Dökümlerin yüzey kalitesi, desene dokunan her adımın bir fonksiyonudur, kalıp ve metal — kalıp/desen durumundan ve desen malzemesi reolojisinden kabuk/yüz kaplama hazırlığına kadar, mum giderme ve kabuk ateşleme, erimek, dökme, soğutma ve son işlem.
Yüzey pürüzlülüğünün kontrol edilmesi (Ra) ve mikro ölçekli düzensizliklerden kaçınmak, takımlamaya çok dikkat edilmesini gerektirir, malzeme, proses parametreleri ve döküm sonrası işlemler.
Bu makale temel faktörleri analiz ediyor, mümkün olan yerlerde pratik kontrol aralıklarını belirler, Uygulanabilir süreç ve denetim önerileri verir.
1. Küfle İlgili Faktörler
Kalıp temel görevi görür yatırım kadrosu, kalitesi doğrudan balmumu modelinin şeklini ve yüzey durumunu belirlediğinden, sonuçta son döküm aşamasına aktarılır.
Kalıpların mum desen yüzey kalitesi üzerindeki etkisi üç açıdan detaylandırılabilir::
Kalıp Yapı Tasarımı ve Yüzey Kalitesi
Mantıksız kalıp yapısı tasarımı sıklıkla çizikler ve sürtünme balmumu deseninin kalıptan çıkarılması sırasında. Onarılmış mum desenli yüzeyler kaçınılmaz olarak orijinalinden daha kalitesiz olur, ve bu kusurlar doğrudan döküm yüzeyinde kopyalanacaktır..
Örneğin, keskin köşeler (filetosuz R<0.3mm), yetersiz taslak açıları (<1° karmaşık boşluklar için), veya kalıp yapısındaki düzgün olmayan ayırma yüzeyleri, mum deseni ile kalıp boşluğu arasındaki sürtünmeyi artırır, kalıptan çıkarma sırasında yüzey hasarına neden olmak.
Kalıp yüzeyi pürüzlülüğü mum desen yüzey kalitesi için belirleyici bir faktördür. Kalıp yüzeyi pürüzlülüğü yalnızca Ra3.2μm ise, ortaya çıkan mum modelinin yüzey kalitesi daha da düşük olacaktır (Ra4.0–5.0μm), doğrudan döküme iletilen.
Pratik deneyimler, kalıbın optimal yüzey pürüzlülüğünün kontrol edilmesi gerektiğini göstermektedir. Ra0.8μm dahilinde; aşırı pürüzsüzlük (Örn., Ra0.2μm) mum desen kalitesini önemli ölçüde iyileştirmez ancak kalıp işleme maliyetlerini 0 ila P oranında artırır.
Kalıp Sıcaklık Kontrolü
Kalıp sıcaklığının mum akışkanlığı ve kopyalama doğruluğu üzerinde önemli bir etkisi vardır. Orta sıcaklıktaki mum sistemleri için, optimum kalıp sıcaklığı 45–55°C.
Kalıp sıcaklığı çok düşük olduğunda (<35℃), balmumu malzemesinin akışkanlığı keskin bir şekilde azalır, mum deseninin zayıf yüzey kopyalanmasına neden olur, akış işaretleri ve soğuk kapanmaların eşlik ettiği.
Daha eleştirel olarak, kalıp sıcaklığı suyun çiğlenme noktasının altına düşerse (atölyelerde genellikle 15–20°C), kalıp yüzeyinde çok sayıda su damlacığı oluşacaktır.
Bu damlacıklar enjeksiyon sırasında balmumu malzemesinin alanını kaplar, düzensiz bir mum desenli yüzeye yol açar; bu kusur aynı zamanda aşırı ayırıcı maddenin neden olduğu bir kusurdur (püskürtme kalınlığı >5μm).
