Stabilità dimensionale e precisione delle fusioni a cera persa

È sempre uno degli obiettivi principali dei lavoratori della fusione a cera persa migliorare continuamente la precisione dimensionale di Fusioni a cera persa e ridurre gli sprechi causati dall'aberrazione dimensionale.

1.Stabilità dimensionale dello stampo in cera e fattori che lo influenzano

La Figura 1 mostra i risultati ottenuti dal Professor Robert C. Voigt dell'Università della Pennsylvania dopo aver monitorato e misurato 29 tipi di microfusioni. Si può osservare che nella maggior parte dei casi, quando le dimensioni dello stampo in cera variano notevolmente, anche le dimensioni della fusione sono ampie, con poche eccezioni. Dal punto di vista generale, le fluttuazioni dimensionali dello stampo in cera rappresentano dal 10% al 70% delle fluttuazioni dimensionali della fusione.

Figura 1 Confronto delle fluttuazioni dimensionali tra Fusione di precisione e stampo di cera

Nota: σ- deviazione standard

I parametri di processo hanno un'influenza decisiva sulla stabilità dimensionale dello stampo in cera. I fattori principali sono i seguenti:

1) Temperatura di pressatura della cera

L'influenza della temperatura di pressatura della cera varia a seconda dello stampo (vedere Figura 2). Come si può osservare dalla FIG. 2, quando si utilizza uno stampo a base di cera, l'influenza della temperatura di pressatura della cera sulla stabilità dimensionale dello stampo è molto sensibile, mentre l'influenza dello stampo a base di resina è minima.

2) Pressione di iniezione

Come si può vedere dalla FIG. 3, la velocità di restringimento dello stampo in cera diminuisce significativamente quando la pressione è bassa e aumenta. Tuttavia, quando la pressione aumenta fino a un certo punto (>1,6 MPa), la pressione non ha praticamente alcun effetto sulle dimensioni dello stampo in cera.

Temperatura di pressatura della cera /℃

FIG. 2 Relazione tra la temperatura di pressatura della cera e il restringimento dello stampo in cera

Pressione di iniezione /MPa

FIG. 3 Relazione tra pressione di iniezione e restringimento dello stampo in cera

3）Velocità del flusso

La velocità di flusso dello stampo può essere modificata nei due modi seguenti, ma l'impatto sulle dimensioni dello stampo in cera non è lo stesso: modificando la velocità di flusso dell'impostazione della pressa per cera, questo metodo ha un effetto minore sul tasso di restringimento dello stampo in cera. Tuttavia, ha un'influenza importante sul riempimento e sulla qualità superficiale dello stampo in cera con parti complesse a parete sottile o con anima. Modificando l'area della sezione trasversale della bocca di iniezione della cera, questo metodo ha un impatto maggiore, poiché l'aumento dell'area della sezione trasversale della bocca di iniezione della cera può non solo ridurre la temperatura di pressatura della cera, ma anche prolungare il tempo di solidificazione del materiale dello stampo nella bocca di iniezione della cera, aumentando così il grado di compattazione dello stampo in cera, riducendo il tasso di restringimento e il restringimento superficiale.

4）Tempo di iniezione

Il cosiddetto tempo di iniezione a pressione comprende tre fasi: riempimento, compattazione e ritenzione. Il tempo di riempimento si riferisce al tempo in cui lo stampo viene riempito con le compressioni.

La compattazione si riferisce al tempo che intercorre tra la pressione massima e la chiusura dell'ugello della cera; la tenuta si riferisce al tempo che intercorre tra la chiusura dell'ugello e l'estrazione dello stampo.

Il tempo di iniezione ha un effetto significativo sulla velocità di ritiro dello stampo in cera (Figura 4), poiché un aumento del tempo di iniezione può comportare una maggiore compressione del materiale dello stampo nella cavità, con conseguente maggiore compattazione dello stampo in cera, riducendo così la velocità di ritiro. Ciò può essere dimostrato dall'aumento del peso dello stampo in cera con l'aumento del tempo di compattazione (vedere Figura 5). Il tempo di compattazione deve essere adeguato; se il tempo di compattazione è troppo lungo, il materiale dello stampo all'ingresso dell'iniezione della cera si è completamente solidificato e la compattazione non avrà effetto. Dalla Figura 4 si può anche osservare che quando il tempo di iniezione è relativamente breve (15-25 secondi), la temperatura di pressatura della cera aumenta e la velocità di ritiro aumenta, ma quando il tempo di iniezione viene esteso a 25-35 secondi (in realtà, il tempo di compattazione viene esteso presupponendo che il tempo di riempimento rimanga costante), l'influenza della temperatura di pressatura della cera diminuisce. Quando il tempo di iniezione viene aumentato a più di 35 secondi, si verifica la situazione opposta, ovvero, all'aumentare della temperatura di pressatura della cera, il tasso di restringimento dello stampo in cera diminuisce (vedere Figura 5). Questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che l'aumento della temperatura dello stampo e il prolungamento del tempo di compattazione hanno lo stesso effetto dell'aumento del grado di compattazione dello stampo in cera.

