La calidad de la superficie de las piezas fundidas es una función de cada paso que toca el patrón., Molde y metal: desde la condición del molde/patrón y la reología del material del patrón hasta la preparación de la cubierta/revestimiento frontal., desparafinado y disparo de proyectiles, a derretirse, torrencial, enfriamiento y manipulación final.
Controlar la rugosidad de la superficie (Real academia de bellas artes) y evitar irregularidades a microescala exige una atención rigurosa a las herramientas, materiales, Parámetros del proceso y manejo posterior a la fundición..
Este artículo analiza los principales factores, cuantifica rangos de control prácticos cuando sea posible, y brinda recomendaciones prácticas de inspección y procesos.
1. Factores relacionados con el moho
El molde sirve como base de casting de inversión, ya que su calidad determina directamente la forma y el estado de la superficie del patrón de cera, que finalmente se transfiere al casting final.
El impacto de los moldes en la calidad de la superficie del patrón de cera se puede elaborar a partir de tres aspectos.:
Diseño de estructura de molde y calidad de superficie
El diseño irrazonable de la estructura del molde a menudo conduce a rayones y irritaciones durante el desmoldeo del patrón de cera. Las superficies de patrones de cera reparadas son inevitablemente inferiores a las originales., Y estos defectos se replicarán directamente en la superficie de fundición..
Por ejemplo, esquinas afiladas (sin filetes R<0.3mm), ángulos de tiro insuficientes (<1° para caries complejas), o las superficies de separación desiguales en la estructura del molde aumentan la fricción entre el patrón de cera y la cavidad del molde, causando daños a la superficie durante el desmolde.
La rugosidad de la superficie del molde es un factor decisivo para la calidad de la superficie del patrón de cera. Si la rugosidad de la superficie del molde es solo Ra3.2μm, el patrón de cera resultante tendrá una calidad superficial aún menor (Ra4,0–5,0 μm), que se transmite directamente a la fundición..
La experiencia práctica demuestra que se debe controlar la rugosidad superficial óptima del molde. dentro de Ra0.8μm; suavidad excesiva (P.EJ., Ra0.2μm) no mejora significativamente la calidad del patrón de cera, pero aumenta los costos de procesamiento del molde entre un 30% y un 50%.
Control de temperatura del molde
La temperatura del molde tiene un impacto significativo en la fluidez de la cera y la precisión de la replicación.. Para sistemas de cera de temperatura media, La temperatura óptima del molde es 45–55 ℃.
Cuando la temperatura del molde es demasiado baja (<35℃), la fluidez del material ceroso disminuye bruscamente, lo que resulta en una pobre replicación superficial del patrón de cera, Acompañado de marcas de flujo y cierres fríos..
Más críticamente, si la temperatura del molde cae por debajo del punto de rocío del agua (normalmente entre 15 y 20 ℃ en talleres), Se formarán numerosas gotas de agua en la superficie del molde..
Estas gotas ocupan el espacio del material de cera durante la inyección., lo que lleva a una superficie de patrón de cera desigual, un defecto también causado por un agente desmoldante excesivo (espesor de pulverización >5μm).
Mantener una temperatura adecuada del molde es esencial. Aumentar adecuadamente la temperatura del molde. (a 50–55 ℃) y presión de inyección (a 0,3–0,5 MPa) Puede mejorar eficazmente la fluidez del material de cera., mejorar la capacidad de replicación del patrón de cera en la superficie del molde, y así mejorar indirectamente la calidad de la superficie de fundición.
Sin embargo, temperatura del molde excesivamente alta (>60℃) puede hacer que el material de cera se enfríe y solidifique demasiado lentamente, lo que lleva a la deformación del patrón de cera (desviación dimensional >0.5mm) y aumentar el tiempo del ciclo de producción, Requiere un equilibrio entre calidad y eficiencia..
Tamaño de la puerta de inyección de cera
El tamaño de la compuerta de inyección de cera afecta directamente la presión de inyección y la velocidad de llenado de cera..
Para piezas pequeñas (peso <500gramo), el diámetro óptimo de la puerta es **φ8–φ10mm**; para piezas fundidas grandes (peso >500gramo), El diámetro de la puerta se puede aumentar a φ10–φ12mm.
