Kualiti permukaan tuangan adalah fungsi setiap langkah yang menyentuh corak, acuan dan logam — daripada keadaan die/corak dan reologi bahan corak melalui penyediaan cangkerang/muka, dewaxing dan tembakan peluru, untuk mencairkan, mencurahkan, penyejukan dan pengendalian akhir.
Mengawal kekasaran permukaan (Ra) dan mengelakkan penyelewengan skala mikro memerlukan perhatian yang teliti terhadap perkakas, bahan, parameter proses dan pengendalian pasca pemutus.
Artikel ini menganalisis faktor utama, mengukur julat kawalan praktikal jika boleh, dan memberikan proses dan pengesyoran pemeriksaan yang boleh diambil tindakan.
1. Faktor Berkaitan Acuan
Acuan berfungsi sebagai asas Pelaburan Pelaburan, kerana kualitinya secara langsung menentukan bentuk dan keadaan permukaan corak lilin, yang akhirnya dipindahkan ke pemutus akhir.
Kesan acuan terhadap kualiti permukaan corak lilin boleh dihuraikan daripada tiga aspek:
Reka Bentuk Struktur Acuan dan Kualiti Permukaan
Reka bentuk struktur acuan yang tidak munasabah sering membawa kepada calar dan perit semasa pembongkaran corak lilin. Permukaan corak lilin yang telah dibaiki sudah semestinya lebih rendah daripada yang asal, dan kecacatan ini akan terus direplikasi pada permukaan tuangan.
Contohnya, sudut tajam (tanpa fillet R<0.3mm), sudut draf yang tidak mencukupi (<1° untuk rongga kompleks), atau permukaan perpisahan yang tidak rata dalam struktur acuan meningkatkan geseran antara corak lilin dan rongga acuan, menyebabkan kerosakan permukaan semasa pembongkaran.
Kekasaran permukaan acuan adalah faktor penentu untuk kualiti permukaan corak lilin. Jika kekasaran permukaan acuan hanya Ra3.2μm, corak lilin yang terhasil akan mempunyai kualiti permukaan yang lebih rendah (Ra4.0–5.0μm), yang dihantar terus ke tuangan.
Pengalaman praktikal menunjukkan bahawa kekasaran permukaan acuan yang optimum harus dikawal dalam Ra0.8μm; kelancaran yang berlebihan (Mis., Ra0.2μm) tidak meningkatkan kualiti corak lilin dengan ketara tetapi meningkatkan kos pemprosesan acuan sebanyak 30%–50%.
Kawalan Suhu Acuan
Suhu acuan mempunyai kesan ketara ke atas kecairan lilin dan ketepatan replikasi. Untuk sistem lilin suhu sederhana, suhu acuan optimum ialah 45–55 ℃.
Apabila suhu acuan terlalu rendah (<35℃), kecairan bahan lilin berkurangan dengan mendadak, mengakibatkan replikasi permukaan corak lilin yang lemah, disertai dengan tanda aliran dan penutupan sejuk.
Lebih kritikal, jika suhu acuan jatuh di bawah takat embun air (biasanya 15–20 ℃ dalam bengkel), titisan air yang banyak akan terbentuk pada permukaan acuan.
Titisan ini menduduki ruang bahan lilin semasa suntikan, membawa kepada permukaan corak lilin yang tidak rata—kecacatan yang juga disebabkan oleh agen pelepas yang berlebihan (ketebalan semburan >5μm).
Mengekalkan suhu acuan yang sesuai adalah penting. Meningkatkan suhu acuan dengan betul (kepada 50–55 ℃) dan tekanan suntikan (kepada 0.3–0.5MPa) berkesan boleh meningkatkan kecairan bahan lilin, meningkatkan keupayaan replikasi corak lilin pada permukaan acuan, dan dengan itu secara tidak langsung meningkatkan kualiti permukaan tuangan.
Namun begitu, suhu acuan yang terlalu tinggi (>60℃) boleh menyebabkan bahan lilin menjadi sejuk dan memejal terlalu perlahan, membawa kepada ubah bentuk corak lilin (sisihan dimensi >0.5mm) dan meningkatkan masa kitaran pengeluaran, memerlukan keseimbangan antara kualiti dan kecekapan.
Saiz Pintu Suntikan Lilin
Saiz pintu suntikan lilin secara langsung mempengaruhi tekanan suntikan dan kelajuan pengisian lilin.
Untuk tuangan kecil (berat <500g), diameter get optimum ialah **φ8–φ10mm**; untuk tuangan besar (berat >500g), diameter pintu boleh ditingkatkan kepada φ10–φ12mm.
