Die Faktoren, die die Oberflächenqualität von Gussteilen beeinflussen

Die Oberflächenqualität von Gussteilen hängt von jedem Schritt ab, der das Modell berührt, Form und Metall – vom Zustand der Matrize/des Modells und der Rheologie des Modellmaterials bis hin zur Vorbereitung der Schale/Oberflächenbeschichtung, Entparaffinierung und Granatenbrennen, zum Schmelzen, gießen, Abkühlung und Endbearbeitung.

Kontrolle der Oberflächenrauheit (Ra) und die Vermeidung von Unregelmäßigkeiten im Mikromaßstab erfordert strenge Aufmerksamkeit bei der Werkzeugausstattung, Materialien, Prozessparameter und Handhabung nach dem Guss.

In diesem Artikel werden die wichtigsten Faktoren analysiert, quantifiziert, soweit möglich, praktische Kontrollbereiche, und gibt umsetzbare Prozess- und Inspektionsempfehlungen.

1. Schimmelbedingte Faktoren

Die Form dient als Grundlage Investitionskaste, da seine Qualität direkt die Form und den Oberflächenzustand des Wachsmodells bestimmt, die letztendlich auf den endgültigen Guss übertragen wird.

Der Einfluss von Formen auf die Oberflächenqualität von Wachsmodellen kann unter drei Aspekten erläutert werden:

Formstrukturdesign und Oberflächenqualität

Eine unangemessene Gestaltung der Formstruktur führt häufig dazu Kratzer und Abrieb beim Entformen des Wachsmodells. Reparierte Wachsmusteroberflächen sind dem Original zwangsläufig minderwertig, und diese Defekte werden direkt auf der Gussoberfläche reproduziert.

Zum Beispiel, Scharfe Ecken (ohne Filets R<0.3mm), unzureichende Formschrägen (<1° für komplexe Hohlräume), oder unebene Trennflächen in der Formstruktur erhöhen die Reibung zwischen dem Wachsmodell und dem Formhohlraum, Beim Entformen kann es zu Oberflächenschäden kommen.

Die Rauheit der Formoberfläche ist ein entscheidender Faktor für die Oberflächenqualität des Wachsmodells. Wenn die Oberflächenrauheit der Form nur Ra3,2μm beträgt, Das resultierende Wachsmuster weist eine noch geringere Oberflächenqualität auf (Ra4,0–5,0 μm), die direkt auf das Gussstück übertragen wird.

Die praktische Erfahrung zeigt, dass die optimale Oberflächenrauheit der Form kontrolliert werden sollte innerhalb von Ra0,8μm; übermäßige Glätte (Z.B., Ra0,2μm) verbessert die Qualität des Wachsmodells nicht wesentlich, erhöht jedoch die Verarbeitungskosten der Form um 30–50 %.

Formtemperaturregelung

Die Formtemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Wachsfließfähigkeit und die Replikationsgenauigkeit. Für Mitteltemperatur-Wachssysteme, die optimale Formtemperatur ist 45–55℃.

Wenn die Formtemperatur zu niedrig ist (<35℃), die Fließfähigkeit des Wachsmaterials nimmt stark ab, Dies führt zu einer schlechten Oberflächenreplikation des Wachsmodells, begleitet von Fließspuren und Kaltabschlüssen.

Kritischer, wenn die Formtemperatur unter den Taupunkt von Wasser sinkt (typischerweise 15–20℃ in Werkstätten), Auf der Formoberfläche bilden sich zahlreiche Wassertropfen.

Diese Tröpfchen nehmen während der Injektion den Raum des Wachsmaterials ein, Dies führt zu einer unebenen Oberfläche des Wachsmusters – ein Defekt, der auch durch zu viel Trennmittel verursacht wird (Sprühdicke >5μm).

Die Aufrechterhaltung einer angemessenen Formtemperatur ist unerlässlich. Die Formtemperatur richtig erhöhen (auf 50–55℃) und Einspritzdruck (auf 0,3–0,5 MPa) kann die Fließfähigkeit des Wachsmaterials effektiv verbessern, Verbessern Sie die Replikationsfähigkeit des Wachsmodells auf der Formoberfläche, und somit indirekt die Qualität der Gussoberfläche verbessern.

Jedoch, zu hohe Formtemperatur (>60℃) kann dazu führen, dass das Wachsmaterial zu langsam abkühlt und erstarrt, Dies führt zu einer Verformung des Wachsmusters (Maßabweichung >0.5mm) und Erhöhung der Produktionszykluszeit, erfordert ein Gleichgewicht zwischen Qualität und Effizienz.

