La qualità della superficie dei getti è una funzione di ogni passaggio che tocca il modello, stampo e metallo: dalle condizioni dello stampo/modello e dalla reologia del materiale modello fino alla preparazione del rivestimento/rivestimento, deceratura e cottura in conchiglia, a sciogliersi, versare, raffreddamento e movimentazione finale.
Controllo della rugosità superficiale (Ra) ed evitare irregolarità su microscala richiede un'attenzione rigorosa agli strumenti, Materiali, parametri di processo e gestione post-colata.
Questo articolo analizza i principali fattori, quantifica gli intervalli di controllo pratici ove possibile, e fornisce raccomandazioni sui processi e sulle ispezioni attuabili.
1. Fattori legati alla muffa
Lo stampo funge da base Casting per investimenti, poiché la sua qualità determina direttamente la forma e lo stato superficiale del modello in cera, che viene infine trasferito alla fusione finale.
L'impatto degli stampi sulla qualità della superficie del modello in cera può essere elaborato sotto tre aspetti:
Progettazione della struttura dello stampo e qualità della superficie
La progettazione irragionevole della struttura dello stampo spesso porta a graffi e irritazioni durante la sformatura del modello in cera. Le superfici del modello in cera riparate sono inevitabilmente inferiori all'originale, e questi difetti verranno replicati direttamente sulla superficie della fusione.
Per esempio, angoli affilati (senza filetti R<0.3mm), angoli di sformo insufficienti (<1° per cavità complesse), oppure le superfici di separazione irregolari nella struttura dello stampo aumentano l'attrito tra il modello in cera e la cavità dello stampo, causando danni superficiali durante la sformatura.
La rugosità della superficie dello stampo è un fattore decisivo per la qualità della superficie del modello in cera. Se la rugosità della superficie dello stampo è solo Ra3,2μm, il modello in cera risultante avrà una qualità superficiale ancora inferiore (Ra4,0–5,0μm), che viene trasmesso direttamente alla fusione.
L'esperienza pratica dimostra che è necessario controllare la ruvidità superficiale ottimale dello stampo entro Ra0,8μm; morbidezza eccessiva (PER ESEMPIO., Ra0,2μm) non migliora significativamente la qualità del modello in cera ma aumenta i costi di lavorazione dello stampo del 30%–50%.
Controllo della temperatura dello stampo
La temperatura dello stampo ha un impatto significativo sulla fluidità della cera e sulla precisione della replica. Per sistemi a cera a media temperatura, la temperatura ottimale dello stampo è 45–55℃.
Quando la temperatura dello stampo è troppo bassa (<35℃), la fluidità del materiale ceroso diminuisce drasticamente, con conseguente scarsa replica superficiale del modello in cera, accompagnato da segni di flusso e chiusure fredde.
In modo più critico, se la temperatura dello stampo scende al di sotto del punto di rugiada dell'acqua (tipicamente 15–20℃ nelle officine), Sulla superficie dello stampo si formeranno numerose goccioline d'acqua.
Queste goccioline occupano lo spazio del materiale ceroso durante l'iniezione, portando a una superficie del modello in cera irregolare, un difetto causato anche da un eccesso di agente distaccante (spessore di spruzzatura >5μm).
Mantenere una temperatura adeguata dello stampo è essenziale. Aumentare adeguatamente la temperatura dello stampo (a 50–55 ℃) e pressione di iniezione (a 0,3–0,5 MPa) può migliorare efficacemente la fluidità del materiale ceroso, migliorare la capacità di replica del modello in cera sulla superficie dello stampo, e quindi migliorare indirettamente la qualità della superficie della fusione.
Tuttavia, temperatura dello stampo eccessivamente elevata (>60℃) potrebbe causare il raffreddamento e la solidificazione del materiale in cera troppo lentamente, portando alla deformazione del modello in cera (deviazione dimensionale >0.5mm) e aumentare il tempo del ciclo produttivo, richiedono un equilibrio tra qualità ed efficienza.
Dimensioni del cancello di iniezione della cera
La dimensione della porta di iniezione della cera influisce direttamente sulla pressione di iniezione e sulla velocità di riempimento della cera.
