دقت ابعادی که اکنون می توان در آن ریخته گری شن و ماسه تولید کرد، به دقت ریخته گری سرمایه گذاری نزدیک شده است. فناوریهای چاپ شن و ماسه سهبعدی دقت ابعادی قالبها و هستهها را تا حد زیادی بهبود بخشیدهاند، اما نتوانستهاند با صافی سطح ریختهگریهای شنی معمولی مطابقت داشته باشند، چه رسد به ریختهگریهای سرمایهگذاری.
ریخته گری سرمایه گذاری قطعات بسیار صاف با وضوح ویژگی عالی و دقت ابعادی را فراهم می کند. اگر این فرآیند بتواند نیازهای ابعادی و سطحی را برآورده کند، قالبها و هستههای ماسه چاپشده سه بعدی ممکن است یک جایگزین مقرونبهصرفه برای ریختهگری سرمایهگذاری باشد.
اگرچه تغییرات و بهبودهای زیادی در زمینه مواد مصرفی ریخته گری انجام شده است، ماسه ماده ای است که تا حدودی ثابت مانده است. پس از استخراج و شستشو، در صورت نیاز، ماسه های ریخته گری به گروه های انفرادی یا دو مش طبقه بندی و ذخیره می شوند. آنها برای ارسال به مشتری ریخته گری در توزیع های معمولی ترکیب می شوند. اگرچه توزیعهای معدنی بسیار متفاوتی وجود دارد، ماسه با عدد ریزدانه AFS مشابه در توزیعهای مشابه عرضه میشود. پرداخت سطح بخشی جدایی ناپذیر از مشخصات کیفیت ریخته گری است. پرداختهای ناهموار سطح داخلی روی قطعات ریختهگری میتواند باعث از دست دادن کارایی سیالات و گازهای با سرعت بالا شود. چنین موردی برای قطعات توربوشارژر و منیفولد ورودی است. دانشگاه آیووا شمالی در حال بررسی ویژگی های مواد قالب است که بر صافی سطح برای ریخته گری تأثیر می گذارد. این تحقیق روی ریختهگریهای آلومینیومی انجام شد، اما کاربردها و ارتباط در آلیاژهای آهنی دارد که عیوبی مانند نفوذ یا عیوب ماسه ذوب شده را نشان نمیدهند. این مطالعه تأثیر ویژگیهای رسانه قالبگیری مانند ظرافت شن، نوع ماده و انتخاب پوشش نسوز را بررسی میکند. هدف از این پروژه، انجام سرمایه گذاری سطوح ریخته گری در قطعات ریخته گری شن و ماسه بود.
نتایج نفوذپذیری و سطح سطح
نفوذپذیری AFS به عنوان مقدار زمانی که طول می کشد تا حجم مشخصی از هوا از یک نمونه استاندارد در ارتفاع 10 سانتی متری آب عبور کند، تعریف می شود. به سادگی، نفوذپذیری AFS نشان دهنده مقدار فضای باز بین دانه های سنگدانه است که به هوا اجازه عبور می دهد. GFN یک ماده به طور قابل توجهی نفوذپذیری را تا 80 GFN تغییر می دهد، جایی که به نظر می رسد روند رو به کاهش است.
داده ها نشان می دهد که زبری سطح یکسانی را می توان با هر شکل ذره ای با سرعت های مختلف به دست آورد. مواد کروی و دانه گرد صافی ریخته گری را با سرعتی شتاب در مقایسه با سنگدانه های زاویه ای و زیر زاویه ای بهبود می بخشند.
نتایج زاویه تماس گالیوم
اندازه گیری زاویه تماس برای اندازه گیری ترشوندگی نسبی سنگدانه های قالب گیری پیوندی با فلز مایع با استفاده از آزمایش گالیم مایع انجام شد. ماسه های سرامیکی بیشترین زاویه تماس را داشتند در حالی که زیرکون و الیوین زاویه تماس کمتری مشابهی داشتند. گالیم رفتار آبگریز را در تمام سطوح شنی نشان داد. یک AFS-GFN مشابه برای همه نمونه ها استفاده شد. نتایج نشان میدهد که زاویه تماس انواع شن و ماسه بهجای مواد پایه، به شدت به شکل دانهای که در محور ثانویه نشان داده شده است، بستگی دارد. شنهای سرامیکی گردترین شکل و ماسههای الیوینی شکل بسیار زاویهدار داشتند. در حالی که ترشوندگی سطح سنگدانه پایه ممکن است در پرداخت سطح ریخته گری نقش داشته باشد، دامنه اندازه گیری زاویه تماس در سری آزمایشی تابع شکل دانه بود.