Aumentar adecuadamente el tamaño de la compuerta ayuda a aumentar la presión de inyección de cera., asegurar el llenado completo de la cavidad del molde, y reducir los defectos superficiales como el relleno insuficiente y las marcas de flujo en el patrón de cera.
Para piezas fundidas complejas con paredes delgadas (<2mm), diseño de múltiples puertas (2–4 puertas) Se recomienda para mejorar aún más la uniformidad del llenado..
2. Impacto del material de cera
El tipo y el rendimiento del material de cera son factores fundamentales que determinan la calidad de la superficie del patrón de cera., ya que diferentes materiales de cera exhiben distintos comportamientos de cristalización y solidificación.
Mesa 1 Resume los parámetros clave de rendimiento y los efectos en la calidad de la superficie de los materiales de cera comunes para fundición a la cera perdida..
Mesa 1: Comparación de rendimiento de materiales de cera comunes para fundición a la cera perdida
| Tipo de material de cera | Rango de temperatura de cristalización | Temperatura óptima de inyección | Rugosidad de la superficie del patrón de cera (Real academia de bellas artes) | Escenario de aplicación |
| Cera de baja temperatura (Ácido parafina-esteárico) | 48–52 ℃ (rango estrecho) | 60–65 ℃ | 4.0–5,0 µm | Piezas fundidas de baja precisión (requisito de ra >6.3μm) |
| Cera de temperatura media (Mezcla multicomponente) | 55–65 ℃ (amplia gama) | 70–75 ℃ | 1.6–3,2 µm | Piezas fundidas de precisión general (Requisito Ra 3,2–6,3 μm) |
| cera rellena (Relleno de polvo cerámico.) | 60–70 ℃ | 75–80 ℃ | 0.8–1,6 µm | Piezas fundidas de alta precisión (requisito de ra <3.2μm) |
Cera de baja temperatura (Cera de parafina y ácido esteárico)
Cera de baja temperatura, compuesto de parafina (60%–70%) y ácido esteárico (30%–40%), produce patrones de cera con la peor calidad superficial.
Como cera cristalina, tiene un rango de temperatura de cristalización estrecho y granos gruesos de ácido esteárico (tamaño de grano >50μm).
Durante la solidificación, no hay suficiente cera líquida para llenar los espacios entre los granos, dando como resultado una superficie de patrón de cera rugosa.
Incluso aumentando la presión de inyección o ajustando los parámetros del proceso, La calidad de la superficie de los patrones de cera fabricados con cera a baja temperatura no se puede mejorar significativamente., limitando su aplicación en fundición de alta precisión.
Cera de temperatura media
Cera de temperatura media, una mezcla de varios componentes que contiene cera microcristalina, resina, y plastificantes, No tiene un punto de fusión fijo y tiene un rango de temperatura de solidificación más amplio en comparación con la cera de baja temperatura..
Durante la solidificación, debido a las diferentes temperaturas de solidificación de sus componentes, La fase líquida puede llenar completamente los espacios entre las fases sólidas., dando como resultado patrones de cera con una calidad superficial significativamente mayor.
Sin embargo, El rendimiento de la cera a temperatura media varía entre los diferentes fabricantes.; la cera con un contenido de resina del 5 % al 8 % presenta el mejor equilibrio entre fluidez y suavidad de la superficie.
Cera Rellena
cera rellena, reforzado con polvo cerámico (5%–10%) o fibra de vidrio (3%–5%), produce patrones de cera con la más alta calidad superficial.
La adición de cargas optimiza el comportamiento de cristalización de la matriz de cera., reduce la contracción por solidificación (de 2.0% a 0,8%–1,2%), y mejora la dureza de la superficie y la resistencia al desgaste del patrón de cera..
Esto no sólo mejora la suavidad de la superficie del patrón de cera sino que también reduce la deformación durante el almacenamiento y el transporte. (tasa de deformación <0.2% dentro de 24h), Garantizar una transferencia estable de la calidad de la superficie a la pieza fundida..
Limpieza de patrones de cera y grabado de superficies.
