ریخته گری سرمایه گذاری: علل نقص سطح الگوی مومی

مقدمه

ریخته‌گری سرمایه‌گذاری دقیق یک فرآیند تولید تقریباً خالص است که به طور گسترده در هوافضا استفاده می‌شود., خودرو, پزشکی, و بخش های تجهیزات صنعتی پیشرفته.

در این روند, الگوی موم به عنوان نمونه اولیه هندسی ریخته گری نهایی عمل می کند; وفاداری ابعادی و یکپارچگی سطح آن به طور مستقیم دقت را تعیین می کند, پایان سطح, و قابلیت اطمینان ساختاری جزء فلزی.

هر گونه نقصی که در مرحله موم ایجاد شود در هنگام پوسته سازی و ریختن فلز تکرار می شود, اغلب منجر به افزایش هزینه های تولید یا اسقاط قطعات با ارزش بالا می شود.

عیوب سطحی - مانند شات کوتاه, علامت سینک, حباب ها, خطوط جریان, فلاش, و چسبندگی - و همچنین انحرافات ابعادی از فعل و انفعالات پیچیده بین خواص مواد ناشی می شود, پارامترهای پردازش, طراحی ابزار, و شرایط محیطی.

بعلاوه, اثرات تعاملی بین طراحی قالب, جمع شدن موم, و شرایط محیطی آشکار می شود,

ارائه راهنمایی فنی معتبر برای بهینه سازی فرآیند تولید الگوی موم, بهبود قابلیت های کنترل عیب, و تضمین ثبات کیفیت ریخته گری سرمایه گذاری.

این تحقیق بر اساس تعداد زیادی از شیوه های تولید و ادبیات فنی است, با کاربردی قوی, حرفه ای بودن, و اصالت, و برای ارتقای ارتقای فن آوری صنعت ریخته گری سرمایه گذاری اهمیت زیادی دارد.

1. عیوب سطح معمولی الگوهای مومی: خصوصیات و شناسایی

در فرآیند ساخت الگوی مومی از سرمایه گذاری سرمایه گذاری, عیوب سطحی شاخص های بصری اولیه هستند که بر کیفیت نهایی ریخته گری تاثیر می گذارند.

این عیوب نه تنها به یکپارچگی ظاهری الگوی موم آسیب می رساند بلکه مستقیماً به پوسته سرامیکی و ریخته گری فلز نیز منتقل می شود., منجر به افزایش شدید هزینه فرآیندهای بعدی می شود.

بر اساس روش تولید گسترده و تحقیقات فنی, عیوب سطح الگوی مومی را می توان به طور سیستماتیک به شش دسته طبقه بندی کرد: شات کوتاه, علامت سینک / حفره انقباض, حباب, خط جریان / چین و چروک, فلاش/سوراخ, و چسبیدن.

هر نوع نقص دارای ویژگی های مورفولوژیکی ماکرو و میکرو منحصر به فردی است, و شناسایی دقیق آن اولین گام در کنترل کیفیت است.

شات کوتاه

شات کوتاه معمولی ترین نقص پرکننده است, با پر شدن ناقص نواحی با دیواره نازک مشخص می شود, لبه های تیز, یا انتهای ساختارهای پیچیده الگوی مومی, تشکیل یک بلانت, گوشه گم شده, یا کانتور تار, که شباهت زیادی به پدیده misrun در ریخته گری فلز دارد.

خصوصیات کلان معمولی آن هستند: در مناطقی با ضخامت دیواره کمتر از 0.8 میلی متر, لبه ها به جای زاویه راست تیز، یک انتقال قوس صاف را نشان می دهند; در سازه های چند حفره ای, فقط برخی از حفره ها به طور کامل پر نشده اند.

این نقص با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است و اغلب در ریشه هسته های تیغه رخ می دهد, نوک چرخ دنده ها, یا انتهای ساختارهای لوله ای باریک.

میکروسکوپی, لبه های نقص انتقال صاف و بدون خطوط تیز را نشان می دهد, که مظهر مستقیم جریان ناکافی موم است.

وقوع شات کوتاه ارتباط نزدیکی با سیال بودن ماده موم دارد و یک سیگنال اولیه از عدم تعادل پارامتر فرآیند است..

علامت سینک / حفره انقباض

علامت سینک یا حفره انقباض به صورت فرورفتگی موضعی در سطح الگوی مومی ظاهر می شود, تشکیل گودال هایی با قطرهای 0.5 میلی متر تا 5 میلی متر, که بیشتر در محل اتصال دیوارهای ضخیم و نازک یافت می شوند, ریشه دنده ها, یا نزدیک دروازه.

سطح نقص معمولاً صاف با لبه های گرد است, که کاملا مخالف شکل برآمده حباب ها است.