Meningkatkan saiz pintu dengan sewajarnya membantu meningkatkan tekanan suntikan lilin, memastikan pengisian penuh rongga acuan, dan mengurangkan kecacatan permukaan seperti kurang pengisian dan tanda alir pada corak lilin.
Untuk tuangan kompleks dengan dinding nipis (<2mm), reka bentuk berbilang pintu (2-4 pintu pagar) adalah disyorkan untuk meningkatkan lagi keseragaman pengisian.
2. Kesan Bahan Lilin
Jenis dan prestasi bahan lilin adalah faktor teras yang menentukan kualiti permukaan corak lilin, kerana bahan lilin yang berbeza mempamerkan tingkah laku penghabluran dan pemejalan yang berbeza.
Jadual 1 meringkaskan parameter prestasi utama dan kesan kualiti permukaan bahan lilin biasa untuk tuangan pelaburan.
Jadual 1: Perbandingan Prestasi Bahan Lilin Biasa untuk Tuangan Pelaburan
| Jenis Bahan Lilin | Julat Suhu Penghabluran | Suhu Suntikan Optimum | Kekasaran Permukaan Corak Lilin (Ra) | Senario Aplikasi |
| Lilin suhu rendah (Asid Parafin-Stearik) | 48–52 ℃ (julat sempit) | 60–65 ℃ | 4.0–5.0μm | Tuangan berketepatan rendah (Keperluan Ra >6.3μm) |
| Lilin suhu sederhana (Campuran berbilang komponen) | 55–65 ℃ (julat lebar) | 70–75 ℃ | 1.6–3.2μm | Tuangan ketepatan am (Keperluan Ra 3.2–6.3μm) |
| Lilin yang diisi (Serbuk seramik diisi) | 60–70 ℃ | 75–80 ℃ | 0.8–1.6μm | Tuangan berketepatan tinggi (Keperluan Ra <3.2μm) |
Lilin Suhu Rendah (Lilin Asid Parafin-Stearik)
Lilin suhu rendah, terdiri daripada parafin (60%-70%) dan asid stearik (30%-40%), menghasilkan corak lilin dengan kualiti permukaan yang paling buruk.
Sebagai lilin kristal, ia mempunyai julat suhu penghabluran sempit dan butiran asid stearik kasar (saiz bijian >50μm).
Semasa pemejalan, terdapat lilin cecair yang tidak mencukupi untuk mengisi jurang antara bijirin, menghasilkan permukaan corak lilin yang kasar.
Walaupun dengan meningkatkan tekanan suntikan atau melaraskan parameter proses, kualiti permukaan corak lilin yang diperbuat daripada lilin suhu rendah tidak boleh dipertingkatkan dengan ketara, mengehadkan penggunaannya dalam tuangan berketepatan tinggi.
Lilin Suhu Sederhana
Lilin suhu sederhana, campuran berbilang komponen yang mengandungi lilin mikrohabluran, Resin, dan pemplastik, tidak mempunyai takat lebur tetap dan julat suhu pemejalan yang lebih luas berbanding dengan lilin suhu rendah.
Semasa pemejalan, disebabkan oleh suhu pemejalan yang berbeza bagi komponennya, fasa cecair boleh mengisi sepenuhnya jurang antara fasa pepejal, menghasilkan corak lilin dengan kualiti permukaan yang jauh lebih tinggi.
Namun begitu, prestasi lilin suhu sederhana berbeza-beza antara pengeluar yang berbeza; lilin dengan kandungan resin 5%–8% mempamerkan keseimbangan terbaik antara kecairan dan kelicinan permukaan.
Lilin yang diisi
Lilin yang diisi, diperkuat dengan serbuk seramik (5%-10%) atau gentian kaca (3%-5%), menghasilkan corak lilin dengan kualiti permukaan tertinggi.
Penambahan pengisi mengoptimumkan tingkah laku penghabluran matriks lilin, mengurangkan pengecutan pemejalan (daripada 2.0% kepada 0.8%–1.2%), dan meningkatkan kekerasan permukaan dan rintangan haus corak lilin.
Ini bukan sahaja meningkatkan kelicinan permukaan corak lilin tetapi juga mengurangkan ubah bentuk semasa penyimpanan dan pengangkutan (kadar ubah bentuk <0.2% dalam masa 24j), memastikan pemindahan kualiti permukaan yang stabil kepada tuangan.
