyüktür ve tam tersi, büzülme oranı küçüktür.

Benzer şekilde, balmumu presinin soğutma sistemi, balmumu kalıbının boyutu üzerinde yaklaşık %0,3 oranında bir etkiye sahip olabilir.

Son olarak, balmumu bazlı kalıplama malzemesi kullanıldığında balmumu macununun katı, sıvı ve gaz üç fazlı bir arada var olma sistemi olduğunu vurgulamakta fayda vardır. Üç faz arasındaki hacim oranı balmumu kalıbının boyutu üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Üç faz arasındaki orantılı ilişki gerçek üretimde kontrol edilemez, bu da balmumu bazlı kalıpla preslenen balmumu kalıbının zayıf boyutsal kararlılığının önemli bir nedenidir.

ŞEKİL 4 Enjeksiyon süresi ve mum sıcaklığının mum kalıbının büzülmesi üzerindeki kapsamlı etkileri

Enjeksiyon süresi /s

ŞEKİL 5 Presleme süresinin mum kalıbının sıkıştırma derecesine etkisi

2. Kabuk malzemesinin ve kabuk yapım sürecinin dökümlerin boyutsal kararlılığına etkisi

Kabuğun dökümlerin boyutlarına olan etkisi esas olarak ısıl genleşme, ısıl deformasyon (yüksek sıcaklıkta sürünme) ve kabuğun dökümlerin soğuma büzülmesine olan kısıtlamasından (engellemesinden) kaynaklanır.

1)Kabuk termal genleşmesi

Esas olarak kabuk malzemesine bağlıdır. Farklı refrakter malzemelerin genleşme oranı farklıdır. Yaygın olarak kullanılan refrakter malzemeler arasında, erimiş kuvarsın genleşme oranı en küçüğüdür, ardından alüminyum silikat gelir ve silika en büyüğüdür ve düzensizdir. Alüminyum silikat kabuğunu oda sıcaklığında 1000℃'ye ısıtmak için test ettikten sonra, kabuk yaklaşık %0,25 genleşme üretebilir, dökümün boyutunun genel büzülme oranı büyük değildir, bu nedenle bu tür refrakterler kullanılırsa, kabuk iyi boyutsal kararlılığa sahiptir, örneğin erimiş kuvars kullanımı şüphesiz daha iyi olacaktır. Ancak, silika kullanılırsa, kabuğun boyutu büyük ölçüde dalgalanır.

2) Termal deformasyon

Örneğin, bağlayıcı olarak su camı kullanılan kabuğun sürünme derecesi, 1000℃'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda silika sol ve etil silikat kullanılan kabuğun sürünme derecesinden önemli ölçüde daha büyüktür.

Erimiş korindonun kendisi yüksek bir refrakterliğe sahip olmasına rağmen, sodyum oksit gibi safsızlıkların varlığı nedeniyle, 1000℃'nin üzerindeki kabuk kavurma sıcaklığı da sürünmeye neden olabilir ve bu da zayıf boyut kararlılığına neden olur.

3) Kabuğun dökümün büzülmesine ilişkin kısıtlamaları - kabuğun uzlaşabilirliği ve çökebilirliği esas olarak kabuk malzemesine bağlıdır.
Özetle, kabuğun dökümün boyut dalgalanması üzerindeki etkisinde, refrakter malzeme ana rol oynar, ancak bağlayıcının rolü göz ardı edilemez. Buna karşılık, kabuk yapım sürecinin etkisi daha azdır.

3.Dökümlerin eşit olmayan şekilde soğutulmasıyla oluşan stresin boyut kararlılığına etkisi
Dökümün her bir parçasının (döküm sistemi dahil) soğuma hızı farklıdır ve termal stres dökümün deformasyonuna neden olur, bu da boyutsal kararlılığı etkiler. Bu durum gerçek üretimde sıklıkla karşılaşılan bir durumdur. Dökümlerin soğuma hızını azaltmak ve döküm ağzı kombinasyonunu iyileştirmek etkili önleyici tedbirlerdir.