Uygun bir kalıp sıcaklığının korunması önemlidir. Kalıp sıcaklığının uygun şekilde arttırılması (50–55°C'ye kadar) ve enjeksiyon basıncı (0,3–0,5 MPa'ya kadar) Balmumu malzemesinin akışkanlığını etkili bir şekilde geliştirebilir, Balmumu deseninin kalıp yüzeyinde kopyalanma kabiliyetini arttırmak, ve böylece dolaylı olarak döküm yüzey kalitesini iyileştirir.
Fakat, aşırı yüksek kalıp sıcaklığı (>60℃) balmumu malzemesinin çok yavaş soğumasına ve katılaşmasına neden olabilir, balmumu deseninin deformasyonuna yol açar (boyutsal sapma >0.5mm) ve üretim çevrim süresinin arttırılması, kalite ve verimlilik arasında bir denge gerektiren.
Balmumu Enjeksiyon Kapısı Boyutu
Balmumu enjeksiyon kapısının boyutu, enjeksiyon basıncını ve balmumu dolum hızını doğrudan etkiler.
Küçük dökümler için (ağırlık <500G), optimum kapı çapı **φ8–φ10mm**'dir; büyük dökümler için (ağırlık >500G), kapı çapı arttırılabilir φ10–φ12mm.
Geçit boyutunun uygun şekilde arttırılması mum enjeksiyon basıncının arttırılmasına yardımcı olur, kalıp boşluğunun tam olarak doldurulmasını sağlayın, ve mum desenindeki yetersiz doldurma ve akış işaretleri gibi yüzey kusurlarını azaltır.
İnce duvarlı karmaşık dökümler için (<2mm), çok kapılı tasarım (2–4 kapı) Doldurma homojenliğini daha da geliştirmek için tavsiye edilir.
2. Balmumu Malzemesinin Etkisi
Mum malzemesinin türü ve performansı, mum desen yüzey kalitesini belirleyen temel faktörlerdir, farklı mum malzemeleri farklı kristalleşme ve katılaşma davranışları gösterdiğinden.
Masa 1 hassas döküm için yaygın mum malzemelerinin temel performans parametrelerini ve yüzey kalitesi etkilerini özetler.
Masa 1: Hassas Döküm için Yaygın Balmumu Malzemelerinin Performans Karşılaştırması
| Balmumu Malzeme Türü | Kristalleşme Sıcaklığı Aralığı | Optimum Enjeksiyon Sıcaklığı | Balmumu Desenli Yüzey Pürüzlülüğü (Ra) | Uygulama Senaryosu |
| Düşük sıcaklıkta balmumu (Parafin-Stearik Asit) | 48–52°C (dar aralık) | 60–65°C | 4.0–5.0μm | Düşük hassasiyetli dökümler (Ra gereksinimi >6.3μm) |
| Orta sıcaklıkta balmumu (Çok bileşenli karışım) | 55–65°C (geniş aralık) | 70–75°C | 1.6–3,2μm | Genel hassas dökümler (Ra gereksinimi 3,2–6,3μm) |
| Doldurulmuş balmumu (Seramik tozu dolu) | 60–70°C | 75–80°C | 0.8–1,6μm | Yüksek hassasiyetli dökümler (Ra gereksinimi <3.2μm) |
Düşük Sıcaklık Balmumu (Parafin-Stearik Asit Balmumu)
Düşük sıcaklıkta balmumu, parafinden oluşan (60%–70) ve stearik asit (30%–40), en düşük yüzey kalitesine sahip mum desenleri üretir.
Kristal bir balmumu olarak, dar bir kristalleşme sıcaklığı aralığına ve kaba stearik asit tanelerine sahiptir (tahıl boyutu >50μm).
Katılaşma sırasında, taneler arasındaki boşlukları doldurmaya yetecek kadar sıvı balmumu yok, pürüzlü bir balmumu deseni yüzeyi ile sonuçlanır.
Enjeksiyon basıncını artırarak veya proses parametrelerini ayarlayarak bile, Düşük sıcaklıktaki mumdan yapılan mum modellerinin yüzey kalitesi önemli ölçüde iyileştirilemez, yüksek hassasiyetli dökümde uygulamasını sınırlandırıyor.
