Valukappaleiden pinnanlaatuun vaikuttavat tekijät

Valukappaleiden pinnan laatu riippuu jokaisesta kuviota koskettavasta vaiheesta, muotti ja metalli – muotin/kuvion tilasta ja kuviomateriaalin reologiasta kuoren/pintapinnoitteen valmisteluun, vahanpoisto ja ammusten poltto, sulamiseen, kaataminen, jäähdytys ja loppukäsittely.

Pinnan karheuden hallinta (Rata) ja mikrokokoisten epäsäännöllisyyksien välttäminen vaatii tiukkaa huomiota työkaluihin, materiaalit, prosessiparametrit ja valun jälkeinen käsittely.

Tässä artikkelissa analysoidaan päätekijöitä, mittaa käytännön säätöalueet mahdollisuuksien mukaan, ja antaa toimivia prosessi- ja tarkastussuosituksia.

1. Homeen liittyvät tekijät

Muotti toimii perustana investointi, koska sen laatu määrää suoraan vahakuvion muodon ja pintatilan, joka lopulta siirretään lopulliseen valuun.

Muotien vaikutusta vahakuvion pinnan laatuun voidaan tarkastella kolmesta näkökulmasta:

Muottirakenteen suunnittelu ja pinnan laatu

Kohtuuton muottirakenteen suunnittelu johtaa usein naarmuja ja naarmuja vahakuvion purkamisen aikana. Korjatut vahakuviointipinnat ovat väistämättä huonompia kuin alkuperäiset, ja nämä viat toistuvat suoraan valupinnalle.

Esimerkiksi, terävät kulmat (ilman fileitä R<0.3mm), riittämättömät vetokulmat (<1° monimutkaisille onteloille), tai epätasaiset erotuspinnat muottirakenteessa lisäävät kitkaa vahakuvion ja muotin ontelon välillä, aiheuttaa pintavaurioita purkamisen aikana.

Muotin pinnan karheus on ratkaiseva tekijä vahakuvion pinnan laadussa. Jos muotin pinnan karheus on vain Ra3,2μm, tuloksena olevan vahakuvion pintalaatu on vieläkin huonompi (Ra4,0-5,0 μm), joka välitetään suoraan valuun.

Käytännön kokemus osoittaa, että muotin optimaalista pinnan karheutta tulee hallita Ra0,8 μm:n sisällä; liiallinen sileys (ESIM., Ra0,2 μm) ei paranna merkittävästi vahakuvion laatua, mutta lisää muotin käsittelykustannuksia 30–50 %.

Muotin lämpötilan säätö

Muotin lämpötilalla on merkittävä vaikutus vahan juoksevuuteen ja replikointitarkkuuteen. Keskilämpötilaisille vahajärjestelmille, optimaalinen muotin lämpötila on 45-55 ℃.

Kun muotin lämpötila on liian alhainen (<35℃), vahamateriaalin juoksevuus heikkenee jyrkästi, mikä johtaa vahakuvion huonoon pinnan replikaatioon, mukana virtausjälkiä ja kylmäsulkuja.

Kriittisemmin, jos muotin lämpötila laskee alle veden kastepisteen (tyypillisesti 15-20 ℃ työpajoissa), muotin pinnalle muodostuu useita vesipisaroita.

Nämä pisarat vievät vahamateriaalin tilan injektion aikana, mikä johtaa epätasaiseen vahakuvion pintaan – vika, joka johtuu myös liiallisesta irrotusaineesta (ruiskutuspaksuus >5μm).

Oikean muotin lämpötilan ylläpitäminen on välttämätöntä. Nosta muotin lämpötilaa oikein (50-55 ℃) ja ruiskutuspaine (0,3–0,5 MPa:iin) voi tehokkaasti parantaa vahamateriaalin juoksevuutta, parantaa vahakuvion replikaatiokykyä muotin pinnalla, ja siten epäsuorasti parantaa valupinnan laatua.

Kuitenkin, liian korkea muotin lämpötila (>60℃) voi saada vahamateriaalin jäähtymään ja jähmettymään liian hitaasti, mikä johtaa vahakuvion muodonmuutokseen (mittapoikkeama >0.5mm) ja tuotantosyklin ajan pidentäminen, vaatii tasapainoa laadun ja tehokkuuden välillä.