نتایج زبری سطح از ریخته گری های آزمایشی
نتایج زبری سطح با استفاده از پروفیلومتر تماسی اندازه گیری شد. بهبود قابل توجهی در صافی سطح از سیلیکا 44 GFN با سه صفحه تا سیلیکا 67 GFN با چهار صفحه مشاهده شد. تغییرات فراتر از 67 GFN تأثیری بر زبری سطح علیرغم تغییر در عرض توزیع نشان نداد. مقدار آستانه 185 RMS مشاهده می شود.
بهبود زیادی در صافی را می توان بین مواد 101 و 106 GFN مشاهده کرد. شن 106 GFN بیش از 17 درصد مواد 200 مش بیشتری در توزیع صفحه دارد. مواد دو صفحه نمایش 115 و 118 GFN منجر به کاهش صافی شدند. شن 143 GFN منجر به قرائت های مشابه زیرکون 106 GFN شد. مقدار آستانه 200 RMS است.
یک بهبود ثابت در صافی سطح از کرومیت 49 GFN با چهار صفحه تا کرومیت 73 GFN سه صفحه با وجود باریک شدن توزیع ذرات مشاهده شد. افزایش 19 درصدی در حفظ صفحه نمایش 140 مش در کرومیت 73 GFN در مقایسه با 49 GFN مشاهده شد. افزایش قابل توجهی در صافی ریختهگری از ماسههای کرومیت 73 GFN سه صفحهای به ماسههای کرومیت 77 GFN چهار صفحهای بدون توجه به اعداد ریزدانه مشابه آنها نشان داده شد. هیچ تغییری در صافی بین مواد کرومیت 77 GFN و 99 GFN مشاهده نشد. جالب اینجاست که این دو شن در صفحه نمایش 200 مش، حفظ بسیار مشابهی داشتند. مقدار آستانه 250 RMS است.
بهبود قابل توجهی در صافی ریخته گری از الیوین 78 GFN به الیوین 84 GFN علیرغم توزیع باریکتر وجود دارد. افزایش 15 درصدی حفظ در صفحه 140 مش در الیوین 84 GFN قابل مشاهده بود. بین الیوین 84 و 85 GFN اهمیت وجود دارد. الیوین 85 GFN صافی را تا 50 افزایش داد. الیوین 85 GFN یک شن سه صفحه است که تقریباً 10٪ در صفحه 200 مش حفظ می شود در حالی که الیوین 84 GFN به سادگی یک ماده دو صفحه است. یک بهبود ثابت در صافی را می توان از الیوین 85 GFN تا الیوین 98 GFN مشاهده کرد. توزیع صفحه نمایش افزایش 5٪ حفظ در صفحه نمایش 200 مش را نشان می دهد. علیرغم افزایش حدود 7 درصدی احتباس مش 200، هیچ تغییری از 98 GFN به الیوین 114 GFN مشاهده نشد.
مقدار آستانه 244 RMS را می توان مشاهده کرد.
نتایج زبری سطح برای ریختهگریهای بهدستآمده از هستههای سرامیکی، بهبود جزئی را بین مواد 32 GFN و 41 GFN نشان میدهد. حفظ صفحه 70 مش تا 34 درصد در شن 41 GFN افزایش یافت. افزایش قابل توجهی در صافی بین سرامیک های 41 GFN و 54 GFN مشاهده شد. ماده 54 GFN در مقایسه با ماده 41 GFN بیش از 19٪ در صفحه 100 مش نگهداری بیشتری داشت. این بهبود با وجود باریک شدن توزیع در ماده 54 GFN رخ داد. بیشترین تأثیر در نتایج سرامیکی بین شنهای 54 GFN و 68 GFN مشاهده شد. شن و ماسه 68 GFN 15٪ ماندگاری بالاتری در صفحه 140 مش داشت که توزیع را گسترش داد. علیرغم افزایش بیش از 40 درصدی ماندگاری در صفحه 140 مش، بهبود کمی بین مواد 68 GFN و 92 GFN مشاهده شد. مقدار آستانه 236 RMS است.
سطوح تولید شده توسط ماسه های چاپ سه بعدی به طور قابل توجهی خشن تر از سطح شنی با استفاده از همان سنگدانه هستند. نمونههای چاپ شده در جهت XY صافترین سطح ریختهگری آزمایشی را ارائه میکنند در حالی که نمونههایی که در جهت XZ و YZ چاپ شدهاند خشنترین سطح را دارند.
