Faktorer, der påvirker overfladekvaliteten af ​​støbegods

Overfladekvaliteten af ​​støbegods er en funktion af hvert trin, der berører mønsteret, form og metal - fra form/mønstertilstand og mønstermateriale-rheologi til forberedelse af skal/ansigtscoat, afvoksning og granataffyring, at smelte, hælder, afkøling og endelig håndtering.

Kontrol af overfladeruhed (Ra) og at undgå uregelmæssigheder i mikroskala kræver streng opmærksomhed på værktøj, Materialer, procesparametre og post-casting håndtering.

Denne artikel analyserer de vigtigste faktorer, kvantificerer praktiske kontrolområder, hvor det er muligt, og giver handlingsanbefalinger for processer og inspektioner.

1. Skimmel-relaterede faktorer

Formen fungerer som fundamentet for Investeringsstøbning, da dets kvalitet direkte bestemmer voksmønsterets form og overfladetilstand, som i sidste ende overføres til den endelige støbning.

Virkningen af ​​forme på voksmønsterets overfladekvalitet kan uddybes ud fra tre aspekter:

Formstrukturdesign og overfladekvalitet

Urimelig form struktur design ofte fører til ridser og gnidninger under udtagning af voksmønster. Reparerede voksmønstrede overflader er uundgåeligt ringere end originalen, og disse defekter vil blive replikeret direkte på støbeoverfladen.

For eksempel, skarpe hjørner (uden fileter R<0.3mm), utilstrækkelige trækvinkler (<1° for komplekse hulrum), eller ujævne skilleflader i formstrukturen øger friktionen mellem voksmønsteret og formhulrummet, forårsager overfladeskader under afformningen.

Formoverfladeruheden er en afgørende faktor for voksmønsteroverfladekvaliteten. Hvis formens overfladeruhed kun er Ra3,2μm, det resulterende voksmønster vil have endnu lavere overfladekvalitet (Ra4,0–5,0μm), som overføres direkte til støbningen.

Praktisk erfaring viser, at den optimale overfladeruhed af formen bør kontrolleres inden for Ra0,8μm; overdreven glathed (F.eks., Ra0,2μm) forbedrer ikke voksmønsterkvaliteten markant, men øger omkostningerne til formbehandling med 30-50 %.

Skimmeltemperaturkontrol

Skimmeltemperatur har en betydelig indflydelse på voks-fluiditet og replikeringsnøjagtighed. Til mellemtemperatur vokssystemer, den optimale formtemperatur er 45–55℃.

Når formens temperatur er for lav (<35℃), voksmaterialets flydeevne falder kraftigt, resulterer i dårlig overfladereplikation af voksmønsteret, ledsaget af flowmærker og kolde lukker.

Mere kritisk, hvis formens temperatur falder til under vandets dugpunkt (typisk 15–20℃ i værksteder), der dannes adskillige vanddråber på formens overflade.

Disse dråber optager pladsen i voksmaterialet under injektion, fører til en ujævn overflade i voksmønster - en defekt, der også er forårsaget af for meget slipmiddel (sprøjtetykkelse >5μm).

Det er vigtigt at opretholde en passende formtemperatur. Forøg formtemperaturen korrekt (til 50-55 ℃) og indsprøjtningstryk (til 0,3-0,5 MPa) kan effektivt forbedre voksmaterialets flydeevne, forbedre replikeringsevnen af ​​voksmønsteret på formoverfladen, og dermed indirekte forbedre støbeoverfladekvaliteten.

Imidlertid, for høj formtemperatur (>60℃) kan få voksmaterialet til at afkøle og størkne for langsomt, fører til deformation af voksmønster (dimensionel afvigelse >0.5mm) og øger produktionscyklustiden, kræver en balance mellem kvalitet og effektivitet.

Voks Injection Gate Størrelse

Størrelsen af ​​voksinjektionsporten påvirker direkte injektionstrykket og vokspåfyldningshastigheden.

Til små støbegods (vægt <500g), den optimale portdiameter er **φ8–φ10mm**; til store støbegods (vægt >500g), portens diameter kan øges til φ10–φ12 mm.

En passende forøgelse af portstørrelsen hjælper med at øge voksindsprøjtningstrykket, sikre fuld fyldning af formhulrummet, og reducere overfladefejl såsom underfyldning og flydemærker på voksmønsteret.

Til komplekse støbegods med tynde vægge (<2mm), multi-gate design (2– 4 låger) anbefales for yderligere at forbedre fyldningens ensartethed.

