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 de Fundição 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 o rastreamento e a medição de 29 tipos de peças fundidas de precisão. Pode-se observar que, na maioria dos casos, quando o tamanho do molde de cera oscila muito, as flutuações no tamanho da peça fundida também são grandes, com poucas exceções. De um ponto de vista geral, a flutuação no tamanho do molde de cera representa de 10% a 70% da flutuação no tamanho da peça fundida.

Figura 1 Comparação da flutuação do 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 varia de acordo com o molde (ver Figura 2). Como pode ser observado na Figura 2, quando se utiliza um molde à base de cera, a influência da temperatura de prensagem da cera na estabilidade dimensional do molde é muito sensível, enquanto a influência do molde à base de resina é pequena.

2) Pressão de injeção

Como pode ser visto na FIG. 3, a taxa de contração 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 contração do molde de cera. No entanto, tem influência importante no enchimento e na qualidade da superfície do molde de cera com peças complexas de paredes finas ou com núcleo. Ao alterar a área da seção transversal da boca de injeção de cera, este método tem um impacto maior, pois 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 contração e a contração da superfície.

4) Tempo de injeção

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

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), pois aumentar o tempo de injeção pode resultar em mais material do molde sendo comprimido 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 (ver 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 terá sido 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 com base na premissa de que o tempo de enchimento permanece constante), a influência da temperatura de prensagem da cera torna-se menor. Quando o tempo de injeção é aumentado para mais de 35 s, ocorre a situação oposta, ou seja, à medida que a temperatura de prensagem da cera aumenta, a taxa de contração do molde de cera diminui (ver Figura 5). Esse fenômeno pode ser explicado pelo fato de que o aumento da temperatura do molde e o prolongamento do tempo de compactação têm o mesmo efeito que o aumento do 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 contração aumenta com a alta temperatura de moldagem. Isso ocorre porque o molde de cera ainda está na prensa antes da moldagem ser estirada, e a contração é limitada, e após a moldagem, o molde entra em contração livre. Portanto, se a temperatura do molde for alta, a taxa de contração final será grande, e vice-versa, a taxa de contração será 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.

Por fim, vale ressaltar que, ao utilizar o material de moldagem à base de cera, a pasta de cera é um sistema trifásico de coexistência sólida, líquida e gasosa. A relação de volume entre as três fases tem grande influência no tamanho do molde de cera. A relação proporcional entre as três fases não pode ser controlada na produção real, o que também é um motivo importante para a baixa estabilidade dimensional do molde de cera prensado com o molde à 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 carcaça. 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 desigual. Após testes para determinar a carcaça de silicato de alumínio a partir do aquecimento à temperatura ambiente até 1000°C, a carcaça pode produzir cerca de 0,25% de expansão, a proporção da contração total do tamanho da peça fundida não é grande, portanto, se tais refratários forem usados, a carcaça tem boa estabilidade dimensional, como o uso de quartzo fundido será, sem dúvida, melhor. No entanto, se a sílica for usada, o tamanho da carcaça flutua muito.

2) Deformação térmica

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

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

3）As restrições da carcaça na contração da fundição - a conciliação e a colapsabilidade da carcaça dependem principalmente do material da carcaça.
Em resumo, a influência da casca na flutuação granulométrica da peça fundida é importante, com o material refratário desempenhando um papel fundamental, 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 peça fundida (incluindo o sistema de vazamento) é diferente, e o estresse térmico causa a deformação da peça fundida, 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 canal de injeção são medidas preventivas eficazes.