5) Temperatura di stampaggio e attrezzatura per la pressatura della cera

Lo stampo in cera si raffredda lentamente e il tasso di restringimento aumenta con l'aumentare della temperatura di stampaggio. Questo perché lo stampo in cera è ancora nella pressa prima che lo stampo venga trafilato, e il restringimento è limitato, e dopo che lo stampo è stato trasformato in restringimento libero. Pertanto, se la temperatura dello stampo è elevata, il tasso di restringimento finale è elevato e viceversa, il tasso di restringimento è basso.

Allo stesso modo, il sistema di raffreddamento della pressa per cera può avere un impatto di circa lo 0,3% sulle dimensioni dello stampo per cera.

Infine, vale la pena sottolineare che quando si utilizza il materiale di stampaggio a base di cera, la pasta di cera è un sistema di coesistenza trifase solido, liquido e gassoso. Il rapporto in volume tra le tre fasi ha una grande influenza sulle dimensioni dello stampo in cera. Il rapporto proporzionale tra le tre fasi non può essere controllato durante la produzione effettiva, il che è anche un motivo importante della scarsa stabilità dimensionale dello stampo in cera pressato con stampo a base di cera.

FIG. 4 Effetti complessivi del tempo di iniezione e della temperatura della cera sul restringimento dello stampo in cera

Tempo di iniezione /s

FIG. 5 Influenza del tempo di pressatura sul grado di compattazione dello stampo in cera

2. Influenza del materiale del guscio e del processo di fabbricazione del guscio sulla stabilità dimensionale dei getti

L'influenza del guscio sulle dimensioni dei getti è causata principalmente dalla dilatazione termica, dalla deformazione termica (scorrimento ad alta temperatura) e dall'ostacolo del guscio al ritiro da raffreddamento dei getti.

1）Espansione termica del guscio

Dipende principalmente dal materiale del guscio. La velocità di espansione dei diversi materiali refrattari è diversa. Tra i materiali refrattari comunemente utilizzati, la velocità di espansione del quarzo fuso è la più bassa, seguita dal silicato di alluminio e dalla silice, che è la più elevata e irregolare. Dopo aver testato il guscio in silicato di alluminio riscaldandolo a temperatura ambiente fino a 1000 °C, il guscio può produrre circa lo 0,25% di espansione, la proporzione del ritiro complessivo delle dimensioni del getto non è elevata, quindi se si utilizzano tali refrattari, il guscio ha una buona stabilità dimensionale, come l'uso del quarzo fuso sarà senza dubbio migliore. Tuttavia, se si utilizza la silice, le dimensioni del guscio variano notevolmente.

2）Deformazione termica

Ad esempio, il grado di scorrimento del guscio con vetro solubile come legante è significativamente maggiore di quello del guscio di sol di silice e silicato di etile ad alte temperature superiori a 1000℃.

Sebbene il corindone fuso abbia di per sé un'elevata refrattarietà, a causa della presenza di impurità come l'ossido di sodio, la temperatura di tostatura del guscio superiore a 1000℃ può anche produrre scorrimento, con conseguente scarsa stabilità dimensionale.

3) I vincoli del guscio sul ritiro del getto: la conciliazione e la collassabilità del guscio dipendono principalmente dal materiale del guscio.
In sintesi, l'influenza del guscio sulla fluttuazione dimensionale del getto è fondamentale, in quanto il materiale refrattario gioca un ruolo fondamentale, ma il ruolo del legante non può essere ignorato. Al contrario, l'impatto del processo di fabbricazione del guscio è minore.

3. L'influenza dello stress sulla stabilità dimensionale causata dal raffreddamento non uniforme dei getti
La velocità di raffreddamento di ogni componente del getto (incluso il sistema di colata) è diversa e lo stress termico causa la deformazione del getto, che ne compromette la stabilità dimensionale. Questo fenomeno si verifica spesso nella produzione effettiva. Ridurre la velocità di raffreddamento dei getti e migliorare la combinazione delle materozze sono efficaci misure preventive.