2. Påvirkning af voksmateriale

Voksmaterialets type og ydeevne er kernefaktorer, der bestemmer voksmønsterets overfladekvalitet, da forskellige voksmaterialer udviser distinkt krystallisations- og størkningsadfærd.

Tabel 1 opsummerer de vigtigste præstationsparametre og overfladekvalitetseffekter af almindelige voksmaterialer til investeringsstøbning.

Tabel 1: Ydeevnesammenligning af almindelige voksmaterialer til investeringsstøbning

Lav temperatur voks (Paraffin-stearinsyre voks)

Lav temperatur voks, sammensat af paraffin (60%–70%) og stearinsyre (30%–40%), producerer voksmønstre med den dårligste overfladekvalitet.

Som en krystallinsk voks, det har et smalt krystallisationstemperaturområde og grove stearinsyrekorn (kornstørrelse >50μm).

Under størkning, der er utilstrækkelig flydende voks til at udfylde hullerne mellem kornene, resulterer i en ru voksmønsteroverflade.

Selv ved at øge indsprøjtningstrykket eller justere procesparametre, overfladekvaliteten af ​​voksmønstre fremstillet af lavtemperaturvoks kan ikke forbedres væsentligt, begrænser dets anvendelse i højpræcisionsstøbning.

Mellemtemperatur voks

Mellemtemperatur voks, en multi-komponent blanding indeholdende mikrokrystallinsk voks, harpiks, og blødgørere, har intet fast smeltepunkt og et bredere størkningstemperaturområde sammenlignet med lavtemperaturvoks.

Under størkning, på grund af de forskellige størkningstemperaturer af dets komponenter, den flydende fase kan fuldt ud fylde hullerne mellem faste faser, resulterer i voksmønstre med væsentlig højere overfladekvalitet.

Imidlertid, ydeevnen af ​​voks ved mellemtemperatur varierer mellem forskellige producenter; voks med et harpiksindhold på 5%-8% udviser den bedste balance mellem flydende og overfladeglathed.

Fyldt voks

Fyldt voks, forstærket med keramisk pulver (5%–10%) eller glasfiber (3%–5%), producerer voksmønstre med den højeste overfladekvalitet.

Tilsætningen af ​​fyldstoffer optimerer voksmatrixens krystalliseringsadfærd, reducerer størkningssvind (fra 2.0% til 0,8 %-1,2 %), og forbedrer overfladehårdheden og slidstyrken af ​​voksmønsteret.

Dette forbedrer ikke kun overfladeglatheden af ​​voksmønsteret, men reducerer også deformation under opbevaring og transport (deformationshastighed <0.2% inden for 24 timer), sikre stabil overførsel af overfladekvalitet til støbningen.

Voksmønsterrensning og overfladeætsning

Rengøring af voksmønster misforstås ofte som blot at fjerne slipmidler fra overfladen, men dens vigtigste funktion er overfladeætsning.

Til mellemtemperatur voksmønstre, den optimale rengøringsproces bruger et neutralt ætsemiddel (koncentration 5%-8%) med en pH-værdi på 6,5-7,5, iblødsætningstid på 1-2 minutter, efterfulgt af skylning med deioniseret vand og tørring ved 40–50 ℃ i 10–15 minutter.

Under rengøringsprocessen, en mild ætsende effekt dannes på voksmønsterets overflade, hvilket øger overfladeruheden af ​​voksmønsteret på mikroskalaen (Ra fra 1,6μm til 2,0-2,5μm) og forbedrer fugtbarheden og vedhæftningen af ​​den efterfølgende overfladebelægning.

Korrekt ætsning skaber en "mikro-ru" overflade, der gør det muligt for belægningen at klæbe mere fast, undgå afskalning af belægningen eller ujævn tykkelse under tørring og stegning.

Dette er især kritisk for at forbedre overfladeglatheden af ​​støbegods, da en godt vedhæftet belægning effektivt kan kopiere voksmønsterets overflade og forhindre sandgennemtrængningsfejl.

4. Overfladebelægningsfaktorer

Overfladebelægningen (primær belægning) er i direkte kontakt med voksmønsteret, og dets ydeevne og anvendelsesparametre har en afgørende indflydelse på støbeoverfladekvaliteten.

Egenskaber for overfladebelægningsmateriale

Mens påvirkningen af ​​overfladepulver og sand på overfladekvaliteten er bredt anerkendt, virkningen af ​​silica sol - en vigtig komponent i belægningen - på overfladekvaliteten er mindre forstået.

Højkvalitets silica sol (uanset om det er importeret eller indenlandsk produceret) med ensartet kolloid partikelstørrelse (10-20 nm) og lav viskositet (2–5 mPa·s ved 25℃) udviser overlegen ydeevne.

