De factoren die de oppervlaktekwaliteit van gietstukken beïnvloeden

De oppervlaktekwaliteit van gietstukken is een functie van elke stap die het patroon raakt, schimmel en metaal - van de staat van de matrijs/patroon en de reologie van patroonmateriaal tot de voorbereiding van de schaal/facecoat, ontwassen en granaatschieten, aan het smelten, gieten, koeling en eindbehandeling.

Beheersing van de oppervlakteruwheid (Ra) en het vermijden van onregelmatigheden op microschaal vereist rigoureuze aandacht voor tooling, materialen, procesparameters en afhandeling na het gieten.

Dit artikel analyseert de belangrijkste factoren, kwantificeert waar mogelijk praktische regelbereiken, en geeft uitvoerbare proces- en inspectieaanbevelingen.

1. Schimmelgerelateerde factoren

De mal dient als basis Investeringsuitgifte, omdat de kwaliteit ervan direct de vorm en oppervlaktetoestand van het waspatroon bepaalt, die uiteindelijk wordt overgebracht naar de uiteindelijke casting.

De impact van mallen op de oppervlaktekwaliteit van waspatronen kan vanuit drie aspecten worden uitgewerkt:

Vormstructuurontwerp en oppervlaktekwaliteit

Onredelijk ontwerp van de matrijsstructuur leidt vaak tot krassen en vreten tijdens het verwijderen van waspatronen. Gerepareerde waspatroonoppervlakken zijn onvermijdelijk inferieur aan het origineel, en deze defecten zullen direct worden gerepliceerd op het gietoppervlak.

Bijvoorbeeld, scherpe hoeken (zonder filets R<0.3mm), onvoldoende diepgangshoeken (<1° voor complexe caviteiten), of ongelijkmatige scheidingsoppervlakken in de malstructuur verhogen de wrijving tussen het waspatroon en de malholte, waardoor oppervlakteschade ontstaat tijdens het ontvormen.

De oppervlakteruwheid van de mal is een beslissende factor voor de oppervlaktekwaliteit van het waspatroon. Als de ruwheid van het maloppervlak slechts Ra3,2 μm is, het resulterende waspatroon zal een nog lagere oppervlaktekwaliteit hebben (Ra4,0–5,0 μm), die rechtstreeks wordt doorgegeven aan het gietstuk.

Uit praktijkervaring blijkt dat de optimale oppervlakteruwheid van de mal gecontroleerd moet worden binnen Ra0,8μm; overmatige gladheid (Bijv., Ra0,2 μm) verbetert de kwaliteit van het waspatroon niet significant, maar verhoogt de matrijsverwerkingskosten met 30%–50%.

Vormtemperatuurregeling

De temperatuur van de mal heeft een aanzienlijke invloed op de vloeibaarheid van de was en de nauwkeurigheid van de replicatie. Voor wassystemen op gemiddelde temperatuur, de optimale matrijstemperatuur is 45–55℃.

Wanneer de matrijstemperatuur te laag is (<35℃), de vloeibaarheid van het wasmateriaal neemt sterk af, resulterend in een slechte oppervlaktereplicatie van het waspatroon, vergezeld van vloeisporen en koude afsluitingen.

Nog kritischer, als de schimmeltemperatuur onder het dauwpunt van water daalt (doorgaans 15–20℃ in werkplaatsen), Er zullen zich talrijke waterdruppels op het schimmeloppervlak vormen.

Deze druppels nemen tijdens het injecteren de ruimte van het wasmateriaal in beslag, wat leidt tot een oneffen waspatroonoppervlak - een defect dat ook wordt veroorzaakt door overmatig lossingsmiddel (dikte spuiten >5μm).

Het handhaven van een geschikte matrijstemperatuur is essentieel. Het op de juiste manier verhogen van de matrijstemperatuur (tot 50–55℃) en injectiedruk (tot 0,3–0,5 MPa) kan de vloeibaarheid van het wasmateriaal effectief verbeteren, verbeter het replicatievermogen van het waspatroon op het maloppervlak, en zo indirect de kwaliteit van het gietoppervlak verbeteren.