Orta Sıcaklıkta Balmumu
Orta sıcaklıkta balmumu, mikrokristalin balmumu içeren çok bileşenli bir karışım, reçine, ve plastikleştiriciler, Düşük sıcaklıktaki mumla karşılaştırıldığında sabit bir erime noktası ve daha geniş bir katılaşma sıcaklığı aralığı yoktur.
Katılaşma sırasında, bileşenlerinin farklı katılaşma sıcaklıkları nedeniyle, sıvı faz, katı fazlar arasındaki boşlukları tamamen doldurabilir, önemli ölçüde daha yüksek yüzey kalitesine sahip mum desenleri elde edilir.
Fakat, orta sıcaklıktaki balmumunun performansı farklı üreticiler arasında farklılık gösterir; %5-%8 reçine içeriğine sahip balmumu, akışkanlık ve yüzey düzgünlüğü arasında en iyi dengeyi gösterir.
Dolgulu Balmumu
Doldurulmuş balmumu, seramik tozu ile güçlendirilmiş (5%–10) veya cam elyaf (3%–5), en yüksek yüzey kalitesine sahip mum desenleri üretir.
Dolgu maddelerinin eklenmesi mum matrisinin kristalleşme davranışını optimize eder, katılaşma büzülmesini azaltır (itibaren 2.0% %0,8–%1,2'ye kadar), ve mum deseninin yüzey sertliğini ve aşınma direncini artırır.
Bu sadece mum deseninin yüzey pürüzsüzlüğünü arttırmakla kalmaz, aynı zamanda depolama ve taşıma sırasındaki deformasyonu da azaltır. (deformasyon oranı <0.2% 24 saat içinde), yüzey kalitesinin döküme istikrarlı bir şekilde aktarılmasını sağlamak.
Balmumu desen temizleme ve yüzey aşındırma
Balmumu desen temizliği genellikle yalnızca kalıp ayırıcı maddelerin yüzeyden uzaklaştırılması olarak yanlış anlaşılır., ama en önemli işlevi yüzey aşındırma.
Orta sıcaklıktaki mum desenleri için, optimum temizleme işleminde nötr bir aşındırma maddesi kullanılır (konsantrasyon %5–%8) pH değeri 6,5–7,5 olan, 1-2 dakikalık ıslatma süresi, ardından deiyonize suyla durulanır ve 40–50°C'de 10–15 dakika kurutulur.
Temizleme işlemi sırasında, mum desen yüzeyinde hafif bir aşındırma etkisi oluşur, bu da mum deseninin yüzey pürüzlülüğünü mikro ölçekte artırır (Ra 1,6μm'den 2,0–2,5μm'ye) ve sonraki yüzey kaplamasının ıslanabilirliğini ve yapışmasını iyileştirir.
Uygun aşındırma, kaplamanın daha sıkı yapışmasını sağlayan "mikro pürüzlü" bir yüzey oluşturur, kurutma ve kavurma sırasında kaplamanın soyulmasını veya eşit olmayan kalınlığını önlemek.
Bu özellikle dökümlerin yüzey düzgünlüğünün arttırılması açısından kritik öneme sahiptir., iyi yapışan bir kaplama, mum desen yüzeyini etkili bir şekilde kopyalayabildiğinden ve kum nüfuz etme kusurlarını önleyebildiğinden.
4. Yüzey Kaplama Faktörleri
Yüzey kaplaması (birincil kaplama) balmumu deseniyle doğrudan temas halindedir, performansı ve uygulama parametreleri döküm yüzey kalitesi üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir..
Yüzey Kaplama Malzemesi Özellikleri
Yüzey tozu ve kumun yüzey kalitesi üzerindeki etkisi yaygın olarak kabul edilse de, Kaplamanın önemli bir bileşeni olan silika solunun yüzey kalitesi üzerindeki etkisi daha az anlaşılmıştır.