Wachseinspritzöffnungsgröße

Die Größe des Wachseinspritzkanals wirkt sich direkt auf den Einspritzdruck und die Wachsfüllgeschwindigkeit aus.

Für kleine Gussteile (Gewicht <500G), Der optimale Angussdurchmesser beträgt **φ8–φ10mm**; für große Gussteile (Gewicht >500G), Der Tordurchmesser kann auf vergrößert werden φ10–φ12 mm.

Eine entsprechende Vergrößerung der Anschnittgröße trägt dazu bei, den Wachseinspritzdruck zu erhöhen, Stellen Sie sicher, dass der Formhohlraum vollständig gefüllt ist, und reduzieren Oberflächenfehler wie Unterfüllung und Fließspuren auf dem Wachsmodell.

Für komplexe Gussteile mit dünnen Wänden (<2mm), Multi-Gate-Design (2–4 Tore) wird empfohlen, um die Füllgleichmäßigkeit weiter zu verbessern.

2. Einfluss des Wachsmaterials

Die Art und Leistung des Wachsmaterials sind entscheidende Faktoren für die Oberflächenqualität des Wachsmusters, da verschiedene Wachsmaterialien unterschiedliche Kristallisations- und Erstarrungsverhalten aufweisen.

Tisch 1 fasst die wichtigsten Leistungsparameter und Auswirkungen auf die Oberflächenqualität gängiger Wachsmaterialien für den Feinguss zusammen.

Tisch 1: Leistungsvergleich gängiger Wachsmaterialien für Feinguss

Niedertemperaturwachs (Paraffin-Stearinsäurewachs)

Niedertemperaturwachs, bestehend aus Paraffin (60%–70%) und Stearinsäure (30%–40%), erzeugt Wachsmodelle mit der schlechtesten Oberflächenqualität.

Als kristallines Wachs, Es hat einen engen Kristallisationstemperaturbereich und grobe Stearinsäurekörner (Körnung >50μm).

Während der Erstarrung, Es ist nicht genügend flüssiges Wachs vorhanden, um die Lücken zwischen den Körnern zu füllen, Dies führt zu einer rauen Wachsmusteroberfläche.

Auch durch Erhöhung des Einspritzdrucks oder Anpassung von Prozessparametern, Die Oberflächenqualität von Wachsmodellen aus Niedertemperaturwachs kann nicht wesentlich verbessert werden, was seine Anwendung im hochpräzisen Guss begrenzt.

Mitteltemperaturwachs

Mitteltemperaturwachs, eine Mehrkomponentenmischung, die mikrokristallines Wachs enthält, Harz, und Weichmacher, hat keinen festen Schmelzpunkt und einen größeren Erstarrungstemperaturbereich im Vergleich zu Niedertemperaturwachs.

Während der Erstarrung, aufgrund der unterschiedlichen Erstarrungstemperaturen seiner Bestandteile, Die flüssige Phase kann die Lücken zwischen den festen Phasen vollständig füllen, Dadurch entstehen Wachsmodelle mit deutlich höherer Oberflächenqualität.

Jedoch, Die Leistung von Mitteltemperaturwachs variiert je nach Hersteller; Wachs mit einem Harzgehalt von 5–8 % weist das beste Gleichgewicht zwischen Fließfähigkeit und Oberflächenglätte auf.

Gefülltes Wachs

Gefülltes Wachs, verstärkt mit Keramikpulver (5%–10%) oder Glasfaser (3%–5%), Erzeugt Wachsmodelle mit höchster Oberflächenqualität.

Durch die Zugabe von Füllstoffen wird das Kristallisationsverhalten der Wachsmatrix optimiert, reduziert die Erstarrungsschrumpfung (aus 2.0% auf 0,8 %–1,2 %), und erhöht die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit des Wachsmodells.

Dies verbessert nicht nur die Oberflächenglätte des Wachsmodells, sondern reduziert auch die Verformung während der Lagerung und des Transports (Verformungsrate <0.2% innerhalb von 24h), Gewährleistung einer stabilen Übertragung der Oberflächenqualität auf das Gussstück.

Reinigung von Wachsmustern und Oberflächenätzung

Die Reinigung von Wachsmustern wird oft als bloße Entfernung von Trennmitteln von der Oberfläche missverstanden, aber seine wichtigste Funktion ist Oberflächenätzung.