تحت نور قوی جانبی, ناحیه افسرده سایه های آشکاری را نشان می دهد, و عمق آن با لمس قابل درک است.

میکروسکوپی, سطح علامت سینک صاف و بدون منافذ واضح است, که نمود خارجی جبران ناکارآمد انقباض حجم داخلی در طی سرد شدن و انجماد مواد موم است..

توزیع علائم سینک دارای ویژگی های نقطه داغ آشکار است, یعنی, در قطعات ضخیم و بزرگ با کمترین سرعت خنک کننده متمرکز شده است.

بر خلاف لک های سطحی, علائم سینک اساساً به دلیل انقباض داخلی ایجاد می شود, که مستقیماً عیوب در فرآیند نگهداری فشار و تغذیه را منعکس می کند.

حباب ها

حباب ها به دو دسته تقسیم می شوند: حباب های سطحی و حباب های داخلی.

حباب های سطحی با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند, به صورت برآمدگی های گرد یا بیضی شکل با قطر معمولاً بین 0.2 تا 1.5 میلی متر ظاهر می شود, که می تواند ایزوله یا متراکم باشد, بیشتر در سطح بالایی الگوی مومی یا مناطق دور از دروازه قرار دارد.

میکروسکوپی, حباب های سطحی دارای دیواره های نازک و حفره های داخلی هستند, که در اثر انبساط گاز محبوس شده در ماده موم تشکیل می شوند.

حباب های داخلی بیشتر پنهان هستند و با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند, اما می توانند باعث تغییر شکل برآمدگی موضعی الگوی موم شوند, به خصوص در مرکز الگوی مومی یا ناحیه دیواره ضخیم که آخرین بار جامد می شود, تشکیل یک پدیده برآمدگی.

اگر به آرامی برآمدگی را با ناخن فشار دهید, می توانید بازگشت الاستیک را احساس کنید, که ناشی از انبساط حرارتی گاز در داخل الگوی مومی است.

شکل و توزیع حباب ها مبنای اصلی قضاوت در مورد منابع آنهاست (حمله هوایی, گاز زدایی ضعیف, یا تبخیر رطوبت).

خطوط جریان / چین و چروک

خطوط جریان یا چین و چروک شواهد مستقیمی از جریان ناپیوسته مواد موم در حفره قالب هستند..

ویژگی های کلان آنها موازی یا شعاعی موج دار هستند, آثار راه راه روی سطح الگوی مومی, با عمق معمولاً بین 0.05 میلی متر تا 0.3 میلی متر, که با لمس به وضوح قابل لمس است.

زیر ذره بین کم مصرف, خطوط را می توان به صورت شیارهای V یا U مشاهده کرد, و در پایین شیارها آثار جوش خفیفی وجود دارد.

هنگامی که دو جریان موم در حفره قالب به هم می رسند, اگر دما یا فشار برای ذوب کامل آنها کافی نباشد, یک مفصل مقعر به شکل سرد بسته تشکیل می شود, که تجلی شدید خطوط جریان است.

این نقص به ویژه در سطح جداکننده سطوح منحنی پیچیده یا ساختارهای متقارن رایج است, و نشانه معمولی اگزوز ضعیف قالب یا کنترل نامناسب سرعت تزریق است.

میکروسکوپی, شیارهای خطوط جریان دارای عیوب همجوشی آشکار هستند, و درهم تنیدگی زنجیره مولکولی بین دو جریان موم کافی نیست, در نتیجه استحکام پیوند کم است.

فلاش / برز

فلاش یا فرز محصولات مستقیم بسته شدن ضعیف قالب هستند, به صورت تکه های موم بسیار نازک آشکار می شود (معمولا ضخامت کمتر از 0.1 میلی متر است) سرریز شدن در موقعیت های مفصل مانند سطح جدایی, سوراخ های پین اجکتور, و سر هسته مناسب است, که شبیه فرز هستند.

لبه های فلاش تیز هستند, نشان دادن یک شکل پله آشکار با الگوی مومی اصلی, که در هنگام پیرایش به راحتی با مواد اضافی معمولی اشتباه گرفته می شود.

موقعیت وقوع فلاش بسیار منظم است, معمولاً مستقیماً با سایش قالب مطابقت دارد, آلودگی, یا نیروی گیره ناکافی.

اگر فلاش در نواحی سطوح غیر جداکننده ظاهر شود, ممکن است نشان دهنده تغییر شکل ساختار قالب یا اجسام خارجی در حفره قالب باشد.

میکروسکوپی, فلاش نازک و ناهموار است, با یک مرز مشخص بین فلاش و بدنه اصلی الگوی مومی, و هیچ ترکیب آشکاری با بدنه اصلی وجود ندارد.

چسبیدن

مشخصه چسبیدن، مشکل در قالب گیری الگوی مومی است, و بعد از قالب گیری, سطح خراش نشان می دهد, اشک, یا موم باقی مانده موضعی.

