Độ ổn định kích thước và độ chính xác của đúc đầu tư
Một trong những mục tiêu chính của công nhân đúc mẫu chảy là liên tục cải thiện độ chính xác về kích thước của sản phẩm đúc mẫu chảy và giảm thiểu chất thải do quang sai kích thước.
1. Độ ổn định kích thước của khuôn sáp và các yếu tố ảnh hưởng
Hình 1 cho thấy kết quả thu được của Giáo sư Robert C. Voigt thuộc Đại học Pennsylvania sau khi theo dõi và đo lường 29 loại đúc đầu tư. Có thể thấy rằng trong hầu hết các trường hợp, khi kích thước của khuôn sáp dao động lớn, kích thước của dao động đúc cũng lớn, và ngoại lệ là ít. Theo quan điểm tổng thể, dao động kích thước của khuôn sáp chiếm 10% đến 70% dao động kích thước của đúc.
Hình 1 So sánh sự thay đổi kích thước giữa đúc chính xác và khuôn sáp
Ghi chú: σ- độ lệch chuẩn
Các thông số quy trình có ảnh hưởng quyết định đến độ ổn định kích thước của khuôn sáp. Các yếu tố chính như sau:
1)Nhiệt độ ép sáp
Ảnh hưởng của nhiệt độ ép sáp là khác nhau đối với các khuôn khác nhau (xem Hình 2). Như có thể thấy từ HÌNH 2, khi sử dụng khuôn nền sáp, ảnh hưởng của nhiệt độ ép sáp đến độ ổn định kích thước của khuôn sáp rất nhạy, trong khi ảnh hưởng của khuôn nền nhựa là nhỏ.
2)Áp suất phun
Như có thể thấy từ HÌNH 3, tốc độ co ngót của khuôn sáp giảm đáng kể khi áp suất nhỏ và áp suất tăng. Tuy nhiên, khi áp suất tăng đến một mức độ nhất định (> 1,6MPa), áp suất hầu như không ảnh hưởng đến kích thước của khuôn sáp.
Nhiệt độ ép sáp /℃
HÌNH 2 Mối quan hệ giữa nhiệt độ ép sáp và độ co ngót của khuôn sáp
Áp suất phun /MPa
HÌNH 3 Mối quan hệ giữa áp suất phun và độ co ngót của khuôn sáp
3)Tốc độ dòng chảy
Tốc độ dòng chảy của khuôn có thể thay đổi theo hai cách sau, nhưng tác động đến kích thước của khuôn sáp không giống nhau: Bằng cách thay đổi tốc độ dòng chảy của cài đặt máy ép sáp, phương pháp này ít ảnh hưởng đến tốc độ co ngót của khuôn sáp. Tuy nhiên, nó có ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng bề mặt và chất lượng bề mặt của khuôn sáp có các bộ phận thành mỏng phức tạp hoặc có lõi. Bằng cách thay đổi diện tích mặt cắt ngang của miệng phun sáp, phương pháp này có tác động lớn hơn, vì việc tăng diện tích mặt cắt ngang của miệng phun sáp không chỉ có thể làm giảm nhiệt độ ép sáp mà còn kéo dài thời gian đông đặc của vật liệu khuôn tại miệng phun sáp, do đó làm tăng mức độ nén khuôn sáp, giảm tốc độ co ngót và co ngót bề mặt.
4)Thời gian tiêm
Cái gọi là thời gian phun áp lực ở đây bao gồm ba giai đoạn điền đầy, nén chặt và giữ chặt. Thời gian điền đầy là thời gian khuôn được điền đầy bằng cách ép chặt.
Nén chặt là thời gian từ khi áp suất đạt mức tối đa cho đến khi vòi phun sáp đóng lại; Giữ chặt là thời gian từ khi vòi phun đóng lại cho đến khi khuôn được kéo ra.
Thời gian phun có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ co ngót của khuôn sáp (Hình 4), vì việc tăng thời gian phun có thể khiến nhiều vật liệu khuôn bị ép vào khoang hơn và khuôn sáp sẽ bị nén chặt hơn, do đó làm giảm tốc độ co ngót. Điều này có thể được chứng minh bằng cách tăng trọng lượng của khuôn sáp khi kéo dài thời gian nén (xem Hình 5). Thời gian nén phải phù hợp, nếu thời gian nén quá dài, vật liệu khuôn tại miệng phun sáp đã đông cứng hoàn toàn và việc nén sẽ không hiệu quả. Cũng có thể thấy từ Hình 4 rằng khi thời gian phun tương đối ngắn (15-25 giây), nhiệt độ ép sáp tăng lên và tốc độ co ngót tăng lên, nhưng khi thời gian phun được kéo dài đến 25-35 giây (trên thực tế, thời gian nén được kéo dài trên tiền đề là thời gian điền đầy vẫn không đổi), thì ảnh hưởng của nhiệt độ ép sáp trở nên nhỏ hơn. Khi thời gian phun tăng lên hơn 35 giây, tình huống ngược lại sẽ xảy ra, tức là khi nhiệt độ ép sáp tăng lên, tốc độ co ngót của khuôn sáp sẽ nhỏ hơn (xem Hình 5). Hiện tượng này có thể được giải thích bằng thực tế là việc tăng nhiệt độ khuôn và kéo dài thời gian nén có tác dụng tương tự như việc tăng độ nén của khuôn sáp.
