Yatırım dökümlerinin boyutsal kararlılığı ve doğruluğu

Yatırım döküm işçilerinin temel hedeflerinden biri, parçaların boyutsal doğruluğunu sürekli olarak iyileştirmektir. Yatırım Dökümleri ve boyutsal sapmalardan kaynaklanan atıkları azaltır.

1.Mum kalıbının boyutsal kararlılığı ve onu etkileyen faktörler

Şekil 1, Pennsylvania Üniversitesi'nden Profesör Robert C. Voigt'in 29 çeşit döküm parçasını izleyip ölçtükten sonra elde ettiği sonuçları göstermektedir. Çoğu durumda, balmumu kalıbının boyutu büyük ölçüde dalgalandığında, döküm dalgalanmalarının da büyük olduğu ve istisnaların az olduğu görülmektedir. Genel olarak bakıldığında, balmumu kalıbının boyut dalgalanması, dökümün boyut dalgalanmasının %10 ila %70'ini oluşturmaktadır.

Şekil 1 Boyut dalgalanmalarının karşılaştırılması Hassas Döküm ve balmumu kalıbı

Not: σ- standart sapma

Proses parametreleri, balmumu kalıbının boyutsal kararlılığı üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Başlıca faktörler şunlardır:

1）Mum presleme sıcaklığı

Balmumu presleme sıcaklığının etkisi, kalıptan kalıba farklılık gösterir (bkz. Şekil 2). Şekil 2'den de görülebileceği gibi, balmumu bazlı kalıp kullanıldığında, balmumu presleme sıcaklığının balmumu kalıbın boyutsal kararlılığı üzerindeki etkisi oldukça hassasken, reçine bazlı kalıbın etkisi küçüktür.

2) Enjeksiyon basıncı

Şekil 3'te görülebileceği gibi, basınç düşük olduğunda ve basınç arttığında balmumu kalıbının büzülme oranı önemli ölçüde azalır. Ancak basınç belirli bir seviyeye (>1,6 MPa) ulaştığında, basıncın balmumu kalıbının boyutu üzerinde neredeyse hiçbir 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 etkisi aynı değildir: Balmumu pres ayarının akış hızının değiştirilmesi, balmumu kalıbının büzülme oranı üzerinde daha az etkiye sahiptir. Ancak, karmaşık ince duvarlı veya çekirdekli balmumu kalıplarının dolgusu ve yüzey kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Balmumu enjeksiyon ağzının kesit alanının değiştirilmesi, bu yöntemin daha büyük bir etkiye sahip olmasını sağlar, çünkü balmumu enjeksiyon ağzının kesit alanının artırılması, balmumu presleme sıcaklığını düşürmekle kalmaz, aynı zamanda kalıp malzemesinin balmumu enjeksiyon ağzındaki katılaşma süresini de uzatarak balmumu kalıbının sıkışma derecesini artırır, büzülme oranını ve yüzey büzülmesini azaltır.

4) Enjeksiyon süresi

Burada basınçlı enjeksiyon süresi olarak adlandırılan süre, doldurma, sıkıştırma ve tutma olmak üzere üç periyodu içerir. Doldurma süresi, kalıbın sıkıştırmalarla doldurulduğu süreyi 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, kalıp malzemesinin boşluğa daha fazla sıkışmasına ve balmumu kalıbının daha fazla sıkıştırılmasına neden olabilir ve böylece büzülme oranı azalır. Bu, sıkıştırma süresinin uzamasıyla 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 de görülebileceği gibi, enjeksiyon süresi nispeten kısa olduğunda (15-25 sn), balmumu presleme sıcaklığı yükselir ve büzülme oranı artar, ancak enjeksiyon süresi 25-35 sn'ye uzatıldığında (aslında, sıkıştırma süresi, doldurma süresinin sabit kaldığı varsayımıyla uzatılır), balmumu presleme sıcaklığının etkisi azalır. Enjeksiyon süresi 35 saniyenin üzerine çıkarıldığında ise tam tersi bir durum meydana gelir; yani, balmumu presleme sıcaklığı arttıkça, balmumu kalıbının büzülme oranı azalır (bkz. Şekil 5). Bu durum, kalıp sıcaklığının artırılması ve sıkıştırma süresinin uzatılmasının, balmumu kalıbının sıkıştırma derecesini artırmakla aynı etkiye sahip olmasıyla açıklanabilir.

5）Kalıplama sıcaklığı ve balmumu presleme ekipmanı

Balmumu kalıp yavaş yavaş soğur ve yüksek kalıplama sıcaklığıyla büzülme oranı artar. Bunun nedeni, kalıp çekilmeden önce balmumu kalıbın hala preste olması ve büzülmenin sınırlı olması, kalıp serbest büzülmeye geçtikten sonra ise büzülmenin olmasıdır. Bu nedenle, kalıp sıcaklığı yüksekse son büzülme oranı yüksek, tam tersi durumda ise düşük olur.

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 gazdan oluşan üç fazlı bir birliktelik sistemi olduğunu vurgulamakta fayda vardır. Üç faz arasındaki hacim oranı, balmumu kalıbının boyutu üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Üç faz arasındaki oransal ilişki, gerçek üretimde kontrol edilemez ve bu da balmumu bazlı kalıpla preslenen balmumu kalıbının zayıf boyutsal kararlılığının önemli bir nedenidir.

ŞEKİL 4 Enjeksiyon süresi ve balmumu sıcaklığının balmumu 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

Kabukların döküm parçalarının boyutları üzerindeki etkisi esas olarak ısıl genleşme, ısıl deformasyon (yüksek sıcaklıkta sürünme) ve kabuğun döküm parçalarının soğuma büzülmesini kısıtlaması (engellemesi) nedeniyle ortaya çıkar.

1) Kabuk termal genleşmesi

Esas olarak kabuk malzemesine bağlıdır. Farklı refrakter malzemelerin genleşme oranları farklıdır. Yaygın olarak kullanılan refrakter malzemeler arasında, erimiş kuvarsın genleşme oranı en düşük, ardından alüminyum silikat ve silika en yüksek ve en düzensiz olanıdır. Alüminyum silikat kabuğun oda sıcaklığında 1000℃'ye ısıtılmasıyla yapılan testlerden sonra, kabuk yaklaşık %0,25 genleşme üretebilir, dökümün genel boyutunun büzülme oranı büyük değildir, bu nedenle bu tür refrakterler kullanılırsa, kabuk iyi bir boyut kararlılığına 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 sıcaklıkta silika sol ve etil silikat 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 sürünmeye neden olabilir ve bu da zayıf boyutsal kararlılığa yol açar.

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

3.Dökümlerin eşit olmayan soğutulmasından kaynaklanan stresin boyutsal kararlılığa etkisi
Dökümün her bir parçasının (döküm sistemi dahil) soğuma hızı farklıdır ve termal stres, dökümün deformasyonuna neden olarak boyutsal kararlılığı etkiler. Bu durum, gerçek üretimde sıklıkla karşılaşılan bir durumdur. Dökümlerin soğuma hızını azaltmak ve döküm kanalı kombinasyonunu iyileştirmek etkili önleyici tedbirlerdir.