Yüksek kaliteli silika sol (ister ithal ister yerli üretim olsun) düzgün kolloidal parçacık boyutuna sahip (10-20 nm) ve düşük viskozite (2–5 mPa·s, 25°C'de) üstün performans sergiliyor.
Aynı akış kabı viskozitesi altında (Ford Kupası #4: 20-25s), bu tür silika sol daha yüksek bir toz-sıvı oranına ulaşabilir (2.5:1–3.0:1 zirkon tozu bulamacı için), daha yoğun bir birincil kaplama ile sonuçlanır.
Daha yoğun bir kaplama yüzey gözenekliliğini azaltır (gözeneklilik <5%) ve balmumu desen yüzeyini kopyalama yeteneğini geliştirir, daha pürüzsüz bir döküm yüzeyine yol açar (Düşük kaliteli silika sol kullanımına kıyasla Ra 0,4–0,8μm azaltıldı).
Yüzey Kaplama Kalınlığı
Zirkon tozu bulamaçları için (zirkon tozu parçacık boyutu 325–400 ağ gözü), birincil kaplamanın optimum kalınlığı 0.08–0,1 mm. Hem aşırı hem de yetersiz kalınlık, döküm yüzey kalitesini olumsuz etkiler:
- Yetersiz kalınlık (<0.08mm): Kolayca "salatalık dikeni" kusurlarına yol açar - keskin, iğne benzeri çıkıntılar (yükseklik 0,1–0,3 mm) kumun nüfuz etmesinden veya düzgün olmayan kaplamadan kaynaklanan döküm yüzeyinde.
- Aşırı kalınlık (>0.1mm): Farklı kusur türleriyle sonuçlanır.
Kurutma ve kavurma sırasında büzülme nedeniyle (büzülme oranı %3–%5), kalın kaplama balmumu desen yüzeyinden kısmen ayrılabilir, kaba şekillendirme, yuvarlak dışbükey parçacıklar (çap 0,2–0,5 mm) döküm yüzeyinde.
Kaplama kalınlığının kontrol edilmesi, bulamaç viskozitesinin hassas şekilde ayarlanmasını gerektirir (Ford Kupası #4: 20-25s), daldırma süresi (5–10s), ve kurutma koşulları (sıcaklık 25–30°C, nem @–`, kuruma süresi 2–4 saat) eşit kalınlık ve iyi yapışma sağlamak için.
5. Mum Alma İşlemi
Mum almanın amacı mumu kabuk kalıbından tamamen çıkarmaktır..
Orta sıcaklıktaki balmumu için, Optimum mum giderme işlemi, basıncına sahip bir buharlı mum alma kazanı kullanır. 0.6-0,8 MPa ve bir sıcaklık 120–130°C, mum alma süresi 15–25 dakika (kabuk boyutuna göre ayarlanmış).
Kabukta kalan balmumu (kütle kesri >0.5%), kavurma sırasında tamamen yanmamışsa, karbon siyahı ve diğer yabancı maddeleri üretecek, döküm yüzeyine yapışan ve yüzey kalitesini bozan maddeler; kavurma bölümünde daha detaylı tartışılan bir nokta.
Fakat, tamamen mum alma, uzun süreli mum alma süresi anlamına gelmez. Balmumunun tamamen çıkarılmasını sağlama öncülüğünde (artık balmumu <0.5%), mum alma süresi en aza indirilmelidir.
Mum alma kazanındaki sıcaklık, genel hızlı dehidrasyon ekipmanının sıcaklığını aşıyor, ve balmumunun yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz kalması (>130°C için >30 dakikalar) mumun yaşlanmasını hızlandırır.
Eskimiş balmumunun akışkanlığı azalır (viskozitede –0 oranında artış) ve artan kırılganlık, bu durum daha sonraki mum geri dönüşümünü etkileyebilir ve yeni mum modellerinde kusur riskini artırabilir.
6. Kabuk Kalıp Depolama
Kabuk kalıplarının saklama yöntemi atölyenin temizliğine bağlıdır, yabancı nesnelerin kabuk boşluğuna girmesini en aza indirmek veya önlemek temel hedefi ile.