ویژگی های ماکرو آن خراش های نامنظم است, مناطق ناهموار, یا سوراخ هایی که پس از پاره شدن لایه های موم موضعی روی سطح باقی می مانند, و گاهی اوقات پدیده های خفیف سیم کشی را می توان در سطح تماس بین الگوی مومی و قالب مشاهده کرد..

این نقص اغلب با تغییر شکل موضعی الگوی موم همراه است, که تجلی جامعی از شکست عامل رهاسازی قالب است, زبری بیش از حد سطح قالب, یا زمان سرمایش کافی نیست.

میکروسکوپی, ناحیه خراشیده الگوی مومی دارای سطوح ناهموار است, و ذرات موم باقی مانده در سطح تماس قالب وجود دارد, که به دلیل انسداد بین الگوی مومی و ساختار ریز خشن سطح قالب در هنگام قالب‌گیری ایجاد می‌شود..

روش ها و ابزارهای شناسایی استاندارد

شناسایی دقیق عیوب فوق مقدمه ای برای تجزیه و تحلیل مکانیزم بعدی و اصلاح فرآیند است..

در تولید واقعی, یک فرآیند استاندارد بازرسی بصری باید ایجاد شود, مجهز به ذره بین 10 برابر و دستگاه های نورپردازی جانبی, وت 100% بازرسی کامل باید بر روی قطعات کلیدی انجام شود تا اطمینان حاصل شود که نقص ها به فرآیندهای بعدی سرازیر نمی شوند.

جدول زیر به طور خلاصه شاخص های شناسایی هر نوع عیب سطحی را نشان می دهد:

2. مکانیسم های تشکیل عیوب سطحی: دیدگاه های فرآیند و مواد

ایجاد عیوب سطح الگوی مومی توسط یک عامل ایجاد نمی شود, اما نتیجه تعاملات پیچیده بین پارامترهای فرآیند است, خاصیت مواد, و شرایط قالب.

تجزیه و تحلیل عمیق مکانیسم های فیزیکی و فرآیندی آن، کلید دستیابی به کنترل دقیق است.

مکانیسم شات کوتاه

مکانیسم اصلی شات کوتاه در سیالیت ناکافی مواد موم و عدم قدرت پر کردن نهفته است..

سیال بودن ماده موم با ویسکوزیته آن تعیین می شود, که هم تحت تاثیر دما و هم فرمول است.

هنگامی که دمای تزریق موم کمتر از 55 درجه سانتیگراد است, ویسکوزیته سیستم پارافین استئاریک اسید به شدت افزایش می یابد, و جریان مواد موم به انتهای حفره قالب حتی تحت فشار زیاد دشوار است.

در عین حال, اگر دمای قالب خیلی پایین باشد (<20℃), ماده موم در لحظه تماس با دیواره حفره قالب تحت سرد شدن سریع قرار می گیرد, تشکیل یک لایه تراکم.

مقاومت این لایه بسیار بیشتر از مقاومت جریان مواد موم جامد نشده است, منجر به رکود جبهه جریان می شود.

علاوه بر این, زمانی که سرعت تزریق خیلی کند است (<10mm/s) یا فشار تزریق کافی نیست (<0.2MPA), انرژی جنبشی مواد موم در حفره قالب برای غلبه بر مقاومت جریان کافی نیست..

به خصوص در سازه های با جریان طولانی و چند گوشه, جلوی جریان به دلیل خنک شدن منجمد می شود, تشکیل یک منطقه مرده.

سطح مقطع بسیار کوچک یا موقعیت نامناسب سوراخ تزریق موم در طراحی قالب، مقاومت مسیر جریان را تشدید می کند., باعث می شود مواد موم فشار و دمای کافی را قبل از رسیدن به ناحیه دیواره نازک از دست بدهند.

از این رو, ماهیت شات کوتاه تضعیف مضاعف انرژی ترمودینامیکی است (درجه حرارت) و انرژی جنبشی (فشار, سرعت), در نتیجه ماده موم نمی تواند به آستانه انرژی مورد نیاز برای پر شدن کامل قالب برسد.

مکانیسم علامت سینک / حفره انقباض

مکانیسم علامت سینک یا حفره انقباض ناشی از خرابی مکانیسم جبران انقباض حجمی است..

مواد موم در طول سرد شدن و انجماد دچار انقباض حجم قابل توجهی می شود, و نرخ انقباض خطی آن معمولا بین 0.8% وت 1.5%.

در مرحله اولیه انجماد, ماده موم لایه به لایه از دیواره حفره قالب به مرکز جامد می شود.

در این زمان, اگر فشار تزریق برداشته شده باشد یا زمان نگهداری فشار کافی نباشد, ماده موم مایع در ناحیه مرکزی نمی تواند به لایه سطحی جامد شده برگردد تا شکاف انقباض را به دلیل عدم وجود مکمل فشار خارجی پر کند..