Vahan ruiskutusportin koko

Vahan ruiskutusportin koko vaikuttaa suoraan ruiskutuspaineeseen ja vahan täyttönopeuteen.

Pienille valukappaleille (paino <500g), optimaalinen portin halkaisija on **φ8–φ10mm**; suurille valukappaleille (paino >500g), portin halkaisijaa voidaan suurentaa φ10–φ12mm.

Portin koon sopiva lisääminen auttaa lisäämään vahan ruiskutuspainetta, varmista, että muotin onkalo täyttyy kokonaan, ja vähentää pintavirheitä, kuten alitäyttöä ja virtausjälkiä vahakuviossa.

Monimutkaisiin valuihin, joissa on ohuet seinät (<2mm), moniporttisuunnittelu (2– 4 porttia) On suositeltavaa parantaa täytteen tasaisuutta entisestään.

2. Vahamateriaalin vaikutus

Vahamateriaalin tyyppi ja suorituskyky ovat keskeisiä tekijöitä, jotka määrittävät vahakuvion pinnan laadun, koska eri vahamateriaaleilla on erilainen kiteytys- ja jähmettymiskäyttäytyminen.

Taulukko 1 tiivistää sijoitusvalussa käytettyjen yleisten vahamateriaalien tärkeimmät suorituskykyparametrit ja pinnanlaatuvaikutukset.

Taulukko 1: Investointivalussa käytettyjen yleisten vahamateriaalien suorituskyvyn vertailu

Matalan lämpötilan vaha (Parafiini-steariinihappovaha)

Matalalämpötilainen vaha, koostuu parafiinista (60%–70%) ja steariinihappoa (30%–40%), tuottaa vahakuvioita, joiden pintalaatu on heikoin.

Kiteisenä vahana, sillä on kapea kiteytyslämpötila-alue ja karkeita steariinihapporakeita (viljakoko >50μm).

Jähmettymisen aikana, nestemäistä vahaa ei ole riittävästi täyttämään jyvien välisiä rakoja, tuloksena on karkea vahakuviopinta.

Jopa lisäämällä ruiskutuspainetta tai säätämällä prosessiparametreja, matalan lämpötilan vahasta valmistettujen vahakuvioiden pintalaatua ei voida merkittävästi parantaa, rajoittaa sen käyttöä korkean tarkkuuden valussa.

Keskilämpötilainen vaha

Keskilämpötilainen vaha, monikomponenttinen seos, joka sisältää mikrokiteistä vahaa, hartsi, ja pehmittimiä, sillä ei ole kiinteää sulamispistettä ja laajempi jähmettymislämpötila-alue verrattuna matalan lämpötilan vahaan.

Jähmettymisen aikana, johtuen sen komponenttien erilaisista jähmettymislämpötiloista, nestefaasi voi täyttää täysin kiinteiden faasien väliset raot, tuloksena on vahakuvioita, joiden pintalaatu on huomattavasti parempi.

Kuitenkin, Keskilämpötilan vahan suorituskyky vaihtelee eri valmistajien välillä; vaha, jonka hartsipitoisuus on 5–8 %, on paras tasapaino juoksevuuden ja pinnan sileyden välillä.

Täytetty vaha

Täytetty vaha, vahvistettu keraamisella jauheella (5%–10%) tai lasikuitua (3%–5%), tuottaa vahakuvioita korkeimmalla pintalaadulla.

Täyteaineiden lisääminen optimoi vahamatriisin kiteytymiskäyttäytymisen, vähentää jähmettymisen kutistumista (-sta 2.0% 0,8–1,2 %), ja parantaa vahakuvion pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä.

Tämä ei ainoastaan ​​paranna vahakuvion pinnan sileyttä, vaan myös vähentää muodonmuutoksia varastoinnin ja kuljetuksen aikana (muodonmuutosnopeus <0.2% 24h sisällä), varmistaa pinnanlaadun vakaan siirtymisen valuun.

Vahakuvion puhdistus ja pinnan etsaus

Vahakuvion puhdistus ymmärretään usein väärin pelkkäksi irrotusaineiden poistamiseksi pinnalta, mutta sen tärkein tehtävä on pinnan etsaus.