Für Wachsmodelle mittlerer Temperatur, Der optimale Reinigungsprozess verwendet ein neutrales Ätzmittel (Konzentration 5 %–8 %) mit einem pH-Wert von 6,5–7,5, Einweichzeit von 1–2 Minuten, Anschließend wird mit entionisiertem Wasser gespült und 10–15 Minuten lang bei 40–50 °C getrocknet.

Während des Reinigungsvorgangs, Auf der Oberfläche des Wachsmodells entsteht ein leichter Ätzeffekt, Dadurch erhöht sich die Oberflächenrauheit des Wachsmusters im Mikromaßstab (Ra von 1,6 μm bis 2,0–2,5 μm) und verbessert die Benetzbarkeit und Haftung der nachfolgenden Oberflächenbeschichtung.

Durch das richtige Ätzen entsteht eine „mikroraue“ Oberfläche, auf der die Beschichtung fester haften kann, Vermeiden Sie ein Abblättern der Beschichtung oder eine ungleichmäßige Dicke beim Trocknen und Rösten.

Dies ist besonders wichtig für die Verbesserung der Oberflächenglätte von Gussteilen, Da eine gut haftende Beschichtung die Oberfläche des Wachsmusters effektiv nachbilden und Defekte beim Eindringen von Sand verhindern kann.

4. Faktoren der Oberflächenbeschichtung

Die Oberflächenbeschichtung (Primärbeschichtung) steht in direktem Kontakt mit dem Wachsmodell, und seine Leistungs- und Anwendungsparameter haben entscheidenden Einfluss auf die Qualität der Gussoberfläche.

Eigenschaften von Oberflächenbeschichtungsmaterialien

Der Einfluss von Oberflächenpulver und Sand auf die Oberflächenqualität ist weithin bekannt, Der Einfluss von Kieselsol – einem wichtigen Bestandteil der Beschichtung – auf die Oberflächenqualität ist weniger bekannt.

Hochwertiges Kieselsol (ob importiert oder im Inland hergestellt) mit einheitlicher kolloidaler Partikelgröße (10-20 nm) und niedrige Viskosität (2–5 mPa·s bei 25℃) weist eine überragende Leistung auf.

Bei gleicher Fließbecherviskosität (Ford Cup #4: 20-25s), Mit einem solchen Kieselsol kann ein höheres Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis erreicht werden (2.5:1–3.0:1 für Zirkonpulveraufschlämmung), was zu einer dichteren Primärbeschichtung führt.

Eine dichtere Beschichtung verringert die Oberflächenporosität (Porosität <5%) und verbessert die Fähigkeit, die Oberfläche des Wachsmodells nachzubilden, Dies führt zu einer glatteren Gussoberfläche (Ra verringerte sich im Vergleich zur Verwendung von minderwertigem Kieselsol um 0,4–0,8 μm).

Dicke der Oberflächenbeschichtung

Für Zirkonpulverschlämme (Zirkonpulver-Partikelgröße 325–400 Mesh), Die optimale Dicke der Primärbeschichtung beträgt 0.08–0,1 mm. Sowohl eine übermäßige als auch eine unzureichende Dicke beeinträchtigen die Qualität der Gussoberfläche:

• Unzureichende Dicke (<0.08mm): Führt leicht zu „Gurkendorn“-Defekten – scharf, nadelartige Vorsprünge (Höhe 0,1–0,3 mm) auf der Gussoberfläche durch eingedrungenen Sand oder ungleichmäßige Beschichtung.
• Übermäßige Dicke (>0.1mm): Führt zu unterschiedlichen Formen von Mängeln.
  Aufgrund der Schrumpfung beim Trocknen und Rösten (Schrumpfungsrate 3 %–5 %), Die dicke Beschichtung kann sich teilweise von der Oberfläche des Wachsmodells lösen, grob bilden, abgerundete konvexe Partikel (Durchmesser 0,2–0,5 mm) auf der Gussoberfläche.

Die Steuerung der Beschichtungsdicke erfordert eine präzise Einstellung der Viskosität der Aufschlämmung (Ford Cup #4: 20-25s), Tauchzeit (5–10s), und Trocknungsbedingungen (Temperatur 25–30℃, Luftfeuchtigkeit 40 %–60 %, Trocknungszeit 2–4h) um eine gleichmäßige Dicke und gute Haftung zu gewährleisten.

5. Entparaffinierungsprozess

Ziel des Entparaffinierens ist die vollständige Entfernung des Wachses aus der Formschale.

