Az öntvények felületi minősége minden, a mintát érintő lépés függvénye, penész és fém – a szerszám/minta állapotától és a minta-anyag reológiájától a héj/arcbevonat előkészítéséig, viaszmentesítés és héjégetés, az olvadáshoz, öntés, hűtés és végső kezelés.
Felületi érdesség szabályozása (RA) és a mikroméretű szabálytalanságok elkerülése szigorú odafigyelést igényel a szerszámozásra, anyag, folyamatparaméterek és az öntés utáni kezelés.
Ez a cikk a főbb tényezőket elemzi, lehetőség szerint számszerűsíti a gyakorlati szabályozási tartományokat, és végrehajtható eljárási és ellenőrzési ajánlásokat ad.
1. Penészgombával kapcsolatos tényezők
A forma alapjául szolgál befektetési casting, mivel minősége közvetlenül meghatározza a viaszmintázat alakját és felületi állapotát, amely végül átkerül a végső öntvénybe.
A penészgombák viaszmintázat felületi minőségére gyakorolt hatása három szempontból vizsgálható:
Formaszerkezet tervezése és felületminőség
Az indokolatlan formaszerkezet-tervezés gyakran vezet karcolások és sápadtság viaszminta bontás során. A javított viaszmintás felületek elkerülhetetlenül gyengébbek az eredetinél, és ezek a hibák közvetlenül megismétlődnek az öntvény felületén.
Például, éles sarkok (filé nélkül R<0.3mm), elégtelen merülési szögek (<1° összetett üregekhez), vagy a formaszerkezet egyenetlen válási felületei növelik a súrlódást a viaszmintázat és a formaüreg között, bontás során felületi sérülést okozva.
A penész felületi érdessége döntő tényező a viaszmintázat felületi minőségében. Ha a forma felületi érdessége csak Ra3.2μm, az így kapott viaszmintázat felületi minősége még gyengébb lesz (Ra4,0–5,0 μm), amely közvetlenül az öntvénybe kerül.
A gyakorlati tapasztalatok azt mutatják, hogy a forma optimális felületi érdességét ellenőrizni kell Ra0,8μm-en belül; túlzott simaság (PÉLDÁUL., Ra0,2μm) nem javítja jelentősen a viaszmintázat minőségét, de 30-50%-kal növeli a penészfeldolgozás költségeit.
Forma hőmérséklet-szabályozás
A penész hőmérséklete jelentősen befolyásolja a viasz folyékonyságát és replikációs pontosságát. Közepes hőmérsékletű viaszrendszerekhez, az optimális formahőmérséklet az 45-55 ℃.
Amikor a forma hőmérséklete túl alacsony (<35℃), a viaszanyag folyékonysága meredeken csökken, ami a viaszmintázat rossz felületi replikációját eredményezi, áramlási nyomok és hidegzárások kíséretében.
Kritikusabban, ha a penész hőmérséklete a víz harmatpontja alá csökken (jellemzően 15-20 ℃ a műhelyekben), számos vízcsepp képződik a penész felületén.
Ezek a cseppek az injektálás során foglalják el a viaszanyag terét, a viaszmintázat egyenetlen felületéhez vezet – ezt a hibát a túlzott leválasztószer okozza is (permetezési vastagság >5μm).
A megfelelő hőmérséklet fenntartása elengedhetetlen. A forma hőmérsékletének megfelelő növelése (50-55 ℃-ig) és befecskendezési nyomás (0,3-0,5 MPa-ra) hatékonyan javíthatja a viaszanyag folyékonyságát, fokozza a viaszmintázat replikációs képességét a forma felületén, és ezáltal közvetve javítja az öntési felület minőségét.
Viszont, túl magas penész hőmérséklet (>60℃) a viaszanyag lehűlését és túl lassú megszilárdulását okozhatja, viaszmintázat deformációjához vezet (méretbeli eltérés >0.5mm) és a termelési ciklusidő növelése, megköveteli a minőség és a hatékonyság közötti egyensúlyt.
Viasz befecskendező kapu mérete
A viaszbefecskendező kapu mérete közvetlenül befolyásolja a befecskendezési nyomást és a viasztöltés sebességét.
Kisebb öntvényekhez (súly <500g), az optimális kapuátmérő **φ8–φ10mm**; nagy öntvényekhez (súly >500g), a kapu átmérője növelhető φ10–φ12 mm.