Keskilämpötilaisille vahakuvioille, optimaalinen puhdistusprosessi käyttää neutraalia etsausainetta (pitoisuus 5–8 %) jonka pH-arvo on 6,5-7,5, liotusaika 1-2 minuuttia, sen jälkeen huuhdellaan deionisoidulla vedellä ja kuivataan 40–50 ℃:ssa 10–15 minuuttia.

Puhdistusprosessin aikana, vahakuvion pintaan muodostuu lievä etsausvaikutus, mikä lisää vahakuvion pinnan karheutta mikromittakaavassa (Ra 1,6 μm - 2,0–2,5 μm) ja parantaa seuraavan pintapinnoitteen kostuvuutta ja tarttuvuutta.

Oikea etsaus luo "mikrokarkean" pinnan, joka mahdollistaa pinnoitteen kiinnittymisen tiukemmin, välttää pinnoitteen kuoriutumista tai epätasaista paksuutta kuivauksen ja paahtamisen aikana.

Tämä on erityisen tärkeää valukappaleiden pinnan sileyden parantamiseksi, hyvin kiinnittyvä pinnoite voi toistaa tehokkaasti vahakuvion pinnan ja estää hiekan tunkeutumisvirheitä.

4. Pinnan pinnoitustekijät

Pintapinnoite (ensisijainen pinnoite) on suorassa kosketuksessa vahakuvion kanssa, ja sen suorituskyky ja käyttöparametrit vaikuttavat ratkaisevasti valupinnan laatuun.

Pintapinnoitteen materiaalin ominaisuudet

Vaikka pintajauheen ja hiekan vaikutus pinnan laatuun on laajalti tunnustettu, pinnoitteen tärkeän komponentin silikasoolin vaikutusta pinnan laatuun ei ymmärretä.

Laadukas silikasooli (onko tuonti tai kotimainen tuote) tasaisen kolloidisen hiukkaskoon kanssa (10-20 nm) ja matala viskositeetti (2–5 mPa·s 25 ℃:ssa) esittelee ylivoimaista suorituskykyä.

Samassa virtauskupin viskositeetissa (Ford Cup #4: 20-25s), tällainen silikasooli voi saavuttaa suuremman jauhe-neste-suhteen (2.5:1–3.0:1 zirkonijauhelietettä varten), tuloksena on tiheämpi ensisijainen pinnoite.

Tiheämpi pinnoite vähentää pinnan huokoisuutta (huokoisuus <5%) ja parantaa kykyä jäljitellä vahakuvion pintaa, johtaa tasaisempaan valupintaan (Ra pieneni 0,4–0,8 μm verrattuna huonolaatuisen piidioksidisooliin).

Pintapinnoitteen paksuus

Zirkonijauhelietettä varten (zirkonijauheen hiukkaskoko 325–400 mesh), primääripinnoitteen optimaalinen paksuus on 0.08-0,1 mm. Sekä liiallinen että riittämätön paksuus vaikuttavat haitallisesti valupinnan laatuun:

• Riittämätön paksuus (<0.08mm): Aiheuttaa helposti "kurkun piikkivirheitä" - teräviä, neulamaisia ​​ulkonemia (korkeus 0,1-0,3 mm) valupinnalle hiekan tunkeutumisen tai epätasaisen pinnoitteen vuoksi.
• Liiallinen paksuus (>0.1mm): Seurauksena on erilaisia ​​vikoja.
  Kutistuminen kuivauksen ja paahtamisen aikana (kutistumisaste 3–5 %), paksu pinnoite voi irrota osittain vahakuvion pinnasta, muodostaen karkeaa, pyöristetyt kuperat hiukkaset (halkaisija 0,2-0,5 mm) valupinnalla.

Pinnoitteen paksuuden säätely edellyttää lietteen viskositeetin tarkkaa säätöä (Ford Cup #4: 20-25s), kastoaika (5-10s), ja kuivausolosuhteet (lämpötila 25-30 astetta, kosteus 40-60 %, kuivumisaika 2-4h) tasaisen paksuuden ja hyvän tarttuvuuden varmistamiseksi.

5. Vahanpoistoprosessi

Vahanpoiston tavoitteena on poistaa vaha kokonaan kuorimuotista.

Keskilämpötilaiselle vahalle, optimaalisessa vahanpoistoprosessissa käytetään höyryä vahanpoistokeitintä, jonka paine on 0.6-0,8 MPa ja lämpötila 120-130 ℃, vahanpoistoaika 15-25 minuuttia (säädetty kuoren koon mukaan).