Pembersihan corak lilin dan goresan permukaan
Pembersihan corak lilin sering disalah ertikan sebagai sekadar mengeluarkan agen pelepas dari permukaan, tetapi fungsinya yang paling penting ialah goresan permukaan.
Untuk corak lilin suhu sederhana, proses pembersihan optimum menggunakan agen etsa neutral (kepekatan 5%–8%) dengan nilai pH 6.5–7.5, masa rendaman 1-2 minit, diikuti dengan membilas dengan air ternyahion dan pengeringan pada suhu 40–50 ℃ selama 10–15 minit.
Semasa proses pembersihan, kesan goresan ringan terbentuk pada permukaan corak lilin, yang meningkatkan kekasaran permukaan corak lilin pada skala mikro (Ra dari 1.6μm hingga 2.0–2.5μm) dan meningkatkan kebolehbasahan dan lekatan salutan permukaan seterusnya.
Goresan yang betul menghasilkan permukaan "kasar mikro" yang membolehkan salutan melekat dengan lebih kukuh, mengelakkan salutan mengelupas atau ketebalan tidak sekata semasa pengeringan dan pemanggangan.
Ini amat penting untuk meningkatkan kelicinan permukaan tuangan, sebagai salutan yang melekat dengan baik boleh meniru permukaan corak lilin dengan berkesan dan mencegah kecacatan penembusan pasir.
4. Faktor Salutan Permukaan
Salutan permukaan (salutan primer) bersentuhan langsung dengan corak lilin, dan prestasi dan parameter aplikasinya mempunyai kesan yang menentukan ke atas kualiti permukaan tuangan.
Sifat Bahan Salutan Permukaan
Manakala pengaruh serbuk permukaan dan pasir terhadap kualiti permukaan diakui secara meluas, kesan sol silika—komponen penting salutan—ke atas kualiti permukaan kurang difahami.
Sol silika berkualiti tinggi (sama ada diimport atau dikeluarkan dalam negara) dengan saiz zarah koloid yang seragam (10-20 nm) dan kelikatan rendah (2–5 mPa·s pada 25℃) mempamerkan prestasi yang unggul.
Di bawah kelikatan cawan aliran yang sama (Piala Ford #4: 20-25s), sol silika tersebut boleh mencapai nisbah serbuk-cecair yang lebih tinggi (2.5:1-3.0:1 untuk buburan serbuk zirkon), menghasilkan salutan primer yang lebih padat.
Salutan yang lebih padat mengurangkan keliangan permukaan (keliangan <5%) dan meningkatkan keupayaan untuk meniru permukaan corak lilin, membawa kepada permukaan tuangan yang lebih licin (Ra dikurangkan sebanyak 0.4–0.8μm berbanding menggunakan silika sol berkualiti rendah).
Ketebalan Salutan Permukaan
Untuk buburan serbuk zirkon (serbuk zirkon saiz zarah 325–400 mesh), ketebalan optimum salutan primer ialah 0.08–0.1mm. Kedua-dua ketebalan yang berlebihan dan tidak mencukupi menjejaskan kualiti permukaan tuangan:
- Ketebalan tidak mencukupi (<0.08mm): Mudah membawa kepada kecacatan "duri timun"—tajam, tonjolan seperti jarum (ketinggian 0.1–0.3mm) pada permukaan tuangan yang disebabkan oleh penembusan pasir atau salutan yang tidak rata.
- Ketebalan yang berlebihan (>0.1mm): Menghasilkan pelbagai bentuk kecacatan.
Disebabkan pengecutan semasa pengeringan dan pemanggangan (kadar pengecutan 3%–5%), salutan tebal mungkin tertanggal sebahagian daripada permukaan corak lilin, membentuk kasar, zarah cembung bulat (diameter 0.2–0.5mm) pada permukaan tuangan.
Mengawal ketebalan salutan memerlukan pelarasan tepat kelikatan buburan (Piala Ford #4: 20-25s), masa mencelup (5–10s), dan keadaan pengeringan (suhu 25–30 ℃, kelembapan 40%–60%, masa pengeringan 2–4j) untuk memastikan ketebalan seragam dan lekatan yang baik.
5. Proses Dewaxing
Matlamat dewaxing adalah untuk mengeluarkan sepenuhnya lilin dari acuan cangkerang.
Untuk lilin suhu sederhana, proses dewaxing optimum menggunakan cerek dewaxing wap dengan tekanan sebanyak 0.6-0.8 MPa dan suhu sebanyak 120–130 ℃, masa dewaxing daripada 15–25 minit (dilaraskan mengikut saiz cangkerang).