Echter, te hoge schimmeltemperatuur (>60℃) kan ertoe leiden dat het wasmateriaal te langzaam afkoelt en stolt, wat leidt tot vervorming van het waspatroon (maatafwijking >0.5mm) en het verhogen van de productiecyclustijd, waarbij een evenwicht tussen kwaliteit en efficiëntie vereist is.

Grootte van de waxinjectiepoort

De grootte van de wasinjectiepoort heeft rechtstreeks invloed op de injectiedruk en de wasvulsnelheid.

Voor kleine gietstukken (gewicht <500G), de optimale poortdiameter is **φ8–φ10mm**; voor grote gietstukken (gewicht >500G), de poortdiameter kan worden vergroot φ10–φ12mm.

Het op de juiste wijze vergroten van de poortgrootte helpt de wasinjectiedruk te verhogen, zorgen voor een volledige vulling van de vormholte, en verminder oppervlaktedefecten zoals ondervulling en vloeisporen op het waspatroon.

Voor complexe gietstukken met dunne wanden (<2mm), ontwerp met meerdere poorten (2–4 poorten) wordt aanbevolen om de vuluniformiteit verder te verbeteren.

2. Impact van wasmateriaal

Het type en de prestaties van het wasmateriaal zijn kernfactoren die de oppervlaktekwaliteit van het waspatroon bepalen, aangezien verschillende wasmaterialen verschillend kristallisatie- en stollingsgedrag vertonen.

Tafel 1 vat de belangrijkste prestatieparameters en oppervlaktekwaliteitseffecten samen van gewone wasmaterialen voor precisiegieten.

Tafel 1: Prestatievergelijking van gebruikelijke wasmaterialen voor investeringsgieten

Wax op lage temperatuur (Paraffine-stearinezuurwas)

Wax op lage temperatuur, samengesteld uit paraffine (60%–70%) en stearinezuur (30%–40%), produceert waspatronen met de slechtste oppervlaktekwaliteit.

Als kristallijne was, het heeft een smal kristallisatietemperatuurbereik en grove stearinezuurkorrels (korrelgrootte >50μm).

Tijdens het stollen, er is onvoldoende vloeibare was om de gaten tussen de korrels op te vullen, wat resulteert in een ruw waspatroonoppervlak.

Zelfs door de injectiedruk te verhogen of procesparameters aan te passen, de oppervlaktekwaliteit van waspatronen gemaakt van was op lage temperatuur kan niet significant worden verbeterd, waardoor de toepassing ervan bij gieten met hoge precisie wordt beperkt.

Was op gemiddelde temperatuur

Wax op gemiddelde temperatuur, een meercomponentenmengsel dat microkristallijne was bevat, hars, en weekmakers, heeft geen vast smeltpunt en een breder stollingstemperatuurbereik vergeleken met was op lage temperatuur.

Tijdens het stollen, vanwege de verschillende stollingstemperaturen van de componenten, de vloeibare fase kan de gaten tussen de vaste fasen volledig opvullen, Dit resulteert in waspatronen met een aanzienlijk hogere oppervlaktekwaliteit.

Echter, de prestaties van was op gemiddelde temperatuur variëren van fabrikant tot fabrikant; was met een harsgehalte van 5%–8% vertoont de beste balans tussen vloeibaarheid en gladheid van het oppervlak.

Gevulde was

Gevulde was, versterkt met keramisch poeder (5%–10%) of glasvezel (3%–5%), produceert waspatronen met de hoogste oppervlaktekwaliteit.

De toevoeging van vulstoffen optimaliseert het kristallisatiegedrag van de wasmatrix, vermindert de stollingskrimp (van 2.0% tot 0,8%–1,2%), en verbetert de oppervlaktehardheid en slijtvastheid van het waspatroon.

Dit verbetert niet alleen de oppervlaktegladheid van het waspatroon, maar vermindert ook de vervorming tijdens opslag en transport (vervormingssnelheid <0.2% binnen 24 uur), zorgen voor een stabiele overdracht van de oppervlaktekwaliteit naar het gietstuk.