5)Thiết bị ép nhiệt độ và sáp
Khuôn sáp nguội chậm và tỷ lệ co ngót tăng theo nhiệt độ đúc cao. Điều này là do khuôn sáp vẫn còn trong máy ép trước khi khuôn được kéo ra, và độ co ngót bị hạn chế, và sau khi khuôn chuyển sang co ngót tự do. Do đó, nếu nhiệt độ khuôn cao, tỷ lệ co ngót cuối cùng lớn và ngược lại, tỷ lệ co ngót nhỏ.
Tương tự như vậy, hệ thống làm mát của máy ép sáp có thể ảnh hưởng khoảng 0,3% đến kích thước của khuôn sáp.
Cuối cùng, cần nhấn mạnh rằng khi sử dụng vật liệu đúc đế sáp, bột sáp là hệ thống đồng tồn tại ba pha rắn, lỏng và khí. Tỷ lệ thể tích giữa ba pha có ảnh hưởng lớn đến kích thước của khuôn sáp. Mối quan hệ tỷ lệ giữa ba pha không thể kiểm soát được trong quá trình sản xuất thực tế, đây cũng là một lý do quan trọng khiến khuôn sáp ép bằng khuôn đế sáp có độ ổn định kích thước kém.
HÌNH 4 Ảnh hưởng toàn diện của thời gian phun và nhiệt độ sáp đến độ co ngót của khuôn sáp
Thời gian tiêm /giây
HÌNH 5 Ảnh hưởng của thời gian ép đến độ chặt của khuôn sáp
2. Ảnh hưởng của vật liệu vỏ và quy trình chế tạo vỏ đến độ ổn định kích thước của vật đúc
Ảnh hưởng của vỏ đến kích thước vật đúc chủ yếu là do sự giãn nở vì nhiệt, biến dạng vì nhiệt (biến dạng ở nhiệt độ cao) và sự hạn chế (cản trở) của vỏ đối với sự co ngót khi nguội của vật đúc.
1)Sự giãn nở nhiệt của vỏ
Chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu vỏ. Tỷ lệ giãn nở của các vật liệu chịu lửa khác nhau là khác nhau. Trong số các vật liệu chịu lửa thường dùng, tỷ lệ giãn nở của thạch anh nung chảy là nhỏ nhất, tiếp theo là nhôm silicat, và silica là lớn nhất và không đồng đều. Sau khi thử nghiệm để xác định vỏ nhôm silicat từ nhiệt độ phòng nung đến 1000℃, vỏ có thể tạo ra khoảng 0,25% giãn nở, tỷ lệ co ngót tổng thể của kích thước đúc không lớn, vì vậy nếu sử dụng vật liệu chịu lửa như vậy, vỏ có độ ổn định kích thước tốt, chẳng hạn như sử dụng thạch anh nung chảy chắc chắn sẽ tốt hơn. Tuy nhiên, nếu sử dụng silica, kích thước của vỏ dao động rất nhiều.
2)Biến dạng nhiệt
Ví dụ, độ biến dạng của lớp vỏ có chất kết dính là thủy tinh nước lớn hơn đáng kể so với lớp vỏ silica sol và etyl silicat ở nhiệt độ cao trên 1000℃.
Mặc dù corundum nóng chảy có độ chịu lửa cao, nhưng do sự có mặt của các tạp chất như natri oxit, nhiệt độ nung vỏ trên 1000℃ cũng có thể tạo ra hiện tượng biến dạng, dẫn đến độ ổn định kích thước kém.
3)Các ràng buộc của vỏ đối với độ co ngót của vật đúc - khả năng hòa tan và co lại của vỏ chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu vỏ.
Tóm lại, ảnh hưởng của vỏ đến sự dao động kích thước của vật đúc, vật liệu chịu lửa đóng vai trò chính, nhưng vai trò của chất kết dính không thể bỏ qua. Ngược lại, tác động của quá trình chế tạo vỏ ít hơn.
3. Ảnh hưởng của ứng suất đến độ ổn định kích thước do quá trình làm nguội không đều của vật đúc
Tốc độ làm nguội của từng bộ phận đúc (bao gồm cả hệ thống rót) là khác nhau và ứng suất nhiệt gây ra biến dạng của vật đúc, ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước. Điều này thường gặp trong sản xuất thực tế. Giảm tốc độ làm nguội của vật đúc và cải thiện sự kết hợp của vòi phun là các biện pháp phòng ngừa hiệu quả.