این فرآیند به‌ویژه در نواحی با دیواره‌های ضخیم به دلیل زمان طولانی خنک‌شدن آنها جدی است, پنجره زمان انجماد گسترده, و انقباض تجمعی بزرگ.

زمانی که تنش انقباض داخلی از قدرت خود الگوی موم بیشتر شود, سطح فرو خواهد رفت. علاوه بر این, دمای بسیار بالای مواد موم (>70℃) نرخ انقباض ذاتی آن را به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داد, تشدید این اثر.

استفاده بیش از حد از عامل رهاسازی قالب یک فیلم روان کننده تشکیل می دهد, که مانع از تماس نزدیک بین مواد مومی و دیواره قالب می شود,

باعث می شود دیواره قالب نتواند به طور موثر فشار نگهدارنده فشار را منتقل کند, و تضعیف بیشتر اثر تغذیه.

از این رو, حفره انقباض نتیجه اجتناب ناپذیر عمل ترکیبی انقباض حرارتی است, خرابی انتقال فشار, و خواص ذاتی مواد.

مکانیسم حباب ها

مکانیسم تشکیل حباب ها شامل سه مرحله است: حباب گاز, حفظ, و گسترش.

اولی, هوا به طور اجتناب ناپذیری در مواد موم در حین ذوب و هم زدن حبس می شود. اگر زمان گاز زدایی و ایستادن کافی نباشد (<0.5 ساعت), یا سرعت هم زدن خیلی سریع است (>100دور در دقیقه) برای ایجاد تلاطم, تعداد زیادی حباب ریز در ماتریکس موم پیچیده می شود.

دوما, در طول فرآیند تزریق, اگر سرعت تزریق خیلی زیاد باشد (>50mm/s), مواد موم در حالت متلاطم به داخل حفره قالب تزریق می شود, که هوای داخل حفره قالب را به داخل می‌کشد و داخل ماده مومی می‌پیچد, تشکیل حباب های تهاجمی.

اگزوز قالب ضعیف (شیار اگزوز مسدود شده است, عمق ناکافی, یا موقعیت اشتباه) از تخلیه این گازها جلوگیری می کند و آنها را مجبور به ماندن در حفره قالب می کند.

بالاخره, هنگامی که الگوی مومی از قالب خارج می شود, اگر دمای محیط به شدت افزایش یابد یا ذخیره سازی نامناسب باشد, رطوبت کمیاب یا افزودنی های کم جوش باقی مانده در الگوی موم هنگام گرم شدن تبخیر می شوند.,

یا تنش پسماند داخل ماده موم آزاد خواهد شد, منجر به گسترش حجم حباب و تشکیل برآمدگی های قابل مشاهده می شود.

از این رو, حباب ها حاصل عملکرد سه گانه محتوای گاز مواد هستند, فرآیند حباب هوا, و القای گاز محیطی.

مکانیسم خطوط جریان / چین و چروک

ماهیت مکانیسم خطوط جریان یا چین و چروک، تجلی ادغام مذاب ضعیف است. (خط جوش).

هنگامی که مواد موم از دو یا چند دروازه به داخل حفره قالب جریان می یابد, دو جبهه مذاب در وسط حفره قالب به هم می رسند.

اگر دمای مواد موم خیلی کم باشد (<55℃) یا دمای قالب خیلی پایین است (<25℃) در این زمان, دمای جبهه مذاب به زیر نقطه نرم شدن آن کاهش یافته است,

در نتیجه این دو مذاب قادر به ذوب کامل نیستند, پراکنده, و زنجیره های مولکولی را در هم می بندد, فقط یک مفصل دامان فیزیکی را تشکیل می دهد.

استحکام اتصال در این مفصل لبه بسیار کمتر از مواد حجیم است.

در طی فرآیند خنک سازی بعدی, به دلیل تفاوت در تنش انقباض, یک شیار مقعر قابل مشاهده در این ناحیه تشکیل می شود.

علاوه بر این, استفاده ناهموار یا بیش از حد از عامل رهاسازی قالب باعث تشکیل یک لایه روغن روی سطح حفره قالب می شود, که مانع خیس شدن و پخش شدن مواد مومی می شود,

باعث می شود مذاب به جای ذوب شدن روی لایه روغن لغزنده شود, که تشکیل خطوط جریان را تشدید می کند.

سرعت تزریق خیلی کم (<15mm/s) همچنین زمان خنک شدن جلوی مذاب را طولانی می کند, اختلاف دما را در حین ادغام افزایش می دهد, و منجر به جوشکاری ضعیف می شود.

از این رو, خطوط جریان پدیده های شکست جوشکاری تحت اثر ترکیبی گرادیان دما هستند, ترشوندگی رابط, و دینامیک جریان.