Waspatroonreiniging en oppervlakte-etsen

Het reinigen van waspatronen wordt vaak verkeerd begrepen als het louter verwijderen van losmiddelen van het oppervlak, maar de belangrijkste functie ervan is oppervlakte etsen.

Voor waspatronen op gemiddelde temperatuur, het optimale reinigingsproces maakt gebruik van een neutraal etsmiddel (concentratie 5%–8%) met een pH-waarde van 6,5–7,5, inweektijd van 1-2 minuten, gevolgd door spoelen met gedeïoniseerd water en drogen bij 40–50℃ gedurende 10–15 minuten.

Tijdens het reinigingsproces, er ontstaat een mild etseffect op het waspatroonoppervlak, waardoor de oppervlakteruwheid van het waspatroon op microschaal toeneemt (Ra van 1,6 μm tot 2,0–2,5 μm) en verbetert de bevochtigbaarheid en hechting van de daaropvolgende oppervlaktecoating.

Door goed te etsen ontstaat een “micro-ruw” oppervlak waardoor de coating steviger kan hechten, vermijd het loslaten van de coating of ongelijkmatige dikte tijdens het drogen en braden.

Dit is vooral van cruciaal belang voor het verbeteren van de oppervlaktegladheid van gietstukken, omdat een goed hechtende coating het waspatroonoppervlak effectief kan repliceren en zandpenetratiedefecten kan voorkomen.

4. Oppervlaktecoatingfactoren

De oppervlaktecoating (primaire coating) staat in direct contact met het waspatroon, en de prestatie- en toepassingsparameters ervan hebben een beslissende invloed op de kwaliteit van het gietoppervlak.

Materiaaleigenschappen oppervlaktecoating

Terwijl de invloed van oppervlaktepoeder en zand op de oppervlaktekwaliteit algemeen wordt erkend, Het effect van silicasol, een belangrijk onderdeel van de coating, op de oppervlaktekwaliteit is minder bekend.

Hoogwaardige silicasol (ongeacht of het geïmporteerd of in het binnenland geproduceerd is) met uniforme colloïdale deeltjesgrootte (10-20 nm) en lage viscositeit (2–5 mPa·s bij 25℃) vertoont superieure prestaties.

Onder dezelfde stroombekerviscositeit (Ford-beker #4: 20-25s), een dergelijke silicasol kan een hogere poeder-vloeistofverhouding bereiken (2.5:1–3.0:1 voor zirkoonpoederslurry), resulterend in een dichtere primaire coating.

Een dichtere coating vermindert de porositeit van het oppervlak (porositeit <5%) en verbetert het vermogen om het waspatroonoppervlak te repliceren, wat leidt tot een gladder gietoppervlak (Ra verminderd met 0,4–0,8 μm vergeleken met het gebruik van silicasol van lage kwaliteit).

Dikte oppervlaktelaag

Voor zirkoonpoederslurries (deeltjesgrootte van zirkoonpoeder 325-400 mesh), de optimale dikte van de primaire coating is 0.08–0,1 mm. Zowel overmatige als onvoldoende dikte hebben een negatieve invloed op de kwaliteit van het gietoppervlak:

• Onvoldoende dikte (<0.08mm): Leidt gemakkelijk tot “komkommerdoorn”-defecten – scherp, naaldachtige uitsteeksels (hoogte 0,1–0,3 mm) op het gietoppervlak veroorzaakt door het binnendringen van zand of een ongelijkmatige coating.
• Overmatige dikte (>0.1mm): Resulteert in verschillende vormen van defecten.
  Door krimp tijdens het drogen en braden (krimppercentage 3%–5%), de dikke laag kan gedeeltelijk loskomen van het waspatroonoppervlak, grof vormen, afgeronde convexe deeltjes (diameter 0,2–0,5 mm) op het gietoppervlak.

Het beheersen van de laagdikte vereist een nauwkeurige aanpassing van de viscositeit van de slurry (Ford-beker #4: 20-25s), dompeltijd (5–10s), en droogomstandigheden (temperatuur 25–30℃, vochtigheid 40%–60%, droogtijd 2–4 uur) om een ​​uniforme dikte en goede hechting te garanderen.