Under samme flow kop viskositet (Ford Cup #4: 20-25s), sådan silicasol kan opnå et højere pulver-væske-forhold (2.5:1–3.0:1 til zirkonpulveropslæmning), resulterer i en tættere primær belægning.

En tættere belægning reducerer overfladeporøsiteten (porøsitet <5%) og forbedrer evnen til at kopiere voksmønsteroverfladen, fører til en glattere støbeoverflade (Ra reduceret med 0,4-0,8μm sammenlignet med at bruge silicasol af lav kvalitet).

Overfladebelægningstykkelse

Til zirkonpulveropslæmninger (zirkonpulver partikelstørrelse 325–400 mesh), den optimale tykkelse af den primære belægning er 0.08–0,1 mm. Både overdreven og utilstrækkelig tykkelse påvirker støbeoverfladekvaliteten negativt:

• Utilstrækkelig tykkelse (<0.08mm): Fører let til "agurketorn"-defekter - skarpe, nålelignende fremspring (højde 0,1-0,3 mm) på støbeoverfladen forårsaget af sandindtrængning eller ujævn belægning.
• For stor tykkelse (>0.1mm): Resulterer i forskellige former for defekter.
  På grund af krympning under tørring og stegning (svindhastighed 3%-5%), den tykke belægning kan delvist løsne sig fra voksmønsterets overflade, danner groft, afrundede konvekse partikler (diameter 0,2-0,5 mm) på støbefladen.

Kontrol af belægningstykkelse kræver præcis justering af gyllens viskositet (Ford Cup #4: 20-25s), dyppetid (5–10s), og tørreforhold (temperatur 25-30 ℃, luftfugtighed 40%-60%, tørretid 2-4 timer) for at sikre ensartet tykkelse og god vedhæftning.

5. Afvoksningsproces

Målet med afvoksning er helt at fjerne voks fra skalformen.

Til mellemtemperatur voks, den optimale afvoksningsproces bruger en dampafvoksningskedel med et tryk på 0.6-0,8 MPa og en temperatur på 120–130℃, afvoksningstid på 15–25 minutter (justeres efter skalstørrelse).

Resterende voks i skallen (massefraktion >0.5%), hvis det ikke er helt brændt under stegningen, vil producere kønrøg og andre urenheder, som klæber til støbeoverfladen og forringer overfladekvaliteten - et punkt, der diskuteres yderligere i stegeafsnittet.

Imidlertid, fuldstændig afvoksning betyder ikke forlænget afvoksningstid. Under forudsætningen af ​​at sikre fuldstændig voksfjernelse (resterende voks <0.5%), afvoksningstiden skal minimeres.

Temperaturen i kedlen til afvoksning overstiger temperaturen i almindeligt udstyr til hurtig dehydrering, og langvarig eksponering af voks for høje temperaturer (>130℃ for >30 minutter) fremskynder ældning af voks.

Ældret voks udviser reduceret flydeevne (viskositetsstigning med 20%-30%) og øget kløft, hvilket kan påvirke efterfølgende voksgenanvendelse og øge risikoen for fejl i nye voksmønstre.

6. Opbevaring af skalform

Opbevaringsmetoden for skalforme afhænger af værkstedets renlighed, med det kernemål at minimere eller forhindre fremmedlegemer i at trænge ind i skallens hulrum.

Tabel 2 angiver de optimale opbevaringsparametre for skalforme efter afvoksning.

Tabel 2: Optimale opbevaringsparametre for afvoksede skalforme

Mange producenter tror fejlagtigt, at placering af skallen med indløbskoppen nedad sikrer sikkerhed, men det er ikke altid tilfældet.

Hvis skaller placeres direkte på jorden eller jernrammer forurenet med sandpartikler og andet affald, fremmedlegemer kan trænge ind i hulrummet under håndtering, forårsager indeslutninger i støbegods.

Sådanne indeslutninger kræver slibning og svejsereparation, hvilket skader støbeoverfladekvaliteten alvorligt (Ra steg med 2,0-3,0μm efter reparation).

7. Skalformsristning

Resterende voks i skalformen skal være helt brændt under ristning for at undgå kulholdige rester. Den optimale stegeproces for zirkonbaserede skaller er som følger:

1. Opvarmningstrin: Opvarm fra stuetemperatur til 500 ℃ med en hastighed på 5–10 ℃/min (langsom opvarmning for at undgå, at skallen revner).
2. Isoleringsstadiet 1: Hold ved 500 ℃ i 30 minutter for at brænde resterende voks.
3. Opvarmningstrin 2: Opvarm fra 500 ℃ til 900–1100℃ med en hastighed på 10–15 ℃/min.
4. Isoleringsstadiet 2: Hold ved 900–1100 ℃ i 2–3 timer for at forbedre skalstyrken og fjerne resterende fugt.