مکانیسم فلش / برز

مکانیسم فلاش یا فرز به طور مستقیم با سفتی و عملکرد آب بندی سیستم بسته شدن قالب مرتبط است..

زمانی که نیروی گیره قالب ناکافی باشد (<100خندق) یا مکانیزم راهنمای قالب (ستون های راهنما, آستین های راهنما) با فاصله بیش از حد پوشیده شده است, سطح جداسازی قالب را نمی توان به طور کامل وصل کرد, تشکیل یک شکاف کوچک (>0.02میلی متر).

تحت فشار بالا (>0.6MPA) تزریق, مواد موم مایع مانند یک تفنگ آب از این شکاف ها خارج می شود, تشکیل فلاش نازک به اندازه کاغذ.

خراش, زنگ زدن, یا تراشه های موم باقی مانده روی سطح قالب نیز به صافی سطح آب بندی آسیب می رساند, تبدیل شدن به یک کانال برای فلش.

علاوه بر این, دمای بیش از حد مواد موم یا فشار تزریق بیش از حد بالا باعث افزایش سیالیت ماده موم می شود, سوراخ کردن شکاف های کوچک را آسان تر می کند.

از این رو, فلاش تظاهر مستقیم خرابی مهر و موم مکانیکی و فراتر از حد پارامتر فرآیند است.

مکانیسم چسباندن

مکانیسم چسبندگی نتیجه عدم تعادل بین اصطکاک سطحی و چسبندگی است.

نقش عامل رهاسازی قالب (مانند روغن ترانسفورماتور, سقز) این است که یک لایه روان کننده سطحی کم بین الگوی موم و قالب تشکیل شود, کاهش چسبندگی بین آنها.

اگر از عامل رهاسازی قالب استفاده نشود, دوز ناکافی است, یا خراب شده است (مانند اکسیداسیون, پلیمریزاسیون), فیلم روان کننده از بین می رود, و الگوی موم در تماس مستقیم با سطح قالب خواهد بود.

در لحظه قالب گیری, الگوی موم به دلیل خاصیت ارتجاعی خود با ساختار ریز خشن سطح قالب درگیر می شود, منجر به خراش های موضعی می شود.

در عین حال, اگر دمای قالب خیلی بالا باشد (>45℃), سطح الگوی مومی به طور کامل جامد نشده است, و قدرت آن ناکافی است, بنابراین به راحتی در حین قالب گیری پاره می شود;

زمان سرمایش ناکافی (<10 دقایقی) باعث می شود تنش داخلی الگوی موم آزاد نشود, و برگشت الاستیک در طول قالب گیری رخ می دهد, که چسبندگی را تشدید می کند.

از این رو, چسبندگی یک تظاهرات جامع از شکست روانکاری است, دمای خارج از کنترل, و سرمایش ناکافی.

3. تحلیل عوامل موثر بر انحراف ابعادی الگوی موم

انحراف ابعادی الگوی موم پیچیده ترین و دشوارترین مشکل کیفیت در ریخته گری سرمایه گذاری است. عوامل مؤثر بر آن یک چند سطحی را تشکیل می دهند, سیستم به شدت جفت شده.

بر خلاف محلی بودن عیوب سطحی, انحراف ابعادی یک انحراف جهانی است, علت اصلی آن در خطاهای تجمعی و پاسخ های غیرخطی چندین پیوند در کل زنجیره انتقال ابعادی الگوی مومی از حفره قالب تا محصول نهایی نهفته است..

دقت طراحی و ساخت قالب: منبع انتقال ابعادی

اندازه حفره قالب الگوی اصلی اندازه الگوی مومی است, و دقت ساخت آن به طور مستقیم اندازه نظری الگوی موم را تعیین می کند.

با توجه به تجربه صنعت, دقت ابعادی قالب باید 2 تا 3 درجه تحمل بالاتر از نیازهای ریخته گری نهایی باشد..

به عنوان مثال, اگر ریخته گری نیاز به تحمل 0.05 ± میلی متر داشته باشد, تحمل تولید قالب باید در ± 0.02 میلی متر کنترل شود.

ناهماهنگی سطح جداسازی قالب, سایش مکانیسم راهنما, و انحراف موقعیت هسته (>0.03میلی متر) مستقیماً منجر به تغییر ابعاد یا عدم تقارن الگوی مومی خواهد شد.

مهمتر, دقت جبران انقباض. نرخ انقباض خطی ماده موم یک مقدار ثابت نیست, اما تحت تأثیر عوامل متعددی مانند فرمول قرار می گیرد, درجه حرارت, و فشار.

اگر مقدار جبران انقباض در طراحی قالب اتخاذ شود (مانند 1.2%) با نرخ انقباض واقعی مواد موم در تولید ناسازگار است (مانند 1.5%), منجر به انحراف ابعادی سیستماتیک خواهد شد.