A kapu méretének megfelelő növelése segít növelni a viasz befecskendezési nyomását, biztosítsa a formaüreg teljes kitöltését, és csökkenti a felületi hibákat, például az alultöltést és a folyásnyomokat a viaszmintán.
Vékony falú, összetett öntvényekhez (<2mm), több kapus kialakítás (2– 4 kapu) A töltés egyenletességének további javítása érdekében javasolt.
2. A viaszanyag hatása
A viaszanyag típusa és teljesítménye a viaszmintázat felületi minőségét meghatározó alapvető tényezők, mivel a különböző viaszanyagok eltérő kristályosodási és megszilárdulási viselkedést mutatnak.
Táblázat 1 összefoglalja a befektetési öntéshez használt szokásos viaszanyagok legfontosabb teljesítményparamétereit és felületminőségi hatásait.
Táblázat 1: A befektetési öntéshez használt szokásos viaszanyagok teljesítményének összehasonlítása
| Viasz Anyagtípus | Kristályosodási hőmérséklet-tartomány | Optimális befecskendezési hőmérséklet | Viaszmintás Felületi érdesség (RA) | Alkalmazási forgatókönyv |
| Alacsony hőmérsékletű viasz (Paraffin-sztearinsav) | 48-52 ℃ (szűk tartomány) | 60-65 ℃ | 4.0–5.0μm | Low-precision castings (Ra requirement >6.3μm) |
| Medium-temperature wax (Multi-component mixture) | 55-65 ℃ (széles körű) | 70-75 ℃ | 1.6–3.2μm | Általános precíziós öntvények (Ra igény 3,2-6,3μm) |
| Filled wax (Ceramic powder filled) | 60–70℃ | 75-80 ℃ | 0.8–1.6μm | High-precision castings (Ra requirement <3.2μm) |
Alacsony hőmérsékletű viasz (Paraffin-sztearinsav viasz)
Alacsony hőmérsékletű viasz, composed of paraffin (60%–70%) and stearic acid (30%–40%), a legrosszabb felületminőségű viaszmintákat állít elő.
As a crystalline wax, szűk kristályosodási hőmérséklet-tartománya és durva sztearinsavszemcséi vannak (szemcseméret >50μm).
During solidification, nincs elegendő folyékony viasz a szemcsék közötti rések kitöltéséhez, durva viaszmintás felületet eredményez.
Még a befecskendezési nyomás növelésével vagy a folyamatparaméterek beállításával is, az alacsony hőmérsékletű viaszból készült viaszminták felületi minősége jelentősen nem javítható, alkalmazásának korlátozása a nagypontosságú öntésben.
Közepes hőmérsékletű viasz
Medium-temperature wax, mikrokristályos viaszt tartalmazó többkomponensű keverék, gyanta, és lágyítók, nincs rögzített olvadáspontja, és szélesebb a megszilárdulási hőmérséklet-tartománya az alacsony hőmérsékletű viaszhoz képest.
During solidification, komponenseinek eltérő megszilárdulási hőmérséklete miatt, a folyékony fázis teljesen kitöltheti a szilárd fázisok közötti réseket, lényegesen jobb felületminőségű viaszmintákat eredményezve.
Viszont, a közepes hőmérsékletű viasz teljesítménye gyártónként eltérő; Az 5–8% gyantatartalmú viasz a legjobb egyensúlyt a folyékonyság és a felületi simaság között.
Töltött viasz
Filled wax, kerámiaporral megerősítve (5%–10%) vagy üvegszálas (3%–5%), viaszmintákat készít a legmagasabb felületi minőséggel.
A töltőanyagok hozzáadása optimalizálja a viaszmátrix kristályosodási viselkedését, csökkenti a megszilárdulási zsugorodást (-tól 2.0% 0,8–1,2%-ra), és növeli a viaszmintázat felületi keménységét és kopásállóságát.
Ez nemcsak a viaszmintázat felületi simaságát javítja, hanem csökkenti a tárolás és szállítás során bekövetkező deformációt is (deformation rate <0.2% 24 órán belül), a felület minőségének stabil átvitele az öntvényre.
Viaszmintázat tisztítás és felületmaratás
A viaszmintázat-tisztítást gyakran félreértelmezik úgy, hogy pusztán eltávolítják a leválasztó anyagokat a felületről, de legfontosabb funkciója az felületi maratás.