Baki lilin dalam cangkerang (pecahan jisim >0.5%), jika tidak hangus sepenuhnya semasa dibakar, akan menghasilkan karbon hitam dan kekotoran lain, yang melekat pada permukaan tuangan dan merendahkan kualiti permukaan—titik yang dibincangkan selanjutnya dalam bahagian pemanggangan.
Namun begitu, dewaxing yang lengkap tidak bermakna masa dewaxing yang berpanjangan. Di bawah premis memastikan penyingkiran lilin lengkap (sisa lilin <0.5%), masa dewaxing harus diminimumkan.
Suhu dalam cerek dewaxing melebihi suhu peralatan dehidrasi pantas am, dan pendedahan jangka panjang lilin kepada suhu tinggi (>130℃ untuk >30 minit) mempercepatkan penuaan wax.
Lilin tua mempamerkan kecairan yang berkurangan (peningkatan kelikatan sebanyak 20%–30%) dan peningkatan kerapuhan, yang boleh menjejaskan kitar semula lilin seterusnya dan meningkatkan risiko kecacatan pada corak lilin baharu.
6. Penyimpanan Acuan Shell
Kaedah penyimpanan acuan cengkerang bergantung kepada kebersihan bengkel, dengan matlamat teras untuk meminimumkan atau menghalang objek asing daripada memasuki rongga cangkerang.
Jadual 2 menyenaraikan parameter storan optimum untuk acuan shell selepas dewaxing.
Jadual 2: Parameter Penyimpanan Optimum untuk Acuan Cangkang Dewaxed
| Parameter Storan | Nilai Disyorkan | Kesan dan Nota |
| Persekitaran Storan | Suhu 20–25 ℃, kelembapan <60%, kepekatan habuk <0.1mg/m³ | Kelembapan yang tinggi menyebabkan penyerapan lembapan cangkang; habuk membawa kepada pencemaran permukaan |
| Kaedah Penempatan | Letakkan pada rak keluli tahan karat yang bersih, cawan sprue menghadap ke atas, ditutup dengan filem PE | Elakkan meletakkan di atas tanah atau rak besi (risiko pencemaran zarah pasir >80%) |
| Masa Penyimpanan | ≤24j | Penyimpanan berpanjangan (>48h) membawa kepada pengurangan kekuatan cengkerang dan pengoksidaan permukaan |
Ramai pengeluar tersilap percaya bahawa meletakkan cangkerang dengan cawan sprue menghadap ke bawah memastikan keselamatan, tetapi ini tidak selalu berlaku.
Jika cengkerang diletakkan terus di atas tanah atau rangka besi yang tercemar dengan zarah pasir dan serpihan lain, objek asing boleh masuk ke dalam rongga semasa pengendalian, menyebabkan kemasukan dalam tuangan.
Kemasukan sedemikian memerlukan pembaikan pengisaran dan kimpalan, yang merosakkan kualiti permukaan tuangan dengan teruk (Ra meningkat sebanyak 2.0–3.0μm selepas pembaikan).
7. Pembakaran Acuan Shell
Baki lilin dalam acuan cangkerang mesti dibakar sepenuhnya semasa pemanggangan untuk mengelakkan sisa karbon. Proses pemanggangan optimum untuk cengkerang berasaskan zirkon adalah seperti berikut:
- Peringkat pemanasan: Panaskan dari suhu bilik hingga 500 ℃ pada kadar 5–10℃/min (pemanasan perlahan untuk mengelakkan cengkerang retak).
- Peringkat penebat 1: Tahan pada 500 ℃ untuk 30 minit untuk membakar sisa lilin.
- Peringkat pemanasan 2: Panaskan dari 500 ℃ hingga 900–1100 ℃ pada kadar 10–15 ℃/min.
- Peringkat penebat 2: Tahan pada 900–1100 ℃ untuk 2-3 jam untuk meningkatkan kekuatan cangkerang dan mengeluarkan sisa lembapan.
Untuk memastikan pembakaran sempurna sisa lilin, kandungan oksigen dalam relau pemanggang harus mencapai 12% (dipantau oleh penderia oksigen dalam peralatan mewah).
Apabila kandungan oksigen hanya ada di sekeliling 6%, asap hitam tebal akan muncul pada kira-kira 800 ℃, yang patut dielakkan.
Untuk peralatan tanpa fungsi bekalan oksigen, membuka sebahagian pintu relau (celah 5–10cm) untuk meningkatkan pengambilan udara boleh meningkatkan tahap oksigen dan menggalakkan pembakaran lilin yang lengkap.