شن و ماسه سیلیکا 83 GFN بدون پوشش سیلیکا رمیده منجر به مقدار زبری 185 RMS شد. اگرچه ریختهگریها صافتر به نظر میرسند، اما پوششهای نسوز زبری سطح را که توسط پروفیلومتر اندازهگیری میشود، افزایش میدهند. پوشش آلومینا مبتنی بر الکل بهترین عملکرد را نشان داد در حالی که پوشش زیرکون مبتنی بر الکل بیشترین زبری را به همراه داشت. 83 نمونه چاپ سه بعدی GFN اثر معکوس را نشان دادند. در حالی که نمونه بدون پوشش در مطلوب ترین جهت XY چاپ شد، نمونه بدون پوشش زبری ریخته گری 943 RMS را نشان داد. پوشش ها سطح را به طور قابل ملاحظه ای از سطح بدون پوشش از سطح پایین 339 به حداکثر 488 RMS صاف کردند. به نظر می رسد پرداخت سطحی ماسه های پوشش داده شده تا حدودی مستقل از زبری ماسه زیرلایه است و به شدت به فرمول پوشش نسوز بستگی دارد. شن و ماسه پرینت سه بعدی، اگرچه با سطح بسیار زبرتر شروع می شود، اما می توان با استفاده از پوشش های نسوز به طور قابل توجهی بهبود یافت.
نتیجه گیری
سنگدانه های قالب گیری موجود در حال حاضر توانایی دستیابی به مقادیر زبری سطح کمتر از 200 میکرواینچ RMS را دارند. این مقادیر اندکی در داخل مقادیر مرتبط با ریخته گری سرمایه گذاری قرار دارند. برای مواد آزمایششده، هر کدام کاهش زبری ریختهگری را با افزایش ظرافت دانههای AFS نشان دادند. این در مورد تمام مواد تا یک مقدار آستانه صادق بود، که در آن زمان با افزایش AFS-GFN کاهش بیشتری در زبری ریختهگری مشاهده نشد. این توسط تحقیقات انجام شده قبلی پشتیبانی می شود.
در تمام گروه های مواد، اثر AFS-GFN ثانویه به سطح محاسبه شده و نفوذپذیری سنگدانه بود. در حالی که می توان تصور کرد که نفوذپذیری نواحی باز ماسه فشرده را توصیف می کند، سطح سطح توزیع ماسه و مقدار ذرات ریز مربوطه را بهتر توصیف می کند. هم نفوذپذیری و هم مساحت سطح به طور مستقیم با صافی سطح ریخته گری مرتبط بودند. لازم به ذکر است که این امر در مورد مصالح در یک گروه شکل صادق است. اگرچه سنگدانه های زاویه دار و زیر زاویه دار دارای سطح بالایی بودند، اما نفوذپذیری آنها بالا بود و سطح باز را نشان می داد. سنگدانه های کروی و گرد صاف ترین سطوح را با ترکیب نفوذپذیری کم با سطح بالا نشان دادند.
در ابتدا اعتقاد بر این بود که ترشوندگی سطح که با زاویه تماس بین فلز مایع و سنگدانه چسبانده شده اندازهگیری میشود، عامل مهمی در پایان سطح ریختهگری است. در حالی که نشان داده شد که زاویه تماس بر روی مواد مختلف در AFS-GFN مشابه با زبری ریخته گری متناسب نیست، تایید شد که شکل دانه عامل اصلی است. عدم وجود رابطه بین زاویه تماس و زبری سطح ریخته گری ممکن است با این واقعیت توضیح داده شود که شکل دانه به عنوان تأثیر عمده در زبری سطح دیده می شود. این احتمال وجود دارد که زاویه تماس مواد مختلف بیشتر تحت تأثیر شکل دانه و صافی سطح حاصل از آن باشد تا ترشوندگی ماده به تنهایی.
مانند تمام ابزارهای اندازه گیری، مصنوعات روش آزمایش ممکن است تا حدی بر نتایج تأثیر بگذارد. افزایش زبری ریخته گری، اگرچه از نظر بصری ریخته گری با اعمال پوشش نسوز صاف تر به نظر می رسید، ممکن است به دلیل شکل قله ها و دره های ایجاد شده با پوشش ها باشد. با تعریف و اندازه گیری، پوشش های نسوز فقط زبری سطح را نسبت به نمونه های بدون پوشش افزایش دادند. تمام پوشش های نسوز در بهبود زبری سطح ماسه های چاپ شده سه بعدی بسیار موفق بودند. به نظر می رسد که سطح پایانی ریخته گری های آزمایشی از نمونه های پوشش داده شده تا حدودی مستقل از شن و ماسه زیرلایه شروع است. پوششها تأثیر عمدهای بر پرداخت سطح داشتند، اما کار بیشتری برای اصلاح پوششها برای بهبود پرداختهای ریختهگری مورد نیاز است.
ویرایش شده توسط سانتوس وانگ از Ningbo Zhiye Mechanical Components Co.,Ltd.
https://www.zhiyecasting.com
santos@zy-casting.com
86-18958238181