Közepes hőmérsékletű viaszmintázatokhoz, az optimális tisztítási folyamat semleges maratószert használ (koncentráció 5-8%) 6,5-7,5 pH-értékkel, áztatási idő 1-2 perc, ezt követi ioncserélt vízzel való öblítés és 40-50°C-os szárítás 10-15 percig.
A tisztítási folyamat során, enyhe maratási hatás alakul ki a viaszmintázat felületén, ami mikroskálán növeli a viaszmintázat felületi érdességét (Ra 1,6 μm-től 2,0-2,5 μm-ig) és javítja a következő felületi bevonat nedvesíthetőségét és tapadását.
A megfelelő maratással „mikroérdes” felület jön létre, amely lehetővé teszi a bevonat szilárdabb tapadását, kerülje a bevonat leválását vagy egyenetlen vastagságát a szárítás és pörkölés során.
Ez különösen kritikus az öntvények felületi simaságának javítása szempontjából, mint egy jól tapadó bevonat hatékonyan reprodukálja a viaszmintázat felületét és megakadályozza a homok behatolási hibáit.
4. Felületbevonat-tényezők
The surface coating (primary coating) közvetlenül érintkezik a viaszmintával, teljesítménye és alkalmazási paraméterei pedig döntő hatással vannak az öntvényfelület minőségére.
Felületi bevonóanyag tulajdonságai
Míg a felületi por és homok hatása a felület minőségére széles körben ismert, a szilícium-dioxid szol – a bevonat fontos összetevője – hatása a felület minőségére kevésbé ismert.
Kiváló minőségű szilika szol (akár importált, akár hazai előállítású) egyenletes kolloid szemcsemérettel (10-20 nm) és alacsony viszkozitású (2–5 mPa·s 25 ℃-on) kiváló teljesítményt mutat.
Azonos áramlási csésze viszkozitás alatt (Ford Cup #4: 20-25s), az ilyen szilícium-dioxid-szol magasabb por-folyadék arányt érhet el (2.5:1–3.0:1 cirkonpor zagyhoz), sűrűbb elsődleges bevonatot eredményezve.
A sűrűbb bevonat csökkenti a felületi porozitást (porozitás <5%) és javítja a viaszmintázat felület replikációs képességét, simább öntési felülethez vezet (Az Ra 0,4–0,8 μm-rel csökkent az alacsony minőségű szilikaszol használatához képest).
Felületi bevonat vastagsága
Cirkonpor iszapokhoz (cirkon por szemcseméret 325-400 mesh), az elsődleges bevonat optimális vastagsága az 0.08-0,1 mm. Mind a túlzott, mind az elégtelen vastagság hátrányosan befolyásolja az öntvényfelület minőségét:
- Nem megfelelő vastagság (<0.08mm): Könnyen „uborka tövis” hibákhoz vezet – éles, tűszerű kiemelkedések (magassága 0,1-0,3 mm) az öntvényfelületen a homok behatolása vagy az egyenetlen bevonat miatt.
- Túlzott vastagság (>0.1mm): A hibák különböző formáit eredményezik.
Szárítás és pörkölés közbeni zsugorodás miatt (zsugorodási arány 3-5%), a vastag bevonat részben leválhat a viaszmintázat felületéről, durvát képezve, lekerekített konvex részecskék (átmérője 0,2-0,5 mm) az öntőfelületen.
A bevonat vastagságának szabályozása megköveteli a hígtrágya viszkozitásának pontos beállítását (Ford Cup #4: 20-25s), mártási idő (5–10-es évek), és a szárítási feltételek (hőmérséklet 25-30 ℃, páratartalom 40-60%, száradási idő 2-4 óra) egyenletes vastagság és jó tapadás biztosítása érdekében.
5. Viaszmentesítési folyamat
A viaszmentesítés célja a viasz teljes eltávolítása a héjformából.
Közepes hőmérsékletű viaszhoz, Az optimális viaszmentesítési eljárás egy gőzös viaszmentesítő vízforralót használ, amelynek nyomása a 0.6-0,8 MPa és hőmérséklete 120-130 ℃, viaszmentesítési ideje 15-25 perc (a héj méretéhez igazítva).
