1. Mengapa ketepatan dimensi penting
Ketepatan dimensi adalah salah satu atribut kualiti yang paling kritikal Castings, secara langsung mempengaruhi ketepatan pemasangan, kebolehpercayaan berfungsi, Kehidupan Keletihan, dan kebolehtukaran.
Dalam industri seperti aeroangkasa, rangkaian kuasa automotif, jentera ketepatan, Peranti perubatan, dan peralatan tenaga, sisihan dimensi walaupun beberapa persepuluh milimeter boleh mengakibatkan kegagalan pemasangan, kemerosotan prestasi, atau kos pemesinan hiliran yang berlebihan.
Walaupun kepentingannya, ketepatan dimensi sering dipandang rendah dalam operasi faundri harian.
Banyak pengeluar sangat bergantung pada pampasan acuan atau peningkatan elaun pemesinan untuk mengurangkan isu dimensi.
Walaupun langkah-langkah ini mungkin menutup masalah buat sementara waktu, mereka tidak menangani kebolehubahan proses yang mendasari.
Akibatnya, apabila pelanggan mengenakan keperluan toleransi yang ketat, pengilang sering mendapati diri mereka tidak dapat mencapai hasil yang konsisten.
Ketepatan dimensi tidak dikawal oleh satu parameter; ia adalah hasil kumulatif daripada tingkah laku perkakas, ciri bahan, keupayaan peralatan, sejarah haba, dan reka bentuk proses.
Artikel ini menganalisis secara sistematik faktor utama yang mempengaruhi ketepatan dimensi tuangan—terutamanya dalam tuangan pelaburan—berdasarkan amalan industri dan prinsip kejuruteraan, dan menyediakan panduan praktikal untuk kawalan yang berkesan.
2. Gambaran keseluruhan — sumber utama variasi dimensi
Pada tahap yang tinggi, ralat dimensi berasal daripada empat domain:
- Reka bentuk / skema proses: gating, bahagian geometri, pengagihan ketebalan dinding, sokongan teras.
- Perkakas / acuan: Geometri, keadaan terma, melepaskan tingkah laku dan memakai.
- Bahan: kimia lilin (Pelaburan Pelaburan), komposisi refraktori, kebolehubahan kandungan kitar semula.
- Peralatan & operasi: suhu/tekanan suntikan, ketepatan kawalan mesin, suhu cangkerang pada tuang, keadaan penyejukan/pengeringan dan faktor manusia.
Setiap domain berinteraksi: Mis., suhu acuan menjejaskan pengecutan lilin; suhu cengkerang menjejaskan pemejalan logam dan membonjol cangkang; tekanan suntikan lilin dan masa pelepasan mencipta tekanan dalaman yang mengendur semasa penyejukan.
3. Faktor Berkaitan Acuan
Acuan mentakrifkan geometri awal corak lilin (atau teras pasir, dalam proses lain) dan oleh itu menetapkan garis dasar untuk ketepatan dimensi.
Antara pembolehubah berkaitan acuan, kawalan suhu dan reka bentuk struktur adalah yang paling berpengaruh tetapi sering diabaikan.
Suhu acuan
Suhu acuan mempunyai kesan langsung dan boleh diukur pada kestabilan dimensi akibat pengembangan dan penguncupan haba.
Dalam Pelaburan Pelaburan, acuan keluli atau aluminium boleh mengalami perubahan dimensi yang boleh diukur dengan variasi suhu.
Perbezaan suhu sebanyak 10 °C boleh menyebabkan perubahan dimensi pada urutan 0.05–0.15 mm untuk acuan bersaiz sederhana—penting untuk bahagian berketepatan tinggi.
Dalam amalan, acuan selalunya dipindahkan terus dari kawasan penyimpanan (yang mungkin tidak bersyarat) ke bengkel suntikan lilin. Perbezaan suhu bermusim memburukkan lagi masalah.
Corak lilin yang dihasilkan sebelum acuan mencapai keseimbangan terma akan mempamerkan sisihan dimensi yang sistematik, walaupun semua parameter suntikan kekal tidak berubah.
Prinsip kawalan utama:
- Acuan mesti distabilkan secara terma dalam persekitaran suntikan lilin sebelum pengeluaran.
- Suhu acuan hendaklah dipantau dan didokumenkan untuk tuangan ketepatan.