Per piccole fusioni (peso <500G), il diametro ottimale del cancello è **φ8–φ10mm**; per grandi fusioni (peso >500G), il diametro del cancello può essere aumentato a φ10–φ12mm.
Aumentare opportunamente la dimensione del cancello aiuta ad aumentare la pressione di iniezione della cera, garantire il pieno riempimento della cavità dello stampo, e ridurre i difetti superficiali come il riempimento insufficiente e i segni di flusso sul modello in cera.
Per getti complessi con pareti sottili (<2mm), progettazione a più porte (2–4 porte) è consigliato per migliorare ulteriormente l'uniformità di riempimento.
2. Impatto del materiale in cera
Il tipo e le prestazioni del materiale in cera sono fattori fondamentali che determinano la qualità della superficie del modello in cera, poiché diversi materiali cerosi mostrano comportamenti distinti di cristallizzazione e solidificazione.
Tavolo 1 riassume i principali parametri prestazionali e gli effetti sulla qualità della superficie dei comuni materiali cerosi per la fusione a cera persa.
Tavolo 1: Confronto delle prestazioni dei comuni materiali in cera per la fusione a cera persa
| Tipo di materiale in cera | Intervallo di temperature di cristallizzazione | Temperatura di iniezione ottimale | Rugosità della superficie del modello in cera (Ra) | Scenario applicativo |
| Cera a bassa temperatura (Acido paraffina-stearico) | 48–52℃ (gamma ristretta) | 60–65℃ | 4.0–5,0μm | Getti di bassa precisione (Requisito di Ra >6.3μm) |
| Cera a media temperatura (Miscela multicomponente) | 55–65℃ (ampia gamma) | 70–75℃ | 1.6–3,2μm | Fusioni di precisione generale (Requisito Ra 3,2–6,3μm) |
| Cera riempita (Riempito con polvere di ceramica) | 60–70℃ | 75–80℃ | 0.8–1,6μm | Fusioni di alta precisione (Requisito di Ra <3.2μm) |
Cera a bassa temperatura (Cera all'acido paraffinico-stearico)
Cera a bassa temperatura, composto da paraffina (60%–70%) e acido stearico (30%–40%), produce modelli in cera con la qualità superficiale più scadente.
Come una cera cristallina, ha un intervallo di temperature di cristallizzazione ristretto e granuli grossolani di acido stearico (dimensione del grano >50μm).
Durante la solidificazione, non c'è abbastanza cera liquida per riempire gli spazi tra i grani, risultando in una superficie ruvida del modello in cera.
Anche aumentando la pressione di iniezione o regolando i parametri di processo, la qualità della superficie dei modelli in cera realizzati con cera a bassa temperatura non può essere migliorata in modo significativo, limitandone l'applicazione nella fusione di alta precisione.
Cera a media temperatura
Cera a media temperatura, una miscela multicomponente contenente cera microcristallina, resina, e plastificanti, non ha un punto di fusione fisso e un intervallo di temperature di solidificazione più ampio rispetto alla cera a bassa temperatura.
Durante la solidificazione, a causa delle diverse temperature di solidificazione dei suoi componenti, la fase liquida può riempire completamente gli spazi tra le fasi solide, il risultato sono modelli in cera con una qualità superficiale significativamente più elevata.
Tuttavia, le prestazioni della cera a temperatura media variano tra i diversi produttori; la cera con un contenuto di resina del 5%–8% presenta il miglior equilibrio tra fluidità e levigatezza della superficie.
Cera riempita
Cera riempita, rinforzato con polvere ceramica (5%–10%) o fibra di vetro (3%–5%), produce modelli in cera con la massima qualità superficiale.
L'aggiunta di riempitivi ottimizza il comportamento di cristallizzazione della matrice di cera, riduce il ritiro da solidificazione (da 2.0% allo 0,8%–1,2%), e migliora la durezza superficiale e la resistenza all'usura del modello in cera.
Ciò non solo migliora la levigatezza della superficie del modello in cera, ma riduce anche la deformazione durante lo stoccaggio e il trasporto (tasso di deformazione <0.2% entro 24 ore), garantendo un trasferimento stabile della qualità della superficie al pezzo fuso.
Pulitura del modello in cera e mordenzatura della superficie
La pulizia dei modelli in cera viene spesso fraintesa come una semplice rimozione degli agenti distaccanti dalla superficie, ma la sua funzione più importante è incisione superficiale.