Maradék viasz a héjban (tömeghányad >0.5%), ha nem égett meg teljesen sütés közben, kormot és egyéb szennyeződéseket fog termelni, amelyek hozzátapadnak az öntvény felületéhez és rontják a felület minőségét – ezt a pontot a pörkölés fejezetben részletesebben tárgyaljuk.
Viszont, a teljes viaszmentesítés nem jelent elhúzódó viaszmentesítési időt. A teljes viaszeltávolítás biztosítása mellett (maradék viasz <0.5%), a viaszmentesítési időt minimálisra kell csökkenteni.
A viaszmentesítő vízforraló hőmérséklete meghaladja az általános gyors dehidratáló berendezésekét, és a viasz hosszú távú kitettsége magas hőmérsékletnek (>130℃ számára >30 jegyzőkönyv) felgyorsítja a viasz öregedését.
Az elöregedett viasz csökkentett folyékonyságot mutat (viszkozitás növekedés 20-30%-kal) és megnövekedett törékenység, ami befolyásolhatja a későbbi viasz-újrahasznosítást és növelheti az új viaszminták hibáinak kockázatát.
6. Shell penésztárolás
A kagylóformák tárolási módja a műhely tisztaságától függ, azzal a fő céllal, hogy minimálisra csökkentsék vagy megakadályozzák az idegen tárgyak bejutását a héj üregébe.
Táblázat 2 felsorolja a héjformák optimális tárolási paramétereit a viaszmentesítés után.
Táblázat 2: Optimális tárolási paraméterek viaszmentesített héjformákhoz
| Tárolási paraméter | Ajánlott érték | Hatás és Megjegyzés |
| Tárolási környezet | Hőmérséklet 20-25℃, nedvesség <60%, porkoncentráció <0.1mg/m³ | A magas páratartalom a héj nedvességfelvételét okozza; a por felületi szennyeződéshez vezet |
| Elhelyezési módszer | Helyezze tiszta rozsdamentes acél állványokra, sprue csésze felfelé nézzen, PE fóliával borítva | Kerülje a földre vagy vasrácsra helyezését (homokszemcsés szennyeződés veszélye >80%) |
| Tárolási idő | ≤24 óra | Hosszan tartó tárolás (>48H) a héj szilárdságának csökkenéséhez és a felületi oxidációhoz vezet |
Sok gyártó tévesen úgy gondolja, hogy ha a héjat úgy helyezik el, hogy a csésze lefelé nézzen, az garantálja a biztonságot., de ez nem mindig van így.
Ha a kagylókat közvetlenül a talajra vagy a vaskeretekre helyezik, amelyek homokkal és egyéb törmelékkel szennyezettek, idegen tárgyak kerülhetnek az üregbe a kezelés során, zárványokat okozva az öntvényekben.
Az ilyen zárványok csiszolást és hegesztést igényelnek, ami súlyosan rontja az öntvényfelület minőségét (Ra 2,0-3,0 μm-rel nőtt a javítás után).
7. Shell penészpörkölés
A héjformában lévő maradék viasznak teljesen el kell égetnie a pörkölés során a széntartalmú maradványok elkerülése érdekében. A cirkon alapú héjak optimális pörkölési folyamata a következő:
- Heating stage: Melegítse fel szobahőmérsékletről 500 ℃-ra sebességgel 5–10℃/min (lassú melegítés a héj repedésének elkerülése érdekében).
- Insulation stage 1: Hold at 500℃ for 30 perc a maradék viasz elégetésére.
- Heating stage 2: Heat from 500℃ to 900-1100 ℃ 10-15 ℃/perc sebességgel.
- Insulation stage 2: Tartsa 900-1100 ℃-on 2–3 óra a héj szilárdságának javítására és a maradék nedvesség eltávolítására.
A maradék viasz teljes égésének biztosítására, a pörkölőkemencében lévő oxigéntartalomnak el kell érnie 12% (csúcskategóriás berendezésekben található oxigénérzékelők figyelik).
Amikor az oxigéntartalom csak kb 6%, sűrű fekete füst jelenik meg körülbelül 800 ℃-on, which should be avoided.
Oxigénellátási funkció nélküli berendezésekhez, részben kinyitja a kemence ajtaját (rés 5-10 cm) a levegőbevitel növelése javíthatja az oxigénszintet és elősegítheti a viasz teljes égését.