- Perbezaan suhu antara acuan, lilin, dan persekitaran ambien harus diminimumkan untuk mengurangkan pembezaan penyejukan dan pengecutan.
Struktur Acuan dan Gelagat Pelepasan
Struktur acuan mempengaruhi cara tekanan berkembang dan mengendur semasa pemejalan lilin dan pembongkaran.
Reka bentuk acuan yang buruk—seperti draf yang tidak mencukupi, mekanisme penarik teras yang kompleks, atau susun atur rongga yang tidak seimbang—boleh menyebabkan ubah bentuk corak lilin semasa dilepaskan.
Masa keluaran amat kritikal:
- Pembongkaran pramatang mengakibatkan ubah bentuk plastik kerana lilin belum selesai pemejalan dan pengecutan.
- Kelewatan pembongkaran yang berlebihan meningkatkan lekatan dan geseran, memerlukan daya pelepasan yang lebih tinggi yang memesongkan corak.
Selain itu, pelari dan pagar yang direka dengan buruk boleh menyebabkan pengisian tidak sekata dan penyejukan tidak seragam, yang diterjemahkan kepada ketidakkonsistenan dimensi.
4. Faktor Berkaitan Bahan Lilin
Dalam pemutus pelaburan, corak lilin adalah prototaip tuangan, dan ketepatan dimensinya secara langsung mempengaruhi ketepatan dimensi tuangan akhir.
Kualiti dan prestasi bahan lilin—termasuk jenis bahan lilin dan keadaan lilin kitar semula—adalah faktor utama yang mempengaruhi kestabilan dimensi corak lilin.
Bahan Wax Baru
Pengeluar yang berbeza menghasilkan bahan lilin dengan komposisi bahan mentah dan nisbah aditif yang berbeza, membawa kepada perbezaan dalam kadar pengecutan mereka.
Walaupun menggunakan acuan yang sama, ketepatan dimensi corak lilin yang dihasilkan oleh bahan lilin yang berbeza akan berbeza dengan ketara.
Kadar pengecutan bahan lilin adalah penunjuk utama yang mempengaruhi ketepatan dimensi corak lilin;
kadar pengecutan yang lebih tinggi akan membawa kepada sisihan dimensi yang lebih besar selepas corak lilin sejuk, manakala kadar pengecutan yang stabil adalah asas untuk memastikan dimensi corak lilin yang konsisten.
Therefore, apabila menghasilkan tuangan dengan ketepatan dimensi tinggi, adalah perlu untuk memilih bahan lilin daripada pengeluar terkemuka dengan prestasi yang stabil,
dan menjalankan pemeriksaan dan ujian yang ketat terhadap kadar pengecutan bahan lilin sebelum digunakan untuk memastikan ia memenuhi keperluan pengeluaran.
Lilin Kitar Semula
Dalam kebanyakan syarikat pemutus, bahan lilin dikitar semula dan digunakan semula untuk mengurangkan kos pengeluaran.
Namun begitu, dalam proses kitar semula, banyak faktor akan mengubah prestasi bahan lilin, sekali gus menjejaskan kestabilan dimensi corak lilin.
Pertama, nisbah penambahan lilin baru dalam lilin kitar semula berbeza-beza, mengakibatkan kadar pengecutan bahan lilin campuran yang tidak konsisten.
Kedua, ketidakstabilan proses rawatan lilin (seperti pencairan yang tidak mencukupi atau pencampuran tidak sekata) membawa kepada prestasi tidak sekata bahan lilin.
Di samping itu, perbezaan kandungan air dan kandungan abu antara kelompok lilin kitar semula juga akan menyebabkan perubahan dalam kadar pengecutan bahan lilin.
Cadangan yang praktikal dan berkesan ialah apabila menghasilkan tuangan dengan ketepatan dimensi tinggi, mesin suntikan lilin khusus harus digunakan, dan semua bahan lilin baharu hendaklah diguna pakai untuk pengeluaran.
Ini boleh meminimumkan kesan lilin kitar semula pada ketepatan dimensi corak lilin dan memastikan ketekalan dimensi corak lilin.
Sehingga kini, sesetengah syarikat masih menggunakan mesin suntikan lilin yang menukar silinder untuk menghasilkan produk berketepatan tinggi, bertujuan untuk mengawal konsistensi suhu bahan lilin sebanyak mungkin, dengan itu memastikan kestabilan dimensi corak lilin.