5. Ontwasproces

Het doel van ontwassen is om was volledig uit de schaalvorm te verwijderen.

Voor was op gemiddelde temperatuur, het optimale ontwasproces maakt gebruik van een stoomontwasketel met een druk van 0.6-0,8 MPa en een temperatuur van 120–130℃, ontwaxingstijd van 15–25 minuten (aangepast aan de schaalgrootte).

Resterende was in de schaal (massafractie >0.5%), als het tijdens het braden niet volledig verbrand is, zal roet en andere onzuiverheden produceren, die zich aan het gietoppervlak hechten en de oppervlaktekwaliteit aantasten - een punt dat verder wordt besproken in het roostgedeelte.

Echter, volledig ontwassen betekent niet een langere ontwastijd. Onder het uitgangspunt van het garanderen van volledige wasverwijdering (resterende was <0.5%), de ontwastijd moet tot een minimum worden beperkt.

De temperatuur in de ontwasketel is hoger dan die van algemene apparatuur voor snelle dehydratatie, en langdurige blootstelling van was aan hoge temperaturen (>130℃ voor >30 notulen) versnelt de veroudering van was.

Verouderde was vertoont een verminderde vloeibaarheid (viscositeitstoename met 20%–30%) en verhoogde brosheid, wat de daaropvolgende wasrecycling kan beïnvloeden en het risico op defecten in nieuwe waspatronen kan vergroten.

6. Schelpenvormopslag

De opslagmethode van schaalmallen is afhankelijk van de netheid van de werkplaats, met als kerndoel het minimaliseren of voorkomen dat vreemde voorwerpen de schaalholte binnendringen.

Tafel 2 vermeldt de optimale opslagparameters voor schaalvormen na het ontwassen.

Tafel 2: Optimale opslagparameters voor van was ontdane schaalvormen

Veel fabrikanten denken ten onrechte dat het plaatsen van de schaal met de aanspuitbeker naar beneden gericht de veiligheid garandeert, maar dit is niet altijd het geval.

Als granaten direct op de grond worden geplaatst of ijzeren frames verontreinigd raken met zanddeeltjes en ander puin, Tijdens het hanteren kunnen vreemde voorwerpen in de holte terechtkomen, waardoor insluitsels in gietstukken ontstaan.

Dergelijke insluitsels vereisen slijp- en lasreparatie, waardoor de kwaliteit van het gietoppervlak ernstig wordt aangetast (Ra nam na reparatie toe met 2,0–3,0 μm).

7. Schelpenschimmel roosteren

De resterende was in de schaalvorm moet tijdens het branden volledig worden verbrand om koolstofhoudende resten te voorkomen. Het optimale roostproces voor schelpen op basis van zirkoon is als volgt:

1. Verwarmingsfase: Verwarm van kamertemperatuur tot 500℃ met een snelheid van 5–10℃/min (langzame verwarming om barsten van de schaal te voorkomen).
2. Isolatie fase 1: Houd op 500℃ voor 30 minuten om de resterende was te verbranden.
3. Verwarmingsfase 2: Verwarm van 500℃ tot 900–1100℃ met een snelheid van 10–15℃/min.
4. Isolatie fase 2: Houd een temperatuur van 900–1100 ℃ aan 2–3 uur om de sterkte van de schaal te verbeteren en resterend vocht te verwijderen.

Om een ​​volledige verbranding van de resterende was te garanderen, het zuurstofgehalte in de braadoven moet bereiken 12% (bewaakt door zuurstofsensoren in geavanceerde apparatuur).

Wanneer het zuurstofgehalte slechts rond is 6%, dikke zwarte rook zal verschijnen bij ongeveer 800℃, wat moet worden vermeden.

Voor apparatuur zonder zuurstoftoevoerfunctionaliteit, het gedeeltelijk openen van de ovendeur (tussenruimte 5–10 cm) het verhogen van de luchtinlaat kan het zuurstofniveau verbeteren en een volledige wasverbranding bevorderen.

Goed braden verbetert ook de sterkte van de schaal (Compressieve sterkte >20MPA) en vermindert de porositeit van het oppervlak, verdere optimalisatie van de kwaliteit van het gietoppervlak.