Vahan jäännös kuoressa (massaosuus >0.5%), jos se ei ole täysin palanut paahtamisen aikana, tuottaa hiilimustaa ja muita epäpuhtauksia, jotka tarttuvat valupintaan ja heikentävät pinnan laatua – asiaa käsitellään tarkemmin paahto-osiossa.

Kuitenkin, täydellinen vahanpoisto ei tarkoita pidentynyttä vahanpoistoaikaa. Lähtökohtana on varmistaa täydellinen vahanpoisto (jäljelle jäänyt vaha <0.5%), vahanpoistoaika tulee minimoida.

Lämpötila vahanpoistokattilassa ylittää yleisten nopean kuivauslaitteiden lämpötilan, ja vahan pitkäaikainen altistuminen korkeille lämpötiloille (>130℃ varten >30 minuutti) nopeuttaa vahan ikääntymistä.

Vanhennetussa vahassa on vähentynyt juoksevuus (viskositeetin kasvu 20–30 %) ja lisääntynyt hauraus, mikä voi vaikuttaa myöhempään vahan kierrätykseen ja lisätä uusien vahakuvioiden virheiden riskiä.

6. Shell-muottien säilytys

Kuorimuottien säilytystapa riippuu konepajan puhtaudesta, jonka ydintavoitteena on minimoida tai estää vieraiden esineiden pääsy kuoren onteloon.

Taulukko 2 listaa optimaaliset säilytysparametrit kuorimuotteille vahanpoiston jälkeen.

Taulukko 2: Optimaaliset säilytysparametrit vahattomille kuorimuotteille

Monet valmistajat uskovat virheellisesti, että kuoren asettaminen kuppi alaspäin takaa turvallisuuden, mutta näin ei aina ole.

Jos kuoret asetetaan suoraan maahan tai rautarungoille, jotka ovat saastuttaneet hiekkahiukkasia ja muita roskia, vieraita esineitä voi päästä onteloon käsittelyn aikana, aiheuttaa sulkeumia valukappaleisiin.

Tällaiset sulkeumat vaativat hionta- ja hitsauskorjauksen, joka vahingoittaa vakavasti valupinnan laatua (Ra kasvoi 2,0–3,0 μm korjauksen jälkeen).

7. Shell-muottipaahtaminen

Kuorimuotissa olevan vahan jäännös on poltettava kokonaan paahtamisen aikana hiilipitoisten jäämien välttämiseksi. Optimaalinen paahtoprosessi zirkonipohjaisille kuorille on seuraava:

1. Lämmitysvaihe: Lämmitä huoneenlämmöstä 500 asteeseen nopeudella 5-10 ℃/min (hidas lämmitys kuoren halkeilun välttämiseksi).
2. Eristysvaihe 1: Pidä 500 ℃:ssa 30 minuuttia polttaa jäljellä oleva vaha.
3. Lämmitysvaihe 2: Lämmitä 500 ℃ astetta 900-1100 ℃ nopeudella 10-15 ℃/min.
4. Eristysvaihe 2: Pidä 900-1100 ℃ lämpötilassa 2–3 tuntia parantaa kuoren lujuutta ja poistaa jäännöskosteutta.

Varmistaakseen jäännösvahan täydellisen palamisen, paahtouunin happipitoisuuden tulee saavuttaa 12% (valvotaan huippuluokan laitteiden happiantureilla).

Kun happipitoisuus on vain noin 6%, paksua mustaa savua ilmaantuu noin 800 ℃:n lämpötilassa, joita tulisi välttää.

Laitteille, joissa ei ole hapensyöttötoimintoa, uunin oven osittainen avaaminen (väli 5-10 cm) Ilmanoton lisääminen voi parantaa happitasoja ja edistää vahan täydellistä palamista.

Oikea paahtaminen lisää myös kuoren lujuutta (puristuslujuus >20MPA) ja vähentää pinnan huokoisuutta, optimoida edelleen valupinnan laatua.

8. Sulaminen, metallin puhtaus ja kaataminen

Sulatus- ja kaatokäytäntö vaikuttavat pinnan hapettumiseen, reaktiivisuus ja kalvojen muodostuminen pinnalle.