5. Prestasi Mesin Suntikan Lilin
Prestasi mesin suntikan lilin adalah faktor peralatan utama yang mempengaruhi kestabilan dimensi corak lilin.
Ketepatan mesin suntikan lilin mengawal suhu lilin, tekanan suntikan, dan parameter lain secara langsung menentukan kualiti dan ketepatan dimensi corak lilin.
Ujian praktikal telah menunjukkan bahawa apabila suhu set mesin suntikan lilin ialah 53°C, suhu bahan lilin yang disuntik dari port suntikan lilin turun naik antara 52°C dan 56°C (tidak termasuk ralat pengukuran),
menunjukkan bahawa mesin suntikan lilin mempunyai ketepatan yang tidak mencukupi dalam mengawal suhu bahan lilin.
Sebagai tambahan kepada had prestasi peralatan, faktor manusia juga mempengaruhi prestasi mesin suntikan lilin.
Contohnya, sesetengah pekerja terbiasa menuang terus corak sisa lilin ke dalam tangki simpanan lilin mesin suntikan lilin, yang secara langsung mempengaruhi keseragaman suhu bahan lilin dalam tangki.
Kekerapan penambahan lilin dalam tangki simpanan lilin juga mempengaruhi keseragaman suhu bahan lilin:
jika lilin diisi semula terlalu kerap, suhu lilin baru akan menyebabkan turun naik suhu keseluruhan bahan lilin dalam tangki;
jika diisi semula terlalu jarang, suhu bahan lilin akan berkurangan kerana kehilangan haba, membawa kepada perubahan dalam kecairan dan kadar pengecutannya.
6. Parameter Suntikan Lilin
Parameter suntikan lilin ialah faktor paling intuitif yang mempengaruhi ketepatan dimensi corak lilin, termasuk tekanan suntikan lilin, masa keluaran acuan, kelajuan suntikan, dan parameter lain.
Antara ini, tekanan suntikan lilin dan masa pelepasan acuan mempunyai kesan yang paling ketara terhadap ketepatan dimensi corak lilin.
Tekanan suntikan lilin secara langsung mempengaruhi tahap pengisian bahan lilin dalam rongga acuan.
Jika tekanan suntikan terlalu rendah, bahan lilin tidak dapat mengisi rongga acuan sepenuhnya, mengakibatkan saiz corak lilin tidak mencukupi.
Jika tekanan suntikan terlalu tinggi, bahan lilin akan menghasilkan tekanan dalaman yang berlebihan dalam rongga acuan, dan tekanan dalaman ini akan dilepaskan semasa penyejukan, membawa kepada ubah bentuk corak lilin.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, masa pelepasan acuan juga mempunyai kesan langsung ke atas ketepatan dimensi corak lilin.
Namun begitu, walaupun parameter suntikan lilin ditetapkan secara konsisten, turun naik dalam dimensi corak lilin masih berlaku, yang berkait rapat dengan prestasi mesin suntikan lilin.
Ujian praktikal mendapati bahawa apabila mesin suntikan lilin yang sama terus menghasilkan 40 corak lilin bebibir (saiz reka bentuk 95mm), perbezaan antara saiz maksimum dan minimum 40 corak lilin mencapai 0.3mm.
Siasatan lanjut mendedahkan bahawa dua daripada corak lilin mempunyai sisihan dimensi disebabkan oleh masa pelepasan acuan yang berpanjangan disebabkan oleh pekerja yang berehat..
Apabila masa pelepasan acuan dilanjutkan secara buatan kepada 3 minit, dimensi semua corak lilin hampir konsisten.
Namun begitu, masa pelepasan acuan yang berpanjangan akan menjejaskan kecekapan pengeluaran secara serius, dan banyak struktur produk tidak sesuai untuk masa keluaran acuan yang dilanjutkan; ujian ini hanya mengesahkan kesan masa pelepasan acuan pada dimensi corak lilin.
7. Penyejukan Corak Lilin
Proses penyejukan corak lilin adalah pautan utama yang mempengaruhi ketepatan dimensinya, terutamanya untuk corak lilin dengan ketepatan dimensi tinggi.
Dalam pengeluaran sebenar, tidak disyorkan untuk menggunakan air untuk menyejukkan corak lilin dengan ketepatan dimensi yang tinggi.
Walaupun corak lilin ditutup selepas dimasukkan ke dalam air, ia mudah menyebabkan kelajuan penyejukan tidak sekata, mengakibatkan pengecutan tidak sekata dan ubah bentuk selanjutnya pada corak lilin.