Pembakaran yang betul juga meningkatkan kekuatan kulit (kekuatan mampatan >20MPA) dan mengurangkan keliangan permukaan, seterusnya mengoptimumkan kualiti permukaan tuangan.
8. Lebur, kebersihan dan penuangan logam
Amalan pencairan dan penuangan menjejaskan pengoksidaan permukaan, kereaktifan dan pembentukan filem di permukaan.
Pengaruh utama
- Kawalan caj dan sanga: bahan cas yang tercemar dan pengaliran yang lemah menghasilkan kemasukan yang lebih tinggi pada permukaan atau filem oksida yang memerangkap kekasaran dekat permukaan.
- Suhu dan kelajuan menuang: suhu penuangan yang terlalu tinggi boleh meningkatkan pengoksidaan atau tindak balas yang berlebihan dengan cangkerang; suhu yang terlalu rendah boleh menyebabkan isian yang tidak lengkap dan kekasaran daripada pembekuan pramatang.
- Kaedah penyejukan selepas tuang: kawalan kadar penyejukan dan mengelakkan pengoksidaan semula permukaan (Mis., penggunaan kotak tuang/penutup) membantu meminimumkan perbalahan permukaan.
Kawalan praktikal
- Kawalan ketat cas relau, penyahoksidaan yang berkesan dan amalan fluks/slag yang bersih.
- Tentukan tingkap suhu tuang dan skema gating yang menggalakkan lamina, pengisian tidak bergelora untuk mengurangkan terperangkap gas dan pembentukan filem permukaan.
- Kurangkan pendedahan kepada atmosfera pengoksidaan semasa pemejalan awal (Mis., penggunaan acuan bertutup apabila sesuai).
9. Peringkat Selepas Penamat
Banyak tuangan mempamerkan kualiti permukaan yang boleh diterima serta-merta selepas dituang tetapi menjadi rosak teruk selepas selepas siap—menjadikan peringkat ini punca utama kemerosotan kualiti permukaan di banyak pengeluar.
Dua isu utama menonjol: kerosakan perlanggaran dan letupan tembakan.
Pencegahan Kerosakan Perlanggaran
Melaksanakan a sistem penyimpanan dan pengangkutan terperingkat: gunakan dulang plastik dengan padding lembut (Ketebalan buih EVA 5–10mm) untuk tuangan kecil; gunakan lekapan khusus untuk tuangan besar untuk mengelakkan sentuhan langsung antara tuangan. Ini boleh mengurangkan kadar kerosakan perlanggaran lebih daripada 80%.
Pengoptimuman Proses Letupan Tembakan
Letupan tembakan digunakan untuk mengeluarkan oksida permukaan dan pasir, dan parameter prosesnya secara langsung mempengaruhi kualiti permukaan tuangan. Parameter letupan pukulan optimum untuk tuangan keluli tahan karat adalah seperti berikut:
- Spesifikasi pukulan keluli: Pukulan keluli tuang, diameter 0.3–0.5mm, kekerasan HRC 40–50.
- Tekanan letupan tembakan: 0.4–0.6 MPa.
- Masa letupan tembakan: 10–15 minit setiap kitaran (tidak lebih daripada 15 minit).
- Keperluan peralatan: Gunakan peletup pukulan dengan sistem unjuran seragam (keseragaman unjuran ≥90%) dan kawalan arus yang stabil (turun naik semasa <5%).
Masa letupan pukulan harus dikawal ketat-tidak lebih daripada 15 minit setiap kitaran. Jika permukaan tidak dibersihkan dengan secukupnya, berbilang kitaran pendek lebih diutamakan berbanding letupan kitaran tunggal yang berpanjangan untuk mengelakkan hakisan permukaan yang berlebihan (Ra meningkat sebanyak 1.0–2.0μm selepas letupan berlebihan).
10. Kesimpulan
Kualiti permukaan tuangan adalah hasil pelbagai disiplin: metalurgi, pemprosesan seramik, kejuruteraan haba dan pengendalian mekanikal semuanya menyumbang.
Dengan menganggap kemasan permukaan sebagai atribut kualiti kritikal proses — mentakrifkan sasaran angka, memantau parameter kritikal (alat Ra, kelikatan buburan, ketebalan kot muka, tahap oksigen dewax, cair / tuang tingkap) dan memasukkan pusat pemeriksaan pemeriksaan — faundri boleh menghasilkan lancar secara konsisten, tuangan berkualiti tinggi dengan kebolehkilangan yang boleh diramal dan kos kerja semula yang lebih rendah.