Per modelli in cera a media temperatura, il processo di pulizia ottimale utilizza un agente mordenzante neutro (concentrazione 5%–8%) con un valore pH compreso tra 6,5 e 7,5, tempo di ammollo di 1–2 minuti, seguito da risciacquo con acqua deionizzata e asciugatura a 40–50 ℃ per 10–15 minuti.
Durante il processo di pulizia, sulla superficie del modello in cera si forma un leggero effetto mordenzante, che aumenta la ruvidità superficiale del modello in cera su scala microscopica (Ra da 1,6μm a 2,0–2,5μm) e migliora la bagnabilità e l'adesione del successivo rivestimento superficiale.
Una corretta incisione crea una superficie “microruvida” che consente al rivestimento di aderire più saldamente, evitando la desquamazione del rivestimento o lo spessore irregolare durante l'essiccazione e la tostatura.
Ciò è particolarmente critico per migliorare la levigatezza superficiale dei getti, poiché un rivestimento ben aderente può replicare efficacemente la superficie del modello in cera e prevenire difetti di penetrazione della sabbia.
4. Fattori di rivestimento superficiale
Il rivestimento superficiale (rivestimento primario) è a diretto contatto con il modello in cera, e le sue prestazioni e i parametri applicativi hanno un impatto decisivo sulla qualità della superficie della fusione.
Proprietà dei materiali del rivestimento superficiale
Mentre l’influenza della polvere superficiale e della sabbia sulla qualità della superficie è ampiamente riconosciuta, l'effetto del sol di silice, un componente importante del rivestimento, sulla qualità della superficie è meno compreso.
Sol di silice di alta qualità (importati o prodotti internamente) con granulometria colloidale uniforme (10-20 miglia nautiche) e bassa viscosità (2–5 mPa·s a 25℃) mostra prestazioni superiori.
Sotto la stessa viscosità della tazza di flusso (Coppa Ford #4: 20-25 secondi), tale sol di silice può raggiungere un rapporto polvere-liquido più elevato (2.5:1–3.0:1 per l'impasto liquido di polvere di zirconio), risultando in un rivestimento primario più denso.
Un rivestimento più denso riduce la porosità superficiale (porosità <5%) e migliora la capacità di replicare la superficie del modello in cera, portando ad una superficie di colata più liscia (Ra ridotto di 0,4–0,8μm rispetto all'utilizzo di sol di silice di bassa qualità).
Spessore del rivestimento superficiale
Per fanghi di polvere di zirconio (polvere di zirconio, dimensione delle particelle 325–400 mesh), lo spessore ottimale del rivestimento primario è 0.08–0,1 mm. Sia lo spessore eccessivo che quello insufficiente influiscono negativamente sulla qualità della superficie della fusione:
- Spessore insufficiente (<0.08mm): Porta facilmente a difetti a “spina di cetriolo”: taglienti, sporgenze aghiformi (altezza 0,1–0,3 mm) sulla superficie del getto a causa della penetrazione della sabbia o del rivestimento irregolare.
- Spessore eccessivo (>0.1mm): Risultati in diverse forme di difetti.
A causa del restringimento durante l'essiccazione e la tostatura (tasso di ritiro 3%–5%), lo spesso rivestimento potrebbe staccarsi parzialmente dalla superficie del modello in cera, formando grossolani, particelle convesse arrotondate (diametro 0,2–0,5 mm) sulla superficie di colata.
Il controllo dello spessore del rivestimento richiede una regolazione precisa della viscosità del liquame (Coppa Ford #4: 20-25 secondi), tempo di immersione (5–10 secondi), e condizioni di essiccazione (temperatura 25–30 ℃, umidità 40%–60%, tempo di asciugatura 2–4 ore) per garantire spessore uniforme e buona adesione.
5. Processo di deparaffinazione
L'obiettivo della deceratura è rimuovere completamente la cera dallo stampo a conchiglia.
Per cera a media temperatura, il processo di deceratura ottimale utilizza un bollitore decerante a vapore con una pressione di 0.6-0,8MPa e una temperatura di 120–130℃, tempo di deparaffinazione di 15–25 minuti (regolato in base alla dimensione della calotta).