La limpieza con patrones de cera a menudo se malinterpreta como simplemente eliminar los agentes desmoldantes de la superficie., pero su función más importante es grabado superficial.
Para patrones de cera a temperatura media, el proceso de limpieza óptimo utiliza un agente de grabado neutro (concentración 5%–8%) con un valor de pH de 6,5 a 7,5, tiempo de remojo de 1 a 2 minutos, seguido de enjuague con agua desionizada y secado a 40–50 ℃ durante 10–15 minutos.
Durante el proceso de limpieza, Se forma un suave efecto de grabado en la superficie del patrón de cera., lo que aumenta la rugosidad de la superficie del patrón de cera a microescala (Ra de 1,6 μm a 2,0–2,5 μm) y mejora la humectabilidad y adherencia del recubrimiento superficial posterior..
El grabado adecuado crea una superficie “microrugosa” que permite que el recubrimiento se adhiera más firmemente, evitando que el recubrimiento se pele o tenga un espesor desigual durante el secado y el tostado.
Esto es particularmente crítico para mejorar la suavidad de la superficie de las piezas fundidas., ya que un recubrimiento bien adherido puede replicar eficazmente la superficie del patrón de cera y prevenir defectos de penetración de arena..
4. Factores de revestimiento de superficies
El revestimiento de la superficie (revestimiento primario) está en contacto directo con el patrón de cera, y sus parámetros de rendimiento y aplicación tienen un impacto decisivo en la calidad de la superficie de fundición..
Propiedades del material de revestimiento de superficies
Si bien la influencia del polvo y la arena de la superficie en la calidad de la superficie es ampliamente reconocida, el efecto del sol de sílice, un componente importante del recubrimiento, sobre la calidad de la superficie es menos comprendido.
Sol de sílice de alta calidad (ya sean importados o de producción nacional) con tamaño de partícula coloidal uniforme (10-20 millas náuticas) y baja viscosidad (2–5 mPa·s a 25℃) exhibe un rendimiento superior.
Bajo la misma viscosidad de copa de flujo (Copa Ford #4: 20-25s), dicho sol de sílice puede lograr una mayor relación polvo-líquido (2.5:1–3.0:1 para lodo de polvo de circón), dando como resultado un recubrimiento primario más denso.
Un recubrimiento más denso reduce la porosidad de la superficie. (porosidad <5%) y mejora la capacidad de replicar la superficie del patrón de cera, lo que lleva a una superficie de fundición más suave (Ra reducido entre 0,4 y 0,8 μm en comparación con el uso de sol de sílice de baja calidad).
Espesor del revestimiento superficial
Para lodos de polvo de circón (Tamaño de partícula de polvo de circón: malla 325–400.), El espesor óptimo del recubrimiento primario es 0.08–0,1 mm. Tanto el espesor excesivo como el insuficiente afectan negativamente a la calidad de la superficie de fundición.:
- Espesor insuficiente (<0.08mm): Conduce fácilmente a defectos de “espina de pepino”:, protuberancias en forma de agujas (altura 0,1–0,3 mm) en la superficie de fundición causado por la penetración de arena o recubrimiento desigual.
- Espesor excesivo (>0.1mm): Resultados en diferentes formas de defectos..
Debido a la contracción durante el secado y el tostado. (tasa de contracción 3%–5%), la capa gruesa puede desprenderse parcialmente de la superficie del patrón de cera, formando grueso, partículas convexas redondeadas (diámetro 0,2–0,5 mm) en la superficie de fundición.
Controlar el espesor del recubrimiento requiere un ajuste preciso de la viscosidad de la lechada (Copa Ford #4: 20-25s), tiempo de inmersión (5–10s), y condiciones de secado (temperatura 25–30 ℃, humedad 40%–60%, tiempo de secado 2–4h) para garantizar un espesor uniforme y una buena adherencia.
5. Proceso de desparafinado
El objetivo de la desparafinación es eliminar completamente la cera del molde de concha..
Para cera de temperatura media, El proceso de desparafinado óptimo utiliza un hervidor de desparafinado a vapor con una presión de 0.6-0,8 MPa y una temperatura de 120–130 ℃, tiempo de desparafinado de 15–25 minutos (ajustado según el tamaño de la calota).