Di kilang pemutus maju asing, penyejukan air corak lilin hampir tidak pernah digunakan, yang mencerminkan sepenuhnya kepentingan penyejukan seragam untuk ketepatan dimensi corak lilin.
Untuk produk yang terdedah kepada ubah bentuk, alat membentuk khas mesti dibuat untuk corak lilin semasa penyejukan.
Perlu diingatkan bahawa alat membentuk tidak digalakkan diperbuat daripada logam seperti aluminium, kerana logam mempunyai kekonduksian haba yang tinggi, yang akan menyebabkan penyejukan cepat tempatan corak lilin dan membawa kepada ubah bentuk.
Dalam pengeluaran produk aeroangkasa tertentu, setiap corak lilin dilengkapi dengan alat penyejukan khusus untuk memastikan penyejukan seragam dan mengekalkan ketepatan dimensinya.
8. Bahan Refraktori dan Kekuatan Cangkang
Dalam pemutus pelaburan, cangkerang yang diperbuat daripada bahan refraktori berfungsi sebagai acuan untuk menuang logam cair, dan prestasi bahan refraktori dan kekuatan cengkerang secara langsung mempengaruhi ketepatan dimensi tuangan akhir.
Bahan refraktori yang berbeza mempunyai pekali pengembangan haba yang berbeza (kesan pekali pengembangan terma pada dimensi tuangan telah disebutkan dalam artikel sebelumnya).
Perbezaan ini akan membawa kepada variasi dalam pengembangan dan pengecutan cangkerang semasa pemanasan dan penyejukan, sekali gus menjejaskan ketepatan dimensi tuangan.
Walaupun menggunakan bahan refraktori yang sama, perbezaan dalam penyediaan buburan, kaedah operasi, dan ketebalan cangkerang juga akan memberi kesan kepada dimensi tuangan.
Di samping itu, cengkerang membonjol adalah satu lagi faktor penting yang mempengaruhi ketepatan dimensi tuangan.
Bonjolan cangkerang boleh disebabkan oleh struktur produk yang tidak munasabah, ketumpatan interlayer shell yang tidak mencukupi semasa membuat shell, ketebalan cangkerang tidak sekata, dan sebab-sebab lain.
Setelah cangkerang membonjol semasa menuang, bentuk rongga tuangan akan berubah, mengakibatkan penyelewengan dimensi yang serius pada tuangan.
9. Suhu Shell Semasa Menuang
Suhu cangkerang seramik pada saat penuangan ialah pembolehubah proses kritikal yang secara langsung mengawal cara logam cair menjadi pejal — dan oleh itu sangat mempengaruhi dimensi akhir.
Suhu cangkerang menetapkan kadar pengekstrakan haba tempatan: cangkerang yang lebih panas mengurangkan kadar penyejukan logam dan melambatkan pemejalan, manakala cangkerang yang lebih sejuk meningkatkan kadar penyejukan dan menggalakkan pembekuan yang cepat.
Kedua-dua ekstrem mengubah tingkah laku pengecutan, keberkesanan pemakanan dan kecenderungan untuk kecacatan tuangan.
- Terlalu panas: apabila cangkerang terlalu panas (contohnya ~1000 °C berbanding cangkerang yang lebih sejuk), logam menyejuk perlahan-lahan, pemejalan berpanjangan, dan pengecutan isipadu keseluruhan boleh meningkat.
Penyejukan perlahan juga mengalihkan lokasi dan masa penyusuan, yang boleh menyebabkan sisihan dimensi yang lebih besar atau kecacatan pengecutan dalaman kerana bahagian itu kekal cair lebih lama dan pengecutan lebih besar sebelum logam disokong sepenuhnya oleh matriks tegar. - Terlalu sejuk: apabila cangkerang kurang panas (contohnya ~600 °C), logam membeku dengan cepat.
Pembekuan pantas boleh memerangkap logam sebelum rongga terisi sepenuhnya dan meningkatkan kemungkinan penutupan sejuk, salah jalan atau pengisian tidak lengkap — semuanya menghasilkan ralat dimensi dan ketidakakuran.
Kerana suhu shell optimum bergantung kepada kimia aloi, ketebalan seksyen, reka bentuk gating/riser dan toleransi dimensi yang diperlukan, kawalan suhu cangkerang mesti dinyatakan dan disahkan untuk setiap keluarga pemutus.