Masa 2 mum alma işleminden sonra kabuk kalıpları için en uygun depolama parametrelerini listeler.
Masa 2: Mumsuz Kabuk Kalıpları için Optimum Depolama Parametreleri
| Depolama Parametresi | Önerilen Değer | Etki ve Not |
| Depolama Ortamı | Sıcaklık 20–25°C, nem <60%, toz konsantrasyonu <0.1mg/m³ | Yüksek nem, kabuğun nem emilimine neden olur; toz yüzeyin kirlenmesine neden olur |
| Yerleştirme Yöntemi | Temiz paslanmaz çelik raflara yerleştirin, ladin bardağı yukarıya bakacak şekilde, PE film ile kaplı | Yere veya demir raflara yerleştirmekten kaçının (kum partikülü kirlenme riski >80%) |
| Depolama Süresi | ≤24 saat | Uzun süreli depolama (>48H) kabuk mukavemetinin azalmasına ve yüzey oksidasyonuna yol açar |
Birçok üretici yanlışlıkla, yolluk kabı aşağı bakacak şekilde kabuğu yerleştirmenin güvenliği sağladığına inanıyor, ama bu her zaman böyle değildir.
Kabuklar doğrudan zemine yerleştirilmişse veya demir çerçeveler kum parçacıkları ve diğer döküntülerle kirlenmişse, kullanım sırasında yabancı cisimler boşluğa girebilir, dökümlerde kalıntılara neden oluyor.
Bu tür kalıntılar taşlama ve kaynak onarımı gerektirir, döküm yüzey kalitesine ciddi zarar veren (Ra onarımdan sonra 2,0–3,0μm arttı).
7. Kabuk Kalıp Kavurma
Kabuk kalıbındaki kalıntı balmumu, karbonlu kalıntıların önlenmesi için kavurma sırasında tamamen yakılmalıdır.. Zirkon bazlı kabuklar için en uygun kavurma işlemi aşağıdaki gibidir:
- Isıtma aşaması: Oda sıcaklığından 500°C'ye kadar bir oranda ısıtın 5–10°C/dak (Kabuk çatlamasını önlemek için yavaş ısıtma).
- Yalıtım aşaması 1: 500°C'de tutun 30 kalan balmumunu yakmak için dakikalar.
- Isıtma aşaması 2: 500°C'den 500°C'ye kadar ısıtın 900–1100°C 10–15°C/dak hızında.
- Yalıtım aşaması 2: 900–1100°C'de tutun 2–3 saat Kabuk mukavemetini arttırmak ve kalan nemi gidermek için.
Artık mumun tamamen yanmasını sağlamak için, kavurma fırınındaki oksijen içeriği şu seviyeye ulaşmalıdır: 12% (ileri teknoloji ekipmanlardaki oksijen sensörleri tarafından izlenir).
Oksijen içeriği sadece yaklaşık olduğunda 6%, yaklaşık 800°C'de kalın siyah duman görünecektir, kaçınılması gereken.
Oksijen kaynağı işlevi olmayan ekipmanlar için, fırın kapısının kısmen açılması (boşluk 5–10cm) Hava girişini artırmak oksijen seviyelerini iyileştirebilir ve balmumunun tam yanmasını teşvik edebilir.
Doğru kavurma aynı zamanda kabuğun sağlamlığını da artırır (sıkıştırma mukavemeti >20MPa) ve yüzey gözenekliliğini azaltır, döküm yüzey kalitesinin daha da optimize edilmesi.
8. Erime, metal temizliği ve dökülmesi
Eritme ve dökme uygulaması yüzey oksidasyonunu etkiler, Reaktivite ve yüzeyde film oluşumu.
Temel etkiler
- Şarj ve cüruf kontrolü: kirlenmiş şarj malzemeleri ve zayıf akı, yüzeyde daha yüksek kalıntılara veya yüzeye yakın pürüzlülüğü hapseden oksit filmlerine neden olur.