Keskeiset vaikutteet

• Latauksen ja kuonan hallinta: kontaminoituneet varausmateriaalit ja huono sulatus tuottavat suurempia inkluusiota pintaan tai oksidikalvoja, jotka vangitsevat pinnan lähellä olevan karheuden.
• Kaatolämpötila ja -nopeus: liian korkeat kaatolämpötilat voivat lisätä hapettumista tai liiallista reaktiota kuoren kanssa; liian alhainen lämpötila voi aiheuttaa epätäydellistä täyttöä ja karheutta ennenaikaisesta jäätymisestä.
• Kaatamisen jälkeinen jäähdytysmenetelmä: jäähdytysnopeuden hallinta ja pinnan uudelleenhapetuksen välttäminen (ESIM., kaatolaatikoiden/peitteiden käyttö) auttaa minimoimaan pintariitoja.

Käytännön hallintalaitteet

• Uunin panoksen tiukka hallinta, Tehokas hapettumisenesto ja puhdas sulatus/kuona.
• Määrittele kaatolämpötilaikkunat ja porttijärjestelmät, jotka edistävät laminaarista, ei-pyörteinen täyttö kaasun juuttumisen ja pintakalvon muodostumisen vähentämiseksi.
• Minimoi altistuminen hapettavalle ilmakehään varhaisen jähmettymisen aikana (ESIM., peitettyjen muottien käyttö tarvittaessa).

9. Viimeistelyvaihe

Monien valukappaleiden pinnanlaatu on hyväksyttävä heti kaatamisen jälkeen, mutta ne vaurioituvat vakavasti jälkiviimeistelyn jälkeen – mikä tekee tästä vaiheesta pääsyyllisen pinnan laadun heikkenemiseen monilla valmistajilla..

Kaksi keskeistä asiaa nousevat esiin: törmäysvauriot ja räjäytystyöt.

Törmäysvaurioiden ehkäisy

Toteuta a luokiteltu varastointi- ja kuljetusjärjestelmä: käytä pehmeällä pehmusteella varustettuja muovialustoja (EVA-vaahtomuovi paksuus 5-10mm) pienille valukappaleille; käytä erityisiä kiinnikkeitä suurille valukappaleille välttääksesi suoran kosketuksen valukappaleiden välillä. Tämä voi vähentää törmäysvaurioiden määrää yli 80%.

Ruiskupuhallusprosessin optimointi

Ruiskupuhallusta käytetään pintaoksidien ja hiekan poistamiseen, ja sen prosessiparametrit vaikuttavat suoraan valupinnan laatuun. Ruostumattoman teräksen valujen optimaaliset suihkupuhallusparametrit ovat seuraavat:

• Teräshaukun tekniset tiedot: Valettu teräshaula, halkaisija 0,3-0,5 mm, kovuus HRC 40-50.
• Haulipuhalluspaine: 0.4-0,6 MPa.
• Räjäytysaika: 10-15 minuuttia per sykli (ei enempää kuin 15 minuutti).
• Varustusvaatimukset: Käytä haulipuikkoja yhtenäisillä projisointijärjestelmillä (projektion tasaisuus ≥90 %) ja vakaa virransäätö (virran vaihtelu <5%).

Haulipuhallusaikaa tulee valvoa tiukasti – enintään 15 minuuttia per sykli. Jos pintaa ei ole puhdistettu riittävästi, Useita lyhyitä jaksoja suositellaan pitkittyneen yksijaksoisen puhalluksen sijaan liiallisen pintaeroosion välttämiseksi (Ra kasvoi 1,0–2,0 μm ylipuhalluksen jälkeen).

10. Johtopäätös

Valukappaleiden pintalaatu on monialainen tulos: metallurgia, keraaminen käsittely, lämpötekniikka ja mekaaninen käsittely vaikuttavat kaikki.

Käsittelemällä pinnan viimeistelyä prosessikriittisenä laatuattribuuttina — määrittämällä numeeriset tavoitteet, kriittisten parametrien seurantaan (työkalu Ra, lietteen viskositeetti, kasvojen turkin paksuus, vahanpoistohappitasot, sulattaa/kaataa ikkunat) ja tarkastustarkastuspisteiden upottaminen – valimot voivat tuottaa tasaisesti tasaisia, korkealaatuisia valukappaleita, joiden valmistettavuus on ennustettava ja korjauskustannukset ovat alhaisemmat.