A megfelelő pörkölés a héj szilárdságát is növeli (nyomószilárdság >20MPA) és csökkenti a felületi porozitást, az öntési felület minőségének további optimalizálása.
8. Olvasztó, fémtisztaság és öntés
Az olvasztási és öntési gyakorlat befolyásolja a felületi oxidációt, reakciókészség és filmképződés a felületen.
Kulcsfontosságú hatások
- Töltés- és salakszabályozás: a szennyezett töltésanyagok és a rossz folyékonyság nagyobb zárványokat eredményez a felületen vagy oxidfilmeket, amelyek megragadják a felülethez közeli érdességeket.
- Öntési hőmérséklet és sebesség: a túl magas öntési hőmérséklet fokozhatja az oxidációt vagy túlzott reakciót a héjjal; túl alacsony hőmérséklet hiányos töltetet és érdességeket okozhat az idő előtti fagyás miatt.
- Öntés utáni hűtési módszer: a hűtési sebesség szabályozása és a felületi reoxidáció elkerülése (PÉLDÁUL., kiöntő dobozok/burkolatok használata) segít minimalizálni a felületi viszályokat.
Gyakorlati vezérlések
- A kemence töltésének szigorú szabályozása, hatékony deoxidáció és tiszta folyasztószer/salak gyakorlatok.
- Határozza meg az öntési hőmérsékleti ablakokat és a lamináris kialakítást elősegítő kapuzási sémákat, nem turbulens töltés a gázbezáródás és a felületi filmképződés csökkentésére.
- Minimalizálja az oxidáló atmoszférának való kitettséget a korai megszilárdulás során (PÉLDÁUL., adott esetben fedett formák használata).
9. Utólagos befejező szakasz
Sok öntvény azonnali kiöntés után elfogadható felületi minőséget mutat, de az utómunkálatok után súlyosan megsérül – így sok gyártónál ez a szakasz a felületi minőség romlásának elsődleges felelőse..
Two key issues stand out: ütközési károk és lövésrobbantás.
Ütközéses sérülések megelőzése
Implement a osztályozott tárolási és szállítási rendszer: használjon puha párnázott műanyag tálcákat (EVA hab vastagsága 5-10 mm) kis öntvényekhez; nagy öntvényekhez használjon speciális rögzítőelemeket, hogy elkerülje az öntvények közötti közvetlen érintkezést. Ez több mint értékkel csökkentheti az ütközési sérülések arányát 80%.
Sörétszórási folyamat optimalizálása
A sörétszórást a felületi oxidok és homok eltávolítására használják, és folyamatparaméterei közvetlenül befolyásolják az öntvényfelület minőségét. A rozsdamentes acélöntvények optimális szemcseszórási paraméterei a következők:
- Acéllövés specifikációi: Öntött acél sörét, átmérője 0,3-0,5 mm, keménység HRC 40-50.
- Sörétszórási nyomás: 0.4-0,6 MPa.
- Lövésrobbantási idő: 10-15 perc ciklusonként (nem több mint 15 jegyzőkönyv).
- Felszerelési követelmények: Használjon egységes vetítési rendszerű sörétfúvókat (vetítési egyenletesség ≥90%) és stabil áramszabályozás (áramingadozás <5%).
A szemcseszórás idejét szigorúan ellenőrizni kell – legfeljebb 15 minutes per cycle. Ha a felület nincs megfelelően megtisztítva, a több rövid ciklust részesítik előnyben a hosszan tartó egyciklusú robbantással szemben a túlzott felületi erózió elkerülése érdekében (Az Ra 1,0-2,0 μm-rel nőtt a túlfúvás után).
10. Következtetés
Az öntvények felületi minősége multidiszciplináris eredmény: kohászat, ceramic processing, a hőtechnika és a gépészeti kezelés egyaránt hozzájárul.
Azáltal, hogy a felületkezelést folyamatkritikus minőségi attribútumként kezeli – numerikus célokat határoz meg, kritikus paraméterek figyelése (tool Ra, hüvelyes viszkozitás, face coat thickness, dewax oxygen levels, melt/ pour windows) és az ellenőrző pontok beágyazása – az öntödék egyenletesen sima termelést tudnak végezni, kiváló minőségű öntvények kiszámítható gyárthatósággal és alacsonyabb utómunkálati költségekkel.