Cera residua nella calotta (frazione di massa >0.5%), se non completamente bruciato durante la cottura, produrrà nerofumo e altre impurità, che aderiscono alla superficie di fusione e degradano la qualità della superficie, un punto ulteriormente discusso nella sezione sulla tostatura.
Tuttavia, la completa deparaffinazione non significa un tempo di deparaffinazione prolungato. Con la premessa di garantire la completa rimozione della cera (cera residua <0.5%), il tempo di deparaffinazione dovrebbe essere ridotto al minimo.
La temperatura nel bollitore per la deceratura supera quella delle apparecchiature generali di disidratazione rapida, e l'esposizione a lungo termine della cera alle alte temperature (>130℃ per >30 minuti) accelera l'invecchiamento della cera.
La cera invecchiata presenta una fluidità ridotta (aumento della viscosità del 20%–30%) e aumento della fragilità, che potrebbero influenzare il successivo riciclaggio della cera e aumentare il rischio di difetti nei nuovi modelli in cera.
6. Stoccaggio di stampi a conchiglia
Il metodo di conservazione degli stampi a conchiglia dipende dalla pulizia dell'officina, con l'obiettivo principale di ridurre al minimo o impedire l'ingresso di oggetti estranei nella cavità del guscio.
Tavolo 2 elenca i parametri ottimali di conservazione delle conchiglie dopo la deparaffinazione.
Tavolo 2: Parametri di conservazione ottimali per stampi a conchiglia deparaffinati
| Parametro di archiviazione | Valore consigliato | Impatto e nota |
| Ambiente di archiviazione | Temperatura 20–25 ℃, umidità <60%, concentrazione di polvere <0.1mg/m³ | L'elevata umidità provoca l'assorbimento dell'umidità del guscio; la polvere porta alla contaminazione della superficie |
| Metodo di posizionamento | Posizionare su griglie pulite in acciaio inossidabile, coppa del canale di colata rivolta verso l'alto, rivestito con pellicola in PE | Evitare il posizionamento a terra o su griglie in ferro (rischio di contaminazione da particelle di sabbia >80%) |
| Tempo di conservazione | ≤24 ore | Conservazione prolungata (>48H) porta alla riduzione della resistenza del guscio e all'ossidazione della superficie |
Molti produttori credono erroneamente che posizionare il guscio con la coppa del canale di colata rivolta verso il basso garantisca la sicurezza, ma non è sempre così.
Se i proiettili vengono posizionati direttamente sul terreno o sui telai di ferro contaminati da particelle di sabbia e altri detriti, oggetti estranei potrebbero entrare nella cavità durante la manipolazione, provocando inclusioni nei getti.
Tali inclusioni richiedono riparazioni di rettifica e saldatura, che danneggia gravemente la qualità della superficie della fusione (Ra è aumentato di 2,0–3,0 μm dopo la riparazione).
7. Tostatura in stampo a conchiglia
La cera residua nello stampo a conchiglia deve essere completamente bruciata durante la tostatura per evitare residui carboniosi. Il processo di tostatura ottimale per le conchiglie a base di zircone è il seguente:
- Fase di riscaldamento: Riscaldare dalla temperatura ambiente a 500 ℃ a una velocità di 5–10℃/min (riscaldamento lento per evitare la rottura del guscio).
- Fase di isolamento 1: Mantenere a 500 ℃ per 30 minuti per bruciare la cera residua.
- Fase di riscaldamento 2: Calore da 500 ℃ a 900–1100℃ ad una velocità di 10–15 ℃/min.
- Fase di isolamento 2: Mantenere a 900–1100 ℃ per 2–3 ore per migliorare la resistenza del guscio e rimuovere l'umidità residua.
Per garantire la completa combustione della cera residua, il contenuto di ossigeno nel forno di torrefazione dovrebbe raggiungere 12% (monitorato da sensori di ossigeno in apparecchiature di fascia alta).
Quando il contenuto di ossigeno è solo intorno 6%, un denso fumo nero apparirà a circa 800 ℃, che dovrebbe essere evitato.
Per apparecchiature senza funzionalità di erogazione di ossigeno, aprire parzialmente la porta del forno (spazio 5–10 cm) aumentare l'aspirazione dell'aria può migliorare i livelli di ossigeno e favorire la completa combustione della cera.