For at sikre fuldstændig forbrænding af resterende voks, iltindholdet i stegeovnen skulle nå 12% (overvåges af iltsensorer i high-end udstyr).

Når iltindholdet kun er omkring 6%, tyk sort røg vises ved cirka 800 ℃, som bør undgås.

Til udstyr uden iltforsyningsfunktionalitet, delvis åbning af ovndøren (mellemrum 5-10 cm) at øge luftindtaget kan forbedre iltniveauet og fremme fuldstændig voksforbrænding.

Korrekt stegning forbedrer også skalstyrken (trykstyrke >20MPA) og reducerer overfladeporøsitet, yderligere optimering af støbeoverfladekvaliteten.

8. Smeltning, metal renhed og hældning

Smelte- og hældepraksis påvirker overfladeoxidation, reaktivitet og dannelse af film på overfladen.

Nøglepåvirkninger

• Ladning og slaggekontrol: kontaminerede ladningsmaterialer og dårlig fluxing giver højere indeslutninger på overfladen eller oxidfilm, der fanger ruhed nær overfladen.
• Hældningstemperatur og hastighed: for høje hældetemperaturer kan øge oxidation eller overdreven reaktion med skallen; for lav temperatur kan forårsage ufuldstændig fyldning og ruhed fra for tidlig frysning.
• Afkølingsmetode efter hældning: kontrol af afkølingshastighed og undgåelse af overfladereoxidation (F.eks., brug af hældekasser/betræk) hjælpe med at minimere overfladeskift.

Praktiske kontroller

• Tæt kontrol af ovnladningen, effektiv deoxidation og ren flux/slagge praksis.
• Definer hældetemperaturvinduer og portsystemer, der fremmer laminar, ikke-turbulent fyldning for at reducere gasindfangning og overfladefilmdannelse.
• Minimer eksponering for oxiderende atmosfære under tidlig størkning (F.eks., brug af overdækkede forme, når det er relevant).

9. Etape efter efterbehandling

Mange støbegods udviser acceptabel overfladekvalitet umiddelbart efter udstøbning, men bliver alvorligt beskadiget efter efterbearbejdning - hvilket gør denne fase til den primære synder for forringelse af overfladekvaliteten hos mange producenter.

To nøglespørgsmål skiller sig ud: kollisionsskader og skudsprængning.

Forebyggelse af kollisionsskader

Implementer a klassificeret opbevarings- og transportsystem: brug plastbakker med blød polstring (EVA skum tykkelse 5–10 mm) til små støbegods; brug dedikerede armaturer til store støbegods for at undgå direkte kontakt mellem støbegods. Dette kan reducere antallet af kollisionsskader med mere end 80%.

Optimering af sprængningsproces

Kugleblæsning bruges til at fjerne overfladeoxider og sand, og dets procesparametre påvirker direkte støbeoverfladekvaliteten. De optimale sandblæsningsparametre for støbegods i rustfrit stål er som følger:

• Specifikationer for stålhagl: Støbt stålhagl, diameter 0,3-0,5 mm, hårdhed HRC 40–50.
• Sprængningstryk: 0.4–0,6 MPa.
• Skudsprængningstid: 10-15 minutter pr. cyklus (ikke mere end 15 minutter).
• Krav til udstyr: Brug haglsprængere med ensartede projektionssystemer (projektionsensartethed ≥90 %) og stabil strømstyring (aktuelle udsving <5%).

Sprængningstiden bør være strengt kontrolleret - ikke mere end 15 minutter pr. cyklus. Hvis overfladen ikke er tilstrækkelig rengjort, flere korte cyklusser foretrækkes frem for langvarige enkelt-cyklus sprængning for at undgå overdreven overfladeerosion (Ra steg med 1,0-2,0 μm efter oversprængning).

10. Konklusion

Overfladekvalitet af støbegods er et tværfagligt resultat: Metallurgi, keramisk forarbejdning, termisk teknik og mekanisk håndtering bidrager alle sammen.

Ved at behandle overfladefinish som en proceskritisk kvalitetsegenskab - definere numeriske mål, overvågning af kritiske parametre (værktøj Ra, opslæmmende viskositet, ansigtets pels tykkelse, afvoks iltniveauer, smelte/hælde vinduer) og indlejring af inspektionskontrolpunkter - støberier kan producere konsekvent glatte, støbegods af høj kvalitet med forudsigelig fremstillingsevne og lavere omarbejdningsomkostninger.