Für Mitteltemperaturwachs, Der optimale Entparaffinierungsprozess verwendet einen Dampf-Entparaffinierungskessel mit einem Druck von 0.6-0,8 MPa und eine Temperatur von 120–130℃, Entparaffinierungszeit von 15–25 Minuten (je nach Schalengröße angepasst).

Restliches Wachs in der Schale (Massenanteil >0.5%), wenn es beim Rösten nicht vollständig verbrannt ist, entstehen Ruß und andere Verunreinigungen, die an der Gussoberfläche haften und die Oberflächenqualität verschlechtern – ein Punkt, der im Abschnitt Rösten näher erläutert wird.

Jedoch, Eine vollständige Entparaffinierung bedeutet nicht, dass die Entparaffinierungszeit verlängert wird. Unter der Voraussetzung, eine vollständige Wachsentfernung sicherzustellen (Restwachs <0.5%), Die Entparaffinierungszeit sollte minimiert werden.

Die Temperatur im Entparaffinierungskessel übersteigt die Temperatur allgemeiner Schnelltrocknungsgeräte, und langfristige Einwirkung von Wachs auf hohe Temperaturen (>130℃ für >30 Minuten) beschleunigt die Wachsalterung.

Gealtertes Wachs weist eine verminderte Fließfähigkeit auf (Viskositätsanstieg um 20–30 %) und erhöhte die Sprödigkeit, Dies kann sich auf das spätere Wachsrecycling auswirken und das Risiko von Defekten bei neuen Wachsmodellen erhöhen.

6. Aufbewahrung von Schalenformen

Die Lagerung von Schalenformen hängt von der Sauberkeit der Werkstatt ab, mit dem Kernziel, das Eindringen von Fremdkörpern in den Schalenhohlraum zu minimieren oder zu verhindern.

Tisch 2 listet die optimalen Lagerparameter für Formschalen nach dem Entparaffinieren auf.

Tisch 2: Optimale Lagerparameter für entparaffinierte Schalenformen

Viele Hersteller glauben fälschlicherweise, dass die Platzierung des Gehäuses mit der Angusstasse nach unten die Sicherheit gewährleistet, aber das ist nicht immer der Fall.

Wenn Granaten direkt auf dem Boden platziert werden oder Eisenrahmen mit Sandpartikeln und anderen Fremdkörpern verunreinigt werden, Bei der Handhabung können Fremdkörper in den Hohlraum gelangen, was zu Einschlüssen in Gussteilen führen kann.

Solche Einschlüsse erfordern eine Reparatur durch Schleifen und Schweißen, Dadurch wird die Qualität der Gussoberfläche stark beeinträchtigt (Ra stieg nach der Reparatur um 2,0–3,0 μm).

7. Schalenformenrösten

Restliches Wachs in der Formschale muss beim Rösten vollständig verbrannt werden, um kohlenstoffhaltige Rückstände zu vermeiden. Der optimale Röstprozess für Muscheln auf Zirkonbasis ist wie folgt:

1. Heizstufe: Von Raumtemperatur auf 500℃ mit einer Geschwindigkeit von erhitzen 5–10℃/min (langsames Erhitzen, um Schalenrisse zu vermeiden).
2. Isolationsphase 1: Bei 500℃ halten 30 Minuten, um restliches Wachs zu verbrennen.
3. Heizstufe 2: Von 500℃ auf erhitzen 900–1100℃ mit einer Geschwindigkeit von 10–15℃/min.
4. Isolationsphase 2: Bei 900–1100 ℃ halten 2–3 Stunden um die Schalenfestigkeit zu verbessern und Restfeuchtigkeit zu entfernen.

Um eine vollständige Verbrennung des Restwachses sicherzustellen, Der Sauerstoffgehalt im Röstofen sollte erreicht werden 12% (überwacht durch Sauerstoffsensoren in High-End-Geräten).

Wenn der Sauerstoffgehalt nur ca 6%, Bei etwa 800℃ entsteht dicker schwarzer Rauch, was vermieden werden sollte.

Für Geräte ohne Sauerstoffversorgungsfunktion, teilweises Öffnen der Ofentür (Abstand 5–10 cm) Eine Erhöhung der Luftzufuhr kann den Sauerstoffgehalt verbessern und eine vollständige Wachsverbrennung fördern.

Durch das richtige Rösten wird auch die Schalenfestigkeit verbessert (Druckfestigkeit >20MPA) und verringert die Oberflächenporosität, weitere Optimierung der Gussoberflächenqualität.

8. Schmelzen, Metallreinheit und Gießen

Die Schmelz- und Gießpraxis beeinflusst die Oberflächenoxidation, Reaktivität und die Bildung von Filmen auf der Oberfläche.