- Dökme sıcaklığı ve hızı: aşırı yüksek dökme sıcaklıkları oksidasyonu veya kabukta aşırı reaksiyonu artırabilir; çok düşük bir sıcaklık, eksik doluma ve erken donmadan dolayı pürüzlülüğe neden olabilir.
- Dökme sonrası soğutma yöntemi: soğuma hızının kontrolü ve yüzeyin yeniden oksidasyonunun önlenmesi (Örn., dökme kutularının/kaplamalarının kullanımı) yüzey değişimini en aza indirmeye yardımcı olun.
Pratik kontroller
- Fırın şarjının sıkı kontrolü, etkili deoksidasyon ve temiz akı/cüruf uygulamaları.
- Laminerliği teşvik eden dökme sıcaklığı pencerelerini ve geçit şemalarını tanımlayın, Gaz sıkışmasını ve yüzey filmi oluşumunu azaltmak için türbülanssız dolgu.
- Erken katılaşma sırasında oksitleyici atmosfere maruz kalmayı en aza indirin (Örn., Uygun olduğunda kapalı kalıpların kullanılması).
9. Bitirme Sonrası Aşama
Birçok döküm, dökümden hemen sonra kabul edilebilir yüzey kalitesi sergiler ancak son işlemden sonra ciddi şekilde hasar görür; bu da birçok üreticide yüzey kalitesinin bozulmasının ana suçlusu bu aşamadır..
İki önemli konu öne çıkıyor: çarpışma hasarı ve atış patlatma.
Çarpışma Hasarını Önleme
Bir uygulama sınıflandırılmış depolama ve taşıma sistemi: yumuşak dolgulu plastik tepsiler kullanın (EVA köpük kalınlığı 5–10 mm) küçük dökümler için; Dökümler arasında doğrudan teması önlemek için büyük dökümler için özel fikstürler kullanın. Bu, çarpışma hasarı oranını çok daha fazla azaltabilir 80%.
Kumlama Proses Optimizasyonu
Yüzey oksitlerini ve kumunu çıkarmak için kumlama kullanılır, ve proses parametreleri döküm yüzey kalitesini doğrudan etkiler. Paslanmaz çelik dökümler için en uygun kumlama parametreleri aşağıdaki gibidir:
- Çelik atış özellikleri: Dökme çelik atış, çap 0,3–0,5 mm, sertlik HRC 40–50.
- Kumlama basıncı: 0.4–0,6 MPa.
- Kumlama zamanı: 10Döngü başına –15 dakika (en fazla 15 dakikalar).
- Ekipman gereksinimleri: Tekdüze projeksiyon sistemlerine sahip püskürtme tabancaları kullanın (projeksiyon bütünlüğü ≥90%) ve kararlı akım kontrolü (akım dalgalanması <5%).
Bilyeli patlatma süresi sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir; en fazla 15 döngü başına dakika. Yüzey yeterince temizlenmemişse, Aşırı yüzey erozyonunu önlemek için uzun süreli tek döngülü patlatma yerine birden fazla kısa döngü tercih edilir (Aşırı patlatma sonrasında Ra 1,0–2,0μm arttı).
10. Çözüm
Dökümlerin yüzey kalitesi çok disiplinli bir sonuçtur: metalurji, seramik işleme, termal mühendislik ve mekanik taşımanın tümü katkıda bulunur.
Yüzey kalitesini proses açısından kritik bir kalite özelliği olarak ele alarak sayısal hedefleri tanımlayarak, kritik parametrelerin izlenmesi (aracı Ra, bulamaç viskozitesi, yüz kaplama kalınlığı, mum giderme oksijen seviyeleri, pencereleri eritmek/dökmek) ve denetim kontrol noktalarının yerleştirilmesi — dökümhaneler sürekli olarak düzgün üretim yapabilir, öngörülebilir üretilebilirliğe ve daha düşük yeniden işleme maliyetlerine sahip yüksek kaliteli dökümler.