به عنوان مثال, الگوی مومی یک تیغه هوافضا با طراحی شده بود 1.0% جبران خسارت, اما فرمول واقعی اسید استئاریک بالا (نرخ انقباض 1.4%) استفاده شد,

بنابراین اندازه الگوی موم نهایی خواهد بود 0.4% کوچکتر از ارزش طراحی, در نتیجه ضخامت دیواره ریخته گری ناکافی و خراش مستقیم است.

فرمول مواد موم و ویژگی های انقباض: علت داخلی ثبات ابعادی

نرخ انقباض خطی ماده موم خاصیت فیزیکی ذاتی آن است, که عمدتاً با نسبت پارافین به اسید استئاریک تعیین می شود.

مطالعات نشان داده است که وقتی کسر جرمی اسید استئاریک در محدوده 10٪ تا 20٪ باشد., استحکام الگوی موم به طور قابل توجهی بهبود یافته است, اما نرخ انقباض آن نیز بر این اساس افزایش می یابد.

هنگامی که محتوای اسید استئاریک از 10% به 20%, نرخ انقباض خطی می تواند افزایش یابد 0.9% به 1.4%.

اگر دسته های مختلفی از مواد موم در تولید جایگزین شوند, یا نسبت مواد موم بازیافتی خیلی زیاد است (>30%), نرخ انقباض آن ممکن است به دلیل پیری و آلودگی ناخالصی کاهش یابد.

در طی فرآیندهای ذوب چندگانه مواد موم بازیافتی, اسید استئاریک مستعد صابونی شدن است, و پارافین ممکن است اکسید شود, منجر به رفتار انقباض غیرقابل پیش بینی می شود.

علاوه بر این, اگر رطوبت یا مواد افزودنی با وزن مولکولی کم در ماده موم مخلوط شود, آنها با گرم شدن تبخیر می شوند, تشکیل منافذ ریز, که به قوام ابعادی آسیب می رساند.

از این رو, قوام فرمول و پایداری دسته ای ماده موم سنگ بنای کنترل انحراف ابعادی است.

نوسانات در پارامترهای فرآیند: تقویت کننده انحراف ابعادی

در تولید واقعی, نوسانات کوچک در پارامترهای فرآیند به طور قابل توجهی از طریق روابط غیر خطی تقویت می شود. فشار تزریق و فشار نگهداری متغیرهای اصلی هستند.

همانطور که در آزمون های عملی نشان داده شده است, برای هر 0.1 مگاپاسکال افزایش فشار تزریق, نرخ انقباض خطی الگوی موم را می توان 0.05٪ تا 0.1٪ کاهش داد..

این به این دلیل است که فشار بالا می تواند مواد موم را مجبور کند که حفره قالب را بیشتر پر کند, کاهش شکاف های داخلی, و در نتیجه فضای انقباض را کاهش می دهد.

برعکس, فشار ناکافی منجر به پر شدن شل مواد موم و افزایش انقباض می شود.

نقش زمان نگهداری این است که به طور مداوم مواد موم را به قسمت انجماد تکمیل کند تا انقباض را جبران کند..

اگر زمان برگزاری ناکافی است (<15 ثانیه), انقباض ناحیه دیواره ضخیم را نمی توان جبران کرد, و اندازه خیلی کوچک خواهد بود.

تاثیر دمای مواد موم و دمای قالب پیچیده تر است.

به ازای هر 10 درجه افزایش دمای موم, نرخ انقباض می تواند 0.1٪ تا 0.2٪ افزایش یابد; هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دمای قالب باعث افزایش سرعت انقباض به دلیل طولانی شدن زمان خنک سازی و افزایش انبساط حرارتی می شود..

این همبستگی مثبت بین دما و انقباض باعث می شود که ثبات کنترل دما خط حیاتی دقت ابعاد باشد..

هرگونه خرابی سیستم کنترل دمای تجهیزات یا نوسان دمای محیط ممکن است باعث رانش ابعادی کل دسته الگوهای موم شود..

شرایط محیطی: قاتل نامرئی ثبات ابعادی

در مرحله ذخیره سازی الگوی مومی از قالب گیری تا مونتاژ درخت, اندازه آن هنوز در حال تغییر پویا است.

موم هادی ضعیف گرما است, و استرس درونی آن به آرامی آزاد می شود.

اگر نوسان دمای محیط ذخیره سازی بیش از ± 5 ℃ باشد, یا رطوبت به شدت تغییر می کند (>± 10٪ RH), الگوی موم به دلیل انبساط و انقباض حرارتی یا جذب رطوبت / رطوبت‌زدایی دستخوش تغییرات ابعادی آهسته می‌شود..