Cera residual en la cáscara. (fracción de masa >0.5%), si no se quema completamente durante el asado, producirá negro de carbón y otras impurezas, que se adhieren a la superficie de fundición y degradan la calidad de la superficie, un punto que se analiza con más detalle en la sección de tostado..
Sin embargo, La desparafinación completa no significa un tiempo de desparafinado prolongado.. Bajo la premisa de asegurar una eliminación completa de la cera (cera residual <0.5%), el tiempo de desparafinado debe minimizarse.
La temperatura en el hervidor de desparafinado supera la del equipo general de deshidratación rápida., y exposición prolongada de la cera a altas temperaturas. (>130℃ para >30 minutos) acelera el envejecimiento de la cera.
La cera envejecida presenta una fluidez reducida. (aumento de la viscosidad entre un 20% y un 30%) y aumento de la fragilidad, lo que puede afectar el reciclaje de cera posterior y aumentar el riesgo de defectos en nuevos patrones de cera.
6. Almacenamiento de moldes de concha
El método de almacenamiento de los moldes depende de la limpieza del taller., con el objetivo principal de minimizar o evitar que objetos extraños entren en la cavidad del caparazón.
Mesa 2 enumera los parámetros óptimos de almacenamiento para moldes de cáscara después del desparafinado.
Mesa 2: Parámetros óptimos de almacenamiento para moldes de carcasa desparafinados
| Parámetro de almacenamiento | Valor recomendado | Impacto y nota |
| Entorno de almacenamiento | Temperatura 20–25 ℃, humedad <60%, concentración de polvo <0.1mg/m³ | La alta humedad provoca la absorción de humedad en la cáscara.; El polvo provoca contaminación de la superficie. |
| Método de colocación | Colóquelo en rejillas de acero inoxidable limpias., bebedero mirando hacia arriba, cubierto con película de PE | Evite colocar en el suelo o rejillas de hierro. (riesgo de contaminación por partículas de arena >80%) |
| Tiempo de almacenamiento | ≤24h | Almacenamiento prolongado (>48H) Conduce a la reducción de la resistencia de la cáscara y a la oxidación de la superficie. |
Muchos fabricantes creen erróneamente que colocar la carcasa con el bebedero hacia abajo garantiza la seguridad., pero este no es siempre el caso.
Si los proyectiles se colocan directamente sobre el suelo o marcos de hierro contaminados con partículas de arena y otros desechos, Pueden entrar objetos extraños en la cavidad durante la manipulación., causando inclusiones en piezas fundidas.
Tales inclusiones requieren reparación por esmerilado y soldadura., lo que daña gravemente la calidad de la superficie de fundición (Ra aumentó entre 2,0 y 3,0 μm después de la reparación).
7. Asado en molde de concha
La cera residual en el molde de cáscara debe quemarse completamente durante el tostado para evitar residuos carbonosos.. El proceso de tostado óptimo para conchas a base de circonio es el siguiente:
- Etapa de calentamiento: Calentar desde temperatura ambiente hasta 500 ℃ a una velocidad de 5–10℃/minuto (calentamiento lento para evitar que la cáscara se rompa).
- Etapa de aislamiento 1: Mantener a 500 ℃ durante 30 minutos para quemar cera residual.
- Etapa de calentamiento 2: Calentar de 500 ℃ a 900–1100 ℃ a una velocidad de 10 a 15 ℃/min.
- Etapa de aislamiento 2: Mantener a 900–1100 ℃ durante 2–3 horas para mejorar la resistencia de la cáscara y eliminar la humedad residual.
Para asegurar una combustión completa de la cera residual., el contenido de oxígeno en el horno de tostación debe alcanzar 12% (monitoreado por sensores de oxígeno en equipos de alta gama).
Cuando el contenido de oxígeno es sólo alrededor 6%, Aparecerá un humo negro espeso a aproximadamente 800 ℃, que se debe evitar.
Para equipos sin funcionalidad de suministro de oxígeno, abriendo parcialmente la puerta del horno (espacio de 5 a 10 cm) aumentar la entrada de aire puede mejorar los niveles de oxígeno y promover la combustión completa de la cera.