8. Smeltend, metaalreinheid en gieten

De smelt- en gietpraktijk beïnvloedt de oxidatie van het oppervlak, reactiviteit en de vorming van films op het oppervlak.

Belangrijkste invloeden

• Lading- en slakcontrole: Verontreinigde ladingsmaterialen en een slechte vloeiing zorgen voor hogere insluitsels aan het oppervlak of oxidefilms die de ruwheid nabij het oppervlak vasthouden.
• Giettemperatuur en -snelheid: te hoge giettemperaturen kunnen de oxidatie of overmatige reactie met de schaal vergroten; een te lage temperatuur kan een onvolledige vulling en ruwheid door voortijdig bevriezen veroorzaken.
• Koelmethode na het gieten: controle van de koelsnelheid en het vermijden van heroxidatie van het oppervlak (Bijv., gebruik van gietdozen/afdekkingen) helpt oppervlakkige woordenwisselingen te minimaliseren.

Praktische bedieningselementen

• Strakke controle van de ovenlading, effectieve deoxidatie en schone flux/slakpraktijken.
• Definieer giettemperatuurvensters en poortschema's die laminair bevorderen, niet-turbulente vulling om gasinsluiting en filmvorming op het oppervlak te verminderen.
• Minimaliseer de blootstelling aan een oxiderende atmosfeer tijdens de vroege stolling (Bijv., gebruik van afgedekte mallen indien nodig).

9. Post-afwerkingsfase

Veel gietstukken vertonen onmiddellijk na het gieten een acceptabele oppervlaktekwaliteit, maar raken ernstig beschadigd na het nabewerken, waardoor deze fase bij veel fabrikanten de belangrijkste oorzaak is van de verslechtering van de oppervlaktekwaliteit..

Twee belangrijke kwesties vallen op: aanvaringsschade en kogelstralen.

Preventie van schade door botsingen

Implementeer een geclassificeerd opslag- en transportsysteem: gebruik plastic bakjes met zachte vulling (EVA-schuimdikte 5–10 mm) voor kleine gietstukken; gebruik speciale armaturen voor grote gietstukken om direct contact tussen gietstukken te voorkomen. Dit kan het risico op aanrijdingsschade met meer dan verminderen 80%.

Optimalisatie van het straalproces

Kogelstralen wordt gebruikt om oppervlakteoxiden en zand te verwijderen, en de procesparameters ervan hebben een directe invloed op de kwaliteit van het gietoppervlak. De optimale straalparameters voor roestvrijstalen gietstukken zijn als volgt:

• Specificaties van staalschoten: Gegoten stalen schot, diameter 0,3–0,5 mm, hardheid HRC 40–50.
• Straaldruk: 0.4–0,6 MPa.
• Tijd voor het schieten: 10–15 minuten per cyclus (niet meer dan 15 notulen).
• Apparatuurvereisten: Gebruik shotblasters met uniforme projectiesystemen (projectie-uniformiteit ≥90%) en stabiele stroomcontrole (huidige fluctuatie <5%).

De straaltijd moet strikt worden gecontroleerd, niet meer dan 15 minuten per cyclus. Als het oppervlak niet voldoende is gereinigd, meerdere korte cycli hebben de voorkeur boven langdurig stralen met één cyclus om overmatige oppervlakte-erosie te voorkomen (Ra nam toe met 1,0–2,0 μm na overmatig stralen).

10. Conclusie

Oppervlaktekwaliteit van gietstukken is een multidisciplinaire uitkomst: metallurgie, keramische verwerking, thermische engineering en mechanische handling dragen allemaal bij.

Door oppervlakteafwerking te beschouwen als een proceskritisch kwaliteitsattribuut en numerieke doelstellingen te definiëren, het bewaken van kritische parameters (gereedschap Ra, viscositeit van de slurry, dikte van de gezichtslaag, zuurstofniveaus verwijderen, ramen smelten/gieten) en het inbouwen van inspectiecontrolepunten – gieterijen kunnen consistent soepel produceren, hoogwaardige gietstukken met voorspelbare produceerbaarheid en lagere herbewerkingskosten.