به عنوان مثال, در دونگوان, گوانگژو, هوا در تابستان گرم و مرطوب است. اگر الگوی واکس در کارگاهی بدون کنترل دما و رطوبت نگهداری شود, اندازه آن ممکن است 0.03 ± میلی متر در داخل جابجا شود 24 ساعت, که برای تأثیرگذاری بر مونتاژ دقیق کافی است.

از این رو, استاندارد ایجاب می کند که الگوی موم باید در دمای ثابت نگهداری شود (23± 2 ℃) و رطوبت ثابت (65± 5٪ RH) محیط برای اطمینان از ثبات ابعادی.

علاوه بر این, روش ذخیره سازی الگوی موم نیز بسیار مهم است. اگر روی سطح مرجع صاف قرار نگیرد یا توسط اجسام سنگین فشرده نشود, تغییر شکل پلاستیک رخ خواهد داد, منجر به انحراف ابعادی می شود.

4. جلوه های تعاملی طراحی قالب, انقباض موم, و شرایط محیطی

دقت نهایی اندازه الگوی مومی نتیجه جامع غیر خطی است, تعامل پویا بین طراحی قالب, ویژگی های انقباض موم, و شرایط محیطی.

بهینه سازی یک عامل نمی تواند ثبات سیستم را تضمین کند. تنها با درک اثر هم افزایی آن می توان به کنترل منبع واقعی دست یافت.

هم افزایی بین طراحی قالب و انقباض موم: هسته جبران ابعادی

اندازه حفره قالب به سادگی با ضرب اندازه ریخته گری در نرخ انقباض ثابت به دست نمی آید..

برای الگوهای مومی با اشکال هندسی پیچیده, مانند پره های توربین موتور هوا, توزیع ضخامت دیواره بسیار ناهموار است,

و تفاوت سرعت خنک کننده بین ناحیه دیوار نازک (0.5میلی متر) و منطقه با دیوارهای ضخیم (5میلی متر) عظیم است, منجر به نرخ های مختلف انقباض محلی می شود.

اگر یک جبران نرخ انقباض خطی یکپارچه اتخاذ شود, ناحیه دیواره ضخیم به دلیل انقباض زیاد بسیار کوچک خواهد بود, و ناحیه دیوار نازک به دلیل خنک شدن سریع و انقباض کوچک بسیار بزرگ خواهد بود, در نهایت منجر به ناهمواری ضخامت دیواره ریخته گری می شود و بر عملکرد آیرودینامیکی تأثیر می گذارد.

از این رو, طراحی قالب مدرن باید از فناوری جبران منطقه ای استفاده کند, یعنی, تنظیم نرخ های جبران انقباض مختلف برای مناطق مختلف با توجه به توالی انجماد و میدان دما شبیه سازی شده توسط CAE (مهندسی به کمک کامپیوتر).

به عنوان مثال, 1.5% جبران به ناحیه ریشه تیغه با دیواره ضخیم اعمال می شود, در حالی که فقط 0.9% جبران به ناحیه نوک تیغه با دیواره نازک اعمال می شود.

در عین حال, طراحی سیستم گیتینگ قالب باید با سیالیت مواد موم مطابقت داشته باشد.

اگر دروازه خیلی کوچک است, افت فشار مواد موم در طول فرآیند پر کردن بسیار زیاد است, منجر به پر شدن ناکافی در ناحیه دیستال می شود.

حتی اگر نرخ انقباض کلی درست باشد, اندازه این منطقه همچنان بسیار کوچک خواهد بود. از این رو, طراحی قالب باید یک بهینه سازی مشارکتی ساختار-فرآیند-مواد باشد.

تعدیل شرایط محیطی در رفتار انقباض موم: پیوندی که اغلب نادیده گرفته می شود

سرعت انقباض ماده موم نه تنها به ترکیب شیمیایی بلکه به تاریخچه حرارتی آن نیز بستگی دارد.

اگر مواد موم قبل از ذوب در دمای پایین نگهداری شود (مانند دمای کارگاه <10℃ در زمستان), ساختار کریستالی داخلی آن ممکن است تغییر کند, منجر به انحراف در سیالیت و رفتار انقباض پس از ذوب از مقدار استاندارد می شود.

به همین ترتیب, اگر الگوی موم پس از قالب گیری در معرض محیطی با رطوبت بالا قرار گیرد, اسید استئاریک موجود در ماده موم ممکن است رطوبت کمی را جذب کند تا هیدرات ایجاد کند, تغییر نیروهای بین مولکولی, و در نتیجه بر رفتار انقباض بعدی آن تأثیر می گذارد.

به عنوان مثال, تحت شرایط آب و هوایی ژوژو, هونان, که در تابستان گرم و مرطوب و در زمستان خشک و سرد است, نوسانات فصلی دما و رطوبت محیط، یک چالش مداوم برای ثبات ابعادی الگوی مومی است..