Schlüsseleinflüsse

• Ladungs- und Schlackenkontrolle: Verunreinigte Beschickungsmaterialien und schlechtes Flussmittel führen zu höheren Einschlüssen an der Oberfläche oder zu Oxidfilmen, die oberflächennahe Rauheiten einschließen.
• Gießtemperatur und -geschwindigkeit: Zu hohe Gießtemperaturen können die Oxidation oder übermäßige Reaktion mit der Schale verstärken; Eine zu niedrige Temperatur kann zu unvollständiger Füllung und Rauheit durch vorzeitiges Gefrieren führen.
• Kühlmethode nach dem Gießen: Kontrolle der Abkühlgeschwindigkeit und Vermeidung von Oberflächenreoxidation (Z.B., Verwendung von Gießkästen/-abdeckungen) helfen, Auseinandersetzungen an der Oberfläche zu minimieren.

Praktische Bedienelemente

• Strenge Kontrolle der Ofenladung, effektive Desoxidation und saubere Flussmittel-/Schlackenpraktiken.
• Definieren Sie Gießtemperaturfenster und Angussschemata, die Laminarität fördern, Nicht-turbulente Füllung zur Reduzierung von Gaseinschlüssen und Oberflächenfilmbildung.
• Minimieren Sie die Exposition gegenüber oxidierender Atmosphäre während der frühen Erstarrung (Z.B., Gegebenenfalls Verwendung abgedeckter Formen).

9. Nachbearbeitungsphase

Viele Gussteile weisen unmittelbar nach dem Gießen eine akzeptable Oberflächenqualität auf, werden jedoch nach der Nachbearbeitung stark beschädigt – was diesen Schritt bei vielen Herstellern zur Hauptursache für die Verschlechterung der Oberflächenqualität macht.

Zwei Schlüsselthemen stechen hervor: Kollisionsschäden und Kugelstrahlen.

Kollisionsschadenverhütung

Implementieren Sie a klassifiziertes Lager- und Transportsystem: Verwenden Sie Kunststoffschalen mit weicher Polsterung (EVA-Schaumstärke 5–10 mm) für kleine Gussstücke; Verwenden Sie für große Gussteile spezielle Vorrichtungen, um einen direkten Kontakt zwischen den Gussteilen zu vermeiden. Dadurch kann die Kollisionsschadensrate um mehr als reduziert werden 80%.

Optimierung des Strahlprozesses

Durch Kugelstrahlen werden Oberflächenoxide und Sand entfernt, und seine Prozessparameter wirken sich direkt auf die Qualität der Gussoberfläche aus. Die optimalen Strahlparameter für Edelstahlgussteile sind wie folgt:

• Spezifikationen für Stahlschrot: Stahlgussschrot, Durchmesser 0,3–0,5 mm, Härte HRC 40–50.
• Strahldruck: 0.4–0,6 MPa.
• Strahlzeit: 10–15 Minuten pro Zyklus (nicht mehr als 15 Minuten).
• Anforderungen an die Ausrüstung: Verwenden Sie Strahlgeräte mit einheitlichen Projektionssystemen (Projektionsgleichmäßigkeit ≥90 %) und stabile Stromregelung (aktuelle Schwankung <5%).

Die Strahlzeit sollte streng kontrolliert werden – nicht länger als 15 Minuten pro Zyklus. Wenn die Oberfläche nicht ausreichend gereinigt ist, Um eine übermäßige Oberflächenerosion zu vermeiden, sind mehrere kurze Zyklen dem Strahlen mit nur einem Zyklus vorzuziehen (Ra erhöhte sich nach übermäßigem Strahlen um 1,0–2,0 μm).

10. Abschluss

Die Oberflächenqualität von Gussteilen ist ein multidisziplinäres Ergebnis: Metallurgie, Keramikverarbeitung, Wärmetechnik und mechanische Handhabung tragen alle dazu bei.

Indem wir die Oberflächenbeschaffenheit als prozesskritisches Qualitätsmerkmal behandeln und numerische Ziele definieren, Überwachung kritischer Parameter (Werkzeug Ra, Aufschlämmungsviskosität, Dicke der Deckschicht, Sauerstoffgehalt entparaffinieren, Fenster schmelzen/gießen) und die Einbettung von Inspektionskontrollpunkten – Gießereien können durchweg reibungslos produzieren, hochwertige Gussteile mit vorhersehbarer Herstellbarkeit und geringeren Nacharbeitskosten.