Langkah-langkah praktikal termasuk cengkerang prapemanasan ke titik set yang disahkan, memantau suhu cangkerang dengan termokopel atau pyrometer IR di lokasi yang mewakili, dan suhu pembalakan untuk kebolehkesanan.
Tuangan juruterbang atau simulasi terma harus digunakan untuk mengenal pasti tetingkap suhu shell yang menghasilkan penyejukan seragam, pemakanan yang boleh diramal dan kestabilan dimensi yang diperlukan.
Senarai Semak Praktikal
- Tentukan dan dokumen julat suhu cengkerang sasaran untuk setiap geometri aloi dan bahagian.
- Panaskan cengkerang dan benarkan keseimbangan suhu sebelum dituang; elakkan kecerunan suhu yang besar merentasi cangkerang.
- Pantau suhu cangkerang dalam masa nyata (termokopel atau IR yang ditentukur) dan merekodkan bacaan bagi setiap kumpulan.
- Gunakan tuangan sampel atau simulasi untuk mengesahkan tetingkap suhu dan mengesahkan prestasi pemejalan dan penyusuan arah.
- Jika hanyutan dimensi muncul, kaitkan dengan log suhu shell sebagai langkah diagnostik pertama.
Oleh itu, mengawal suhu cangkang adalah kawalan leverage tinggi: ia menyelaraskan tingkah laku pemejalan dengan strategi gating/riser, meminimumkan kejutan pengecutan dan membantu memastikan ketepatan dimensi yang boleh diulang.
10. Faktor Skim Proses
Skim proses adalah panduan keseluruhan untuk pengeluaran tuangan, dan rasionalnya secara langsung mempengaruhi ketepatan dimensi tuangan. Antara faktor utama di sini, kedudukan pintu gerbang dan struktur tuangan adalah yang paling berpengaruh.
Kedudukan pintu yang berbeza akan membawa kepada tahap ubah bentuk tuangan yang berbeza.
This point has typical cases in both investment casting handbooks and relevant professional books (such as works by Yamaya Yoko), and many industry experts have also cited relevant examples, so this article will not elaborate further.
The fundamental reason is that different gate positions lead to differences in the filling sequence, temperature field distribution, and stress distribution of the molten metal in the cavity, thereby causing variations in casting shrinkage and deformation.
Di samping itu, different casting structures will also lead to uneven shrinkage of castings.
Contohnya, castings with complex structures, uneven wall thickness, and large differences in local volume will have uneven cooling speeds during the solidification process, resulting in uneven shrinkage and further dimensional deviations.
Therefore, semasa mereka bentuk struktur tuangan dan skema proses, adalah perlu untuk mempertimbangkan sepenuhnya kesan pengecutan pada ketepatan dimensi dan mengambil langkah yang sepadan untuk mengurangkan sisihan dimensi.
11. Kesimpulan
Ketepatan dimensi tuangan dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk tetapi tidak terhad kepada acuan, bahan lilin, mesin suntikan lilin, parameter suntikan lilin, penyejukan corak lilin, bahan refraktori, suhu cangkang semasa menuang, dan skema proses.
Dalam pengeluaran sebenar, pengeluar selalunya hanya menumpukan pada faktor individu (seperti pelarasan acuan dan meningkatkan elaun pemesinan) dan mengabaikan kesan menyeluruh pelbagai faktor, mengakibatkan kegagalan untuk memenuhi keperluan ketepatan dimensi tinggi pelanggan.
Untuk menghasilkan tuangan dengan ketepatan dimensi tinggi, adalah perlu untuk mewujudkan sistem kawalan kualiti yang komprehensif, mengawal dengan ketat setiap pautan proses pengeluaran, dan perhatikan setiap butiran yang boleh menjejaskan ketepatan dimensi.
Selain faktor-faktor yang dinyatakan di atas, aspek lain seperti selepas penamat (pengisaran, pemesinan) juga akan memberi kesan tertentu pada ketepatan dimensi tuangan.
Hanya dengan mempertimbangkan secara menyeluruh dan mengawal ketat semua faktor yang berkaitan boleh kestabilan dimensi dan ketepatan tuangan dapat dipertingkatkan dengan berkesan, memenuhi keperluan kualiti pelanggan yang semakin tinggi dan meningkatkan daya saing pasaran perusahaan.