Una corretta tostatura aumenta anche la resistenza del guscio (resistenza a compressione >20MPA) e riduce la porosità superficiale, ottimizzando ulteriormente la qualità della superficie della fusione.
8. Fusione, pulizia e colata del metallo
La pratica di fusione e colata influisce sull'ossidazione superficiale, reattività e formazione di pellicole sulla superficie.
Influenze chiave
- Controllo della carica e delle scorie: materiali di carica contaminati e uno scarso flusso producono inclusioni più elevate sulla superficie o film di ossido che intrappolano la rugosità in prossimità della superficie.
- Temperatura e velocità di versamento: temperature di colata troppo elevate possono aumentare l'ossidazione o una reazione eccessiva con il guscio; una temperatura troppo bassa può causare un riempimento incompleto e rugosità dovute a un congelamento prematuro.
- Metodo di raffreddamento post-versamento: controllo della velocità di raffreddamento ed prevenzione della riossidazione superficiale (PER ESEMPIO., utilizzo di scatole/coperture di colata) contribuire a ridurre al minimo l'alterco superficiale.
Controlli pratici
- Controllo rigoroso della carica del forno, disossidazione efficace e pratiche pulite di flusso/scorie.
- Definire finestre di temperatura di versamento e schemi di gate che promuovono la laminazione, riempimento non turbolento per ridurre l'intrappolamento di gas e la formazione di film superficiale.
- Ridurre al minimo l'esposizione all'atmosfera ossidante durante la solidificazione iniziale (PER ESEMPIO., utilizzo di stampi coperti quando opportuno).
9. Fase post-finitura
Molti getti mostrano una qualità superficiale accettabile subito dopo la colata, ma si danneggiano gravemente dopo la post-finitura, rendendo questa fase la principale colpevole del degrado della qualità superficiale in molti produttori.
Emergono due questioni fondamentali: danni da collisione e colpi di arma da fuoco.
Prevenzione dei danni da collisione
Implementare a sistema di stoccaggio e trasporto classificato: utilizzare vassoi di plastica con imbottitura morbida (Spessore schiuma EVA 5–10 mm) per piccole fusioni; utilizzare attrezzature dedicate per getti di grandi dimensioni per evitare il contatto diretto tra i getti. Ciò può ridurre il tasso di danni da collisione di oltre 80%.
Ottimizzazione del processo di granigliatura
La granigliatura viene utilizzata per rimuovere ossidi superficiali e sabbia, e i suoi parametri di processo influiscono direttamente sulla qualità della superficie della fusione. I parametri ottimali di granigliatura per i getti di acciaio inossidabile sono i seguenti:
- Specifiche dei pallini d'acciaio: Pallini di acciaio fuso, diametro 0,3–0,5 mm, durezza HRC 40–50.
- Pressione di granigliatura: 0.4–0,6MPa.
- Tempo di granigliatura: 10–15 minuti per ciclo (non più di 15 minuti).
- Requisiti dell'attrezzatura: Utilizzare granigliatrici con sistemi di proiezione uniformi (uniformità di proiezione ≥90%) e controllo corrente stabile (fluttuazione attuale <5%).
Il tempo di granigliatura dovrebbe essere rigorosamente controllato, non più di 15 minuti per ciclo. Se la superficie non è sufficientemente pulita, sono preferiti cicli brevi multipli rispetto alla sabbiatura prolungata a ciclo singolo per evitare un'eccessiva erosione superficiale (Ra è aumentato di 1,0–2,0 μm dopo la sabbiatura eccessiva).
10. Conclusione
La qualità superficiale dei getti è un risultato multidisciplinare: metallurgia, lavorazione della ceramica, contribuiscono tutti l'ingegneria termica e la movimentazione meccanica.
Trattando la finitura superficiale come un attributo di qualità critico per il processo, definendo obiettivi numerici, monitoraggio dei parametri critici (strumento Ra, viscosità del liquame, spessore del mantello del viso, livelli di ossigeno deparaffinante, sciogliere/versare le finestre) e incorporando punti di controllo di ispezione: le fonderie possono produrre in modo uniforme, getti di alta qualità con producibilità prevedibile e costi di rilavorazione inferiori.