Un tostado adecuado también mejora la resistencia de la cáscara. (resistencia a la compresión >20MPA) y reduce la porosidad de la superficie, optimizar aún más la calidad de la superficie de fundición.
8. Fusión, limpieza y vertido de metales
La práctica de fundir y verter afecta la oxidación de la superficie., reactividad y formación de películas en la superficie..
Influencias clave
- Control de carga y escoria: Los materiales de carga contaminados y el fundente deficiente producen mayores inclusiones en la superficie o películas de óxido que atrapan la rugosidad cerca de la superficie..
- Temperatura y velocidad de vertido: Las temperaturas de vertido demasiado altas pueden aumentar la oxidación o la reacción excesiva con la cáscara.; una temperatura demasiado baja puede provocar un llenado incompleto y asperezas por congelación prematura.
- Método de enfriamiento posterior al vertido: Control de la velocidad de enfriamiento y evitación de la reoxidación de la superficie. (P.EJ., uso de cajas/revestimientos de vertido) ayudar a minimizar el altercado en la superficie.
Controles prácticos
- Control estricto de la carga del horno, Desoxidación eficaz y prácticas limpias de fundente/escoria..
- Defina ventanas de temperatura de vertido y esquemas de activación que promuevan la laminar., Llenado no turbulento para reducir el atrapamiento de gas y la formación de película superficial..
- Minimizar la exposición a una atmósfera oxidante durante la solidificación temprana. (P.EJ., uso de moldes cubiertos cuando sea apropiado).
9. Etapa posterior a la finalización
Muchas piezas fundidas exhiben una calidad superficial aceptable inmediatamente después del vertido, pero se dañan gravemente después del acabado posterior, lo que convierte a esta etapa en la principal culpable de la degradación de la calidad superficial en muchos fabricantes..
Destacan dos cuestiones clave: daños por colisión y granallado.
Prevención de daños por colisión
Implementar un sistema de almacenamiento y transporte clasificado: Utilice bandejas de plástico con acolchado suave. (Espesor de espuma EVA 5–10 mm) para piezas pequeñas; Utilice accesorios dedicados para piezas fundidas grandes para evitar el contacto directo entre piezas fundidas.. Esto puede reducir la tasa de daños por colisión en más de 80%.
Optimización del proceso de granallado
El granallado se utiliza para eliminar óxidos y arena de la superficie., y sus parámetros de proceso afectan directamente la calidad de la superficie de fundición. Los parámetros óptimos de granallado para piezas fundidas de acero inoxidable son los siguientes:
- Especificaciones de perdigones de acero: Perdigones de acero fundido, diámetro 0,3–0,5 mm, dureza HRC 40–50.
- Presión de granallado: 0.4–0,6 MPa.
- Tiempo de granallado: 10–15 minutos por ciclo (no más que 15 minutos).
- Requisitos del equipo: Utilice granallas con sistemas de proyección uniformes. (uniformidad de proyección ≥90%) y control de corriente estable (fluctuación actual <5%).
El tiempo de granallado debe controlarse estrictamente: no más de 15 minutos por ciclo. Si la superficie no está lo suficientemente limpia, Se prefieren múltiples ciclos cortos a la voladura prolongada de un solo ciclo para evitar la erosión excesiva de la superficie. (Ra aumentó entre 1,0 y 2,0 μm después de una explosión excesiva).
10. Conclusión
La calidad superficial de las piezas fundidas es un resultado multidisciplinario: metalurgia, procesamiento cerámico, La ingeniería térmica y la manipulación mecánica contribuyen.
Tratando el acabado superficial como un atributo de calidad crítico para el proceso, definiendo objetivos numéricos, monitoreo de parámetros críticos (herramienta Ra, Viscosidad de lodo, espesor de la capa facial, niveles de oxigeno desparafinado, derretir/verter ventanas) e incorporar puntos de control de inspección: las fundiciones pueden producir uniformemente sin problemas., Piezas fundidas de alta calidad con capacidad de fabricación predecible y menores costos de retrabajo.