هنگامی که رطوبت محیط از 40% RH به 80% افزایش می یابد, نرخ پس از انقباض الگوی موم در داخل 24 ساعت می تواند 0.02٪ تا 0.05٪ افزایش یابد.

از این رو, کنترل محیطی نه تنها یک نیاز ذخیره سازی بلکه بخشی از پارامترهای فرآیند است.

یک اتاق ذخیره سازی با الگوی موم با درجه حرارت و رطوبت ثابت مستقل باید ایجاد شود, و دقت کنترل دما و رطوبت آن باید به 1± ℃ و RH ± 5% برسد تا تداخل محیط بر وضعیت فیزیکی مواد موم از بین برود..

پیامدهای سیستمیک اثرات متقابل: دریفت غیر خطی و تفاوت های بین دسته ای

در عمل تولید, پیامدهای سیستمیک اثرات متقابل به صورت رانش غیرخطی و تفاوت های بین دسته ای آشکار می شود..

به عنوان مثال, برای کاهش هزینه ها, یک شرکت نسبت موم بازیافتی در مواد موم را افزایش داد 10% به 30%.

این منجر به افزایش نرخ انقباض مواد موم از 1.1% به 1.4%.

برای جبران این تغییر, مهندس فرآیند دمای قالب را از 30 ℃ به 35 ℃ افزایش داد, انتظار کاهش سرعت خنک‌سازی و کاهش انقباض با افزایش دمای قالب.

هر چند, پس از افزایش دمای قالب, زمان ماندن مواد موم در حفره قالب طولانی شد, آزادسازی استرس داخلی کافی‌تر بود, و پس از انقباض الگوی مومی پس از قالب گیری تشدید شد.

در عین حال, قالب با دمای بالا عامل رهاسازی قالب را فرارتر کرد, اثر روانکاری کاهش یافت, و خطر چسبندگی افزایش یافت.

در پایان, اگرچه اندازه یک الگوی مومی ممکن است استاندارد را برآورده کند, پراکندگی اندازه بین دسته ای (CPK) به شدت از 1.67 به 0.8, و بازده به میزان قابل توجهی کاهش یافت.

این نشان دهنده عوارض جانبی تنظیم یک پارامتر است: بهینه سازی یک پارامتر ممکن است باعث ایجاد یک واکنش زنجیره ای در سطح سیستم شود, منجر به مشکلات جدید می شود.

از این رو, برای دستیابی به ثبات طولانی مدت اندازه الگوی موم, یک سیستم کنترل حلقه بسته مبتنی بر داده باید ایجاد شود.

با استقرار دما, فشار, و سنسورهای رطوبت در فرآیندهای کلیدی (مانند پرس موم, خنک کننده, و ذخیره سازی),

داده‌های بلادرنگ جمع‌آوری شده و با نتایج اندازه‌گیری اندازه الگوی موم مرتبط می‌شوند (CMM) ایجاد یک مدل ریاضی از پارامترهای فرآیند - شرایط محیطی - انحراف ابعادی.

با استفاده از این مدل, روند تغییر ابعاد تحت ترکیب های مختلف قابل پیش بینی است, تحقق یک تحول اساسی از پسا تصحیح به پیش بینی.

5. پایان

کیفیت سطح و دقت ابعادی الگوی موم پیش نیاز اصلی برای اطمینان از کیفیت ریخته گری سرمایه گذاری است..

عیوب سطحی الگوی مومی, مانند شلیک کوتاه, علامت سینک, حباب, خط جریان, فلاش, و چسبیدن, نتیجه عملکرد ترکیبی خواص مواد مومی است, پارامترهای پردازش, و شرایط قالب.

مکانیسم های تشکیل آنها ارتباط نزدیکی با سیالیت دارد, انقباض, و تعامل سطحی مواد موم.

انحراف ابعادی الگوی موم یک مشکل سیستمیک مربوط به طراحی قالب است, ویژگی های مواد موم, نوسانات فرآیند, و شرایط محیطی, و کنترل آن نیاز به بهینه سازی مشارکتی چند پیوندی و چند عاملی دارد.

دستیابی به دقت بالا, تولید الگوی موم پایدار نیاز به بهینه سازی یکپارچه ساختار دارد, مادی, فرآیند, و محیط زیست, توسط مدل‌سازی پیش‌بینی مبتنی بر داده پشتیبانی می‌شود.

از آنجایی که صنایعی مانند هوافضا و انرژی‌های جدید به‌طور فزاینده‌ای به تحمل سخت‌گیرانه نیاز دارند, طراحی قالب هوشمند, شبیه سازی پیشرفته CAE, فرمولاسیون موم با کارایی بالا, و سیستم‌های کنترل محیطی هوشمند به ستون‌های ضروری نسل بعدی ریخته‌گری سرمایه‌گذاری دقیق تبدیل خواهند شد.